دانلود مقاله مهندسی ژنتیک گیاهان برای تولید گیاهان متحمل به تنش های غیرزیستی: راهبردها و چالشها

word قابل ویرایش
29 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

چکیده

تنشهای محیطی در کنار کاهش روز افزون زمین های زراعی و افزایش جمعیت جهانی تهدید جدی برای تولید کشاورزی و امنیت غذایی جهان محسوب میشود. اصلاح گیاهان زراعی برای تحمل به تنشهای غیرزیستی از مدتها قبل یکی از اهداف مهم متخصصین امر کشاورزی بوده است. موفقیت در اصلاح ارقام متحمل به تنشها به درک و فهم دانشمندان از پاسخ مولکولی گیاهان به این گونه تنشها، از قبیل راه اندازی شبکه های مولکولی درگیر در دریافت و انتشار پیام تنش، بیان ژنهای مرتبط با تنش و همچنین ژنهای متابولیت، بستگی دارد. مهندسی اغلب ژنهای درگیر در این مسیر ها از طریق محافظت عمل و ساختمان های سلولی موجب بهبود تحمل به تنش های غیر زیستی میگردد. این مقاله به پیشرفت ها و مشکلات استفاده از مهندسی ژنتیک گیاهی برای اصلاح تحمل گیاهان به شوری می پردازد.

مقدمه

تنشهای غیر زیستی با کاهش بیش از پنجاه درصدی عملکرد گیاهان زراعی، مهمترین عامل کاهش عملکرد جهانی گیاهان زراعی هستند. تنشهای غیر زیستی اثرات مخربی در رشد و تولید گیاهان داشته و اثرات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی متعددی بر روی آنها می گذارند ( وانق و همکاران، .(۲۰۰۱ خشکی، دماهای بالا و پایین، شوری خاک و تنشهای اکسیداتیو مهمترین تنشهای غیر زیستی هستند که با برهم زدن روابط آبی گیاه در سطح سلولی و گیاه کامل اثرات جبران ناپذیری بر روی گیاه می گذارند ( بک و همکاران، .(۲۰۰۷ طبق گزارش فائو۲۲ ۱ درصد خاکهای زراعی دنیا (فائو، (۲۰۰۵ و ۴۰ درصد مزارع تحت آبیاری جهان (گالوانی۲،(۲۰۰۷ از مشکل شوری رنج میبرند. این در حالی است که تخمین زده میشود سالانه ده میلیون هکتار به وسعت این اراضی به خاطر شوری حاصل از آبیاری افزوده میگردد (گالوانی، .(۲۰۰۷ با برهم خوردن آب و هوای جهانی و کاهش بارندگی های سالیانه نواحی متاثر از خشک سالی در جهان در حال افزایش است ( بورکه و همکاران، .(۲۰۰۶ سرما توزیع جغرافیایی و فصل رشد اکثر گیاهان را محدود کرده و بر کیفیت و کمیت گیاهان زراعی اثرات نا مطلوبی دارد ( توماشو و همکاران،.(۱۹۹۹ سرما و یخبندان

FAO .١ Galvani .٢

های نابهنگام فصل زراعی از عواقب تغییرات اقلیمی است که سالانه میلیارد ها دلار خسارت را متوجه محصولات زراعی بویژه باغی می کند.

اغلب این تنشها مسیرهای پیام رسانی و پاسخهای سلولی مشابهی را فعال میکنند. از جمله این پاسخهامیتوان به تولید پروتئینهای تنش، افزایش بیان آنتیاکسیدانها و تجمع ترکیبات سازگار اشاره کرد. پیچیدگی پاسخ گیاهان به تنشهای غیرزیستی، که ژنها و مکانیسمهای بیوشیمیاییـ مولکولی بیشماری را در برمیگیرد، در شکل ۱ به طور شماتیک نشان داده شده است ( اقتباس از وینکور و التمن، .(۲۰۰۵

هدف اصلی فناوری زیستی در سازگار نمودن گیاهان به تنشهای غیر زنده، مطالعه و درک صحیح از مکانیسمهای مقاومت در گیاهان و بکارگیری این اطلاعات در تغییر ژنتیکی گیاهان زراعی به منظور افزایش تحمل گیاهان به تنشها میباشد (بورسانی و همکاران، .(۲۰۰۳ درک درست این مسیرها و اجزای کنترلکننده آنها، محققان را در مهندسی ژنتیک گیاهان برای ایجاد مقاومت به این تنشها کمک خواهد کرد. بر همین اساس اغلب تحقیقات انجام شده در زمینه مهندسی ژنتیک گیاهان برای مقاومت به تنشهای غیرزیستی، بر پایه دستورزی و انتقال ژنهای این مسیرها بوده است. خلاصه این مسیرها در شکل ۱ خلاصه شده است. این ژنها با توجه به نقشی که ایفا می کنند به سه گروه عمده تقسیم میشوند:

الف) ژنهایی مسیر پیامرسانی و کنترل نسخهبرداری پاسخ به تنشها ب) ژنهایی درگیر در محافظت از غشاءها و آنزیمها ج) ژنهایی در گیر درجذب آب و یونها و انتقال آنها

در این مقاله به برخی از گزارشها و تلاشهای انجام شده برای افزایش تحمل گیاهان به تنشهای غیرزیستی براساس مسیرهای دستورزی شده میپردازیم.

(۱راهبردهای مبتنی بر فاکتورهای نسخهبرداری و عناصر درگیر در بیان ژن

تنشهای غیر زیستی به خاطر طبیعت چند ژنی بودنشان همواره یکی از موضوعات بحث بر انگیز در زمینه مهندسی ژنتیک گیاهی می باشد. جهت توسعه گیاهان تراریخته متحمل به تنش های غیر زیستی، درک اساسی شبکه های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و همچنین تنظیم بیان ژن ضروری است. در یک مسیر انتقال پیام که از یک دریافت پیام شروع می گردد و به بیان ژنهای پاسخ دهنده به تنش خاتمه می یابد، فاکتورهای نسخه برداری یک نقش اساسی را به عهده دارند. لذا ژنهای کد کننده این عوامل کاندید قدرتمندی برای مهندسی مسیر های متابولیکی پیچیده در گیاهان می باشند. ژنوم گیاهی دارای تعداد زیادی فاکتورهای نسخهبرداری۱ است. اکثر این

۱ Transcription factors

فاکتورهای نسخهبرداری متعلق به خانوادههای چند ژنی بزرگی از قبیل MYB، WRKY، AP2/EREBP و bZIP میباشند (حسین و همکاران،.(۲۰۱۱ اجزای منفرد

یک خانواده اغلب به تنشهای مختلف پاسخهای متفاوتی میدهند، از طرف دیگر برخی ژنهای مسئول تنش ممکن است تحت تأثیر فاکتورهای نسخهبرداری یکسانی باشند. افزایش بیان عاملهای نسخهبرداری در برخی موارد موجب بهبود تحمل گیاهان به عوامل بیرونی شده است. اولین بار بهبود معنیدار مقاومت به تنش با بیان یک فاکتور نسخهبرداری در گیاهان مهندسی شده آرابیدوپسیس بدست آمد (جاگلو و اتوسان،.(۱۹۹۸ بیان دایمی ارتولوگهای CBF جداشده از برنج (Os drebl) در گیاهان تراریخته آرابیدوپسیس

منجر به افزایش مقاومت در برابر شوری، سرما و خشکی شده است (دوبوزت و همکاران، .(۲۰۰۳ پلگرنیچکی و همکاران (۲۰۰۴) در مرکز تحقیقات بین المللی سمیت با انتقال فاکتور نسخهبرداری (DREB1) CBF تحت کنترل پیشبر القاپذیر rd26 به گندم، گیاهان تراریختهای را بازیافت کردند که به خشکی مقاوم بودند(شکل.(۲ این گیاهان در حال انجام آزمایشات تکمیلی برای آزاد سازی تجاری هستند ( .(Cimmyt افزایش بیان یک فاکتور نسخه برداری هسته ای ذرت ZmNF-YB2 در گیاهان تراریخته ذرت موجب افزایش عملکرد ۵۰ درصدی این گیاهان در شرایط تنش خشکی مزرعه گردید( نلسون و همکاران، .(۲۰۰۷ گیاهان تراریخته برنج برای ژن
AtDREB1A/CBF3 تحت شرایط مزرعه باعث افزایش ۴۲ درصدی باروری سنبله ها گیاهان تراریخته در مقایسه با گیاهان غیر تراریخته گردید (زائو و همکاران، .(۲۰۰۹ بیان فاکتور نسخه برداری از خانوادهNAC به نام SNAC در گیاهان تراریخته برنج موجب تحمل آنها به خشکی گردید. تحت شرایط خشکی شدید مزرعه عملکرد دانه گیاهان تراریخته ۲۲ تا ۳۴ درصد بیشتر از گیاهان شاهد بود( هیو و همکاران، .(۲۰۰۶ افزایش بیان فاکتور نسخه برداری OsNAC10 در گیاهان تراریخته برنج عملکرد دانه را در این گیاهان تحت شرایط تنش خشکی در مزرعه افزایش داد.

شکل-٢) بیان ژن DREB1 در گیاھان تراریخته گندم ، گیاھان تراریخته سمت چپ) پس از ١٠ روز تنش آبی به رشد خود ادامه دادند ولی گیاھان غیرتراریخته (سمت راست) در این شرایط از رشد
باز ایستاده و
کاملا
پژمرده شدند(اقتباس از

(۲ راهبردهای مبتنی بر محافظت از آنزیمها و غشاهای سلولی

گیاه به محض درک تنش، مجموعههای ژنی زیادی را فعال میکند که منجر به تجمع پروتئینهای مرتبط با تنش در سلول میشود. پروتئینهای شوک گرمایی(Hsps) 1 و پروتئینهای ۲LEA از عمده پروتئینهای القاپذیر از تنش هستند که تحت تنشهای آبی، شوری و دماهای بالا تجمع مییابند. نقش این پروتئینها در حفاظت از سلول طی تنش به اثبات رسیده است:

(۲-۱ چپرونها: چپرونها گروه بزرگی از پروتئینها هستند که به عنوان ماشینهای پیچیده و ماهر در تاخوردگی صحیح۳، نقل و انتقال و تجزیه پروتئینها و آنزیمها نقش ایفا میکنند. حفظ و نگهداری پروتئینها در کونفورماسیون فعالشان و ممانعت از جمع شدن پروتئینهای غیرطبیعی اهمیت ویژهای در حفظ سلول تحت شرایط تنش دارند. لذا یکی از پاسخهای موثر گیاهان به تنشها،

۱- Heat- Shock Proteins 2- Late Embryogenesis Abundant

۳-Folding

افزایش بیان پروتئینهایی از نوع چپرون میباشد. اکثر پروتئینهای مسئول تنش۱ بهویژه پروتئینهای Hsp، به عنوان چپرون عمل میکنند. از بین خانواده چپرونهای حفظ شده در سلولها، پروتئینهای شوک حرارتی کوچک (sHsps) فراوانترین پروتئینهای موجود در گیاهان میباشند. sHspsها پروتئینهای شوک حرارتی کوچکی هستند که اندازه آنها از۱۲ تا ۴۰ کیلو دالتون متفاوت است. مطالعات مختلف نشان داده کهsHspsهای گیاهی تحت تنشهای آبی، شوری، اکسیداتیو و دماهای پایین نیز بیان میشوند و در تحمل گیاهان به تنشها نقش مهمی ایفا میکنند (وانق و همکاران، .(۲۰۰۳ افزایش بیان ژن پروتئینی شوک گرمایی آرابیدوپسیس (Athsp17.6A) در آرابیدوپسیس تحمل به تنشهای اسمزی را در حد بالایی افزایش داد( سان و همکاران،.(۲۰۰۱ افزایش بیان پروتیین های شوک حرارتی sHSP و HSP70 به ترتیب در گیاهان تراریخته برنج (ساتو و یوکویا، (۲۰۰۸ و سویا ( والنته و همکاران،(۲۰۰۹ موجب افزایش تحمل گیاهان تراریخته به تنش خشکی شده است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 29 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد