رفتن به مطلب

بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات


ارسال های توصیه شده

google_16.png بیوتکنولوژی و اصلاح نباتات

 

[TABLE]

[TR]

[TD=class: pico_body] ee7eb7d4ca15735c156c80bb1cb215b6.jpgبیوتكنولوژی مفهوم گسترده‌ای است كه به استفاده از موجودات زنده و مشتقات حاصل از آنها برای تولید محصولات مفید و سودآور اطلاق می‌شود. این تعریف كلی كلیه فعالیتهای مرتبط با صنایع سركه، تخمیر خمیر نان، مواد آلی، مواد تولیدی برای كنترل حشرات و اصلاح گیاهان و جانوران و محصولات تولیدی و حیوانات اهلی را در بردارد. در حقیقت علم كشاورزی به تنهایی می‌تواند منشاء تكنولوژی زیستی باشد.

قرن اخیر با افزایش اطلاعات حاصل از ژنتیك و اصلاح نباتات در ما مواجه با بهبود عملكرد گیاه چه از لحاظ كمی چه از لحاظ كیفیت می‌باشیم. هم‌اكنون تكنولوژی جدید DNA نوتركیب اجازه تشخیص‌های و شناسایی‌ ، جداسازی و حتی تغییر ژنهای و محصولات حاصل از آنها را در موجودات زنده به منظور ایجاد واریته‌های تراریخت فراهم می‌كند. این تكنولوژیها مكمل و افزایش‌دهنده دقت روشهای سنتی اصلاحی به منظور افزایش غذا، فیبر و سایر محصولات حاصل از كشاورزی هستند.

كشاورزان در آمریكا، كانادا و آرژانتین و سایر كشورها به سرعت با واریته‌های تراریخت و مهندسی ژنتیك شده آشنا شده‌اند. در بین سالهای ۱۹۹۶ الی ۲۰۰۱، تولیدات جهان محصولات تراریخت مانند سویا، پنبه، ذرت و كانوا، سیر افزایش را داشته و نزدیك به ۱۲۵ میلیون آكروز (۵۰ میلیون هكتار) از سطح زیر كشت را به خود اختصاص داده است.

كشاورزان ایالت كالیفرنیا بالغ بر ۳۵۰ محصول متفاوت را تولید كرده‌اند كه ۷۹ تا از این محصولات ملی معرفی گردید. كالیفرنیا همچنین اولین تولید كننده غذاهای تجارتی حاصل از واریته‌های ترانسژنیك می‌باشد، گوجه‌فرنگی calgen,s flouer به طور گسترده در سالهای ۱۹۹۴ در سطح تجارتی مورد كشت قرار گرفت اگر چه سهم قابل توجهی از محصول بازارهای فروش را به به خود اختصاص نداده است.

با این حال بعد از آن فروش جهان محصولات زراعی تراریختی مانند ذرت، سویا و پنبه در مدیترانه و جنوب امریكا، به طور قابل توجهی گسترش یافت. تولیدات قابل توجه تجاری واریته‌های پنبه در كالیفرنیا از سال ۱۹۹۹ در كالیفرنیا آغاز شده و به سرعت، تولیدات این محصولات افزایش یافته است. سایر محصولات تراریخت دیگر در حال گسترش در كالیفرنیا می‌باشد.

بهرحال معرفی محصولات تراریخت هیچ وقت با اطمینان كامل نبوده است و همواره در انجام این تكنیكهای جدید خطرات ناشناخته‌ای وجود دارد كه در مقایسه با روشهای سنتی اصلاح نباتات معیارهای غیر قابل پذیرش را برای مصرف آنها ایجاد می‌كند.

این مقاله اساس ژنتیكی اصلاح نباتات و اینكه چگونه روشهای سنتی اصلاح نباتات عمل می‌كند و مقایسه بین روشهای كلاسیك و نوین بیوتكنولوژی در اصلاح نباتات را مورد توصیف و بررسی قرار می‌دهد.

● اساس ژنتیكی اصلاح نباتات:

علم كشاورزی بر مبنای اهلی كردن گیاهان وحشی و ایجاد محصولات منطبق بر نیاز ما عمل می‌كند. بشر در حدود ده هزار سال پیش زمانی كه به كاشت و داشت واریته‌های خاصی از گیاهان اقدام نمود، كشاورزی را برای تولید غذا ابداع كرد و لذا گیاهان بوسیله انتخاب و انتقال صفات به نسلهای بعد بهبود یافت. بعنوان مثال اهلی كردن ذرت بوسیله كشاورزان گذشته صورت گرفت.

عمده صفات تغییر یافته مرتبط با اهلی كردن گیاهان بود بعنوان مثال صفات (افزایش در تولید بذر، كاشت آسان، اندازه بزرگتر و میزان محصول برداشت شده و تغییر در شكل ظاهری و كاهش و از بین بردن سوبستراهای و مواد سمی و غیره ) بوسیله تمدن‌های كشاورزی گذشته مانند چین و مصر و مادیان صورت پذیرفت بعلاوه، این محصولات كم‌كم با شرایط آب و هوایی خاص منطقه مورد كاشت تطابق و سازگاری یافتند و بنابراین از لحاظ ژنتیكی، صفاتی همچون كیفیت، مقاومت به استرس و مقاومت به بیماری در عملكرد مناسب را به دنبال خود همراه داشت. گیاهان اهلی شده در كشاورزی بر اساس نتایج حاصل از تغییر ژنتیكی گیاهان وحشی در هزاران سال پیش بوجود آمده‌اند.

مطالعات علمی در مورد ژنتیك در حدود سال ۱۹۰۰ میلادی با فعالیتهای گرگور مندل آغاز شد. ما حالا می‌دانیم كه ژنها واحدهای وراثتی هستند كه از جنس رشته DNA كه در داخل كروموزم موجود در هسته همه سلولهای موجودات زنده است استقرار یافته‌اند، البته بعضی از ویروسها حاوی ژنومی با تركیب DNA هستند. همه واحدهای ژنتیكی موجود در كروموزم شامل ۴ تركیب در مولكول DNA خود می‌باشند.

آدنین (A) تیمین (T) سیتوزین © گوانین، نزدیك به هزار كلمه را می‌توان با ۲۶ حرف از الفبای انگلیسی ایجاد كرد، هزاران ژن متفاوت از هم و خاص (تقریباً ۹ هزار تا در مخمرهای تك سلولی و ۲۰۰۰۰ در گیاهان آغازیان و حدود ۳۵۰۰۰ ژن در انسان وجود دارد) كه می‌تواند تنها از ۴ باز آلی موجود در رشته DNA بوجود آید و هر ژن تقریباً حدود ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ باز می‌باشد در سیستم‌های بیولوژیك داخل سلول، این واحدهای نوكلئوتیدی قادر است به پروتئین تبدیل شود كه در توالی خاصی از DNA یك پروتئین خاصی مربوط با خود را كد می‌كند.

فعالیت این پروتئینها و وظایف و عملكرد آنها در موجودات مشخص شده است. موجوداتی كه تولید مثل جنسی دارند دو نسخه از كروموزمها را شامل می شود و در طی فرآیند تولید مثل والدین بطور تصادفی یكی از كروموزمها را از میان دو جفت به فرزندان و نتاج خود منتقل می‌كند بنابراین نتاج متفاوت از همان والدین یكسان از لحاظ ژنتیكی بوجود می‌آید. با انتخاب افراد برتر از یك نسل می‌تواند آنها را بعنوان والدین نسل بعد انتخاب و مورد آمیزش قرار داد. و در نتیجه از این طریق صفات مورد نظر و دلخواه را در نسل بعد افزایش داد و منجر به كاهش صفات نا مطلوب گشت، درك اصل ژنتیك و كاربردهای آن در متد‌های اصلاح نباتات موجب بهبود مناسب و معقول نباتات گردید.

واریته‌های محصولات مدرن از لحاظ ژنتیك یكنواختی در عملكرد را نسبت به واریته‌های گذشته دارند. اصلاحگران جستجوی دائمی را برای شناسایی تركیبهای ژنتیكی جدید را از گیاهان مورد انتخاب بر اساس صفات مطلوب را انجام می دهند به عنوان مثال صفاتی مانند كیفیت محصول، عملكرد منطقه‌ای، مقاومت به آفات و بیماریها از صفاتی هستند كه همواره مورد توجه قرار می‌گیرد. اصلاحگران معمولاً به تلاقی مابین دو ژنوتیپ برای ایجاد تركیبات جدید ژنتیك صفات كه نهایتاً در فنوتیپ ظهور می‌كند، مبادرت می‌ورزند منبع اولیه تنوع ژنتیكی در ژرم پلاسم داخل در گونه گیاهی وجود دارد و و بطور عمده مرتبط با گونه‌های وحشی است كه قادر هستند در داخل خود گشنی كنند.

برای بسیاری از گونه‌های گیاهی اصلاحگران عمدتاً ژنهایی را كه در گونه‌های وحشی قبلاً وجود دارد و باعث افزایش تنوع ژنتیكی می‌شوند را انتخاب می‌كند. هیبریداسیون و دورگ‌گیری بین گیاهان و گونه‌های وحشی امكان دستیابی به ژنهای باارزش را و انتقال آنها را برای بهبود عملكرد ژنتیك محصولات زراعی فراهم می‌كند.

به عنوان مثال همه محصولات تجارتی حاوی یك مقاومت تركیبی به قارچها و باكتریها و بیماریهای ویروسی هستند كه عمدتاً از گونه‌های وحشی نشات گرفته است (اینتروگرسیون= انتقال ژنهای مقاومت از یك گونه به گونه دیگر از طریق تلاقی با حفظ ساختاز ژنتیكی گیاه گیرنده) تنوع ژنتیكی می‌تواند همچنین از طریق جهش القائی افزایش یابد یا تغییر در ساختار DNA هرگیاه باعث افزایش میزان تنوع خواهد شد. در سال ۱۹۵۰ بالغ بر ۲۰۰۰ واریته گیاه از طریق جهشهای تصادفی القائی باعث تغییر صفات ژنتیكی گردید.

و سپس انتخاب از میان این نتاج باعث بهبود عملكرد آنها شد. روشهای ویژه هیبریداسیون همچنین میزان یكنواخت در تولید عملكرد را افزایش داده دانشمندان در سال ۱۹۲۰ به این نكته پی بردند كه بعضی از محصولات مانند ذرت بطور مداوم به علت خود گردافشان داخل خود تلاقی می‌یابند و ایجاد همخون می‌كند و در نتیجه میزان هتروزیسی و برتری بسرعت طی چندین نسل متوالی رو به كاهش خواهد بود بهرحال اگر دو گیاه اینبرد ویژه را با یكدیگر تلاقی دهیم در نتاج حاصل كه با نماد F۱ نشان داده می‌شود غالباً در نتیجه پدیده هتروزیسی و هیبریدی ویگور میزان عملكرد نتاج از میانگین عملكرد والدین بیشتر خواهد بود.

این پدیده بعنوان هتروزیسی یا هیبریدی ویگور است كه اساس ایجاد بسیاری از بذرهای هیبرید برای ذرت، سورگوم و آفتابگردان و بسیاری از سبزیجات می‌باشد. تولید دانه‌های هیبرید نیازمند دستكاری ژنتیكی برای تولید والدین اینبرید می‌باشد.

یك تلاقی خاص بین دو والد و ایجاد نتاج F۱ برای زارعان باید تعریف شود در نتیجه گیاهان حاصل از این بذرهای هیبرید، در فنوتیپ فرد، هتروزیس مغلوب را نشان می دهند اما باید بخاطر داشت كه در نسل F۲ متعاقب از F۱ این میزان سود مندی در نتیجه ترتیب و در كنار هم قرار گرفتن تصادفی اللهای(گامتهای) حاصل از بین خواهد رفت. و بنابراین زارعان برای رفع این مشكل باید به خرید بذرهای جدید F۱ بمنظور دستیابی به همان عملكرد بالا اقدام و مبادرت ورزند. صرفنظر از اینكه تنوع ژنتیكی بر اساس روشهایی، مدیریت می‌شود نتاج حاصل باید مداوماً برای شناسایی گیاهان والد آزمون می‌شود.

فلذا اصلاحگران نباتات باید جمعیت بزرگی از گیاهان را با استفاده از روشهای مختلف (انتخاب انفرادی، لاین بردینك، انتخاب فاملی) آزمون كنند به طور كلی، تنها در صد كمی از گیاهان قادر هستند كه صفات مطلوب را در خود نشان دهند و بنابراین از بین جمعیت بزرگ تعداد كمی به عنوان والدین نسل بعد انتخاب می‌شود.با تركیب روشهای مناسب و عملی زراعی و بهبود ژنتیك واریته‌های زراعی بطور تصاعدی با افزایش عملكرد محصول و كیفیت آن مواجه خواهیم شد. بطور كلی تخمین زده می‌شود كه تقریباً نصف افزایش در عملكرد محصول در ۵۰ سال اخیر در نتیجه بهبود ژنتیكی گیاهان حاصل شده است و نصف دیگر آن مربوط به بهبود مدیریت و تكنیكهای مرتبط با آن (كود، آبیاری، كنترل بیماریها و آفات می‌باشد). هر دو مراكز تحقیقاتی دولتی و شركتهای خصوصی موجب بهبود عملكرد محصولات زراعی می‌شوند. سازمانهای خصوصی عمدتاً بدنبال خصوصیاتی هستند كه بهبود آنها میزان فروش محصولات مورد عرضه را تحت تاثیر قرار می‌دهند. در سال ۱۹۳۰، سازمان ثبت اختراع امریكا به اصلاحگران اجازه داد كه از مقررات تدوین شده برای واریته‌های گیاهی و بسیاری از نهالهای درختان و سبزیجات استفاده كنند و در سال ۱۹۷۰ سازمان حمایت از واریته‌‌های گیاهی، مقررات خاصی را برای توسعه واریته‌های ژنتیكی خاص در بهبود عملكرد تصویب كرد، بهرحال واریته‌های هیبرید F۱ نمی‌توانست شامل این قوانین شود چرا كه در نتیجه و نسل‌گیری از آنها نمی‌تواند بر خلاف محصولات تجارتی و واریته‌های خودگشنی مانند سویا و گندم و پنبه به همان نتایج مورد انتظار رسید.

● روشهای كمكی برای بهبود عملكرد گیاهان:

روشهای اصلاحی كه در بالا مورد توصیف قرار گرفت بطور قابل ملاحظه قادر به بهبود عملكرد و كیفیت محصولات مدرن امروزی هستند. ابزارهای كمكی نیز همچنین برای بهبود و افزایش عملكرد ژنتیكی در محصولات زراعی وجود دارد. به همراه روشهای اصلاحی كلاسیك و متداول این روشها نیز نسلهای بسیاری برای برآورد مناسبتر نیازهای مورد نظر ما در اصلاح نباتات بوجود آمده است.

● پیوندزدن و تكنیكهای كشت بافت:

پیوند بافت از دو واریته متفاوت از گونه‌های گیاهان از زمانهای بسیار قدیم در گیاهان چوبی و درختان مورد استفاده قرار می‌گیرد، برش قطعه خاصی از یك واریته و پیوند آن به ساقه از گیاه با منشاء ژنتیكی متفاوت معمولاً برای افزایش مقاومت به بیماری، افزایش تولید و عملكرد و تحریك رشد این محصولات مورد استفاده قرار می‌گرفت، واریته‌های با پتانسیل ژنتیكی مناسب حاصل از طریق موتاسیون القائی یا تلاقی جنسی می‌تواند بسرعت از طریق پیوندزدن به واریته‌های دیگر تكثیر شوند.

● كشت بافت:

كاربرد كشت بافت در بهبود عملكرد گیاهان از سال ۱۹۴۰ آغاز شده است در ساده‌ترین (مفهوم)، كشت بافت به روشی اطلاق می‌شود كه در آن جنین مورد كشت یا یك گیاه كوچك در آزمایشگاه در یك محیط مغذی قرار می گیرد تا اینكه مرحله انتقال آن به خاك در آن فرا رسد. قطعات با قابلیت رشد بسیار (مریستم‌ها) ویژگیها مناسب برای دوباره بوجود آوردن یك گیاه كامل از یك سلول را دارند. تحت شرایط كاملاً كنترل شده بافتهائی می توانند از گیاه جدا شود و سلولهای آن جدا شود و هر كدام از آنها رشد داده شود كه این توده سلولی حاصل از كشت بافت كالوس نامیده می شوند. كه قدرت بسیار مناسب برای تولید یك گیاه كامل را دارد. این تكنیك (كشت بافت) می تواند به عنوان یكی از شیوه های مناسب برای تكثیر و بهبود عملكرد گیاهان مورد استفاده قرار میگیرد.

● میكرو پرو پاگیشن:

میكروپرو پاگیشن تولید چندین كپی از یك گیاه منفرد با استفاده از تكنیكهای كشت بافت می باشد. غالباًَ بافتهای مورد استفاده بافتهای مریستمی است كه در جاهایی كه برگهای جدید و ساقه تولید می شود هر قطعه قادر است كه منجر به ایجاد یك گیاه كامل شود. در بسیاری از موارد ویروسها ئی كه منجر به آلودگی گیاهان می شوند در این قطعات كوچك وجود ندارد و بنابراین از طریق این تكنیك می توان گیاهان بالغ عاری از ویروس ایجاد كرد. به عنوان مثال روش تكثیر معمولی در سیب زمینی از طریق غده یا بذر می باشد در نتیجه گال هایی كه از شبدرهای مورد كشت در سال قبل بوده قادر به انتقال ویروس به محصولات جدید هر سال می باشد. و نتیجتاًَ شیوع بیماری در گیاه باعث كاهش میزان عملكرد می شود. با استفاده از روش میكروپروپاگیشن سیب زمینی و گیاهان galic در آزمایشگاه می توان امكان شیوع و ابتلا به بیماری های ویروسی را با كاشت گیاهان عاری از ویروس كاهش دارد و نتیجتاًَ باعث افزایش قابل توجه محصول شد. روش میكروپرو پاگیشن یكی از روشهای كاربردی برای تولید محصولات كشاورزی می باشد . و برای تكثیر بسیاری از محصولات از این روش استفاده می شود .

● كشت جنین:

كشت جنین معمولاًَ در گیاهان هیبریدی كه از تلاقی والدین وحشی حاصل می شود مورد استفاده قرار می گیرد كه معمولاًَ‌از تلاقی والدین تولید بذرهای زایای بالغ با مشكل روبروست. در این مورد بافتهای جنین نابالغ را می توان از تبدیل شدن به بذر بالغ ممانعت كرد و در آزمایشگاه از كشت جنین به گیاهان هیبرید رسید. كشت جنین اصلاح گر را كمك می كند تا بطور موفقیت آمیزی به ایجاد تلاقی بین والدین وحشی شمار زیادی از گونه ها برای دستیابی به طیف وسیعی از ژنها بپردازد و از این طریق باعث بهبود عملكرد ژنتیكی گیاهان شود، تلاقی چنین گیاهان و كشت جنین ابزارهای سودمندی هستند كه به خصوص باعث انتقال ژنهای مربوط به مقاومت از والدین و خویشاوندان وحشی به محصولات زراعی می شود.

● كشت Anther ( بساك ):

كشت Anther بساك یكی از كاربردهای ویژه واریته های هیبرید می باشد و قدم اول است برای توسعه لاینهای والدین اینبرد بوسیله خود گرده افشانی مداوم تكثیر می شود. این روش می تواند در بعضی از محصولات بسیار فرایند كند باشد منجمله در پیاز و هویج كه به طور معمول برای گلدهی نیاز به ۲ سال دارد بهر حال با استفاده از كشت دانه گرد در آزمایشگاه ، گیاهان هیبرید كه شامل یك كپی از كرموزوم خود هستند می‌توانند تولید كنند این گیاهان می‌توانند با روشهای القائی كروموزمها خود را مضاعف كنند كه از جمله این روشها تیمارهای شیمیایی است كه نتیجه سریعی را در برداشت و منجر به تولید دو سری كروموزم مشابه می‌شود. این روش به طور تصاعدی باعث كاهش زمان مورد نیاز برای ایجاد والدین اینبرد در واریته‌های هیبرید F۱ و سودمندی انتخاب صفات مغلوب می‌شود.

● كشت سلولی (كشت كالوس):

كشت كالوس همچنین برای تولید جنینهای چندگانه كه می‌تواند رشد كرده و به گیاه كامل تبدیل شود مورد استفاده قرار گیرد. در این روش تعداد نامحدودی گیاه می‌تواند با كشت سلول بدست آید. تنوع سوماكلونی، تنوع ژنتیكی است كه كه در بخش كوچكی از سلولهای حاصل از كشت كالوس بدست می‌آید. بسیار از گیاهان قادرند از كالوسهای كه از لحاظ ژنتیكی یكسان هستند بدست آید. به عنوان مثال واریته‌های هویج و فلفل خوشخوراكی از میان گیاهانی كه از كشت منتج شده‌اند انتخاب می‌شوند.

● پروتوپلاست فیوژن:

پروتوپلاست فیوژن یكی دیگر از روشهای تولید واریته‌های جدید ژنتیكی در آزمایشگاه می باشد. یك پروتوپلاست از یك سلول گیاهی كه دیواره سلولی آن با استفاده از آنزیم از بین رفته می‌تواند با پروتوپلاست دیگر ادغام شود و DNA انها در یكدیگر مخلوط شود سلولهای ادغام شده سپس قادرند كه یك گیاه كامل را بوجود بیاورند. پروتوپلاست فیوژن همچنین برای انتقال نر عقیمی از گونه‌های براسیكا (كلزا) مورد استفاده قرار می‌گیرد تا بذرهای هیبرید F۱ را تولید كند.

● انتخاب براساس نشانگرها و اطلاعات ژنوم:

انتخاب براساس نشانگر ها بهبود تصاعدی در بازده روشهای اصلاحی را كه با استفاده و بر اساس برآیند اثر ژنها صورت می پذیرد باعث می شود یك ماركر (یك ناحیه شناخته شده) در محل خاص از توالی DNA می باشد. ماركرها می توانند برای انتقال یك ژن از یك واریته به واریته جدید و یا برای آزمون گیاهانی كه چند ژن به آنها انتقال یافته مورد استفاده قرار گیرد. نشانگر ها می توانند بر اساس اطلاعات DNA یا پروتئین باشند. ماركرهای DNA به شناسائی محلها ئی از توالی های DNA كه در واریته های مختلف با هم متفاوت‌اند می پردازند. این نشانگر ها می توانند در محلهائی در داخل ژن یا بین دو ژن باشند.

تفاوت در نشانگرها چند شكلی یا پلی مورفیسم می گویند كه راههای متفاوتی برای تعیین چند شكلی در داخل كروموزوم موجود می‌باشد. ماركرهای پروتئینی بر اساس تفاوت در پروتئین كه از یك ژن ساخته می شود طراحی شده اند. آنزیم‌ها پروتئینهایی هستند كه واكنشهای شیمیایی خاصی را كاتالیز می كند و بنابراین می توان فعالیت آنها را مورد ارزیابی قرار داد. گیاهان معمولاًَ حاوی چندین نسخه از آنزیم‌های مشابه‌ای هستند كه به طور قابل ملاحضه ای از لحاظ اندازه و تغییرات و تفاوتهای قابل تشخیص از هم دارند. این نوع آنزیمها را ایزوزایم می گویند كه اندازه آنها معمولاًَ در ژنوتیپهای مختلف گیاهی متفاوت می باشد. در این مورد ژنهای كد كننده برای یك ایزوزایم خاص می تواند بوسیله بررسی نحوه توارث ایزوزایم مورد شناسائی قرار گیرد.

پروتئینهای زیادی هم وجود دارند كه جزو گروه آنزیمها نیستند و به عنوان پروتئین ذخیره های دانه در دانه غلات قرار دارد كه می‌توانند جداسازی، رنگ آمیزی شوند و الگو های باندی متفاوتی را بر حسب خصوصیت ژنوتیپ حاوی آن پروتئین از خود بروز دهند. هر دو نشانگر های پروتئینی و DNA به طور گسترده در اصلاح نباتات مورد استفاده قرار می گیرد اما در سالهای اخیر استفاده از نشانگرهای DNA گسترش بیشتری داشته و در اولویت تحقیقات می باشد شمار بسیاری از نشانگر های مبتنی DNA در نواحی مختلف موجودات شناسائی شده است و آنها تحت تاثیر مرحله جوانه زدن به خوبی و با دقت مناسب مشخص شوند و در نتیجه گیاهانی كه فاقد صفات مطلوب هستند پس از تست نشانگر می توانند حذف شوند قبل از اینكه با هزینه سنگین آنها را به گلخانه و یا به مزارع كاشت انتقال داد.

وقتی یك ژن خاصی از گیاه وحشی به گیاه زراعی از طریق تلاقی انتقال می‌باشد بطور همزمان و تصادفی چندین ژن نامطلوب نیز غالباً از گیاه وحشی انتقال می یابد كه این همیشه یك معضل ناخواسته است با استفاده از تلاقی متناوب در واریته‌های زراعی می‌توان درصد سهم ژنهای تیپ وحشی را از ۵۰ درصد در F۱ به ۲۵ و ۵/۱۲ درصد كاهش داد و در نتیجه فقط به ژن مطلوب اجازه داد كه در نسلهای مختلف حضور داشته باشد. روشهای كلاسیك اصلاح نباتات نیاز به ابزارهای مناسبی دارند كه بتواند سودمندیهای مورد نیاز را حاصل نماید بعنوان مثال یك آنزیم ایزوزایم به طور سریع در واریته‌های گوجه‌فرنگی حاوی ژن Mi (ژن مقاوم به نماتد) وجود دارد.ژن Mi بطور عمده در خویشاوندان نزدیك وحشی گوجه‌فرنگی شناسایی شد و از این خویشاوندان وحشی به واریته‌های زراعی از طریق آمیزش جنسی و كشت جنین منتقل شده است. پیشرفتهای حاصل برای ایجاد واریته‌های مقاوم به نماتد از طریق روشهای كلاسیك آهسته می باشد و نیاز به كاشت گیاهان حاصل و انتظار برای رشد و بلوغ آنها دارد و سپس امتحان مقاوم متعاقب آلودگی را می‌طلبد. بعدها ژن كد كننده ایزوزایم خاص در والدین وحشی در روی كروموزمی كه ژن Mi وجود دارد مكان‌یابی شد. این نشانگر ایزوزایم همراه با ژن Mi در تلاقیهای جنسی منتقل می‌شود. این دو ژن فاصله بسیار كمی را در روی DNA از یكدیگر دارند.

بطوریكه از لحاظ ظاهری همه گیاهانی كه در آنها ژن Mi به توارث می‌رسد همچنین حاوی نشانگر ایزوزایم مربوطه خواهد بود و بعداً مشخص شد كه بین این دو ژن پیوستگی وجود دارد و بنابراین اصلاحگران می‌توانند از روی این نشانگر ایزوزایم پیش‌بینی كنند كه در كدام گیاهان ژن Mi انتقال یافته است. آزمون نشانگر ایزوزایم می‌تواند بطور قابل توجه زمان آزمون كلاسیك موجود را كاهش دهد. نشانگرهای DNA برای آزمون توارث بسیاری از ژنها بطور همزمان به گیاهان مفید می‌باشد و راهی ساده و مناسب استفاده از ابزارهای قدرتمند برای بهبود عملكرد گیاهان هستند. الگوهای باندی UPC (كد گذاری) به اصلاحگر اجازه می‌دهد كه تمامی ژنهای مطلوب را شناسایی كند. همچنین نشانگرهای DNA می‌تواند برای اثبات انتقال ژنهای مقاومت به آفات و یا برای انتخاب صفاتی كه توسط چندین لوكوس ژنی با روابط پیچیده بین آنها كنترل می‌شوند ( مثل صفت طعم ) ارزیابی والدین از لحاظ تنوع ژنتیكی مورد استفاده قرار گیرد. بـرای دستیابی به اطلاع بیشتر به بخش انگشت‌نگاری سبزیجات انتخاب بر اساس نشانگرهای مولكولی با آدرس اینترنتی http: //vric.vcdavir.edu مراجعه كنید.

● تكنولوژی DNA نوتركیب:

▪ تكنیك كلونینگ DNA

صفات اقتصادی در گیاهان از طریق ژنهایی كه بر روی DNA این گیاهان وجود دارد كد می‌شود در سال ۱۹۷۳ امكان شناسایی مولكولهای DNA توسط محققین دانشگاه كالیفرنیا و استانفرد فراهم شد. آنها روشهایی كه برای جداسازی قطعات خاصی از مولكولهای DNA ، اضافه كردن یك قطعه DNA به یك ناقل و استفاده از باكتریها بعنوان ماشینهای همانندسازی بیولوژی و برای تولید مقادیر زیادی از مولكولهای DNA توسعه دادند . این روشهای DNA نوتركیب به محققان امكان داد تا ژنهای مورد نظر را از هر موجودی جدا و آن را تكثیر كنند و مقادیر زیادی از این ژنها را بدست آورند و خصوصیات و وظایف آنها را مورد بررسی قرار دهند.

این تكنیكها بر اساس آنزیمهای برشی می باشد كه می‌تواند یك قطعه خاصی از DNA را شناسایی و آن را قطع كنند. انتهایDNA كه قطع می‌شود می‌تواند به دو صورت صاف و یا انتهایی چسبنده باشد. مفهوم انتهایی چسبنده این است كه این قطعات حاصل از برش قادرند به رشته‌های دیگر DNA كه توالی مكمل آنها را دارد متصل شوند. بنابراین اگر دو قطعه DNA با یك آنزیم بریده شود دو انتهای چسبناك در دو طرف DNA هر یك بوجود می‌آید كه دارای توالی DNA مكمل و قابلیت اتصال به یكدیگر می‌باشند بنابراین اگر آنزیم لیگاز در محیط باشد امكان اتصال فراهم می‌شود این توانایی موجب اتصال دو مولكول DNA متفاوت در آزمایشگاه و ایجاد مفهومی می‌شود كه از این بنام تكنولوژی DNA نوتركیب یاد می شود در عمل یك ژن مطلوب را می‌توان با استفاده از آنزیمهای برشی، برش داد و آن را در داخل یك ناقل وارد كرده و به یك سلول باكتریایی انتقال داد. ناقل DNA (پلاسمید) قابل تكثیر می‌باشد و باعث تولید بسیاری از قطعات حاوی DNA وارد شده می‌شود بعلاوه پلاسمید حاوی ژنهای مجزای دیگری است كه مسؤل مقاومت آنتی‌بیوتیك در پلاسمید می‌باشد بنابراین در صورت قراردادن پلاسمید حاوی ژن انتقال داده شد در محیط كشت، قابل شناسایی هستند ماركرهای انتخاب بنابراین برای شناسایی سلولهای كه ترانسفرم شده‌اند ضروری است از این سلولها می‌توانند در نهایت آن ژن را جدا و خالص‌سازی كنند.

برای درك، اصول كلی DNA نوتركیب نمودار شماره ۸ مراجعه شود علت موفقیت در تكنولوژی DNA نوتركیب این است كه ساختار شیمیایی DNA نوتركیب این است كه ساختار شیمیایی DNA در موجودات مختلف مشابه است و بنابراین دانشمندان امروزه می‌توانند كپی‌ها و ژنهای تغییر یافته را از یك موجود به موجود دیگر انتقال دهند. از لحظ تئوری هر ژنی از یك موجود به موجود دیگر با استفاده از تكنولوژی DNA نوتركیب قابل انتقال می باشد. ژن وارد شده به موجود می تواند وظیفه خود را كه قبلاً برعهده داشته، انجام دهد. تكنولوژی DNA نوتركیب اصلاحگران نباتات را قادر ساخته كه از ژنهای مفید جدا شده در دسترس برای بهبود ژنتیكی عملكرد استفاده كنند، بدون اینكه نیاز به خویشاوندی بین دو واریته مورد تلاقی باشد.

توانایی جدا سازی قطعه های از DNA و تعیین توالی محتوای بازی آن سبب انفجار اطلاعات بیولوژیكی شده است. پروژه های ژنوم توالی DNAو همه ژنهای موجود در یك فرد را مورد بررسی قرار می دهند اطلاعاتی كه اخیراً از پروژه های ژنوم انسان حاصل شده است منجر به افزایش درك ما نسبت به بیماریهای انسان و ابداع تیمارها و روشهای درمانی خاص شده است. توالی ژنوم یك مدل گیاهی مانند آرابیدوسیس در دسامبر ۲۰۰۰ كامل شده است. این پروژه ها به روشنی حكایت از وجود تشابهات قابل توجه ژنتیكی بین نه تنها بیشترین گیاهان بلكه همچنین بعضی از گیاهان، حیوانات و میكروارگانیسم‌ها دارد. این نتایج به روشنی وجود حفاظت در مسیر حیات را نشان می‌دهد.

● تكنیكهای ترانسفورماسیون:

ژنهایی كه ازیك موجود كلون می شوند، آنها می توانند به داخل همانگونه یا داخل ارگانیسم های متفاوت انتقال یابند و ایجاد افراد تراریخت را نمایند. بنابراین با استفاده از ساختار ژنتیكی ابتدا یی باكتری می توانند یك ژن كلون شده را به طور نسبتا آسان به دیگران انتقال داد.بنابراین اولین كاربرد DNA نوتركیب انتقال ژنهای مفید به داخل باكتری می باشد. اولین موجود ترانس ژن در سال ۱۹۸۱ مربوط به باكتری مهندسی ژنتیك بود كه هیدرو كربنات تولید می كرد، هم اكنون اكثرا پنیرهای با استفاده از كیموزین تهیه می شوند كایموزین از استخراج میكروبی، باكتریهای كه ژن كایموزین در آنها كلون شده بدست می آید و این روش در مقایسه با استخراج این آنزیم از معده گوساله سودمندی و بازدهی مناسبی دارد. بیشترین انسولین مورد استفاده برای مصارف درمانی دیابت در انسان با استفاده از تظاهر ژن انسولین انسانی در میكروبها می باشد و بسیاری از مواد داروئی در قارچها، حشرات و سلولهای پستانداران مهندسی ژنتیك شده حاصل می شود.

انتقال ژنهای كلون شده به داخل گیاهان یك راه متفاوت از انتقال ژن به باكتری و سلولهای حیوانی است. بطور معمول اكثرا روشهای ترانسفورماسیون با استفاده و بهر ه گیری از باكتری اگروباكتریوم برای انتقال به داخل گیاهان صورت می گیرد. وقتی اگروباكتریوم حاوی ژن وارد بافت گیاهی میشود DNA خود را به داخل كروموزوم گیاهی تزریق می كند و در نتیجه همراه با باكتری مذكور ژن مورد نظر در داخل گیاه تكثیر می شود. در سال ۱۹۸۰ دانشمندان كشف كردند كه چطور با استفاده از آكروباكتریوم بتوانند ژنهای كلون شده را به داخل كروموزومهای گیاهی منتقل منتقل كنند. دیدگاه دوم برای تولید گیاهان تراریخت استفاده از روش بیولیستیكBolistic)) است كه در این روش ، در این روش DNA مورد نظر را با سرعت بسیار ذرات فلزی به داخل بافت گیاهی وارد می كنند و در نتیجه ادغام DNA با كروموزوم گیاهی صورت می گیرد. در سلولهای تراریخت از این طریق با استفاده از تكنیك كشت بافت قادر به تكثیر هستند. روشهای تولید گیاهان تراریخت می تواند برای افزایش تظاهر یا كاهش تظاهرات صفات در محصولات زراعی مورد استفاده قرار گیرد.

در مرحله ایجاد كلونهای DNA ، یك بخش مهم و بحرانی در فرایند ترانسفورماسیون انتخاب افراد ترانس‌ژنی است كه تنها یك بخش كوچك سلول یا بدر حاوی ژن مطلوب موردنظر می‌باشد. بطور كلی تركیب یك ژن مرتبط با آنتی بیوتیك و سپس انتخاب تنها سلولهای گیاهی كه قادر به رشد در آنتی بیوتیك هستند. بعضی مردم عقیده دارند كه كاربرد گسترده چنین ژنهایی باعث افزایش مقاومت به آنتی‌بیوتیك در هنگام شیوع پاتوژنهای انسانی و ایجاد مشكلات پزشكی می‌شود بهرحال احتمال این چنین مواردی منتفی است آنتی‌بیوتیك كه برای ترانسفورماسیون در گیاه استفاده می‌شود. عمدتاً آنهایی هستند كه بندرت در پزشكی و دامپزشكی مورد استفاده قرار می‌گیرد در غیر اینصورت شكلهای جایگزین ژنهای نشانگر برای جایگزینی با روشهای مقاومت آنتی‌بیوتیك باید ابداع شود.

گیاهان ترانس ژنتیك بعضی مواقع تحت عنوان GMO اطلاق می‌شود علیرغم استفاده گسترده جهانی آنها این اصطلاح گمراه كننده است چون همه گیاهان اهلی و حیوانات اهلی به نوعی تغییر ژنتیك یافته هستند با این تفاوت كه روش تغییر شكل از طریق كلاسیك یا نوین بوده‌است. این گیاهان می‌توانند همچنین با اصطلاح ترانس ژنتیك معرفی شوند یعنی گیاهانی كه حاوی ژن كلون شده در خود می‌باشند. تكنیكهایDNA نوتركیب و ترانسفورماسیون اجازه می‌دهند به اصلاحگران تا از ژنهای مهم از هر موجودی به عنوان ابزار برای بهبود محصولات كشاورزی استفاده كنند. به عنوان مثال‌برای افزایش تجمع بتاكاروتن در برنج(بتاكاروتن پیش ساز ویتامین A) یك برنج نوتركیب به نام برنج طلایی(Golden Rice) ایجاد شده است. دانشمندان از ژنهای باكتری ، ویروس استفاده می كنند.

روشهای ایجاد گیاهان تراریخت موجب انتقال صفات مطلوب به گیاهان و ایجاد تغییرات ویژه در صفت مورد علاقه می‌شود برعكس بسیاری از ژنهایی كه منتقل می‌شود در زمانی كه اصلاحگر از تلاقی طبیعی بین دو گیاه استفاده می‌كند، ناشناخته و غالباً نا مطلوب هستند به عنوان مثال وقتی ژن Mi كه عمل آن ایجاد مقاومت به نماتد است به داخل گوجه فرنگی از طریق تلاقی كلاسیك انتقال می یابد، كل DNA دچار تغییر می‌شود و این تغییر ۷۰ برابر بزرگتر از زمانی است كه تنها ژن Mi را به گوجه‌فرنگی انتقال می دهیم. بهرحال استفاده از ژن كلون شده Mi كه تنها برای انتقال صفت مقاومت به نماتد می باشد بدون اینكه مقادیر اضافی از DNA منتقل شود . درختان چوبی و محصولات دیگر با استفاده از روشهای كلاسیك بطور متفاوتی بهبود ژنتیك می یابند چون زمان طولانی برای بذر دهی و شروع گلدهی نیاز است و صفات خاصی در بعضی از واریته‌ها به سختی به سختی و در طولانی مدت از یك گونه به گونه دیگر انتقال می‌یابد به عبارت دیگر اگر تنها یك یا چند ژن مقاومت به بیماری‌ یا آفت. آن مهم است كه تركیب و ساختار ژنتیكی قبلی خود گیاه تا حدالامكان حفظ شود بنابراین روشهای انتقال ژن ممكن است ابزار مناسب را برای بهبود محصولات و درختان فراهم كند.

● دیدگاههای در حال توسعه در اصلاح نباتات:

اصلاحگران نباتات با استفاده از روشهای كلاسیك منابع ژنتیكی محدودی را برای بهبود عملكرد محصولات زراعی دارند و روشهای DNA نوتركیب امروز به طور قابل توجه‌ای این منابع را افزایش می دهند. واریته‌های ترانس ژن اگر چه از لحاظ سود اقتصادی برای كشاورزان مناسب هستند، ولی میزان مصرف آنها كاهش می‌یابد و استفاده از این گیاهان میزان فرسایش خاك را به حداقل ممكن می‌رساند. دیگر انتشارات سرویس خبری بیوتكنولوژی كشاورزی كالیفرنیا تولیدات مشابه ترانس ژنتیك و مباحث پیرامون معرف آنها را شرح خواهد داد. [/TD]

[/TR]

[TR]

[TD][/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=class: pico_legend] بیوک رئیسی

آرش داوری

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD][/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=align: left] منبع : پایگاه مقالات علمی پژوهشسرای[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...