بخشی از مقاله
چکیده:
القاء جهش با استفاده از موتاژن ها بهمنظور افزایش فراوانی جهش در یک دوره زمانی کوتاه و تولید ارقام جدید است. فراوانی وقوع جهش طبیعی بسیار کم است و به همین دلیل استفاده از آن در برنامههای اصلاحی امکانپذیر نمیباشد. بهطورمعمول جهشها توسط موتاژنهای فیزیکی نظیر اشعه گاما و موتاژن شیمیایی مانند EMS در بذر یا اندامهای رویشی ایجاد میشوند در حال حاضر بیش از 3200 موتانت در گونههای مختلف زراعی، باغی و زینتی معرفیشدهاند. با توجه به تغییرات اقلیمی و بهمنظور تأمین امنیت غذایی، نیاز به روشهای کمهزینه، سریع و مؤثر در تولید و معرفی ارقام جدید است. موتاسیون روش کمهزینه و سریع است که در کشورهای درحالتوسعه نسبت به روشهای پرهزینه مانند مهندسی ژنتیک میتواند بهطور موفق در تولید ارقام جدید عمل کند.
مقدمه
افزایش جمعیت در سالهای اخیر تولید بیشتر محصولات کشاورزی و ایجاد امنیت غذایی را ضروری کرده است. طبق پیشبینی فائو تا سال 2050 برای تأمین نیاز غذایی بیش از 9 میلیارد ساکنین کره زمین باید میزان تولید محصولات کشاورزی تا 70 درصد افزایش یابد .[1] تغییرات آب و هوایی باعث شده است که بسیاری از اراضی دیگر قابلکشت نباشند، بنابراین افزایش نیاز به مواد غذایی باید از طریق افزایش تولید در واحد سطح جبران شود و یا اینکه ارقام جدیدی ایجاد شوند که بتوانند در اراضی با محدودیتها و عوامل نامساعد سازگار بوده و تولید قابلقبول داشته باشند. به عبارتدیگر باید گیاهان متحمل به تنشهای غیر زیستی و زیستی ایجاد شوند و در اختیار کشاورزان قرار گیرند،، اما برای تأمین این نیاز باید تنوع ژنتیکی مناسب و کافی وجود داشته باشد.
منابع تنوع عبارتاند از جهش،، نوترکیبی حاصل از هیبریداسیون،و انتخاب. این سه جز ارکان تکامل بوده و از آنجایکه بهنژادی تکامل هدایتشده است، باید بر این سه جزء استوار باشد. اصلاح نباتات علم و هنر بهبود ژنتیکی گیاهان است و هدف کلی آن اصلاح خصوصیاتی از گیاهان است که در ارزش اقتصادی نقش دارد1] و .[2 وجود آللهای جدید شانس موفقیت را در بهنژادی افزایش میدهد. مشکل عمده بهنژادگران در دسترس نبودن تنوع و یا نبود تنوع ژنتیکی کافی میباشد . [3 ,1] القاء مصنوعی جهش و افزایش فراوانی جهش بهمنظور انتخاب ژنوتیپهای برتر با هدف غلبه بر مشکل کمبود تنوع ژنتیکی به کار گرفته میشود. امبا و همکاران[1] استفاده از موتانتها را برای افزایش تنوع ژنتیکی و نیز دستیابی به آللهای جدید پیشنهاد کردند.
جهش منبع نامحدود برای تنوع ژنتیکی در برنامهای اصلاح نباتات است. تنوع حاصل از جهش القایی الزاماً با تنوع حاصل از جهش طبیعی یا خودبهخودی متفاوت نیست و اصول استفاده از آنها نیز همسان است، اما پیگیری و شناسایی موتانتهای حاصل از جهش طبیعی برای بهنژادگران بسیار مشکل است.[4] در 1927 القا جهش توسط مولر بروی مگس سرکه و به دنبال آن در 1928 بر روی جو، توسط استدلر ، شاخه جدیدی را در علم ژنتیک تحت عنوان جهش القایی باز کرد، که بعدها در مطالعات مربوط به مکانیابی و ساختار ژنها، تظاهر و بیان ژن، کاوش ژنوم و اصلاح نباتات به ابزار مهمی تبدیل شد.[5] در طی 4 دهه گذشته تحقیقات درزمینه ایجاد جهش بهسرعت پیشرفت نموده است، و بسیاری از بهنژادگران و ژنتیکدانان مطالعه بر روی استفاده از القا جهش برای تغییر صفات در گیاهان را آغاز کردند. در طی 80 سال گذشته بیش از 3211 واریته موتانت بهطور رسمی معرفی شدهاست[.4] تقریباً 70درصد موتانتها بهطور مستقیم بهعنوان یک رقم معرفی میشوند، سایر موتانتهای تولیدشده بهعنوان والد در تلاقیها به کار گرفته میشوند. بهعبارتدیگر در برخی موارد مواد حاصل از القا جهش بهعنوان ژرمپلاسم در برنامههای اصلاحی قابلاستفاده هستند و مستقیماً بهعنوان رقم معرفی نمیشوند. به دلیل کاربرد آسان، و تکرارپذیر بودن، حدود 80 درصد موتانتهای معرفیشده توسط موتاژنهای فیزیکی ایجاد شدهاند.[5]
مواد موتاژن باعث تغییر در DNA هسته شده و در طول ترمیم باعث بروز تغییراتی در ساختمان آن میشوند که وراثت پذیر بوده و به نسل بعد منتقل میشوند، اما بهصورت تصادفی در ساختمان ماده ژنتیکی رخ میدهند. این تغییرات در ژنوم سیتوپلاسمی هم امکان وقوع دارند که بهصورت تغییراتی در رنگ گل، برگ و یا عقیمی سیتوپلاسمی دیده میشوند.در حال حاضر چالشهای جدیدی مانند تغییرات آب و هوایی، تغییر اکوسیستمهای محلی و رشد جمعیت امنیت غذایی را به خطر انداختهاند. این تهدید در کشورهای درحالتوسعه ملموستر میباشد، بنابراین لازم است تمهیدات لازم برای امنیت غذایی در جوامع دارای رشد جمعیت برای تولید بیشتر محصولات کشاورزی و معرفی ارقام پر محصول و سازگار به شرایط اقلیمی تغییریافته در نظر گرفته شود.
تغییرات آب و هوایی باعث خشکسالی در مناطق خشک و بارندگیهای بیشتر در نواحی مرطوب خواهد شد بنابراین علاوه بر تغییر الگوی بارندگی، پراکنش آفات و بیماریها نیز تغییر خواهدکرد. بهنژادگران در تلاش اند با استفاده از روشهای جدید ارقام پر محصول سازگار به تغییرات پیشآمده را از طریق مهندسی ژنتیک در کنار روشهای اصلاح کلاسیک ایجاد کنند. در این مقاله بر پتانسیل روش القا جهش در ایجاد تنوع ژنتیکی و تولید آللهای جدید متناسب با تغییرات به وجود آمده و کاربرد تنوع ایجادشده در اصلاح نباتات و ایجاد ارقام سازگار جدید تأکید شده است.
تأثیر تغییرات آب و هوایی در کشاورزی
ازآنجاییکه رشد محصولات کشاورزی با عوامل محیطی در ارتباط است، آلودگیهای صنعتی و افزایش روزافزون جمعیت بر میزان آبهای در دسترس، اراضی قابلکشت، ژرمپلاسم و محیطزیست تأثیر مخربی گذاشته است. علائم مشخص از اثرات منفی این تغییرات بر روی تولید مواد غذایی قابلمشاهده است. افزایش گازهای گلخانهای، گرمایش زمین، تغییرات شدید در میزان بارندگی و نواحی دارای بارندگی، تخریب منابع آبوخاک و افزایش شدت اشعه ماورای بنفش ازجمله این علائم میباشند. تغییرات آب و هوایی میتواند بر بازدهی برداشت محصول و یا نابودی کامل آن تأثیرگذار باشد. مقابله با این تغییرات از جنبههای مختلف قابلبررسی است اما در این مقاله تنها از بعد اصلاح نباتات راههای مقابله بررسی میشود.
استراتژیهای مقابله با تغییرات آب و هوایی
بهنژادگران و آگرونومیستها برای تولید پایدار محصولات کشاورزی تحتفشار هستند. هزینه تولید محصولات کشاورزی به دلیل محدودیت نهادههای کشاورزی افزایشیافته است. در حال حاضر هیچ راهحل سریعی برای حل مشکل وجود ندارد، بنابراین شناسایی روشهایی که هزینه کمتری داشته باشند مدنظر است. برای مقابله با تغییرات سریع اقلیمی واریتههای جدید به کمک اصلاح کلاسیک در تلفیق با روشهایی نظیر مهندسی ژنتیک، بیوتکنولوژی، جهشزایی، اصلاح مولکولی، استفاده از ژرمپلاسم بومی میتوانند راهگشا باشند. بهطورکلی برای مقابله با اثرات تغییرات اقلیمی نیاز به تنوع ژنتیکی کافی است. راهکارهایی که بتوانند این تنوع را در سطح وسیع و با سرعت تأمین کنند موردتوجه بهنژادگران است.
مهندسی ژنتیک
مهندسی ژنتیک به انتقال ژن از یک منبع خارجی - هر ارگانیسم زنده - به گیاه هدف گفته میشود که شامل شناسایی، جداسازی و انتقال ژن میباشد. حتی اگر مهندسی ژنتیک توان بالقوه بالایی در بهبود ژنتیکی محصولات کشاورزی داشته باشد، عملیاتی کردن این تکنولوژی بهویژه در کشورهای درحالتوسعه به دلیل بالا بودن هزینه، کمبود نیروی انسانی آموزشدیده، نبود کتابخانههای ژنی، عدم پذیرش محصولات ترانسژنیک توسط مصرفکننده، بهآسانی امکانپذیر نیست.
