بررسی عملکرد گیاهان تراریخته برای مقاومت در برابر حشرات و آفات

بررسی عملکرد گیاهان تراریخته برای مقاومت در برابر حشرات و آفات

گیاهان تراریخته (Bt) قادر به بیان RNA دو رشته‌ای هستند و می‌توانند ژن‌های حیاتی حشرات را مورد هدف قرار دهند؛ این گیاهان در سال‌های اخیر به عنوان ابزاری جدید در جهت کنترل آفات به شمار می‌روند. مکانیسم RNAi با بیان RNAهای کوچک دو رشته‌ای یا همان dsRNA به طور گسترده می‌تواند منجر به خاموشی کاربردی ژن‌ها در گیاهان Bt یا تراریخته شود که از زمان کشف این مکانیسم، پیشرفت‌های چشمگیری در توسعه این دسته از محصولات صورت گرفته است.
50
ویدیو ضبط شده کارگاه قابل مشاهده
مدیریت سایت
5/5
250
کارگاه حضوری در دانشگاه شریف
مدیریت سایت
5/5
55
24 ساعت آموزش آنلاین
مدیریت سایت
5/5

خلاصه

قریب به 70 سال است که آنتی‌بیوتیک‌ها، به منظور درمان عفونت‌های باکتریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ این عوامل، از نظر زیستی فعال به شمار می‌روند و وزن مولکولی پایینی دارند که کاربردهای دارویی متنوعی را دربرمی‌گیرند. آنتی‌بیوتیک‌ها در مواجهه با میکروب‌ها، نجات جان میلیون‌ها انسان را به دنبال دارند؛ بنابراین کشف و کاردبرد این مکانیسم، هدیه ارزنده‌ای برای جامعه بشری بوده است.
آنتی‌بیوتیک‌ها، علیه طیف وسیع و متنوعی از باکتری‌ها تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مقاومت آنتی‌بیوتیکی در کنار مزایای آنتی‌بیوتیک‌ها مدتی است که مورد توجه جامعه جهانی قرار گرفته است؛ شواهدی مبنی بر انتقال ژن‌های مقاومت به داروهای آنتی‎‌بیوتیکی به باکتری‌هایی که مقاومت آنتی‌بیوتیکی را از خود بروز می‌دهند وجود دارد. به عنوان مثال، باکتری‌های خاک ممکن است ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی را داشته باشند که مکانیسم‌های گوناگونی را از خود بروز می‌دهد، همچنین به این باکتری‌ها این امکان را می‌دهد که بر آنتی‌بیوتیک‌های طبیعی موجود در محیط اطرافشان غلبه نمایند.
ژن‌های مقاومتی که به آن‌ها اشاره شد، عواملی همچون متیلازهای ریبوزومی مؤثر بر آمینوگلیکوزیدها (Aminoglycoside)، ترانسفرازهای مؤثر بر لینزولید (Linezolid) ، پمپ‌های جریان پلاسمید (Plasmid) که ایجادکننده‌ی مقاومت فلوروکینولون (Fluoroquinolon)هستند را شامل می‌شود. همچنین، ژن‌های bla و qnr نیز اخیراً شناسایی شده‌اند که به ترتیب، فعالیت طیف گسترده‌ای از Fluoroquinolonها و سفالوسپورین‌های (Sephalosporins) CTX را به خطر می‌اندازند.
بهره‌گیری از ابزارهای متاژنومیک (metagenomics) و تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک (phylogenetics) می‌تواند به شناسایی سایر ژن‌های دخیل در مقاومت آنتی‌بیوتکی کمک کند.
ژن‌های مقاومت را به تازگی در گروهی به نام استخر ژنیِ “رزیستوم” (Resistome) قرار می‌دهند که در واقع، مخزنی منحصر به فرد از این ژن‌ها و عناصر ژنتیکی شرکت‌کننده در انتقال ژن می‌باشد.

مقدمه

از نخستین روزهایی که بشر زمین را برای کشاورزی آماده کرد، آن را به منظور بهره‌برداری و تغذیه فرزندان و آیندگان کشت می‌داد و به این ترتیب امکان افزایش رشد جمعیت در طول سال‌ها را فراهم آورد.
اکنون، در حالی که هزاران سال از آن زمان می‌گذرد و کشاورزی مدن روی کار آمده، چالش‌های جدی و جدیدتری را با خود به همراه دارد که یکی از آن‌ها پاسخ به این سؤال است که با توجه به افزایش جمعیت تا سال‌های آینده و به طور مثال، جمعیت 10 میلیاردی کره زمین تا سال 2050، چگونه می‌توان به روشی سودمند و کارآمد نیازهای تغذیه‌ای چنین جمعیتی را برطرف نمود؟
از طرفی بهره‌برداری کشاورزی ، همواره با مسائل متعددی مواجه بوده که تولید محصولات را محدود می‌نماید؛ این مسائل را می‌توان در نتیجه آسیب‌های به وجود آمده از طریق حشرات، بیماری‌ها و رقابت با علف‌‌های هرز بیان کرد. برای مثال، طبق بررسی‌ها، 20 تا 40 درصد هدر رفت محصولات به حشرات وابسته است؛ به علاوه محققان انتظار دارند که در طی سال‌های آینده، افزایش دمای جهانی، باعث افزایش 10 تا 25 درصدی خسارات حشرات گردد که مشکل اصلی در این زمینه دامن‌گیر مناطق معتدله است.
تلاش‌ها برای کاهش خسارات ناشی از آفات، پرورش‌دهندگان را به استفاده از مواد شیمیایی مصنوعی واداشته که به کار گیری و توسعه استفاده از این مواد از دهه 1930 آغاز شده است. از مزایای آفت‌کش‌ها این بود که به تولیدکنندگان محصولات زراعی اجازه می‌دهد تا تولید را افزایش دهند، کیفیت محصولات را بهبود بخشیده و سودآوری بهتری به دست آورند.
گزارش شده که در سال 2012، پرورش‌دهندگان در سراس جهان به طور مجموع، مبلغی حدود 56 میلیارد دلار را صرف خرید آفت‌کش‌ها کردند که سهم مواد شیمیایی مورد استفاده در سال‌های 2011 و 2012 از این مقدار، حدود 6 میلیارد پوند است که نتیجه استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی در طی سال‌های متمادی منجر به افزایش مقاومت آفات و حشرات به آفت‌کش‌ها می‌شود.
کشاورزی مدرن که اکنون به سومین انقلاب سبز رسیده است، بر پایه پیشرفت چشمگیر در روشن کردن عملکرد ژن و استفاده از این دانش در کنترل و مدیریت آفات شکل گرفته است. در واقع به کارگیری محصولات اصلاح‌شده ژنتیکی یا تراریخته، بخش مهمی از کشاورزی مدرن را به خود اختصاص داده است.
هنگامی که یک ژن از یک ارگانیسم، به جهت بهبود یا ایجاد تغییرات مورد انتظار به یک ارگانیسم دیگر انتقال می‌یابد، در نهایت یک ارگانیسم مهندسی ژنتیک شده یا اصلاح شده خواهیم داشت. فناوری DNA نوترکیب در حال حاضر روشی معمول برای تولید محصولات اصلاح‌شده ژنتیکی است و این محصولات از جمله محصولات بیوتکنولوژی به شمار می‌روند؛ این فناوری قادر است به تقویت سیستم دفاعی گیاه در برابر تنش‌های غیرزیستی و زیستی بپردازد.
از زمان معرفی این محصولات در سال 1996، سطح زیر کشت محصولات بیوتکنولوژی به بیش از 100 برابر افزایش پیدا کرده و به حدود 191.7 میلیون هکتار در سال 2018 رسیده؛ به این صورت که این فناوری در 26 کشور جهان توزیع شده، در حالی که 44 کشور دیگر این محصولات را وارد کرده‌اند.

روش‌های انتقال ژن

برای انتقال ژن به حیوانات یا گیاهان مورد نظر، روش‌های مختلفی وجود دارد که قدیمی‌ترین یا به اصطلاح سنتی‌ترین روش، “اصلاح انتخابی” است. برای مثال، در این روش، گیاهی را با صفت مورد نظر شناسایی می‌کنیم، سپس گیاه انتخابی را به خوبی پرورش می‌دهیم؛ به این ترتیب تعداد گیاهان دارای این صفت افزایش پیدا خواهد کرد.
با پیشرفت دانش تکنولوژی، انتقال صفت از گیاهی به گیاه دیگر با تکنیک‌های به‌روز و تکنولوژی بالا انجام می‌گیرد.
اولین گیاهی که در محیط آزمایشگاه مورد اصلاح ژنتیکی قرار گرفت، گیاه “تنباکو” بود که در سال 1938 در فرانسه حاصل شد و به عنوان گیاهی مقاوم به علف‌کش شناخته شد؛ همچنین این آزمایش در سال 1986 در آمریکا به انجام رسید و در سال 1994 در اتحادیه اروپا تولید تجاری این گیاه به عنوان محصول مقاوم در برابر علف‌کش‌ بروموکسینیل (Bromoxynil) تأیید گردید.
اولین محصول غذایی که بطور کامل اصلاح ژنتیکی روی آن صورت گرفت، گوجه فرنگی بود که توسط فردی به نام “FlavrSavr” برای یک شرکت کالیفرنیایی به نام Calgene به ثمر رسید و بدون نرم شدن اصلاح گردید.
کشت جهانی محصولات تراریخته که تجاری هم شدند کل سطح زیر کشت محصولات تراریخته را در سال 1997 به 1.7 میلیون هکتار رساند و به تدریج این میزان افزایش پیدا کرد؛ به طوری که در سال 2016 در 26 کشور جهان به 185.1 میلیون هکتار رسید؛ این میزان شامل 19 کشور در حال توسعه به همراه 7 کشور صنعتی می‌باشد.
به طور عمده محصولات تراریخته مشتمل بر 5 محصول هستند:

  • دو مورد از آن‌ها ذرت و پنبه هستند که به تنهایی در برابر حشرات یا حشرات و علف‌کش‌ها مقاوم هستند.
  •  سه مورد دیگر نیز شامل سویا، کلزا و چغندر هستند که در برابر علف‌کش‌ها از خود مقاومت نشان می‌دهند.

ذرت تراریخته

ذرت Bt تنها محصول تراریخته‌ای است که به صورت تجاری در 5 کشور اروپایی (اسپانیا، پرتغال، رومانی، جمهوری چک و اسلوانی) به فروش می‌رسد و به منظوز تغذیه دام و ماده اولیه صنعت نشاسته مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این کشورها، حدود 173 میلیون تن ذرت به صورت سیلو و 56 میلیون تن به صورت دانه تولید می‌گردد. برای تولید محصولات تراریخته از ذرت، بخشی از دانه‌‌های غذایی ذرت مانند نشاسته، ذرت بو داده، ذرت شیرین کنسرو شده، ذرت به صورت بلال و روغن ذرت به کار می‌رود؛ زیرا حرارت بالایی که برای تولید این محصلات غذایی استفاده می‌شود، باعث از بین رفتن هر گونه سموم موجود در این محصولات خواهد شد.
در سال 2016، ذرت تراریخته تولید شده در جهان به حدود 606 میلیون هکتار رسید که در برابر طیفی از علف‌کش‌ها با درصدهای گوناگون مورد استفاده قرار گرفت؛ این محصولات غالباً برای مقاومت در برابر کرم ذرت اروپایی تولید گردید، اما بعدها و در دهه 2000 علیه اقلام دیگری از آفات ذرت نیز به بهره‌برداری رسید.

پنبه تراریخته

پیش از معرفی پنبه تراریخته، پنبه‌کاران فشار زیادی را از جانب آفات این محصول متحمل می‌شدند؛ از سویی، مقاومت پنبه در برابر حشره‌کش‌های مصنوعی و گونه‌ای از آفات به نام H.virescens (کرم جوانه تنباکو) باعث از دست رفتن بخش عمده‌ای از این محصولات می‌شد.
طبق مطالعه‌ای در دانشگاه کالیفرنیا، طی سال‌های 1996 تا 1998 استفاده از پنبه تراریخته به طور قابل توجهی سبب کاهش تعداد دفعات محلول‌پاشی در برابر حشرات و آفات و نیز کاهش هزینه حشره‌کش‌ها شده است.
تنها محصول Bt در کشورهای در حال توسعه، پنبه تراریخته است که در سال‌های 2006 تا 2007 سطح زیر کشت این محصولات در کشورهایی همچون هند و چین افزایش چشمگیری داشته است.

نحوه تولید محصولات اصلاح شده ژنتیکی که توسط رانی و اوشا ذکر شد

1. شناسایی و مکان‌یابی ژن برای صفت گیاهی مورد نظر که محدودترین مرحله در فرآیند تولید گیاه تراریخته به شمار می‌رود. شناسایی یک ژن منفرد مرتبط با یک صفت کافی نیست و اطلاعات بیشتری لازم است؛ برای مثال، چگونگی تنظیم این ژن، اثراتی که ممکن است روی گیاه داشته باشد یا تعامل این ژن با سایر ژن‌های ژن‌های فعال در یک مسیر بیوشیمیایی باید بررسی گردد.
2. پیش از ورود ژن به گیاه لازم است چندین اصلاح صورت بگیرد؛ به این صورت که پس از جداسازی ژن، تکثیر این ژن در یک ناقل باکتریایی انجام می‌شود.
3. مبحث بعدی گیاهان تبدیل‌کننده هستند که در اثر جذب DNA یک تغییر ارثی در یک سلول یا ارگانیسم به وجود می‌آید. برای تبدیل سلول‌ها و بافت‌های گیاهی دو روش اصلی وجود دارد:
الف) روش تفنگ ژنی که به طور ویژه در تبدیل گونه‌های تک‌لپه‌ای مانند ذرت و برنج مفید واقع شده
ب) روش آگروباکتریوم که بر روش تفنگ ژنی ارجح است._ Agrobacterium tumefaciens نوعی باکتری ساکن خاک است که قادر به آلوده کردن سلول‌های گیاهی از طریق تکه‌ای از خود می‌باشد. هنگامی که DNAهای باکتریایی در یک کروموزوم گیاهی وارد می‌شود و به نوعی ادغام صورت می‌گیرد، این DNA به روش مؤثری می‌تواند ماشین سلولی گیاه را در اختیار خود بگیرد و آن را به منظور اطمینان از تکثیر جمعیت باکتریایی به کار گیرد.
4. انتخاب بافت‌هایی که با موفقیت توانسته‌اند مراحل تبدیل را پشت سر بگذارند که این فرآیند، پس از درج ژن برای انتقال به محیط انتخابی حاوی آنتی‌بیوتیک صورت می‌گیرد. در این صورت، فقط گیاهانی که ژن نشانگر قابل انتخاب را بیان می‌کنند می‌توانند زنده بمانند و این ژن را در خود حفظ نمایند.
5. فرآیند کشت بافت؛ در واقع باززایی گیاهان کامل تحت شرایط محیطی کنترل‌شده در محیط‌های مغذی و حاوی هورمون‌های لازم برای رشد گیاه.
این فرآیند به طور عمده به منظور تولید محصولات مقاوم به حشرات یا علف‌کش‌ها انجام می‌گیرد که آن‌ها را محصولات اصلاح‌شده ژنتیکی می‌نامند.

 

تاریخچه محصولات تراریخته یا Bt (Bacillus thuringiensis)

این محصولات برای اولین بار در سال 1901 توسط زیست‌شناسی ژاپنی به نام شیگتان ایشیواتریاس (Shigetane Ishiwatarias) طی کشف درمان بیماری سوتو که باعث مرگ کرم ابریشم می‌شود، کشف شد و نام آن را باسیلوس سوتو (Bacillus sotto) نهاد.
در سال 1911، ارنست برلینر (Erndt Berliner) این باکتری را از پروانه مرده آرد مدیترانه‌ای در تورینگن آلمان جدا کرد و آن را Bt نام گذاشت. در سال 1915، برلینر به وجود یک جسم پاراسپورال یا گنجایش کریستالی نزدیک به اسپور در داخل Bt پی برد؛ اما فعالیت اسپور کریستال در آن زمان کشف نشد؛ تا اینکه در سال 1956 محققان دریافتند که فعالیت اصلی حشره‌کش علیه حشرات لپیدوپتر (lepidopteran) به دلیل کریستال پاراسپورال است.
کریستال (Cry) یا کرای‌توکسین، پروتئین کریستالی حشره‌کش بدون پاراسپورال و اندوتوکسین دلتا (داخل کریستالی) است که در طی اسپورزایی در سویه‌های تراریخته تشکیل شده و تجمع می‌یابد. این سموم برای از بین بردن گونه‌های خاصی از حشرات اختصاص یافته‌اند؛ حشراتی همچون Lepidoptera، Coleoptera، Hymenoptera، Diptera و Nematoda. این سموم برای انسان، مهره‌داران و دشمنان طبیعی حشرات بی‌ضرر به شمار می‌آیند.
علاوه بر سموم کریستالی، سویه‌های دیگری از محصولات Btسم دیگری به نام پروتئین سیتولیتیک (Cyt) را تولید می‌نمایند که می‌توانند طیف وسیعی از سلول‌های بی‌مهرگان و مهره‌داران را در شرایط آزمایشگاهی تحت تأثیر قرار دهند.
نام‌گذاری سموم Cyt و Cry در اوایل دهه 1980 اتفاق افتاد؛ در آن هنگام محققان به این اکتشاف رسیدند که این سموم حاوی ژن‌هایی هستند که توسط پلاسمیدهای محصولات Bt حمل می‌شوند؛ این ژن‌های پروتئین‌هایی را رمز می‌کنند که برای کریستال، پروتئین کرای و برای سیتولیتیک، پروتئین سیتی نام دارد.
دانشمندان این ژن‌ها را بر اساس طیف فعالیت پروتئین‌‌ها، اندازه و جرم آن‌ها و ارتباطات ظاهری آن‌ها که از طریق توالی‌های نوکلئوتیدی و اسید آمینه‌ها استنتاج می‌شود، طبقه‌بندی کردند.
در سال 1938، Bt به صورت تجاری با نام اسپورین در فرانسه تولید شد که عمدتاً برای از بین بردن شب‌پره آرد مورد استفاده قرار می‌گرفت. در 1956، محصولات Bt به صورت تجاری در ایالات متحده به کار می‌رفتند اما این محصولات به علت فرمولاسیون ضعیف موفق نبودند. در دهه 1980، هنگامی که حشرات به گونه‌ای فزاینده در مقابل حشره‌کش‌های شیمیایی از خود مقاومت نشان دادند، استفاده از محصولات تراریخته علیه آفات و حشرات در سراسر جهان افزایش پیدا کرد.
با وجود اینکه بازار محصولات تراریخته مقاوم به حشرات، تحت سلطه گیاهانی است که سموم را از حشره پاتوژنی به نام Bacillus بیان می‌کنند؛ بیان این نکته ضروری است که تلاش‌های فراوانی برای معرفی دیگر محصولات تراریخته مؤثر به گیاهان صورت پذیرفته است.
به عنوان مثال، به کارگیری چندین پروتئین ضد تغذیه یعنی پروتئین‌هایی که هضم و یا جذب مواد مغذی را دچار اختلال می‌کنند، روشی عالی برای بیان در بافت‌های گیاهی جهت محافظت در برابر حشرات گیاهخوار محسوب می‌گردد. طبق ادعاهایی که در این زمینه صورت گرفته، ژن‌های کد کننده مهار کننده پروتئازها ( یا در اصطلاح PIs) از گزینه‌های مناسب برای مهندسی محصول به شمار می‌روند؛ PIها متابولیت‌های دفاعی کلیدی هستند که توسط گیاهان هستند که گیاه برای مقابله با حشرات گیاهخوار تولید می‌کند و عملکرد آن‌ها به این صورت است که به اختلال هضم پروتئین می‌پردازند و به این صورت باعث تأخیر در رشد یا مرگ می‌شود. به اثبات رسیده است که بیان PIها به خصوص در اسیدآمینه‌های سیستئین و سرین می‌تواند به مقاومت در برابر حشرات Coleoptera و Lepidoptera منجر شود.
از دیگر متابولیت‌های دفاعی گیاهی با خواص ضد تغذیه‌ای، لکتین‌ها (Lectin) هستند که در برابر طیفی از حشرات به ویژه در مقابل Hemiptera مؤثر هستند. بیان لکتین در گیاهان، سبب مهار رشد لارو ِ حشره پاتوژن شده و در نهایت به مرگ حشره می‌انجامد. از دلایل دیگر علاقه به استفاده از لکتین‌ها، می‌تواند توانایی این مواد در انتقال مولکول‌های حشره‌کش با اهداف همولنفاتیک، مانند پروتئین‌های همجوشی از نوع GNA باشد.
علاوه بر پروتئین، برخی آنتی‌ویتامین‌ها نیز در گیاهان یافت می‌شوند که این ترکیبات سبب اختلال در عملکرد بیولوژیکی ویتامین‌ها می‌شود و همانند مهارکننده‌های پروتئاز، خواص ضد تغذیه‌ای برای ایجاد مقاومت گیاهان در برابر حشرات گیاهخوار دارد. نوعی آنتی‌ویتامین به نام آویدین (Avidin) شناسایی شده که در واقع یک گلیکوپروتئین موجود در سفیده تخم پرندگان است؛ آویدین با تشکیل کمپلکس‌هایی با ویتامین B12 (بیوتین) مانع شناسایی و جذی مولکولی ویتامین B12 شده و کمبود شدید بیوتین را به دنبال خواهد داشت. طبق گزارش‌ها، بیان آویدین در ذرت تراریخته و همچنین تنباکو و گندم، به مقاومت این گیاهان در برابر بسیاری از گونه‌های آفات Coleoptera و Lepidoptera منجر شده است.

مکانیسم عمل Bt

هاگ محصولات Btتوسط حشره مورد نظر بلعیده می‌شود؛ سپس سم کریستالی توسط آنزیم‌های پروتئولتیک موجود در آب قلیایی روده فعال می‌گردند، پروتوکسین‌ها هنگامی که به حالت فعال درمی‌آیند، دچار کاهش وزن قابل توجهی می‌شوند. سم فعال شده از غشا عبور کرده و به گیرنده‌های خاصی که بر روی سلول‌های اپی‌تلیالی روده میانی قرار دارند می‌پیوندند. این سموم که به روده میانی راه یافته‌اند، با ایجاد منافذی در سلول‌های اپی‌تلیالی، باعث نفوذ سم درون این سلول‌ها می‌شوند. نفوذ ادامه می‌یابد تا سلول‌ها لیز شده و از غشای پایه اپی‌تلیوم روده میانی جدا گردند. در نهایت، افزایش PH در همولنف حشره و فلج و مرگ حشره را به دنبال خواهد داشت.

ایمنی محصولات تراریخته

بر اساس مشاهدات و تحقیقات، محصولات دستکاری‌شده ژنتیکی که سموم کریستالی را تولید می‌کنند، تنها در برابر حشرات خاصی فعال هستند و به طور معمول نباید اثرات مضری بر انسان و سایر پستانداران داشته باشند. اغلب پروتئین‌های کریستال که توسط محصولات Bt در خاک رسوب می‌کنند، در مدت زمان چند روز تجزیه شده و هیچ تأثیری از آن‌ها بر باکتری‌های خاک، اکتینومیسس‌ها (Actinomyces) ، قارچ‌ها، تک‌سلولی‌ها، جلبک‌ها، نماتدها یا کرم‌های خاکی به ثبت نرسیده است.
به عنوان مثال، پنبه و ذرت تراریخته هیچ تأثیر قابل‌توجهی بر جمعیت حشرات مفید نداشته‌اند. به علاوه، از بقایا یا گرده‌های اینگونه محصولات خطری برای گیاهان غیرهدف در مزارع محصولات Bt گزارش نشده است. از طرفی، پس از یک مطالعه میدانی، مشخص شد که هیچ خطری از سوی محصولات تراریخته، ایمنی موجودات شکارچی مزارع را تهدید نمی‌کند؛ برای مثال، تفاوت قابل توجهی بین جمعیت شکارچیان غالب در مزرعه ذرت تراریخته، با این جمعیت در یک مزرعه ذرت معمولی به چشم نمی‌خورد.

گیاهان RNAi

آفت‌کش‌های زیستی بر پایه RNA، ترکیباتی هستند که به صورت طبیعی در محیط و یا درون بدن ارگانیسم‌ها یافت می‌شوند؛ بنابراین به طور بالقوه خطرات کمتری نسبت به آفت‌کش‌های مصنوعی از خود نشان می‌دهند. این مولکول‌ها به صورت طبیعی توسط ارگانیسم‌های یوکاریوتی در معرض مسیرهای RNA قرار گرفته و به وسیله فرآیندهای dsRNA در سلول تجزیه می‌گردند؛ همچنین، در صورت وجود آب یا خاک به سرعت تجزیه می‌گردند و شانس باقی ‌ماندن اجزای باقی‌مانده کاهش می‌یابد‌؛ در واقع، محیط زیست یا محصولات غذایی مانند سایر روش‌های کنترل‌کننده دیگر، می‌توانند در مقابل حشرات، ویروس‌ها یا سایر پاتوژن‌های هدف از خود مقاومت نشان دهند.
گیاهان RNAi نشان دهنده امیدوارکننده‌ترین نسل گیاهان مقاوم به حشرات به شمار می‌آیند. در سال 1998 در یک نماتد کشف شد که تداخل (مکانیسم خاموشی ژن با واسطه مولکول‌های dsRNA) تقریباً در همه جا در یوکاریوت‌ها وجود دارد و این امر نشان‌دهنده مکانیسم تنظیم ژن و یک دفاع ضد ویروسی است.
تولید گیاهان مقاوم به حشرات که به وسیله بیان مولکول‌های dsRNA در گیاهان ایجاد شده، باعث می‌شود که ژن‌های ضروری حشرات توسط بافت‌های گیاهی بیان‌کننده dsRNA مورد هدف قرار گیرد؛ همچنین مکانیسم‌های سم‌زدایی و تنظیم در حشرات مختل شده و خاموش گردد؛ و این فرآیند تأخیر در رشد یا حتی مرگ حشرات را در پی خواهد داشت. به بیان دیگر، گیاهان RNAi ناقل بسیار مؤثری در خاموش کردن مولکول‌های حشرات هستند. بسیاری از میکروب‌ها، ویروس‌ها، باکتری‌ها، مخمرها و قارچ‌ها را می‌توان برای انتقال RNAi به میزبان به کار گرفت و از آن به عنوان یک روش تحویل dsRNA برای مدیریت و کنترل حشرات و بیماری‌ها بهره برد. به عنوان مثال، ژن ناشی از ویروس VIGS می‌تواند مثل یک سیستم دفاعی طبیعی و مؤثر برای بررسی برهمکنش‌های بین میزبان و آفت یا حشره پاتوژن و مطالعه عملکرد ژن در گیاهان عمل نماید. همچنین، VIGS خاصیت غربالگری بالایی در کنترل آفات و حشرات و شناسایی ژن‌های هدف بالقوه را فراهم می‌آورد.
در مطالعه‌ای که در سال 2007 توسط باوم و همکارانشان انجام و منتشر شد، اثرات حشره‌کشی ذرت تراریخته‌ای که بیان‌کننده ژن‌های dsRNA بود بررسی شد و نشان داد که می‌تواند منجر به افزایش حفاظت از محصول و کاهش آسیب‌های تغذیه‌ای در این گیاه شود. برای مثال، در گیاه تنباکو، بیان ژن dsRNA در این گیاه، ایمنی لارو حشره پاتوژن را مورد هدف قرار می‌دهد و این فرآیند باعث سرکوب سیستم ایمنی حشرات در نتیجه فعالیت آفت‌کش‌های زیستی مبتنی بر Bt می‌شود. به علاوه، dsRNA می‌تواند چندین سیستم تولید را در باکتری‌ها و ویروس‌ها مختل کند؛ حتی ممکن است به مقاومت‌های چندگانه‌ای در برابر ویروس‌ها دست یابد.
گیاهان سرکوب‌کننده سیستم ایمنی RNAi، ابزارهایی سازگار با محیط زیست هستند که می‌توانند با هدف افزایش اثربخشی اسپری‌های Bt یا حشره‌کش‌های مبتنی بر حشره پاتوژن مورد استفاده قرار گیرند.
رویکردهای جدیدی در به کارگیری محصولات RNAi برای کنترل آفات، حشرات، بیماری‌ها، نماتدها و علف‌های هرز در حال بررسی و انجام است؛ رویکردهایی که با هدف تولید محصولات قابل پاشیدن پیشنهاد می‌گردند؛ برای مثال انتظار می‌رود که مکانیسم‌هایی همچون محلول‌پاشی، تزریق تنه و غوطه‌ور سازی ریشه به بازار عرضه گردد.
نسل جدید آفت‌کش‌های زیستی مبتنی بر فرآیند RNAi می‌تواند به رفع برخی محدودیت‌ها از قبیل تغییر شکل گیاهان و نگرانی‌های عمومی در رابطه با گیاهان تراریخته بپردازد و ابزاری کاربردی با استفاده آسان و نیز سازگار با محیط زیست عرضه نماید.

 

 

نتیجه‌

علی‌رغم به کارگیری پروتئازهای مهارکننده، آنتی‌ویتامین‌ها یا مواردی مشابه در تولید محصولات تراریخته، مخالفت‌هایی در این زمینه وجود دارد؛ از طرفی در برخی موارد، تکامل صورت گرفته بین گیاه میزبان و حشره پاتوژن و توسعه چنین سازگاری‌هایی سبب غیر فعال‌سازی نقش محصولات تراریخته شده است. توانایی مقابله حشرات با متابولیت‌های دفاعی گیاهان ( مانند بازسازی پروتئازوم گوارشی، بیان پروتئازهای حساس به مهارکننده‌ها و یا غیرفعال‌سازی PI) تحقیقات و استراتژی‌های مرتبط با این موضوع را مختل کرده است.
همچنین، استفاده از آنتی‌ویتامین‌هایی همچون آویدین با مخالفت‌هایی روبه رو است؛ همچنین لکتین، با وجود تأثیرات قابل توجه در مقابله با حشرات، به عنوان یک آلرژن بالقوه غذایی شناخته شده و همانند آویدین به عدم پذیرش عمومی دچار گردیده است.
این نکته هم حائز اهمیت است که بیان همزمان ژن‌های کد کننده مولکول‌های حشره‌کش با حالات مختلف عمل، ممکن است اثربخشی را به شدت افزایش داده و توسعه مقاومت آفات را به تأخیر بیندازد. این شواهد نشان دهنده این است که می‌توان از گیاهان تراریخته به عنوان ناقل مولکول‌های سرکوب‌کننده استفاده کنیم تا واکنش‌های آفات گیاهخوار را در برابر حشرات پاتوژن مختل نماید.
گیاهان RNAi که به آن‌ها اشاره شد، نوعی سرکوب‌کننده سیستم ایمنی هستند که بهره‌برداری از این گیاهان به جای کشتن و از بین بردن مستقیم آفات کشاورزی و باغبانی از استراتژی‌های مهم برای مقابله با آفات و عوامل پاتوژن گیاهی است.
استفاده از ابزارهای ژنومی، به توسعه فناوری‌هایی از قبیل محصولات مبتنی بر RNA کمک می‌کند؛ و راهی برای افزایش مقاومت در برابر پاتوژن‌های ذکر شده خواهد بود. این محصولات قادر هستند تا جایگزین مناسبی برای آفت‌کش‌های شیمیایی در برخی از کاربردها به حساب آیند، یا در صورت ترکیب، استفاده از آفت‌کش‌های شیمیایی را به حداقل برسانند.

منابع

1. Transgenic plants expressing immunosuppressive dsRNA improve entomopathogen efficacy against Spodoptera littoralis larvae
2. Management of Pest Insects and Plant Diseases by Non-Transformative RNAi
3. Genetically engineered (modified) crops (Bacillus thuringiensis crops) and the world controversy on their safety.

نویسنده : زهرا مفیدی

image_pdfدانلود PDF مقاله

ساینسینو را در اینستاگرام و تلگرام دنبال کنید

دیدگاهتان را بنویسید

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

4 × سه =

50
ویدیو ضبط شده کارگاه قابل مشاهده
مدیریت سایت
5/5
250
کارگاه حضوری در دانشگاه شریف
مدیریت سایت
5/5
55
24 ساعت آموزش آنلاین
مدیریت سایت
5/5