تاریخ :۹ فروردین ۱۴۰۳
دستاورد-بیوتکنولوژی-کشاورزی

آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

  • بیوتکنولوژی کشاورزی به معنای فن علمی وفق دادن گیاهان برای اهداف خاص است. در بیوتکنولوژی کشاورزی، از علوم بیوشیمی، میکروبیولوژی و مهندسی به منظور نائل شدن به استفاده صنعتی از قابلیت های میکروارگانیسمها، سلولهای بافت کشت شده و اجزاء متعلق به آنها به صورت تلفیقی استفاده می شود. در دهه های اخیر، توجه بسیار ویژه ای به بیوتکنولوژی کشاورزی شده است. زیرا در جهانی که رشد جمعیت از نرخ رشد کشاورزی در حال پیشی گرفتن است، نیاز برای به خدمت گرفتن سریع زیست فناوری در همه عرصه های زندگی احساس می شود. در این مقاله به شرح برخی از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران می پردازیم.

    آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک دانش جدیدی است که نخستین دستاوردهای آن در هاله ای از بیم و امید ارزیابی می شود. کمتر دانشی به اندازه مهندسی ژنتیک با ساختار اصلی و قانونمند سامانه هستی درگیر شده است. گیاهان زراعی تراریخته، گیاهانی شبیه به همتای طبیعی خود هستند، با این تفاوت که با استفاده از دستکاری ژنتیکی، در یک یا چند صفت ویژه نسبت به نوع طبیعی خود برتری دارند.

    کشت این گیاهان منافعی را برای تولیدکنندگان (کشاورزان) و مصرف کنندگان در بردارد. به عنوان مثال، علاوه بر اینکه محصول بیشتری عاید تولیدکننده می شود، مواد شیمیایی کمتری (آفت کش یا علف کش) نیز مصرف می شوند. تاکنون محصولات تراریخته در گیاهان مختلفی در جهان تولید شده اند که از آن جمله می توان موارد زیر را نام برد: سویا، برنج، ذرت، جو، پنبه، سیب زمینی، کلزا، سیب زمینی شیرین، گوجه فرنگی، کدو، چغندرقند، پاپایا، سیب، انبه، موز، آناناس و نارگیل.
    بیوتکنولوژی کشاورزی دستاوردهای بسیار حائز اهمیت و ارزنده ای در سالهای اخیر در جهان و ایران داشته است. این نوشتار به بررسی برخی از این دستاوردها به صورت اجمالی می پردازد.

    کریسپر (CRISPR)

    کریسپر تناوب های کوتاه پالیندروم فاصله دار منظم خوشه ای (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) است. بخشی از DNA پروکاریوت هستند که حاوی تناوب های کوتاو توالی های بنیادین هستند. کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باکتری ها است که آنها را قادر به کشف DNA ویروس و بعد نابودیشان می کند.

    بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام کس ۹ (Cas9) است. که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام دگرگونی ماهیت DNA ویروس را به روشی خاص دارد. فناوری کریسپر به دانشمندان اجازه می دهد، تغییراتی در DNA سلول ها ایجاد کنند. کریسپر نوعی تکنولوژی جدید ویرایش ژنتیکی است که می تواند به پیشرفت ژن درمانی کمک های زیادی بکند. تاکنون ژن درمانی عمدتا از طریق تکنیک «انتقال ژن» (gene transfer) انجام شد.

    کریسپر کس ۹ (Cas9) از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    کریسپر کس ۹ (Cas9) یکی از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی و ابزاری برای اصلاح ژن است که در دنیا هیاهویی ایجاد کرده است. این ابزار سریع، ارزان و بسیار دقیق تر از تکنیک هایی است که قبلا برای ویرایش ژن استفاده می شده. و دارای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی بالقوه است. کریسپر کس ۹ تکنولوژی منحصر بفردی است که این امکان را ایجاد می کند تا بتوان با حذف، اضافه یا جایگزین کردن بخشی از ژنوم را ویرایش نمود. این روش در حال حاضر روشی ساده، دقیق و تطبیق پذیر برای دست ورزی ژنتیک می باشد.

    • کاربردهای ابزار کریسپر کس ۹ (Cas9)

    ۱- بهبود کیفیت محصولات

    بهبود کیفیت محصولات کلاسیک دام، مانند گاو، طیور و خوکها، توسط مهندسی ژنوم مبتنی بر کریسپر تسریع شده است. دامداران قبلا مارکرهای کروموزومی مرتبط با صفات شناخته شده به عنوان صفات کمی را شناخته اند و از کمک مارکرها استفاده می کنند تا ویژگی های ارزشمندی را به طور انتخابی پیش گویی کنند. این روند با استفاده از فناوری های ویرایش ژن، به تازگی در خوکها و گاوهای لبنی، به ترتیب به منظور محافظت در برابر ویروسها و حذف شاخ ها، نشان داده شده است.

    ۲- مهندسی تولید محصولات پزشکی یا تولید بافت

    کاربرد دیگر این سیستم در حیوانات، مهندسی تولید محصولات پزشکی یا تولید بافت است. به عنوان مثال، اضافه کردن cDNA آلبومین انسانی به لوکوس آلبومین خوک با استفاده از CRISPR/Cas9 می تواند تولید آلبومین را با استفاده از خوک های تراریخته فعال کند. مهندسی فعال کریسپر در محصولات تجاری و مدل های آزمایشگاهی برای:

    • افزایش عملکرد ایده آل،
    • افزایش تحمل به خشکی
    • افزایش رشد در شرایط محدود مواد غذایی
    • و تولید محصولات با خواص تغذیه ای بهبود یافته مورد استفاده قرار می گیرد.

    استفاده از تکنولوژی کریسپر در ذرت و سویا نشان دهنده سرعت پذیرش تکنولوژی کریسپر خارج از آزمایشگاه است. هدف قرار دادن ژن مبتنی بر کریسپر نیز می تواند برای مبارزه با بیماری های گیاهی مورد استفاده قرار گیرد. همان طور که برای ویروس Curl leaf زرد گوجه فرنگی در Nicotiana benthamian نشان داده شده است.

    • عملکرد کریسپر کس ۹

    سیستم کریسپر کس ۹ شامل دو مولکول کلیدی برای ایجاد تغییر یا جهش در DNA است که عبارت اند از :

    ۱- آنزیم کس ۹ (Cas9)

    این آنزیم به عنوان یک جفت قیچی مولکولی عمل می کند که می تواند دو رشته DNA را در محل خاصی از ژنوم برش دهد که آن قسمت کوچک DNA می تواند بعدا اضافه یا حذف شود.

    ۲- قطعه ای از RNA که به آن RNA راهنما (gRNA) گفته می شود

    این قطعه شامل توالی ریبونوکلئیک اسید از پیش طراحی شده است که طول آن حدود ۲۰ باز می باشد. این RNA داربست به DNA اتصال می یابد و توالی پیش ساخته راهنمای کس ۹ و به آنزیم دستور می دهد که به کجای DNA متصل شود. آنزیم کس ۹ با پیروی از RNA راهنما در همان قسمت از رشته DNA دو رشته DNA را می برد. در این مرحله سلول DNA آسیب دیده را شناسایی کرده و سعی می کند تا آن را ترمیم کند.

    دانشمندان بر روی اینکه راهی پیدا کنند تا کریسپر کس ۹ به درستی متصل و قطعه را برش دهد، کار می کنند که دو راه وجود دارد:

    1. طراحی بهتر و اختصاصی RNA های راهنما بر اساس اطلاعات توالی DNA موجود و رفتار های غیر هدف RNA راهنما که می تواند به توالی های غیر هدف متصل شود.
    2. استفاده از آنزیم کس ۹ که فقط یک رشته از DNA را برش می دهد. این بدین معناست که باید دو آنزیم کس ۹ و دو RNA راهنما در همان مکان برای ایجاد برش وجود داشته باشد. این عمل باعث کاهش خطا در برش می شود.

    آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    جشنواره پاییزه
    جشنواره فروش بذر های خاص و کمیاب با بیش از ۱۲۰۰ رقم تنوع
    همین الآن خرید کنید

    ریز تزریق (Micro injection) و درشت تزریق (Macroinjection)

    ریز تزریق درون هسته ای به عنوان یکی از روشهای نوین انتقال ژن از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران است. این تکنیک یکی از روشهای مستقیم انتقال ژن بوده که بسیاری از مشکلات زیستی و فیزیکی موجود در انتقال DNA را مرتفع ساخته است. از ریز تزریقی اولین بار در سلولهای جانوری استفاده شده است. در این روش، با استفاده از سوزنهای موئینه مناسب، DNA مورد نظر به درون سلول میزبان و یا هسته آن انتقال یافته به ترتیبی که سلول هدف قابلیت تکثیر و بقاء خود را حفظ می کند.

    از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:

    1. مقدار DNA تزریق شده مورد استفاده برای هر سلول قابل تنظیم بوده و تحت اثر عوامل تکنیکی دچار محدودیت نمی شود.
    2. بدلیل دقت بسیار زیاد در تزریق مستقیم DNA به درون سلولهای منفرد و قابلیت دسترسی به هسته سلول، شانس بدست آوردن سلول های تراریخت به مراتب افزایش می یابد.
    3. با استفاده از این روش، قابلیت انتقال DNA خارجی به درون ساختارهای کوچک شامل تعداد محدودی سلول از قبیل جنین های هاپلویید در مرحله چند سلولی بدست می آید.
    4. بدلیل انتقال مستقیم ژن، محدودیت نوع میزبان وجود ندارد. در عین حال ضرورت استفاده از سلولهای منفرد در هر تزریق و به کار بستن تجهیزات و مهارت های خاص در این روش محدودیت هایی را بوجود می آورد.
    5. ریز تزریقی دارای کاربردهای ویژه ای در علوم گیاهی است. در مواردی با تزریق مستقیم رنگهای حاوی فلورسنس بدرون سلول های در حال تمایز می توان به نحوه تبادل مواد بین این سلولها پرداخت. از این روش برای تزریق DNA نوترکیب بدرون سلولهای جنسی حیوانات و یا گیاهان استفاده وسیعی بعمل می آید.

    تثبیت ریزگردها توسط محققان پژوهشگاه مهندسی ژنتیک و زیست فناوری ایران

    بحث ریزگردها یک موضوع ملی تلقی می شود و از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در ایران است. محققان پژوهشگاه ژنتیک بعد از ۵ سال تحقیق مستمر روشی را یافته اند که در آن از باکتری های مفید برای تثبیبت ریزگردها استفاده می شود. به اصطلاح مالچ زیستی را ابداع کرده اند. فرمول این مالچ که در پژوهشگاه ژنتیک و تنها با کمک مرکز بیابان زدایی دانشگاه تهران تولید شده تاکنون در سه منطقه آزمایش شده و به خوبی موفقیت آمیز بوده است.

    این مالچ با همکاری بخش خصوصی به تولید نیمه صنعتی رسیده است. نسبت به آب و گیاه نفوذپذیر است. حداقل یک سال مقاوم است و هم در منطقه گرمسیری در محوطه وسیعی آزمایش شده و کارایی بسیار خوبی داشته است. تاکنون هزینه بسیاری برای توسعه و ساخت این مالچ اختصاص یافته است و بدون دریافت هیچ بودجه ای از دستگاه ها و فقط با صرفه جویی در بودجه های جاری پژوهشگاه پیش رفته است. ولی متاسفانه مورد بی توجهی دستگاه ها مرتبط قرار گرفته است.

    آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران

    اصلاح گیاهان به کمک تلفیق پروتوپلاست ها

    یکی از آخرین دستاوردها در زمینه بیوتکنولوژی کشاورزی در جهان و ایران دورگ گیری رویشی جهت آمیختن دو پروتوپلاست شامل جداسازی پروتوپلاست دو گونه متفاوت، آمیختن پروتوپلاستها، تکثیر پروتوپلاستهای هیبرید شده و تجدید نسل گیاه هیبرید شده است. امتزاج پروتوپلاست ابزاری جهت توارث فراجنسی ژنوم های اندامکی هر دو والد بوده و برای تلاقی درون گونه ای، درون جنسی و بین جنسی به کار میرود. فقدان دیواره سلولی باعث برقرار شدن تماس نزدیک غشاء پلاسمایی دو پروتوپلاست شده که منجر به امتزاج پروتوپلاست ها و تشکیل یک سلول با یک غشاء می شود.

    از این روش جهت دست ورزی و افزایش تنوع ژنتیکی و ایجاد صفات یا گیاهان جدید و تولید سیبریدها استفاده می شود. که در اثر تلاقی گونه های ناسازگار جنسی، میتوان صفات هسته ای و سیتوپلاسمی را منتقل نمود. صفاتی که در این روش جهت انتقال بیشتر مورد توجه هستند، عبارتند از تحمل به تنش های محیطی مانند خشکی، شوری، سرما و مقاوت به آفات و بیماری ها. دورگ گیری رویشی به روش امتزاج پروتوپلاست در بیش از ۳۰ گونه و ۱۲ جنس انجام شده که تنها گیاه جدید بدست آمده از این روش پومیتو (Pomato) بوده که از طریق امتزاج پروتوپلاست گوجه فرنگی و سیب زمینی تولید شده است که عقیم می باشد و فقظ یک دوره قابل کشت است.

    برخی از دستاوردهای پژوهشکده بیوتکنولوژی ایران

    پژوهشکده بیوتکنولوژی ایران در سال های اخیر با اهداف استفاده از بیوتکنولوژی و فناوری های نو در حل مشکلات بخش کشاورزی، کمک به تامین امنیت غذایی از طریق افزایش تولید و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی، ارتقاء سطح سلامت غذایی جامعه، حفاظت از منابع پایه و بسترهای زیست محیطی، تولید علم و ثروت و کمک به توسعه پایدار در کشور، به دستاوردهای مهمی نایل شده است که برخی از آنها عبارتند از:

    ۱- طرح خودکفایی تولید غده بذری عاری از ویروس ارقام مختلف سیب زمینی با استفاده از فناوری کشت بافت

    ۲- دانش فنی تکثیر درون شیشه ای پایه پسته هیبرید خارجی UCB1

    پسته به عنوان یکی از مهمترین محصولات کشاورزی صادراتی کشور می باشد. میزان سطح زیر کشت پسته در کشور بیش از ۳۰۰ هزار هکتار و میزان تولید سالانه آن بیش از ۵۰۰ هزار تن است. به شکل متداول، برای تکثیر پسته از پایه های بذری و پیوند ارقام تجاری یا محلی استفاده می شود که منجر به ایجاد باغات با درختان دارای تنوع زیاد و محصول کم می شود.

    از طرف دیگر پایه های موجود دارای حساسیت به شوری، خشکی و بیماریهای خاکزی نظیر گموز و نماتد هستند. این مسائل منجر به از دست رفتن رتبه اول کشور در سطح جهانی شده است. لذا جایگزینی باغات با ارقام مناسب مقاوم به تنش ها از اولویت زیادی در کشور برخوردار است. در این راستا پژوهشکده با درک اهمیت این موضوع با راهبرد کارامدسازی، پروتکل تولید انبوه پایه UCB1 را از طریق فناوری کشت بافت تدوین نموده است.

    ۳- تولید سریع بیوکمپوست غنی شده از پسماندهای شهری و کشاورزی

    سالانه بیش از ۱۰۰ میلیون تن انواع پسماند کشاورزی و بیش از ۲۰ میلیون تن انواع پسماند جامد شهری در کشور تولید می شود. قسمت اعظم این پسماندها دفن و یا سوزانده می شوند یا بدون استفاده باقی می مانند. از سوی دیگر کشور سالانه به بیش از ۶۰ میلیون تن انواع کود آلی و زیستی برای افزایش ماده آلی خاک نیاز دارد.

    بر این اساس امکان استفاده از حداقل ۵۰ درصد این پسماندها برای تولید بیوکمپوست به عنوان کود آلی وجود دارد. دو چالش اساسی تولید کمپوست، پایین بودن کیفیت محصول تولیدی و طولانی بودن زمان تولید بین ۳ تا ۶ ماه است. پژوهشکده با راهبرد کارامد سازی اقدام به دستیابی به پروتکل تولید سریع بیوکمپوست غنی شده نموده است.

    امتیاز شما به این مقاله چقدره؟

    میانگین امتیازات ۵ از ۵

    اشتراک‌گذاری

    دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *