انتقال ژن در بهبود گیاهان زراعی چشم¬اندازی بر وضعیت حال و آینده

27 ص

چکیده
انتقال ژن یا جذب DNA فرایندی است که قطعه مشخصی از DNA ( معمولاً یک ژن خارجی وارد شده در پلاسمید باکتریایی) را به درون سلول¬ها وارد می¬نماید. در اصلاح نباتات، تکنیک¬های مرتبط با انتقال ژن از طریق تکثیر جنسی و رویشی به خوبی رایج می¬باشند. هدف از این تکنیک¬ها ایجاد تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی، انتخاب گیاهان برتر از نظر ژنهای کنترل کننده صفات مطلوب و همچنین حفظ تنوع واریته¬های گیاهی می¬باشد. با استفاده از تکنیک¬های اصلاحی مرسوم، پیشرفت¬های چشم¬گیری در زمینه بهبود عملکرد گیاهان زراعی حاصل شده است. معذالک این تکنیک¬ها وقت¬گیر هستند. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای رفع مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. بنابراین، در این مقاله سعی شده است که چشم¬انداز حال و آینده انتقال ژن را در بهبود گیاهان زراعی مورد بررسی قرار دهد.

واژه¬های کلیدی: انتقال ژن، گیاهان زراعی، DNA

مقدمه
دهها سال است که انتقال ژن بین گونه¬های گیاهی نقش مهمی در بهبود گیاهان زراعی بازی کرده است. بهبود گیاه چه در نتیجه انتخاب طبیعی و یا با تلاش¬های به¬نژادگران، همیشه بر اساس ظهور، ارزشیابی و گزینش ترکیبات صحیح آلل¬ها بوده است. صفات مفید از قبیل مقاومت به بیماری¬ها، حشرات و آفات از گیاهان غیر زراعی به واریته¬های گیاهان زراعی منتقل شده است. از سال 1970، پیشرفت قابل ملاحظه¬ای در ابداع ابزارهای لازم برای دستورزی اطلاعات ژنتیکی در گیاهان توسط روش¬های DNA نوترکیب رخ داده است. فرایند کلی ترانسفورماسیون ژنتیکی شامل معرفی، تلفیق و بیان ژن یا ژن¬های خارجی در گیاه پذیرنده است. گیاهانی که ژن¬های خارجی از منابع ژنتیکی دیگر را با خود حمل می¬کنند و آنها را به صورت پایدار در خود جای داده و بیان می¬نمایند، گیاهان تراریخت نامیده می¬شوند. تولید گیاهان تراریخت نتیجه کاربرد تلفیقی تکنولوژی rDNA، روش¬های انتقال ژن و تکنیک¬های کشت بافت می¬باشد. با استفاده از این تکنیک¬ها تولید گیاهان تراریخت در محصولات غذایی- لیفی، سبزیجات و درختان میوه و جنگلی میسر شده است. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. ژن¬های گیاهی کلون می¬شوند، علائم تنظیم کننده ژنتیکی رمز گشای می¬شوند و ژن¬ها از موجودات کاملاً غیر خویشاوند ( خصوصا باکتریها و ویروسها) برای اعطاء صفات زراعی مفید جدید، به گیاهان زراعی منتقل می¬شوند. ترانسفورماسیون ژنتیکی انتقال ژن¬های مطلوب ویژه را، بدون همراهی با هیچ ژن نامطلوبی از گونه¬های بخشنده به گیاه زراعی میسر ساخته است. در حالیکه در روش¬های اصلاحی مرسوم ژن¬های نامطلوب نیز همراه ژن¬های مطلوب منتقل می¬شوند. پتانسیل وارد کردن و بیان ژنهای خارجی گوناگون اولین بار در گیاه توتون توسط اگروباکتریوم (De Block et al. 1984) و روش بدون استفاده از ناقل (Paszhowski et al. 1984) توصیف شده است. لیست گونه¬های گیاهی که می¬توانند توسط ناقل آگروباکتریوم و روش بدون ناقل تراریخت شوند، به طور مداوم در حال رشد بوده و در حال حاضر توانایی تراریختی به بیش از 120 گونه گیاهی و در حداقل 35 خانواده گسترش پیدا کرده است. موفقیت¬ها اغلب شامل محصولات مهم اقتصادی سبزیجات، گیاهان زینتی، دارویی، درختان و گیاهان مرتعی می¬باشد. انتقال ژن و باززایی گیاهان تراریخت، دیگر جزو فاکتورهای محدود کننده در بهبود و کاربرد سیستم¬های ترانسفورماسیون عملی برای بسیاری از گونه¬های گیاهی نیستند. برای این گفته، کافی است اشاره شود که قبلاً گونه¬های تک لپه¬ای در خارج از حوزه میزبانیA. tumefacims قرار می¬گرفتند و این امر منجر به ابداع انتقال مستقیم DNA یا روش بدون ناقل برای ترانسفورماسیون گردید. معذالک اخیراً ترانسفورماسیون توسط آگروباکتریوم در گونه¬های تک لپه¬ای از قبیل گیاهان غذایی مهم از جمله برنج (Hiei et al. 1994)، ذرت (Ishida et al. 1996) و گندم (Cheng et al. 1997) گزارش شده است.
اولین نسل کاربرد مهندسی ژنتیک در محصولات کشاورزی به سمت تولید گیاهان تراریخت بیان کننده ژن خارجی برای مقاومت به ویروس¬ها، حشرات، علفکش¬ها یا عوامل فساد بعد از برداشت و تجمع فراورده¬های ذخیره¬ای تغییرشکل یافته مفید بوده است. این موضوعات تحت عناوین ذیل بحث شده¬اند.

مقاومت به تنشهای زنده
ترانسفورماسیون ژنتیکی امکان ترانسفورم کردن گیاهان برای بهبود مقاومت به حشرات و پاتوژنها را میسر ساخته است و به سرعت به سمت تجاری شدن پیش می¬رود. این پیشرفت¬ها اساس راهکار اقتصاد پایدار و بدون استفاده از مواد شیمایی را برای کنترل آفات و بیماری¬ها تشکیل می¬دهد. مقاومت به تنش¬های زنده تحت عناوین زیر بحث شده¬اند.
1- مقاومت به حشرات
2- مقاومت به ویروسها
3- مقاومت به بیماریهای قارچی و باکتریایی

1- مقاومت به حشرات
پیشرفت در مهندسی گیاهان تراریخت برای مقاومت به حشره، از طریق استفاده از ژنهای پروتئین کنترل کننده Bacillus thuringiensis حاصل شده است. مقاومت به حشره ابتدا در توتون (Vaeck et al. 1987) و گوجه فرنگی (Fischhoff et al. 1987) گزارش شد. امروزه ترانسژن مقاوم به حشره از هر منبعی از جمله گیاهی، باکتریایی و یا منابع دیگر می¬تواند به منظور افزایش سطح مقاومت به حشره، به گیاهان منتقل شود. تقریباً 40 ژن متفاوت اهدا کننده مقاومت به حشره، به گیاهان زراعی وارد شده است. ژنهای اهدا کننده مقاومت گیاهان به حشره از میکروارگانیسمها بدست آمده است. ژن Bt از Bacillus thuringiensis، ژن ipt ایزوپنتیل ترانسفراز از Agrobacterium tumefacines، ژن کلسترول اکسیداز از قارچهای استرپتومایسز و ژن pht از Photorhabdus luminescens. ژنهای مقاوم از گیاهان عالی می¬تواند به دو گرو تقسیم شود (1) بازدارنده¬های پروتئیناز و آمیلاز و (2) لکتین¬ها، لکتین گل حسرت (GNA)، لکتین نخود، لکتین برنج و غیره. ژن¬های مقاوم با منشاء حیوانی بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون (Manduca sexta) می¬باشد.