بخشی از مقاله
ایجاد گیاهان تراریخته، گامی به سوي کشاورزي پایدار
چکیده
جمعیت جهان با سرعت چشمگیري در حال افزایش است. با توجه به محدودیت زمینهاي کشاورزي، تنها راه تأمین نیاز غذایی این جمعیت رو به رشد، به کارگیري روشهاي مهندسی ژنتیک است. با کاربرد گیاهان تراریخته که یکی از دستاوردهاي مهندسی ژنتیک است میتوان گیاهانی با صفات مفید جدید مانند مقاومت به آفات، بیماري ها، همچنین گیاهان با دوره زندگی طولانیتر و ترکیبات تغذیهاي بهتر تولید کرد. در این مقاله اهمیت گیاهان تراریخته و انواع روشهاي ایجاد آنها مورد بررسی قرار میگیرد.
کلمات کلیدي: مهندسی ژنتیک، تراریخته، GMO، اگروباکتریوم، پلاسمید
.1 مقدمه
پیشبینی میشود جمعیت جهان از5/7 میلیارد نفر در سال 1995 با حدود 70 درصد رشد به 9/8 میلیارد نفر در سال 2050 برسد. بر اساس این افزایش جمعیت، 1FAO پیش بینی کرده است که از زمین هاي قابل کشت، باید دو برابر میزان فعلی برداشت کرد تا بتوان نیاز این رشد جمعیت را تأمین کرد. امروزه تنها راه حل استفاده از زمین هاي کشاورزي محدود فعلی و تولید فرآورده بیشتر، به کار گیري علم بیوتکنولوژي است.[1]
بیوتکنولوژي2 بیانگر هر کاربرد تکنولوژیکی است که از سیستمهاي بیولوژیکی، ارگانیزمهاي زنده یا مشتقات آنها براي ساخت یا اصلاح محصولات به منظور کاربرد اختصاصی استفاده میکند و از طریق آن مواد ژنتیکی یک ارگانیزم تغییر مییابد. این روش مدرن که در آن ژن از ارگانیزمی به ارگانیزمی دیگر انتقال مییابد، مهندسی ژنتیک و ژنهایی که انتقال مییابند transgenes خوانده میشوند. ارگانیزم دریافت کننده که از طریق وارد سازي ژنهاي جدید به داخل ژنومش دچار تغییر میگردد، ارگانیزم تراریخته یا (GMO) genetic modified organism نامیده میشود.[5]
در یک دید کلی، فواید روشهاي مهندسی ژنتیک در مقایسه با هیبریدیزاسیون سنتی عبارتند از:
-1هیبرید کردن، کل ژنوم دو والد را در برمیگیرد بنابراین نسل دریافت کننده، علاوه بر ژنهاي مفید، تعداد زیادي ژن نامطلوب را نیز دریافت میکند که رهایی از هر ژن نامطلوب نیازمند مراحل گران و زمانبر زیادي است (تقاطع برگشتی). روشهاي مهندسی ژنتیک، تنها ژن هدف را به ژنوم کولتیوار مد نظر وارد می سازد.
-2هیبریدکردن، تنها انتقال ژن بین گیاهان نزدیک به هم (کولتیوار یا گونههاي مشابه و به طور نادر گونه هایی از جنس هاي مشابه) که هیچ مانع تولید مثلی نداشته باشند را ممکن میسازند. در روشهاي مهندسی ژنتیک، انتقال ژنها از
تقریباً هر ارگانیزمی به گیاه ممکن است که به طور چشمگیري فرصت ساخت متابولیسمهاي مد نظر را بالا میبرد.[8]
.2 خواص جدید قابل انتقال به گیاهان تراریخته
اهداف توسعه گیاهان تراریخته عبارتند از: -1 افزودن ژن یا ژنهایی کهمعمولاً ارزش کشاورزي، باغبانی یا زینتی یک گیاه را بالا میبرد. -2 گیاهان تراریخته میتوانند به عنوان عواملی زنده براي تولید ارزان برخی پروتئینها و متابولیتهاي مهم از نظر اقتصادي به کار روند. -3 تغییر ژنتیکی گیاه، ابزاري قدرتمند براي مطالعه عملکرد ژنها طی نمو و سایر فرایندهاي بیولوژي را فراهم میسازد. [3]
برخی از خصوصیات ژنتیکی که قابلیت انتقال به گیاه را دارند عبارتند از: مقاومت در برابر علفکش، مقاومت در برابر آفات حشرهاي، مقاومت در برابر بیماريها، مقاومت در برابر یخ زدگی، بهبود کیفیت غذایی، تأخیر در بلوغ (رسیدگی)، تحمل شوري.[5]
.3 مزایاي کشت گیاهان تراریخته
حامیان و تولیدکنندگان گیاهان تراریخته معتقدند که این نوع گیاهان داراي مزایایی براي تولیدکنندگان، کشاورزان، صنعت و محیط و آینده بشري هستند:[5]
.1 . 3 فواید براي تولید کنندگان واریتههاي جدید: راندمان زیادي ازطریق اصلاح گیاهان، به دست آمده است. روشهاي انتقال ژن داراي ارزش زیادي هستند زیرا امکان تکثیر ژن مدنظر را فراهم میسازند. در حالیکه روشهاي هیبریدیزاسیون سنتی از کل ژنوم والدین استفاده کرده و به این دلیل، تقاطع برگشتی براي ظهور یک ژن مادري یا برخی اثرات ثانویه ناخواسته که ناشی از فعالیتهاي ژن در ژنوم است، مورد نیاز میباشد. به علاوه انتقال تعداد خصوصیات جدیدي که به نظر میسد با انتقال ژن صورت گیرد، بیشتر است زیرا اطلاعات ژنتیکی کلی صرف نظر از نوع منشأ (منظور ویروس، باکتري، گیاه یا حتی انسان) قابل استفاده است.
.2 .3 فواید براي کشاورزان: اول از همه، فرایند نابودي آفات از طریق حذف علفکشها در دوره قبل از ظهور1 یا دوره رشدي تسهیل میگردد. براي GMO، تنها استفاده از یک علفکش کلی، مورد نیاز است. به بیان دیگر تولید محصول افزایش یافته و سود ناشی از کشت هاي ترنسژنیک بالاست.
.3 .3 مزایاي بخش صنعت: به علت ویژگیهاي گیاهان تراریخته، فراوري آنها نیز میتواند اصلاح شودمثلاً:. نشاسته تغییر یافته، محتواي لیگنین کمتر در چوب، بیوپلاستیکها1، تولید برخی پروتئینهاي انسانی وغیره.
.4 .3 فواید براي مصرف کنندگان: امروزه میوهها و سبزيهایی که دیرتر میرسند، براحتی و با کمترین خسارت قابلیت انبار شدن دارند. زمان رسیده شدن از طریق نیاز بازار قابل کنترل است. در آینده، گیاهان تراریخته از طریق دارا بودن محتواي بالاتر ویتامینها، مواد معدنی، آمینواسیدهاي لازممثلاً برنج غنی شده با ویتامین A و غیره به عنوان عاملی جهت بهبود سلامتی انسان مطرح خواهند شد.
.5 .3 فواید براي آینده محیط زیست و انسان: گیاهان تراریخته به علت مقادیر کمتر آفتکشها، آلودگی کمتري ایجاد میکنند. همچنین تولید کشاورزي بیشتري امکانپذیر بوده و مردم میتوانند به حذف گرسنگی در دنیا امیدوار باشند (با گسترش نواحی کشت شده با GMO که مقاوم به خاكهاي شور، اسیدي، درجه حرارتهاي کمتر و غیره هستند).
.4 روشهاي ایجاد گیاه تراریخته
انواع روشهاي مورد استفاده در ایجاد گیاهان تراریخته عبارتند از:
.1 .4 ایجاد گیاهان تراریخته با استفاده از پلاسمید Ti2 از :A. tumefaciens
باکتري گرم منفی و خاکزي A. tumefaciens یک باکتري بیماریزاي گیاهی است که به عنوان بخشی معمول از سیکل زندگیاش، سلولهاي گیاهی را از نظر ژنتیکی تغییر میدهد. این تغییر ژنتیکی منجر به تشکیل تومورهاي گالی در طوقه و اختلال در رشد نرمال گیاه آلوده میشود.[3]
تشکیل گال طوقه در نتیجه انتقال، تلفیق و بیان ژنهایی است که در یک قطعه اختصاصی ازدي.ان.اي پلاسمید باکتریایی قرار داشته و T-DNA3 نامیده میشود، به درون ژنوم سلول گیاهی است. T-DNA بخشی از پلاسمید Ti است که توسط استرینهاي زیادي از A. tumefaciens حمل میشود. بسته به پلاسمید Ti، طول ناحیه T-DNA میتواند از 10 تا 30 کیلو جفت باز، متفاوت باشد. استرینهایی از این باکتري که فاقد پلاسمید Ti هستند، نمیتوانند سبب ایجاد گال طوقه شوند.
اولین مرحله در آلودگی، اتصال A. tumefaciens به سلول گیاه در محلی است که یک زخم باز وجود داشته باشد. معمولاً در قسمت طوقه گیاه پس از اتصال A. tumefaciens، شبکهاي از فیبریلهاي سلولزي تولید شده که باکتري را به طور محکم به سطح سلول گیاهی متصل میکند. این باکتريها، به ترکیبات فنلی خاصی از گیاه مانند استوسیرینگون4 و
