تکنولوژی CRISPR/Cas و کاربرد آن در کشاورزی
تکنولوژی CRISPR/Cas و کاربرد آن در کشاورزی: تولید جهانی محصولات کشاورزی با چالش های بی سابقه ای روبرو است. تا سال ۲۰۵۰، جمعیت جهان به ۹٫۶ میلیارد نفر می رسد و تقاضا برای محصولات اصلی ۶۰٪ افزایش می یابد. از آنجایی که میزان افزایش عملکرد حاصل از انقلاب سبز به طور پیوسته در حال کاهش است و انتظار می رود تغییرات آب و هوایی مخرب تولید گیاهان را محدودتر کند، ارقام با مقاومت بیشتر در محیط های نامساعد و با افزایش عملکرد و کیفیت بهتر باید تولید شوند. با پیشرفت سریع در فن آوری های تعیین توالی، اطلاعات ژنومی در مورد تعداد روزافزون گونه های گیاهی در دسترس است و سیستم های ویرایش ژنوم این فرصت را به شما می دهد تا ژن ها را با دقت ویرایش کنید و فرصت های جدیدی برای بهبود محصولات ایجاد کنید.
CRISPR-Cas (پروتئین مرتبط با CRISPR) یک سیستم ایمنی فاژ تطبیقی در باکتری باستانی و باکتری است. از آنجا که آنها به تجزیه DNA-RNA و اتصال برای تجزیه توالی خاص اسید نوکلئیک متکی هستند، CRISPR-Cas9 و سایر سیستم های CRISPR-Cas می توانند به راحتی برنامه ریزی کنند تا DNA های دو رشته ای را در هر مکان مورد نظر با حداقل هزینه معرفی کنند.
کاربرد تکنولوژی CRISPR/Cas در بهبود محصول
از اولین زمان استفاده از این سیستم در گیاهان در سال ۲۰۱۳، CRISPR-Cas برای ویرایش ژنوم در انواع مختلف گیاهان زراعی مورد استفاده قرار گرفته است. که در بسیاری از آنها صفات کشاورزی با ارزش زیادی معرفی می شود. به ویژه فناوری های دقیق CRISPR–Cas نوید می دهد که به دلیل ظرفیت آنها در القای تغییرات دقیق نوکلئوتید، تأثیر عمده ای در کشاورزی خواهد داشت. با این حال، CRISPR–Cas قادر است کارهای دیگری بیش از ویرایش مکان های خاص برای بهبود محصول انجام دهد. تعدادی از بیوتکنولوژی های گیاهی جدید مبتنی بر این پلتفرم متنوع برای تغییر بازی به وجود آمده اند که قادر به تقویت تنظیم ژن و مهندسی پروتئین هستند. این فناوری ها قبلاً در تحقیقات بنیادی بیولوژیکی تأثیر داشته و چشم انداز کاربردهای گسترده را افزایش داده است.
برخلاف رویکردهای معمول تولید مثل، فناوری CRISPR-Cas با حذف عناصر ژنتیکی منفی مسئول صفات نامطلوب یا معرفی جهش های افزایش عملکرد از طریق ویرایش دقیق ژنوم، راهی سریع برای تولید ژرم پلاسم ایده آل فراهم می کند. در ۲ سال گذشته، استفاده از CRISPR-Cas چندین ویژگی محصول را بهبود بخشیده است، از جمله عملکرد، کیفیت، مقاومت در برابر بیماری و مقاومت به علفکش.
۱- افزایش عملکرد محصول
در میان عوامل متعدد موثر بر عملکرد، دستکاری هموستاز سیتوکینین یک روش عملی برای افزایش عملکرد غلات است. ویرایش انتهای Oryza sativa LOGL5، که آنزیم فعالسازی سیتوکینین را در برنج کد می کند، عملکرد دانه را در شرایط مختلف محیطی افزایش می دهد. به همین ترتیب، از بین بردن ژن رمز کننده سیتوکینین اکسیداز/دهیدروژناز (CKX)، آنزیمی که تخریب سیتوکینین را کاتالیز می کند، باعث تولید فنوتیپ هایی با عملکرد بالا در گندم شد. از طریق زدودن ژن رمزگذار آمینو اسید پرماز ۳، که در تقسیم مواد مغذی نقش دارد، انواع برنج با تعداد پنجه افزایش یافته و عملکرد در ترکیب با حفظ کیفیت دانه افزایش یافت.
ویرایش CRISPR – با واسطه ژن های دیگر، از جمله O. sativa PIN5b (تنظیم کننده اندازه خوشه)، O. sativa GS3 (تنظیم کننده اندازه دانه) و Triticum aestivum GW2 ،O. sativa GW2 و O. sativa GW5 (تنظیم کننده وزن دانه)، همچنین باعث افزایش گیاهان زراعی با افزایش عملکرد شده است. علاوه بر غلات، محققان با ویرایش CLV40 و ENO41 که اندازه مریستم را کنترل می کنند، عملکرد محصولات میوه را نیز افزایش داده اند.
۲- بهبود کیفیت
خصوصیات محصول غیر از عملکرد نیز برای تولید محصولات کشاورزی بسیار مهم است. غلات با محتوای آمیلوز کم از کیفیت خوردن و پخت و پز بهتر و کاربردهای گسترده ای در صنایع نساجی و چسب برخوردار هستند. از آنجا که GBSS1 (Granule-bound starch synthase 1)) برای بیوسنتز آمیلوز بسیار مهم است، انواع ذرت مومی در ۱۲ اینبرد لاین با ایجاد اختلال در GBSS1 با CRISPR-Cas9 تولید شد و همچنین تولید لاین های برنج با آمیلوز کم با تغییر در توالی اسیدهای آمینه GBSS1 با CBE43. این استراتژی ها به راحتی در سایر محصولات قابل استفاده هستند.
با این حال، مقدار آمیلوز کم همیشه مطلوب نیست، زیرا غلات حاوی آمیلوز برای سلامتی انسان مفید است. با هدف قرار دادن آنزیم منشعب نشاسته که مسیر بیوسنتز آمیلوپکتین را تشکیل می دهد، برنج با محتوای بالاتر آمیلوز ایجاد شد.
پروتئین های گلوتن موجود در دانه های گندم می تواند باعث بروز بیماری سلیاک در افراد مستعد شود. از آنجا که پروتئین های گلوتن در ۱۰۰ لوکوس در ژنوم گندم رمزگذاری می شوند، روش های سنتی تولید مثل نمی توانند مقدار گلوتن را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. با استفاده از CRISPR-Cas برای هدف قرار دادن منطقه محافظت شده از ژن های گلوتن، لاین های گندم با میزان کم گلوتن با فقدان ایمونوراکتیویتی تا ۸۵٪ ایجاد شده است. علاوه بر این، CRISPR-Cas تولید محصولات با کیفیت بالا را با کاروتنوئید غنی شده و اسید γ-آمینوبوتیریک، اسید فیتیک کاهش یافته و محتوای اسید اولئیک بالا را تسهیل کرده است.
در سال‌های اخیر کریسپر نقش مهمی در افزایش مطالعات ویرایش ژنوم داشته است. این سیستم کاربردهای گسترده‌ای در بهبود گیاهان و حیوانات و همچنین حوزه‌ی پزشکی دارد. این روش به‌عنوان تکنیکی نسبتاً جدید، در حال انجام اکتشافات و نوآوری‌های مختلفی برای کارآمدتر کردن خود در حوزه‌های گسترده‌تر است.
دیدگاهتان را بنویسید