بخشی از مقاله
مطالعه کاربرد انتقال ژن ، بيوليستيک و بيوتکنولوژي در گياهان تراريخت
چکيده
در سه دهه ي اخير، دانشمندان علم بيوتکنولوژي با هدف افزايش توليد محصولات کشاورزي دست به تغيير ژنتيک بعضي گياهان زده اند. واژه هاي انتقال ژن ، مهندسي ژنتيک ، DNA نوترکيب ، تغيير تراريختي يا تغيير ژنتيکي به روش هاي بيوتکنولوژي اشاره دارند که در آنها، متخصصين زيست شناسي ژن را از يک يا چند گونه به DNA گياهان زراعي متصل مي کنند تا صفت ژنتيکي انتخاب شده را منتقل کنند. انتقال ژن فرايندي است که طي آن قطعه مشخصي ازDNA را به درون سلول ها وارد مي نمايند. ژن منتقل شده را ترانسژن و موجودي را که پس از انتقال موفقيت آميز، ژن مورد نظر را دريافت نموده موجود تراريخت مي نامند. روش هاي انتقال ژن به دو گروه اصلي تقسيم بندي مي شوند: ١- انتقال ژن توسط ناقل ٢- انتقال به طور مستقيم يا بدون ناقل . طبق آمارها با استفاده از اين روش ها ميزان محصول توليد شده ، ٢٥ درصد افزايش يافته است . امروزه همه انواع ارگانيسم هاي تغيير يافته ژنتيکي (GMO ها) يافت مي شوند: باکتري ها براي ساخت انسولين يا هورمون هاي رشد، تنباکو يا يونجه برنامه ريزي شده براي توليد هموگلوبين ، سلول هاي جانوري طراحي شده براي ساخت پروتئين هاي نوترکيب با اثرات درماني. جنبه ايي از مهندسي ژنتيک که بيشترين نگراني ها و احتياطات را مطرح مي کند، ژن درماني است که شامل ترانسفورماسيون سلول هاي انساني به منظورتعمير يا تصحيح است . سيستم آگروباکتريوم اولين سيستم تراريختي موفق در گياهان بود که موانع موجود در مهندسي ژنتيک گياهي را کاهش داد. طبيعي است که از محصولات زراعي که به صورت ژنتيک در مقابل حشرات و بيماري ها مقاوم شده اند، غذاي بيشتري به دست مي آيد. از طرفي، بسته بندي و حمل و نقل ميوه ها و سبزيجاتي که تغييرات ژنتيکي يافته اند، آسان تر است و درنهايت دسترسي بيشتر مصرف کننده به ماده غذايي را سبب مي شود، اما اين تغييرات نگراني هايي نيز در سطح جامعه به وجود آورده اند که سبب رکود در بازار محصولات تراريخت (دستکاري ژنتيکي شده ) مي شوند، اين موضوع اهميت فوق العاده ايي دارد، زيرا اگر امکان فروش محصولات تراريخته به وجود نيايد رشد بازده عمليات کشاورزي و مقدار محصول به دست آمده چندان اهميتي نخواهد داشت . مردم در مواردي به درستي فکر مي کنند که مواد غذايي تراريخته ي کنوني ممکن است حاوي سم يا مواد مضر براي انسان يا حداقل حيات وحش باشند.
کلمات کليدي : : انتقال ژن ، بيوليستيک ، بيوتکنولوژي، کاربرد، گياهان تراريخت
مقدمه
واژه هاي انتقال ژن ، مهندسي ژنتيک ، DNA نوترکيب ، تغيير تراريختي يا تغيير ژنتيکي به روش هاي بيوتکنولوژي اشاره دارند که در آنها، متخصصين زيست شناسي ژن را از يک يا چند گونه به DNA گياهان زراعي متصل مي کنند تا صفت ژنتيکي انتخاب شده را منتقل کنند. مهندسان ژنتيک يا متخصصين زيست شناسي مولکولي، کساني هستند که از طريق گرفتن ژن ها از يک گونه (يک حيوان ، گياه ، باکتري يا ويروس ) و انتقال آن ها به درون گونه هاي ديگر از جمله محصولات کشاورزي اين اطلاعات را دست ورزي مي کنند. محصولات مهندسي ژنتيک ، ارگانيزم هاي تغيير يافته ژنتيکي ناميده مي شوند. ژن گرفته شده از سلول هاي يک ارگانيزم دهنده که وارد ارگانيزم ميزبان مي شود را ترانسژن مي نامند. اين ترانسژن بايد در محيط جديد خود حداقل به صورت موقت و در بهترين حالت به صورت دائمي بيان شود و ضروري است که قادر باشد همراه ژنوم سلول ميزبان ، همانندسازي کند. موجودي را که پس از انتقال ژن به صورت موفقيت آميز به دست مي آيد، تراريخت مي نامند. گياهان تراريخت ، گياهاني هستند که حامل ژن هاي پايدار از منابع خارجي باشند. ممکن است اين گياهان را گياهان ترانسفرم شده نيز بنامند. بعد از آنکه قوانين ژنتيک کشف گرديد، دانشمندان متمايل به کنترل آنها شدند. نخستين تظاهر اين کنترل را مي توان در تولد مهندسي ژنتيک مورد
توجه قرار داد. با وجود اين بسيار سخت است که تاريخ قطعي اين تولد را ارائه کرد. زيرا در حقيقت زمان زيادي طول کشيد که تسلط بر ژنوم واقعيت بگيرد. متخصصين بيوتکنولوژي مي گويند که بشر بيوتکنولوژي را از زماني که کشاورزان در ١٠٠٠٠ سال پيش شروع به اهلي کردن گونه هاي وحشي براي کشت يا اصلاح حيوانات وحشي منتخب کرد، آغاز نموده است .
گروهي شروع مهندسي ژنتيک را در نخستين انتقال موفقيت آميز DNA يک باکتري مي دانند که در سال ١٩٤٤ اتفاق افتاد. زماني که O.T. Avery با موفقيت سويه هاي غيرپاتوژن Pneumococcus را از طريق در تماس قرار دادن آن ها با سويه هاي پاتوژن در invitro به سويه هاي پاتوژن تبديل کرد. به نظر مي رسد منطقي تر باشد که تولد مهندسي ژنتيک را در اوايل دهه ١٩٧٠ با کشف ابزار برجسته اي بنام آنزيم هاي محدودکننده مورد توجه قرار داد (آربر و لين ، ١٩٦٩). اين آنزيم ها را براي نخستين بار در E.coli کشف کردند. اين آنزيم ها به اندونکلئازها معروفند، DNA را در جايگاههاي اختصاصي که از طريق باندهاي آن شناسايي مي شود برش مي دهند و از آن زمان به بعد صدها نوع از اين آنزيم ها کشف شدند ويکي از مهمترين ابزار مهندسي ژنتيک را ايجاد کردند. خصوصيت آنزيم هاي برشي اجازه مي دهد که قطعات DNA به هم وصل شوند. برگ نخستين مطالعات خود را در مورد کلون کردن در سال ١٩٧٢ ارائه داد. او نخستين آنزيم محدود کننده ايي که از باکتري E. coli استخراج شده بود، يعني اندونوکلئاز EcoRI را براي خطي کردن DNA ويروس SV٤٠ برش DNA پلاسميد باکتريايي حامل ژن متابوليسم گالاکتوز استفاده کرد و بنابراين نخستين ناقل پلاسميدي که قادر به تغيير ژنوم يک سلول ميزبان بود را ايجاد کرد. سال ١٩٧٠ يک دوره پربار براي زيست شناسي مولکولي بود. تکامل فوق العاده ايي در تحقيقات بر روي آنزيم هاي محدود کننده استخراج شده از سويه هاي زيادي باکتري و توانايي برش مولکول DNA و جايگزيني آن ها با ساير قطعات برش يافته با همان آنزيم و حمل ژن هاي ديگر مورد استفاده قرار گرفت . به محض جايگزيني قطعات ، آن ها بايد بتوانند در مواقع لازم توسط سلول ميزبان مورد استفاده قرار بگيرند و در طول تقسيم سلولي به سلول دختر منتقل شوند. نخستين گياهان تغييريافته ژنتيکي تنباکو در سال ١٩٨٣ ظهور يافتند. نخستين گياهان توليد کننده حشره کش پس از ادخال ژن توليد کننده سم باکتريايي در سال ١٩٨٥ ايجاد شدند. اينها گياهان تنباکويي بودند که ژن توليد سم را از باکتري Bacillus thuringiensis گرفته بودند. چند سال پس از تکامل تنباکوي تراريخته ، محصولات تراريخته تجاري سويا، ذرت ، برنج و پنبه در برخي ايالت هاي آمريکايي کشت شدند و جايگزين واريته هاي گياهي مرسوم شدند. برخي از آن ها به آفات مقاوم بودند و بقيه به علفکش ها و برخي نيز به هر دو مقاوم بودند. در حال حاضر توانايي تراريختي به بيش از ١٢٠ گونه گياهي و در حداقل ٣٥ خانواده گسترش پيدا کرده است . امروزه همه انواع ارگانيسم هاي تغيير يافته ژنتيکي ( GMO ها) يافت مي شوند: باکتري ها براي ساخت انسولين يا هورمون هاي رشد، تنباکو يا يونجه برنامه ريزي شده براي توليد هموگلوبين ، سلول هاي جانوري طراحي شده براي ساخت پروتئين هاي نوترکيب با اثرات درماني. جنبه ايي از مهندسي ژنتيک که بيشترين نگراني ها و احتياطات را مطرح مي کند، ژن درماني است که شامل ترانسفورماسيون سلول هاي انساني به منظورتعمير يا تصحيح است . در سال ٢٠٠١ دانشمندان آمريکايي اعلام کردند که نوزادان داراي DNA سه والد (دو زن و يک مرد) متولد شده اند. نوزادان حاصل پيوند تخمک بودند که در آن ها سيتوپلاسم تخمک يک زن ، هسته تخمک زن ديگر را که نابارور بود را احاطه مي کرد. در سال ٢٠٠٤ نيز نخستين جنين هاي ايجاد شده که کلون هاي واقعي از يک زن ٦٠ ساله بودند در دانشگاه ملي سئول در کره جنوبي ايجاد شدند.
مواد و روش :
استفاده از گياهان تراريخت از سال ١٩٨٤ (فدر و سليد، ١٩٨٤) گسترش قابل ملاحظه ايي يافته است . در اين سال گروه تحقيقاتي در دانشگاه بلژيک به سلول هاي گياهي با استفاده از پلاسميدهاي يک گونه باکتري به نام آگروباکتريوم گرديدند.
از مهمترين اهداف انتقال ژن به گياهان ميتوان موارد زير را ذکر کرد:
١) ايجاد مقاومت در برابر آفات (حشرات )
٢) توليد گونه هاي مقاوم به امراض (قارچي، باکتريايي، ويروسي، نماتدي و ...)
٣) توليد گياهان مقاوم به علف کش ها
٤)توليد گياهان مقاوم به تنش هاي محيطي مانند خشکي، شوري، سرما و...
٥) توليد گياهان داراي خاصيت درماني يا پيشگيري
٦) توليد گياهان داراي ارزش ويژه
٧) توليد گياهان داراي خصوصيات متابوليکي تغييريافته
٨) توليد گياهان و ميوههاي با زمان ماندگاري بيشتر
تاکنون آزمايشات متعددي براي ايجاد گياهان تراريخت از طريق پلاسميد Ti باکتري آگروباکتريوم و يا از طريق تفنگ ذره ايي بکار برده اند و دانشمندان در فکر توليد
انترفرون در گياهان و در کشت سلول گياهي هستند و از طرف ديگر توليد گياهان برتر و با محصولات بيشتر يکي ديگر از اهداف مهندسي ژنتيک گياهان مي باشند.
الف ) گياهان مقاوم به در براربر حشرات و آفت ها:
با پيشرفت تکنيک هاي مهندسي ژنتيک ، دانشمندان قادرند ژن هايي از يک موجود زنده را به موجود ديگري انتقال دهند. در سال ١٩٩٠ اولين گياهان تراريخت در مزرعه واقعي کشت گرديد و در ١٩٩٣ FDA گياهان و غذاهاي تراريخت را به عنوان مواد اساسا بي ضرر معرفي کرد. امروزه مشخص شده است که پروتئين هاي خاصي که از باکتري باسيلوس توريژنسيس استخراج مي شود به دستگاه گوارش حشرات چسبيده و مانع جذب مواد غذايي مي شود. در واقع پروتئين هاي اين باکتري براي حشرات سمي هستند. ژن هاي کد کننده اين پروتئين ها را استخراج کرده و به ژنوم گياهان مهم کشاورزي مي افزايند. با بيان اين ژن در داخل گياهان اين پروتئين سمي براي حشرات توليد مي شود. حشراتي که به گياه حمله کنند توسط اين پروتئين از بين خواهند رفت . هر ساله هزينه هاي هنگفتي بابت مبارزه شيميايي با اين آفات صورت مي گيرد که علاوه بر هزينه بري زياد آلودگي هاي زيست محيطي فراواني را به دنبال دارد. راندمان اين مواد شيميايي نيز به دليل ايجاد مقاومت در حشرات در برابر سموم به مرور پايين آمده است و به همين خاطر نياز به تعويض مکرر اين آفت کش ها وجود دارد.
ب ) گياهان مقاوم به بيماري ها:
بيماري هاي ويروسي و قارچي از مهمترين بيماري هاي گياهي هستند که علاوه بر وارد کردن خسارات زياد به محصولات کشاورزي مانع کشت آن ها در بسياري از شرايط آب و هوايي مي شود. با کلون کردن برخي ژن هاي گياهان مقاوم در گياهان حساس مانند ژن هاي کيتيناز و ١و٣گلوکاناز که باعث تخريب ديواره پلي ساکاريدي قارچ هاي پاتوژن مي شوند بيوتکنولوژيست ها به گياهاني دست يافته اند که مقاوم به قارچ هاي پاتوژن مي باشند. همچنين با کلون کردن ژن هاي جانوري و انجام اقداماتي
