ژنتیک شناسان ابزار جدیدی برای شکستن موانع بازده در محصولات کشاورزی کشف کردند

دانشمندان در آزمایشگاه کلد اسپرینگ هاربور، قدرت هنوز استفاده نشده ی ویرایش ژنوم برای بهبود محصولات کشاورزی را مهار کردند. با استفاده از گوجه فرنگی به عنوان نمونه، آن ها تکنولوژی ویرایش ژن با روش CRISPR/Cas9 را آماده کردند تا بتوانند به سرعت گونه هایی از گیاهان را تولید کنند که نمایانگر پیوستگی وسیع سه ویژگی جداگانه و از لحاظ کشاورزی مهم هستند: اندازه میوه، ساختار شاخه و شکل کلی گیاه. تمام اینها اجزای اصلی تعیین کننده در این که یک گیاه چه میزان محصول خواهد داد هستند. این روش برای نتیجه دادن در مورد تمام غذاها، علوفه و سوخت برای محصولات کشاورزی از جمله برنج، ذرت، ذرت خوشه ای و گندم طراحی شده است.

به گزارش ایانا از سایت "یوراکلرت"، پروفسور زاکاری لیپمن که سرپرست این پژوهش است می گوید: "افزایش فعلی نرخ بازده محصولات کشاورزی، پاسخگوی نیازهای کشاورزی آینده این سیاره با توجه به رشد جمعیت انسانی نخواهد بود". "یکی از محدودیت های شدید این است که طبیعت تنوع ژنتیکی کافی برای این که پرورش دهندگان بتوانند با آن کار کنند فراهم نکرده است، به ویژه برای ویژگی های اصلی بازده که می تواند شامل تعداد زیادی از ژن ها باشد. آزمایشگاه ما اکنون از تکنولوژی CRISPR برای تولید تنوع ژنتیکی بدیعی که می تواند بهبود محصولات را سرعت بخشد و در عین حال درآمد حاصل از آن ها را قابل پیش بینی تر کند استفاده می کند".

آزمایش های این تیم که امروز در مجله ی سلول ( Cell ) منتشر شده است شامل استفاده از "قیچی" CRISPR برای ایجاد چندین برش درون سه توالی ژنومی در گوجه فرنگی که با عنوان پروموترها یا تشدید کنندگان عمل کاتالیز- مناطقی از DNA در نزدیکی ژن های مربوطه که به تنظیم اینکه چه زمانی، کجا و در چه سطحی این ژن های مربوط به بازده در طول دوران رشد فعال هستند کمک می کند. به این ترتیب با تولید چندین مجموعه جهش در هریک از این مناطق تنظیمی، این دانشمندان توانستند طیف وسیعی از تغییرات را در هریک از سه مشخصه مورد هدف ایجاد کنند.

لیپمن توضیح می دهد: "آنچه ما توسط هریک از این مشخصه ها آشکار کردیم، توانایی استفاده از CRISPR برای تولید تنوع ژنتیکی و ویژگی های جدید بود که پرورش دهندگان می توانند برای سازگار کردن یک گیاه به تناسب شرایط از آن استفاده کنند. در حال حاضر هر ویژگی می تواند از همان راهی که یک کلید برق می تواند نور چراغ را کنترل کند، کنترل شود".

با استفاده از CRISPR برای جهش دادن توالی های تنظیمی- بیشتر پروموترهای مربوط به ژن های بازدهی و نه خود ژن ها- این تیم دریافتند که آن ها می توانند یک تاثیر زیرکانه تر بر صفات کمی بدست آورند. بیان ژن دقیق تنظیم شده، به جای حذف یا غیرفعال کردن پروتئین هایی که آن ها رمزگذاری می کنند، به دلیل انعطاف پذیری که چنین تنوع ژنتیکی برای بهبود ویژگی های بازده فراهم می کند، سود بیشتری برای کشاورزی تجاری خواهد داشت.

لیپمن می گوید: "کشت سنتی شامل زمان و تلاش زیاد برای اتخاذ کردن انواع سودمند ژن های مرتبط برای بهترین گونه ها می شد که باید به طور مداوم هر سال بهبود می یافت". "رویکرد ما می تواند به جلوگیری از این محدودیت با تولید مستقیم و انتخاب مطلوب ترین گونه هایی که فعالیت ژن را در بستر سایر جهش های طبیعی که برای پرورش مفید هستند کنترل می کند کمک کند. ما اکنون می توانیم با DNA طبیعی کار کنیم و آنچه طبیعت فراهم کرده است را افزایش دهیم، آنچه که ما باور داریم می تواند به شکستن موانع بازده محصول کمک کند".

هرکدام از مناطق جهش یافته آنچه را که به عنوان صفات کمی شناخته شده است ایجاد می کنند. در همه گیاهان به صورت تصادفی، صفات کمی در طول هزاران سال به طور طبیعی برمی خیزند که در نتیجه این جهش های خود انگیخته که موجب تغییرات نامحسوس تر در ویژگی های بازده می شود هستند. جستجو کردن و مورد استفاده قرار دادن صفات کمی درون طبیعت هدف پرورش دهندگان گیاهان برای قرن ها بوده است، اما ارزشمندترین صفات کمی- آن هایی که موجب تغییرات نامحسوس در ویژگی ها می شوند- نادر هستند. لیپمن و تیمش اکنون نشان داده اند که CRISPR تولید شده توسط صفات کمی می تواند با صفات کمی موجود برای ایجاد «جعبه ابزار» تنوع ژنتیکی ای که از آنچه در طبیعت یافت می شود فراتر رفته است ترکیب شود.

مترجم: بهاران پدرام