استفاده از روشهای نوین اصلاح نباتات در بهبود عملكرد 2
● كاربردهای كشت بافت های سلولی :
۱) تولید مواد شیمیایی
گیاهان به عنوان منبع مهمی از مواد پیشتاز فراورده هایی كه در صنایع مختلف مانند داروسازی، صنایع غذایی و آرایشی و بهداشتی و كشاورزی مورد استفاده اند.
۲) گیاهان عاری از عوامل بیماریزایی گیاهی
غلات ممكن است توسط گونه های زیادی از آفات میكروبی ، ویروس، باكتریائی و قارچی آلوده می شوند. این آلودگیها تا حد زیادی موجب كاهش تولید فراورده كیفیت آن و توان گیاه می شوند. آلودگی در درختان میوه بازده محصول را تا ۹۰% كم می كند. اساس به دست آوردن گیاهان بدون ویروس كشت مریستم انتهایی آنهاست با كشت قطعه كوچكی از مریستم می توان كالوس بدون ویروس تهیه كرد.
مواد گیاهی كه از طریق كشت بافت تكثیر می شوند تغییرات ژنتیكی بالایی را نشان می دهند. زمانی كه از كشت كالوس مرتباًَ زیر كشت گرفته شود گیاهان حاصل سطح پلوئیدی متفاوتی را نشان می دهند و همینطور كه بحث خواهد شد این تغییرات ناشی از كشت بافت می تواند تنوع ژنتیكی جدیدی را در اختیار اصلاح كننده نباتات قرار دهد.
● پروتوپلاست فیوژن :
اغلب ممكن است پیوند دو گانه گیاه خویشاوند كه از نظر جنسی با هم سازگار نیستند مورد نظر باشد .بدیهی است كه استفاده از روش آمیزش جنسی كه معمولاًبرای پرورش گیاه به كار برده می شود در این مورد ممكن نیست اما با هم در هم آمیختگی و الحاق پروتوپلاست گیاه مربوطه می توان به همان مقصود نائل گردید .
برای انجام این كار دو روش اساسی وجود دارد.
۱) در روش اول از مواد شیمیائی مانند پلی اتیلن گلیلول ،دكستران و اورنیتین به عنوان مواد ملحق كننده وممزوج كننده استفاده می شود كه باعث تسریع در تركیب پروتوپلاسها می گردد.
۲) از روش دیگری به نام امتزاج الكتریكی نیز می توان استفاده كرد .در این روش چسبندگی پروتوپلاسها در یك میدان الكتریكی غیر یكنواخت به وقوع می پیوندد و در هم آمیختگی هنگامی روی می دهد كه ضربان یا تناوب كوتاهی از جریان مستقیم به كار برده می شود پس از در هم آمیختگی مجموعه های ژنی هسته و سیتوپلاسم مجدداًبا هم تركیب می شوند ودر نتیجه آرایش جدیدی از تر كیب ژنها به وجود می آید.
● تغییر در تعداد و ساختار كروموزوم (مهندسی كروموزوم):
الف) اتو پلی پلوئیدی:
اتوپلی ئیدی در طبیعت به عنوان مكانیسمی برای بهبود اطلاعات ژنتیكی اتفاق می افتد. اتوتترا پلوئید است و ارقام تجاری موزوبعضی از سیب ها اتوتریلوئیدهستند. در بعضی گونه های گیاهی افزایش معقول در تعداد ژنوم با افزایش در اندازه سلول و بزرگترشدن اندامها همراه است . برای مثال تریپلوئید از بنیه بهتری برخوردارند و در مقایسه با سیب های دیپلوئید میوه های بزرگتری می دهند از اتو پلی پلوئیدی برای تولید میوه و گلهای بزرگ نیز استفاده شده است. در برنامه های اصلاحی اتو پلوئیدهای مصنوعی دو هدف مهم در نظر گرفته می شود:
۱)تولید یك ژنوتبپ یا تركیبی از ژنوتیپها كه برتر از بهترین دیپلوئیدها در بعضی از صفات مهم باشند
۲)افزایش باروری در نباتات بذری
ب) آلوپلوئیدی:
بنا به تعریف یك گیاه آلوپلوئید از تركیب و دو برابر نمودن دو یا چند ژنوم متفاوت تولید می شود .تفاوت بین دو ژنوم مختلف بستگی به رفتاركروموزمها در تقسیم كاهش كروموزومی دارد. برای تولید آلو پلوئیدها از دو برابر نمودن تعداد كروموزومهای هیبرید استفاده می شود. آلوپلوئیدها غالباً تتراپلوئید یا هگزا پلوئید بوده واز تركیب ژنومهای دو وسه گونه دیپلوئید به وجود می آید .گندم بهترین نمونه آلوپلوئیدی در غلات است. گونه های گندمی كه دارای ۲۱ جفت كروموزم هستند از تلاقی بین گونه های تترا پلوئید اهلی وگونه دیپلوئید وحشی به وجود آمده اند.
ج) آنیوپلوئیدها:
تغییرات كروموزمی را كه شامل یك یا چند كروموزم باشد آنیوپلوئیدی می گویند. اهمیت آنیوپلوئیدی در تكامل گیاهان كمتر از پلی پلوئیدی بوده و زمان لازم برای تكامل واهلی شدن گیاهان آنیوپلوئید طولانی تر از گیاهان پلی پلوئید است .حالات نالی زومی ،مونوزومی،تری زومی ،تترازومی از فرمهای مختلف آنیوپلوئیدی هستند.
● نشانگرهای مولكولی:
بسیاری از محدودیتهای روشهای مختلف اصلاح نباتات ریشه در فقدان ابزارهای مناسب برای مطالعات ژنتیكی دارد .وجود ماهیت كمی صفات اقتصادی در محصولات كشاورزی موجب شد كه محیط بسیاری ارز براوردهای ارزشهای اصلاحی را تحت تاًثیر قرار دهد و لذا استفاده از ابزارهائی كه حداقل تاثیر پذیری را از محیط دارند گام مؤثری در افزایش پیشرفتهای ژنتیكی مورد استفاده می باشد. ماركرهای مولكولی و اخیر نشانگرهای DNA ابزار مناسبی هستند كه بر اساس آن می توان جایگاه ژنی وكروموزمی ژنهای تعیین كننده صفات مطلوب را شناسائی كرد. با دانستن جایگاه یك ژن روی كروموزم می توان از نشانگرهای مجاور آن برای تائید وجود صفت در نسلهای تحت گزینش استفاده نمود.
با در دست داشتن تعداد زیادتر نشانگر می توان نقشه های ژنتیكی كاملتری را تهیه نمود كه پوشش كاملی را در تمام كروموزمهای گیاهان به وجود می آورد.استفاده از نشانگرها موجب افزایش اطلاعات مفید و مناسب از جنبه های پایه وكاربردی اصلاح نباتات خواهد گردید .
انتخاب به كمك نشانگرهای مولكولی راه حلی است كه دست آورد زیست شناسان مولكولی برای متخصصان اصلاح نباتات می باشد در این روش ژن مورد نظر بر اساس پیوستگی كه با یك نشانگر ژنتیكی تشخیص داده و انتخاب می شود و بنابراین به عنوان قدم اول در روش انتخاب به كمك نشانگر باید نشانگرهای پیوسته با ژنهای مورد نظر شناسائی شود. یافتن نشانگرهائی كه فاصله آنها از ژن مطلوب كمتر از cm۱۰می‌باشد به طور تجربی نشان داده شده كه در این صورت دقت انتخاب ۹۹/۷۵ درصد خواهد بود لذا داشتن نقشه های ژنتیك اشباع كه به طور متوسط دارای حداقل یك نشانگر به ازای كمتر از cm۱۰ فاصله روی كروموزمها باشد از ضروریات امر می باشد.
یكی از پایه های اساسی اصلاح نباتات دسترسی وآگاهی از میزان تنوع در مراحل مختلف پروژه های اصلاحی است . به همین جهت نشانگرهای برآورد مناسبی از فواصل ژنتیكی بین واریته های مختلف را نشان می دهند.
● مهندسی ژنتیك گیاهی:
مهندسی ژنتیك گیاهی در رابطه با انتقال قطعه ای DNAبیگانه با كدهای حاوی اطلاعات ژنتیكی مورد نظر از یك گیاه به وسیله پلاسمید، ویروس بحث می‌كند. زمانی كه هیبریداسیون جنسی غیر ممكن است مهندسی ژنتیك پتانسیل انتقال ژن عامل یك صفت مفید را از گونه‌های وحشی با خویشاوندی دور به یك گونه زراعی برای اصلاح كننده نباتات فراهم می‌سازد در استفاده از باكتریها در مهندسی ژنتیك از پلاسمیدهای باكتری Ecoli استفاده می‌شود.
● گیاهان تولید شده از طریق مهندسی ژنتیك:
علم مهندسی ژنتیك تكنیكهائی را شامل می‌شود كه بر اساس كار چندین دانشمند كه مؤفق به كسب جایزه نوبل شده‌اند، پایه‌گذاری شده است .مهندسی ژنتیكی یك علم افسانه‌ای به نظر می‌رسد. اما امروزه در سطح وسیع در صنایع بیوتكنولوژی و آزمایشگاه های تحقیقاتی دانشگاهی انجام می گیرد. تكنیكهای مورد استفاده در این عمل به خوبی تعریف شده است. اما بسیاری از ادعاها در مورد مهندسی ژنتیك چندان درست نمی‌باشد. در این مقاله چگونگی كاربرد تكنیكهای مهندسی ژنتیك و مثالهای مربوطه توصیف شده است. پاسخ بسیاری از سؤالات پیرامون مهندسی ژنتیك در پی این دو توصیف زیر داده خواهد شد ضمناً تعریف بعضی از اصطلاحات در انتهای این مقاله آمده است .
● مهندسی ژنتیك در گیاهان چگونه صورت می گیرد:
دانشمندان معمولاً از مهندسی ژنتیك در عالم طبیعت در انجام كارهایشان الگو برداری می كنند. مهندسی ژنتیك در عالم طبیعت در یك باكتری خاكزی تحت عنوان آگروباكتریوم تاموفاشین را به كار رفته است. این باكتری شامل یك DNA حلقوی كوچك و آزاد بنام پلاسمید می باشد از پلاسمید این باكتری غالباً برای تغییر ساختار ژنتیكی یك گیاه حساس به بیماری گال استفاده می‌شود. دانشمندان در گام اول ژنهائی را كه یك خصوصیت مطلوب و یا یك صفت اتصالی را كنترل می‌كنند ،شناسائی می كنند. تا در گام بعدی این ژن مطلوب را به گیاه مورد نظر انتقال دهند. برای انجام چنین كاری در گیاهی كه حاوی آن ژن مطلوب هست، ژن مربوطه را را از قطعه DNA آن گیاه با استفاده از آنزیمهای خاصی جدا می‌كنند. این آنزیم‌ها مانند یك قیچی عمل كرده و نیز پلاسمید حاصل از باكتری آگروباكتریوم را با همان آنزیم‌ها برش می دهند و ایجاد یك قطعه DNA باز می كنند سپس این پلاسمید باز شده را در مجاورت ژن مطلوب قرار داده و با یكدیگر ادغام می كنند و با استفاده از آنزیمهای خاصی اتصالات مربوطه را بین این ژن و پلاسمید انجام می‌دهند. آنها می‌توانند پلاسمیدی را تولید كنند كه حاوی این ژن مطلوب می‌باشد. چنین پلاسمیدی را DNA ی نوتركیب یا RDNA می‌نامند دانشمندان این مجموعه را (پلاسمید نو تركیب) به داخل باكتری آگرو باكتریوم بر می‌گردانند و در نتیجه این باكتری شامل پلاسمید تغییر یافته می‌شود . مجموعه پلاسمید+ ژن مطلوب+ آگروباكتریوم به گیاه مورد نظر منتقل می‌شود.
بعضی از سلولهای این گیاه، ژن مربوطه را از پلاسمید دریافت كرده و جزء ساختار DNA خودی می‌كنند. وقتی چنین سلولهای گیاهی در محیطهای كشت رشد داده می شوند، تولید گیاهان كوچكی می‌كنند كه می‌توان وجود صفت جدید مورد انتظار از ژن انتقال یافته را در آنها تست كرد. این چنین گیاهانی نامیده می‌شوند گیاهان تراریخت و باید آزمونهای بیشتری بر روی آنها صورت گیرد.
