پیشرفت های کشاورزی و مهندسی ژنتیك
پایگاه خبری DA1news: در طول تاریخ اصلاح نباتات، به منظور ایجاد تركیبات جدید ژنتیكی جهت اصلاح ارقام زراعی، همواره از فناوری های جدید بهره گرفته شده است. این فناوریها شامل: دستورزی مصنوعی تعداد كروموزوم و ایجاد لاین های جدید دارای كروموزوم های خاص، استفاده از تیمار های شیمیایی و تابشی جهت القای جهش و نوآرایی های كروموزومی، روش های كشت سلول و بافت (مانند نجات جنین تولید درون شیشه ای و الحاق پروتوپلاستی جهت ایجاد هیبرید های بین گونه ای و بین جنسی) می باشد. تمامی این روشها سعی داشته اند كه با اصلاح ژنتیكی، محصولات را به منظور سازش های محیطی، مقاومت به آفات و بیماریها و كیفیت خاص مورد تقاضای كشاورزان، صنایع و مصرف كنندگان تغییر دهند.
تا چند دهه قبل، اصلاح نباتات تنها با استفاده از روش های سنتی انجام می گرفت كه در زمان خود روشی بسیار كارآمد بوده و امروزه هم در برخی موارد بسیار كارا می باشد. اما با افزایش روز افزون جمعیت، به منظور دستیابی سریع به ارقام جدید نیاز به روش های اصلاحی جدید بیش از پیش احساس می شود. جمعیت جهان در سال 2000 میلادی به بیش از 6 میلیارد نفر رسید و تصور می شود در سال 2025 میلادی تقریباً به 5/8 میلیارد نفر برسد. بنابراین، برای تأمین نیاز های غذائی این جمعیت در حال افزایش، میزان تولید غذا در سال 2025 میلادی باید 50% افزایش پیدا كند. لذا نیاز به ارقام زراعی با تولید بالاتر، بیش از پیش احساس می شود. در طی چند دهه گذشته پیشرفت های بسیاری در زمینه افزایش تولید محصولات در سراسر جهان صورت گرفته است. آنچه مسلم است، بهره گیری از علوم و فناوری های جدید در جهت رفع نیازهای بشری همواره مورد توجه بشر بوده است. در این راستا، استفاده از روش های نوین (مانند بیوتکنولوژی) كه باعث كاهش زمان دستیابی به اهداف مورد نظر می شوند، در عرصه کشاورزی می تواند کمک فراوانی به حل مشکلات کشاورزی سنتی و نیازهای غذایی جامعه بشری بنماید.
پیشرفت های علمی در بیولوژی سلولی و مولكولی امروزه در اوج خود در مهندسی ژنتیك نمود پیدا كرده است. زیست فناوری یا زیست فناوری مدرن با استفاده از روش های نوین مهندسی ژنتیك تحولی عظیم در كشاورزی، پزشكی، صنایع غذائی، صنعت و … فراهم كرده است. در كشور های پیشرفته و كشور های در حال توسعه سالانه میلیاردها دلار صرف این فناوری می شود كه در قبال این سرمایه گذاری سود فراوانی نصیب این كشورها می شود. در كشور ما هم تحقیقات گسترده ای در دانشگاهها، مراكز و موسسات تحقیقاتی در این زمینه در حال انجام است كه در برخی موارد پیشرفت های چشمگیر و كم نظیری داشته است.
پیشرفت های جدید در زمینه زیست شناسی سلولی و مولكولی راهی نوین در زمینه تولید گیاهان تراریخته[2] فراهم كرده است. این محصولات كه به محصولات زراعی تغییر ژنتیك یافته(GM Crops)[3] یا تراریخته معروفند به سرعت در حال گسترش هستند. گیاهان تراریخته بطور كلی به گیاهانی اطلاق می شوند كه با استفاده از روش های نوین مهندسی ژنتیك، ژن یا ژن هایی را از سایر منابع ژنتیكی (باكتریها، جانوران، انسان و سایر گیاهان) دریافت کرده اند. این گیاهان معمولاً با اهدافی مانند افزایش مقاومت به آفات و بیماریها، افزایش مقاومت به تنش های غیر زیستی مانند خشكی، شوری، سرما، بهبود كیفیت غذائی، افزایش تولید محصول، تولید واكسنها و آنتی بادی های گیاهی، افزایش تولید متابولیت های خاص و … ایجاد شده اند. مهندسی ژنتیك امكاناتی را فراهم كرده است كه تا قبل از ظهور آن شاید تصور آن هم ممكن نبوده است. شاید یكی از دلایل نگرانی عامه مردم از موجودات حاصل از مهندسی ژنتیك همین امر باشد. چون محققان در عرض چند سال به فناوری ای دست پیدا كرده بودند كه می توانستند ژنها را از هر موجودی به موجود مورد نظر خود منتقل نمایند و پذیرش این امر چندان ساده نبود كه افراد از فراورده هائی استفاده كنند كه ژنی از باكتری یا جانور در آن وجود داشته باشد. شاید هم در بین عموم تصوراتی نه چندان منطقی و درست وجود داشته باشد که با انتقال ژن باكتری به گیاه خاصیت بیماری زائی یا سایر خصوصیات آن هم به گیاه منتقل می شود. در حالی كه در اغلب موارد چنین تصوراتی نادرست بوده و بیشتر به دلیل نا آگاهی و یا اطلاع نادرست از این فناوری به ذهن خطور می نماید.
كاربرد های مهندسی ژنتیك در كشاورزی:
مهندسی ژنتیك كشاورزی امروزه گسترش زیادی یافته و جنبه های كاربردی فراوانی پیدا نموده است و پیش بینی می شود كه در سال های آینده كاربرد های جدیدی هم پیدا كند. در ادامه برخی از جنبه های كاربردی مهندسی ژنتیك در زمینه علوم گیاهی و كشاورزی به اختصار معرفی می شود.
گیاهان مقاوم به آفات و بیماریها
یكی از چالشهائی كه كشاورزان همواره با آن مواجه اند خسارت ناشی از آفات و بیماریها بر تولیدات كشاورزی می باشد. روش مرسوم مبارزه با این عوامل خسارت زا استفاده از سموم شیمیائی است. این روشها ضمن اینكه هزینه فراوانی بر كشاورز تحمیل می كنند صدمات جبران ناپذیری هم بر محیط زیست وارد می نمایند. در ضمن كارائی استفاده از این مواد شیمیایی نیز به دلیل ایجاد مقاومت حشرات در برابر سموم به مرور پایین آمده و به همین خاطر نیاز به تعویض مكرر این آفت‌كش‌ها وجود دارد.
امروزه با استفاده از مهندسی ژنتیك، ژن های مقاومت به آفات و بیماریها از منابع ژنتیكی مختلف جدا شده و به گیاهان منتقل شده اند. بدین ترتیب ضمن افزایش مقاومت گیاهان در مقابل آفات و بیماریها از خطرات زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویه سموم شیمیائی هم كاسته شده است. از جمله مهمترین این محصولات می توان به پنبه و ذرت مقاوم به آفات اشاره نمود كه با دریافت ژن مقاومت از یك باكتری خاكزی بنام باسیلوس تورینجینسیس (Bt)[4] در مقابل آفاتی مانند كرم غوزه پنبه و كرم ساقه خوار ذرت مقاوم شده اند. این محصولات جدید كه به محصولات بی تی معروفند امروزه سطح وسیعی از مزارع دنیا را به خود اختصاص داده و بسرعت در حال گسترش هستند. البته گیاهان دیگری مانند سیب زمینی، برنج، كلزا و … مقاوم به آفت هم تولید شده اند.
بیماری های ویروسی و قارچی هم از جمله عواملی هستند كه ضمن ایجاد خسارت به محصولات كشاورزی مانع كشت آنها در بسیاری از شرایط آب و هوائی می‌شوند. با وارد كردن برخی ژن های گیاهان مقاوم به گیاهان حساس مانند ژن های كیتنیاز و 1 و 3 بتا-گلوكاناز كه باعث تخریب دیواره پلی‌ساكاریدی قارچ های بیماریزا می‌شوند زیست فناوری ستها به گیاهانی دست یافته‌اند كه مقاوم به قارچ های بیماریزا می‌باشند.
همچنین با وارد كردن ژن های مربوط به پروتئین های پوششی ویروسها به گیاهان امكان تولید گیاهان مقاوم به ویروس نیز فراهم شده است. روش های مبارزه بیولوژیك بسیار متعدد و متنوع بوده و موارد بالا تنها مثالهائی از این دست می‌باشند.
گیاهان مقاوم به علف‌كش
روش های رایج مبارزه با علف های هرز چندان انتخابی نیست و علف‌كشها در موارد زیادی علاوه بر نابودی علفها به گیاهان زراعی نیز آسیب می‌رسانند. به عنوان مثال، گلیفوسیت كه یك علف‌كش با كارایی بالاست، می‌تواند گیاهانی كه دارای مسیر متابولیكی شیكیمات هستند را نیز نابود كند. به همین منظور دانشمندان مهندسی ژنتیك با وارد كردن ژن مقاومت به گلیفوسیت (EPSP سنتتاز) به گیاهانی مانند چغندرقند، سویا، پنبه، گوجه‌فرنگی و تنباكو آنها را در برابر علف‌كشها مقاوم كرده‌اند. از مهمترین گیاهان تراریخته مقاوم به علف كش كه امروزه سطح وسیعی از زمین های زراعی را به خود اختصاص داده اند می توان به سویا و كلزا و ذرت و پنبه مقاوم به علف كش اشاره نمود.
گیاهان متحمل به تنش های غیر زیستی
تنش های غیر زیستی از جمله خشكی، شوری و سرما اولین عامل كاهش محصول در دنیا بوده و در اغلب محصولات مهم زراعی باعث كاهش شدید تولید می شود (Bray و همكاران، 2000). خشكی و شوری در بسیاری از مناطق مشاهده می شود و پیش بینی می شود كه تا سال 2050 بیش از 50% زمین های قابل كشت دچار مشكل شوری شوند.
با وجودی كه در حال حاضر غذای كافی برای جمعیت جهان وجود دارد ولی باز هم بیش از 800 میلیون نفر در جهان دچار سوء تغذیه و فقر غذائی هستند. رشد 50 درصدی جمعیت انسانی از سال 2001 تا سال 2050 به این معنی است كه اگر هدف ایجاد امنیت غذائی برای مردم ، به طور جدی دنبال شود می بایست میزان تولیدات محصولات كشاورزی نیز بیش از 50 درصد افزایش یابد.
با توجه به پیچیدگی صفت مقاومت به تنش های غیر زیستی در گیاهان، استفاده از روش های مهندسی ژنتیك یكی از گزینه های موجود جهت افزایش تحمل گیاهان به این تنشها می باشد. ژن های متعددی جهت تولید گیاهان متحمل به شوری به كار گرفته شده اند كه در بسیاری از موارد موفقیت های چشمگیری هم داشته است. در این راستا محصولاتی مانند برنج، گندم، ذرت و … به منظور افزایش مقاومت به تنش های شوری، خشكی و سرما با استفاده از ژن های مختلفی تراریخته شده اند.
گیاهان تراریخته و محیط زیست
از گیاهان تراریخته می توان به منظور پاكسازی زمینها از آلودگی های طبیعی یا مصنوعی حاصل از فعالیت های صنعتی یا سایر فعالیتها بهره گرفت. ازجمله این موارد می توان از صنوبر زرد مقاوم به یون های جیوه، خردل متحمل به كادمیوم، توتون با قدرت حذف آلودگی های هیدروكربنی و درختانی كه با افزایش بیان نیترات ردوكتاز قادر به پاكسازی اكسید های نیتروژن موجود در مناطق شهری هستند، اشاره نمود.
تولید پلاستیك های تخریب پذیر
در چند سال گذشته توجه زیادی به مسئله استفاده از گیاهان برای تولید تركیبات پلیمری مانند كربوهیدراتها و پلاستیك های زیست تخریب پذیر صورت گرفته است. از تركیبات دسته اول می توان از شیرین كننده های غیر كالریزا مانند فروكتان هائی كه امروزه در رقم چغندر قند تراریخته تولید می شوند، نام برد. از گروه دوم می توان به پلی هیدروكسی آلكانونها (PHA) (پلی استر های 3- هیدروكسی اسیدها) اشاره نمود. اولین PHA تولید شده در گیاهان، هوموپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) (تركیبی مشتق از استیل كوا) می باشد كه در چند اندامك سلولی مانند سیتوپلاسم، پلاستیدها و پراكسی زومها تولید می شود. شركت مونسانتو هم گیاهان كلزای تراریخته ای تولید كرده است كه PHB را در لوكوپلاست های جنین های در حال تشكیل به میزان بیش از 8% وزن خشك بذر رسیده تولید می نماید. تولید این پلیمر در پنبه و ذرت هم صورت گرفته است.
تولید ترپنوئیدها
اسانسها از جمله تركیبات ارزشمند مشتق شده از گیاهان هستند كه در چاشنی، تولید عطر و پزشكی مورد استفاده می باشند. كیفیت معطر بودن آنها مربوط به مونوترپنها و تا حدی سزكوئی ترپنها (هردو از گروه تركیبات ایزوپرنوئیدی با ساختمان های متفاوت هستند) می باشد. ارزش تجاری بالای این تركیبات برای فراورده های خام آنها حدود 160 میلیون دلار است كه می تواند در نتیجه فراوری مشتقات حاصل از آن به 5/5 میلیارد دلار برسد. اطلاعات كمی در زمینه كنترل ژنتیكی مسیر های متابولیكی این تركیبات وجود دارد اما بسیاری از ژن های این مسیر شناسائی شده اند. تغییر مسیر های بیوسنتزی این تركیبات به منظور تولید گروه خاصی از آنها و همچنین افزایش تراكم کرک های غده ای (تولید كننده این تركیبات) در برخی از گیاهان از اهداف مهندسی ژنتیك در این زمینه است. بنابراین، در آینده نزدیك گستره ای از فراورده های تراریخته ایجاد خواهند شد كه واجد تركیبات مورد نظر بوده ویا فاقد تركیبات ناخواسته خواهند بود.
منبع: سایت مجمع ملی خبرنگان کشاورزی کشور
