بخشی از مقاله
چکیده
بسیاری از ارقام انگور، از چند گونه جنس ویتیس در طول چند قرن گذشته تجاری شده اند با این حال صنعت رو به رشد انگور نیازمند ارقام جدید با مقاومت و بهره وری بالا میباشند روشهای سنتی اصلاح به دلیل زمان تکثیر طولانی و ماهیت هتروزیگوتی این محصول محدود هستند. توسعه روشهای بیوتکنولوژی گیاهی منجر به کاربرد تکنیکهای درون شیشهای برای بهبود این محصول شده است تنوع سوماکلونی به عنوان یک منبع جدید از ژنوتیپهای گیاهی است که می-تواند به عنوان ابزاری برای القا تنوع در بهبود و اصلاح ویژگیهایی از قبیل مقاومت به آفات، بیماریها و علف کش ها و ... به کار گرفته شود با این وجود، اطلاعات در مورد تنوع گیاهان باززایی شده نسبتا کمیاب هستند و تنها چند نمونه از مطالعه تنوع سوماکلونال در انگور گزارش شده است هدف ما در این مقاله مروری، معرفی تنوع سوماکلونال، عوامل اثرگذار بر آن و روشهای تشخیص آن و در نهایت بررسی کارهای صورت گرفته مرتبط با آن بر روی انگور است.
کلمات کلیدی: تنوع سوماکلونال، نشانگرهای ملکولی،انگور ، تغییرات ژنتیک و اپی ژنتیک
.1 مقدمه
تنوع ژنتیکی یک پدیده ی شایع در ارتباط با کشت بافت گیاهی است این تنوع که توسط استفاده از چرخه کشت بافت ایجاد میشود توسط لارکین و اسکوکرافت - - 1981 تنوع سوماکلونال1 نامیده شد.[18] اگر چه مکانیزم تنوع سوماکلونی هنوز به طور کامل درک نشده است اما میتواند به عنوان یک ابزار کارآمد برای القا تنوع ، بهبود و اصلاح میوهها به کار گرفته شود.[13] رویان زایی بدنی یک ابزار کارآمد برای ریزافزایی سریع، هیبریداسیون بدنی و تنوع سوماکلونال است.[19] رشد سلولهای گیاهی در محیط درون شیشه ای و باززایی آنها به گیاه کامل فرآیندی غیرجنسی است که تنها شامل تقسیمات میتوزی است و در نتیجه انتظار میرود که گیاهانی یکنواختی از لحاظ ژنتیکی داشته باشیم این انتظار اساس صنعت ریزافزایی است.[12] وقوع این تنوع در طی فرآیند کشت بافت با هدف تکثیر ژنوتیپهای برتر2 امری نامطلوب محسوب میشود برای مثال موجب تغییر در صفات کلونهای قدیمی و کمیاب که ژنوتیپهایی مقاوم به پاتوژنها و یا شوری و خشکی هستند میشود.[2] اگر چه این مسئله با کاربرد ریزنمونه مریستم حل شده است
زیرا که سازماندهی مریستم در طی مراحل کشت بافت تغییر نمیکند و در واقع چیزی از تنوع سوماکلونال به نمایش نمیگذارد.[12] علاقه به این پدیده با گزارشهای متعدد از تغییرات در صفات زراعی باعث توجه به آن به عنوان یک منبع جدید از تنوع برای اصلاح نباتات شد .[12] تنوع سوماکلونال منجر به گزینش نمونههایی که مقاوم به بیماریها، آفات و علفکش ها هستند گردیده است.[13] دو نوع تنوع سوماکلونی وجود دارد: وراثتی - ژنتیک - و اپیژنتیک. تنوع وراثتی هم از طریق سیکل جنسی و هم سیکل غیر جنسی پایدار است اما تنوع اپیژنتیکی ممکن است حتی وقتی که تکثیر به صورت غیر جنسی صورت میگیرد ناپایدار باشد بهترین مثال شناخته شده از تنوع اپیژنتیکی از دست رفتن نیاز به اکسین سیتوکینین یا ویتامینها توسط کالوس است.[11] در مناطق سنتی تاک کاری باید یک اصالت1 که تا حد زیادی بستگی به نوع انگور دارد وجود داشته باشد در نتیجه اصلاح انگور دشوار است زیرا که در تغییرپذیری طبیعی ارقام در محدوده صفت دلخواه محدود است.[15] راه دور زدن این مشکل استفاده از تنوع بدنی است اندامزایی و رویانزایی بدنی درون شیشهای منجر به تنوعات ژنوتیپی و فنوتیپی میشود.[15]
.2 اساس ژنتیکی تنوع سوماکلونال
اگر چه مکانیزم تنوع سوماکلونال به میزان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است اما تا حد زیادی در سطح تئوری و حدس وگمان باقی مانده است .[8] مطالعات کمی به اساس ملکولی و ماهیت تنوع سوماکلونال پرداخته اند با این حال، تغیراتی که در متیلاسیون DNA رخ میدهد ممکن است در آن نقش داشته باشند .قبل از کارهای ایوانز و شارپ - - 1983 برای توصیف تنوع سوماکلونی بر روی گیاه گوجه فرنگی اساس ژنتیکی تنوع سوماکلون به صورت غیرجنسی مشخص نشده بود. بیشتر کارهای صورت گرفته برای روشن شدن اساس تنوع سوماکلونی روی سیبزمینی و نیشکر انجام شده است زیرا که هر دو محصول به صورت غیرجنسی تکثیر میشوند و همچنین میتوانند تغییرات پلوئیدی و تنوع در تعداد کروموزم ها را تحمل کنند بدون آنکه اختلالی در صفات زراعی آنها به وجود آید .به طور خاص حتی نیشکر دستکاری نشده یک موزائیک کروموزومی است. با این وجود بر طبق گفته های لوا و همکاران - - 2012 تغییرات زیر در سوماکلونها مشاهده شده است: تغییر در تعداد کروموزمها و ساختار آنها در پلیپلوئیدی شایع میباشد افزون بر این جهشهای ژن تک هستهای و تغییرات ژنتیکی کمتر تعریف شدهای در آنها مشاهده شده است.
تنوع در تعداد کروموزمها و ساختارها و بی نظمیهای کروموزمی - شکستگی، قطعات محوری و غیر محوری، کروموزومهای حلقهای، حذفها و وارونگیها - در طول تمایز در شرایط آزمایشگاهی در میان سوماکلونهای باززایی شده مشاهده شده است.[10] این قبیل بازآرایی در کروموزومها ممکن است در نتیجه از دست دادن ژنها یا عملکردشان باشد و یا فعال شدن ژنهایی که قبلا خاموش بوده اند و بیان ژنهای مغلوب وقتی که هاپلوئید میشوند.[11] بی نظمی در کروموزومها ممکن است در طول باززایی گیاه از دست برود و در نتیجه تولید گیاهان طبیعی و معمولی نماید و یا به صورت تنوع سوماکلونی بازیابی شوند تغییر در تعداد کروموزومها معمولا مرتبط با کاهش باروری و تغییر نسبت ژنتیکی است.[11] تنوع سوماکلونی همچنین ممکن است به دلیل نوترکیبی ژنتیکی میتوزی باشد جهشها در DNA کلروپلاستی همچنین میتواند به عنوان نتیجه تفاوتهای ژنتیکی بین گیاه مادری و ریزنمونهها باشد.
افزون بر اینها، جابجایی رویدادهایی از قبیل فعال شدن عناصر قابل جابجایی که قطعاتی از DNA هستند و در داخل و بین کروموزومها حرکت میکنند و به صورت ژنها خاموش قلمدادا میشوند نیز میتواند بر این تنوع اثر بگذارد.[11] فراوانی بالایی از لحاظ تنوع الگوی متیلاسیون در میان توالیهای تک-کپی دلیل دیگری از بروز این تنوع است.[11] سطوح متیلاسیون سرتاسری و متیلاسیون نقاط خاص در چندین محصول از جمله انگور ثابت شده است تغییرات اپی ژنتیک و تغییرات در هیستونها ممکن است مرتبط با پاسخهای فیزیولوژیکی سلولهای گیاهی به شرایط درون شیشهای باشند.[16] از جمله تغییرات اپی ژنتیک تنوع در صفات موفولوژیکی مانند رنگ گل، شکل و رنگ برگ، ارتفاع بوته، مقاومت به بیماریها وتاریخ بلوغ هستند میزان این تغییرات نه تنها در پاسخ به شرایط کشت بافت بلکه همچنین در میان گونهها و حتی ارقام یک گونه نیز متفاوت هستند .تغییرات ژنتیکی سیتوپلاسمی نیز توسط تنوع سوماکلونی تشخیص داده شده است دقیقترین این بررسیها توسط گنگ باخ و همکاران - - 1977 است با ارزیابی گیاهان برای دو صفت سیتوپلاسمی حساسیت میزبان به سم خاص Drechslera maydis race T. عامل بلایت برگهای ذرت انجام شد که مرتبط با همه ژنوتیپهای نر عقیم سیتوپلاسمی است.
در بذرهای مشتق شده از گیاهان این دو مشخصه شدیدا با هم مرتبط هستند.[11] در این مطالعه گزینش برای مقاومت به سم و باززایی گیاهان مقاوم انجام شد اما مقاومت همزمان مرتبط با بازگشت مجدد نر عقیمی بود با این حال زمانی که الگوی اندونوکلئازDNA میتوکندریایی ارزیابی شد شواهد حاکی از تغییرات معنادار در DNA میتوکندریایی گیاهان مشتق شده از کشت سلولی همراه بود.[11] کراسینگ اور میتوزی نیز دلیل برخی تنوعات مشاهده شده در گیاهان است کراسینگ اور میتوزی ممکن است سبب جهش در ژنهای تک مغلوب هموزیگوتی در برخی گیاهان شود از آنجا که اصلاح-گران قبلا تنها به تنوعی دسترسی داشتند که به طور معمول از میوز منتقل میشود بهبود محصولات از کراسینگ اور میتوزی ممکن است به عنوان یک منبع تنوع جدید و منحصر به فرد در اصلاح گیاهان باشد.[11] ژنوم گیاهی انعطاف پذیر نیستند بلکه تابع شرایط محیطی هستند و توانایی تغییرات سریع را دارند.[18]
.3 منابع و دلایل تنوع سوماکلونال
باززایی از سلولهای بدنی به دلیل مسئلهی توانمندی1سلولهای گیاهی است.در طی باززایی سلولهای تمایز یافته واتمایز یابی میشوند و متعاقبا دوباره در طی یک مسیر تکاملی بازتمایزیابی میشوند.[12] این تغییرات در طی کشت پروتوپلاستها طولانیتر است علل و ریشههای تنوع سوماکلونال اغلب مرتبط با مسائل درونی و بیرونی در کشت بافت است.[12] از جمله فاکتورهای درونی گیاه ژنوتیب وجود بافت شیمر و منشا ریز نمونه و... را نام برد از فاکتور های بیرونی میتوان پروتکلهای کشت بافت، توالی محیط کشت و انواع مواد رشد وغلظت آنهارا میتوان نام برد.[4] بعد از مرحلهی رشد نامنظم و بی سازمان کالوس احتمال بالایی برای وقوع تنوع سوماکلونال فراهم میشود. در یک مطالعه توسط لوپز و همکاران - - 2010 بر روی گیاهان باززایی شده از کشت کالوس Theobroma cacao نشان داده شد که افزایش قابل ملاحظه ای از تنوع هم در ژنتیک و هم در اپیژنتیک در مقایسه با گیاهان حاصل از اندام زایی مشاهده شد.[12] تنوع در منشا بافت، ناهنجاری در تقسیم سلولی درون شیشهای و تنظیم کنندههای رشد گیاهی، سه دلیل عمده رخدادن تنوع سوماکلونال می-باشند.
الف. تنوع در منشاء بافت
تنوع ژنتیکی شامل اندو پلی پلوئیدی و پلیتن2 و افزایش و کاهش توالیDNA است که میتوانند در طول تمایز سوماتیکی در رشد و نمو گیاهان رخ دهند.[12] بنابراین هیچ جای تعجب نیست که تفاوت در فراوانی و ماهیت تنوع سوماکلونال میتواند رخ دهد افزون بر این روند تمایز و واتمایزیابی نیز ممکن است هم در کیفیت و هم در کمیت تنوع ژنوم-ها و توالیهای مختلف DNA که در طول تغییرات سلولی هم میتوانند گسترش یابند و هم میتوانند حذف شوند، دخالت نماید این تغییرات مرتبط با منشا بافتها و سیستم باززایی هستند و ممکن است توضیح دهند که چرا کشتهای خاصی در
