انتقال ژن در بهبود گیاهان زراعی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

انتقال ژن در بهبود گیاهان زراعی: چشم¬اندازی بر وضعیت حال و آینده

By کریم سرخه | On January 7, 2007 | In علوم کشاورزی | Rated

کریم سرخه ، بهروز شیران1، شهرام محمدی1، خلیل عالمی سعید2 چکیده انتقال ژن یا جذب DNA فرایندی است که قطعه مشخصی از DNA ( معمولاً یک ژن خارجی وارد شده در پلاسمید باکتریایی) را به درون سلول¬ها وارد می¬نماید. در اصلاح نباتات، تکنیک¬های مرتبط با انتقال ژن از طریق تکثیر جنسی و رویشی به خوبی رایج می¬باشند. هدف از این تکنیک¬ها ایجاد تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی، انتخاب گیاهان برتر از نظر ژنهای کنترل کننده صفات مطلوب و همچنین حفظ تنوع واریته¬های گیاهی می¬باشد. با استفاده از تکنیک¬های اصلاحی مرسوم، پیشرفت¬های چشم¬گیری در زمینه بهبود عملکرد گیاهان زراعی حاصل شده است. معذالک این تکنیک¬ها وقت¬گیر هستند. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای رفع مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. بنابراین، در این مقاله سعی شده است که چشم¬انداز حال و آینده انتقال ژن را در بهبود گیاهان زراعی مورد بررسی قرار دهد. واژه¬های کلیدی: انتقال ژن، گیاهان زراعی، DNA

مقدمه دهها سال است که انتقال ژن بین گونه¬های گیاهی نقش مهمی در بهبود گیاهان زراعی بازی کرده است. بهبود گیاه چه در نتیجه انتخاب طبیعی و یا با تلاش¬های به¬نژادگران، همیشه بر اساس ظهور، ارزشیابی و گزینش ترکیبات صحیح آلل¬ها بوده است. صفات مفید از قبیل مقاومت به بیماری¬ها، حشرات و آفات از گیاهان غیر زراعی به واریته¬های گیاهان زراعی منتقل شده است. از سال 1970، پیشرفت قابل ملاحظه¬ای در ابداع ابزارهای لازم برای دستورزی اطلاعات ژنتیکی در گیاهان توسط روش¬های DNA نوترکیب رخ داده است. فرایند کلی ترانسفورماسیون ژنتیکی شامل معرفی، تلفیق و بیان ژن یا ژن¬های خارجی در گیاه پذیرنده است. گیاهانی که ژن¬های خارجی از منابع ژنتیکی دیگر را با خود حمل می¬کنند و آنها را به صورت پایدار در خود جای داده و بیان می¬نمایند، گیاهان تراریخت نامیده می¬شوند. تولید گیاهان تراریخت نتیجه کاربرد تلفیقی تکنولوژی rDNA، روش¬های انتقال ژن و تکنیک¬های کشت بافت می¬باشد. با استفاده از این تکنیک¬ها تولید گیاهان تراریخت در محصولات غذایی- لیفی، سبزیجات و درختان میوه و جنگلی میسر شده است. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. ژن¬های گیاهی کلون می¬شوند، علائم تنظیم کننده ژنتیکی رمز گشای می¬شوند و ژن¬ها از موجودات کاملاً غیر خویشاوند ( خصوصا باکتریها و ویروسها) برای اعطاء صفات زراعی مفید جدید، به گیاهان زراعی منتقل می¬شوند. ترانسفورماسیون ژنتیکی انتقال ژن¬های مطلوب ویژه را، بدون همراهی با هیچ ژن نامطلوبی از گونه¬های بخشنده به گیاه زراعی میسر ساخته است. در حالیکه در روش¬های اصلاحی مرسوم ژن¬های نامطلوب نیز همراه ژن¬های مطلوب منتقل می¬شوند. پتانسیل وارد کردن و بیان ژنهای خارجی گوناگون اولین بار در گیاه توتون توسط اگروباکتریوم (De Block et al. 1984) و روش بدون استفاده از ناقل (Paszhowski et al. 1984) توصیف شده است. لیست گونه¬های گیاهی که می¬توانند توسط ناقل آگروباکتریوم و روش بدون ناقل تراریخت شوند، به طور مداوم در حال رشد بوده و در حال حاضر توانایی تراریختی به بیش از 120 گونه گیاهی و در حداقل 35 خانواده گسترش پیدا کرده است. موفقیت¬ها اغلب شامل محصولات مهم اقتصادی سبزیجات، گیاهان زینتی، دارویی، درختان و گیاهان مرتعی می¬باشد. انتقال ژن و باززایی گیاهان تراریخت، دیگر جزو فاکتورهای محدود کننده در بهبود و کاربرد سیستم¬های ترانسفورماسیون عملی برای بسیاری از گونه¬های گیاهی نیستند. برای این گفته، کافی است اشاره شود که قبلاً گونه¬های تک لپه¬ای در خارج از حوزه میزبانیA. tumefacims قرار می¬گرفتند و این امر منجر به ابداع انتقال مستقیم DNA یا روش بدون ناقل برای ترانسفورماسیون گردید. معذالک اخیراً ترانسفورماسیون توسط آگروباکتریوم در گونه¬های تک لپه¬ای از قبیل گیاهان غذایی مهم از جمله برنج (Hiei et al. 1994)، ذرت (Ishida et al. 1996) و گندم (Cheng et al. 1997) گزارش شده است. اولین نسل کاربرد مهندسی ژنتیک در محصولات کشاورزی به سمت تولید گیاهان تراریخت بیان کننده ژن خارجی برای مقاومت به ویروس¬ها، حشرات، علفکش¬ها یا عوامل فساد بعد از برداشت و تجمع فراورده¬های ذخیره¬ای تغییرشکل یافته مفید بوده است. این موضوعات تحت عناوین ذیل بحث شده¬اند. مقاومت به تنشهای زنده ترانسفورماسیون ژنتیکی امکان ترانسفورم کردن گیاهان برای بهبود مقاومت به حشرات و پاتوژنها را میسر ساخته است و به سرعت به سمت تجاری شدن پیش می¬رود. این پیشرفت¬ها اساس راهکار اقتصاد پایدار و بدون استفاده از مواد شیمایی را برای کنترل آفات و بیماری¬ها تشکیل می¬دهد. مقاومت به تنش¬های زنده تحت عناوین زیر بحث شده¬اند. 1- مقاومت به حشرات 2- مقاومت به ویروسها 3- مقاومت به بیماریهای قارچی و باکتریایی 1- مقاومت به حشرات پیشرفت در مهندسی گیاهان تراریخت برای مقاومت به حشره، از طریق استفاده از ژنهای پروتئین کنترل کننده Bacillus thuringiensis حاصل شده است. مقاومت به حشره ابتدا در توتون (Vaeck et al. 1987) و گوجه فرنگی (Fischhoff et al. 1987) گزارش شد. امروزه ترانسژن مقاوم به حشره از هر منبعی از جمله گیاهی، باکتریایی و یا منابع دیگر می¬تواند به منظور افزایش سطح مقاومت به حشره، به گیاهان منتقل شود. تقریباً 40 ژن متفاوت اهدا کننده مقاومت به حشره، به گیاهان زراعی وارد شده است. ژنهای اهدا کننده مقاومت گیاهان به حشره از میکروارگانیسمها بدست آمده است. ژن Bt از Bacillus thuringiensis، ژن ipt ایزوپنتیل ترانسفراز از Agrobacterium tumefacines، ژن کلسترول اکسیداز از قارچهای استرپتومایسز و ژن pht از Photorhabdus luminescens. ژنهای مقاوم از گیاهان عالی می¬تواند به دو گرو تقسیم شود (1) بازدارنده¬های پروتئیناز و آمیلاز و (2) لکتین¬ها، لکتین گل حسرت (GNA)، لکتین نخود، لکتین برنج و غیره. ژن¬های مقاوم با منشاء حیوانی بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون (Manduca sexta) می¬باشد. 1-1- ژنهای مقاوم از میکروارگانیسمها ژن توکسین Bt : Bacillus thuringiensis (Bt) باکتری حشره¬کشی است که یک ضد پرتئین تولید می¬کند. ژن¬های Bt، توکسین Bt را کد می¬کنند، که دارای طیف وسیعی از فعالیت حشره¬کشی می¬باشند. اکثر توکسین¬های Bt بر علیه لاروهای بال پولک داران فعال هستند، اما بعضی ها ویژه حشرات راسته دو بالان و قاب بالان هستند. عامل سمیت حشره¬های Bt یک پروتئین بزرگ می¬باشد. توکسین¬ها به صورت پروتئین¬های کریستالی سیکما توکسین (δ-endotoxins) در درون باکتری در خلال اسپورزایی تجمع می¬یابند. این پروتئین¬ها بعد از آلوده کردن حشره حساس، به فرم فعال در می¬آیند و در نتیجه با اختلال در انتقال یون باعث مرگ حشره می¬شوند. چندین ژن که توکسین¬های مؤثر بر بال پولک داران را تولید می¬نمایند، جداسازی شده¬اند. یکی از این ژن¬ها که متعلق به B. thuringinesis زیر گونه Kurstaki HD-1 می¬باشد. ژن¬های شیمری B. thuringinesis kurstaki دارای پروموتور s35 ویروس CaMV و یک توالی کد کننده برای یک پروتئین تغییر یافته کوتاهتر و فعال همانند ژن کامل، سنتز شده و در گیاهان گوجه فرنگی بیان شده¬اند (Fischhoff et al. 1987) مقدار پرتئین حشره¬کش در این گیاهان برای کشتن لاروهای Manduca sexta، Heliothis virescens، Heliothis zea کافی بود. بررسی نتاج گیاهان تراریخت نشان داد که ژن B. thuringinesis kurstaki به صورت یک ژن غالب مندلی تفکیک می¬یابد. ژن سمی دیگر از B. Thuringinesis، نژاد Berlkiner 1715 ،کلون شده است. این ژن یک پرتئین Bt2، 1155 آمینو اسیدی را تولید می¬نماید. آنالیز سطح بیان یک ژن شیمری مبتنی بر Bt2 در گیاهان توتون نشان داد که کیفیت سم و فعالیت حشره¬کشی آن با هم ارتباط دارند (Veack et al. 1987). گیاهان توتون تراریخت در برابر تغذیه لاروهای Manduca sexta محافظت گردیدند. سم Bt برای حشرات مفید، پستانداران و انسان مضر نیست. این ژن به صورت یک ژن غالب منفرد تفرق می¬یابد. نژادهای Bt دارای تنوع گسترده¬ای از ژن¬های کد کننده اندوتوکسین سیکما (δ-endotoxins) می¬باشند. گزارشات مربوط به کلون کردن و تعیین توالی اولین ژن کد کننده پرتئین حشره¬کش در سال 1981 منتشر گردید. تا کنون بیش از 100 توالی ژن پرتئین کریستالی انتشار یافته است. هریک از پروتئین¬های کریستالی طیف فعالیت خاصی دارد. بعنوان مثال، پروتئین Cry1Ab در برابر کرم ساقه خوار اروپایی ذرت شدیداً فعال است و در هیبریدهای ذرت Bt کنونی مورد استفاده قرار می¬گیرد. پرتئین Cry1Ab برای لاروهای کرم گیاهچه توتون و کرم غوزه پنبه شدیداً سمی است و در واریته¬های پنبه Bt بیان می¬شود و این گیاهان را در برابر سوسک کلورادوی سیب زمینی حفاظت می¬نماید. سیکما- اندوکسین¬های Bt به هر دو صورت (اندازه کامل) و (کوتاه شده) به گیاهان انتقال داده شده¬اند و مقاومت تائید شدهای را در برابر توتون (M.sexta)، آفات گوجه فرنگی Heliothis ( virescens و Helicovera zea) و آفات سیب زمینی (Phthorimeae operculella) بوجود آورده¬اند. اولین گیاهانی که تولید شدند، قادر به سنتز پروتوکسین (Protoxin) کامل بودند، اما به دلیل بیان ضعیف ژن مقادیر کمی دلتا توکسین تولید می¬شد که حاصل آن عدم بروز مقاومت و یا مقاومت اندک بود. پیشرفتهای بیشتر، سرانجام منجر به مطلوب شدن بیان ژن cry در گیاهان شد. چند سالی است که اولین نسل گیاهان حشره¬کش برای مقاصد تجاری وارد بازار شده است. 1-2- ژن¬های مقاومت منشاء گرفته از میکروارگانیزم¬های دیگر پروتئین کلسترول اکسیداز (Co) موجود در کشت فیلتر شده Sterptomyces بر لارو شپشک غوزه اثر سمیت حاد دارد. این ژن به گیاهان توتون منتقل گردیده است. ژن ایزوپنتیل ترانسفراز (ipt) Agrobacterium tumefaciens یک آنزیم کلیدی در مسیر بیوسنتز سیتوکینین کد می¬نماید. بیان ipt در توتون، گوجه فرنگی توسط یک پروموتور القاء شونده توسط زخم (wound inducible promoter) سبب کاهش تغذیه کرم شاخدار توتون (M. sexta) از برگ¬ها و کاهش بقای شته سبز هلو شده است. 1-3- ژن¬های مقاومت از گیاهان عالی همچنانکه سموم Bt با موفقیت به درون گیاهان مهندسی می¬شوند، تلاش¬هایی نیز در جهت کشف ژنهای سموم حشره¬کش غیر Bt صورت می¬گیرد. تعدادی از پروتئین¬های حشره¬کش غیر Bt در احتیاجات غذایی حشرات مداخله می¬نمایند. دو گروه عمده از ژنهای با منشاء گیاهی وجود دارد که برای ایجاد مقاومت به حشرات در گیاهان زراعی از طریق به تاخیر انداختن رشد و نمو حشره مورد استفاده قرار می¬گیرند. 1-3-1- بازدارندههای پروتئیناز (Proteinase inhibitors) از سال 1938 مشخص شده است که گیاهان دارای پپتیدهایی هستند که به عنوان بازدارنده¬های پروتئیناز عمل (PIPs) می¬نمایند. پروتئینازهای مختلف عبارتنداز پروتئینازهای سرین، سیستئین، آسپارتیک و متالو. پروتئینازها آزاد شدن اسیدهای آمینه از پروتئین جیره غذایی را کاتالیز می¬نمایند، و به صورت مواد مغذی ضروری برای رشد و نمو حشرات را تامین می¬نمایند. بازدارنده¬های پروتئیناز با مداخله در عمل آنزیمهای هضمی حشره، آن را از مواد مغذی ضروری محروم می¬سازند. به دو نمونه از ژن بازدارنده پروتئیناز در ذیل به آنها اشاره شده است: الف) بازدارنده ترپسین لوبیا چشم بلبلی (CpTI) (Cowpea trypsin inhibitor gene) CpTI که در لوبیا چشم بلبلی (Vigna unguiculata) یافت می¬شود، فعالترین بازدارنده¬ای است که تاکنون شناسایی شده است. این ژن بازدارنده مواد آنتی متابولیتی تولید می¬نماید که سبب محافظت در برابر سوسک ( Callosobruchus maculates)که یک آفت انباری اصلی است، می¬شود. علاوه بر این، این ژن همچنین برای حشرات متعددی از خانواده بال پولکداران (Heliothis virescens)، ( Manduca sexta) قاب بالان (Callosobruchus، Antonomous grandis) و راست بالان (Locusta migratoria) مضر است، اما برای پستانداران بیضر می¬باشد. ژن CpTI کلون شده و ساختارهای حاوی پروموتور S35 ویروس CaMV و یک کلون cDNA با طول کامل bp550 از آن برای تراریخت نمودن دیسکهای برگی توتون مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش سنجی برای فعالیت حشره¬کشی گیاهان توتون تراریخت با کرم غوزه پنبه (Heliothis zea) انجام شد. بقاء حشره و میزان خسارت وارده به گیاه، در گیاهان تراریخت در مقایسه با گیاهان شاهد، بطور واضحی کاهش یافت. ب) بازدارنده آلفا – آمیلاز (α-amylase inhibitor) سه ژن بازدارنده آلفا- آمیلاز در توتون بیان شده¬اند، اما تاکید اصلی بر روی انتقال ژن بازدارنده آلفا – آمیلاز (AI-Pv) α جدا سازی شده از لوبیا ( Phaseolus vulgaris) بوده است. این ژن بر علیه Zabrotes subfaciatus و Callosobruchus chinesis عمل می¬نماید. این پروتئین بازدارنده آلفا- آمیلاز، تغذیه لاروی را در بخش میانی لوله گوارش را بلوکه می¬نماید. لوله گوارش لارو یک آنزیم آلفا-آمیلاز ترشح می¬کند که نشاسته را هضم می¬نماید. با اضافه کردن یک پروتئین، که آلفا- آمیلاز روده حشرات را متوقف نماید، شپشه دچار گرسنگی شده و می¬میرد. 1-3-2- لکتین¬ها (Lectins) لکتین¬ها خانواده بزرگ دیگری از پروتئین¬ها هستند که می¬توانند بعنوان سموم ضد حشره برای مهندسی ژنتیک مقاومت به حشرات مورد استفاده قرار گیرد. لکتین¬ها گلیکوپروتئینهای گیاهی هستند. توجهات اخیر بطور عمده بر روی لکتین Galanthus nivalis که به GNA نیز معروف است، متمرکز شده است، زیرا که فعالیت ضد شته از خود نشان می¬دهد. ژن این پروتئین، با موفقیت در مطالعات مهندسی ژنتیک مورد استفاده قرار گرفته و در گونه¬های گیاهی مختلفی همچون سیب زمینی، و گوجه فرنگی بیان شده است. آزمونهای آزمایشگاهی با سیب زمینی تغییر یافته نشان داد که GNA، مرگ و میر را افزایش نمی¬دهد، اما سبب کاهش قابل ملاحظه¬ای در باروری می¬شود. یک ویژگی مهم این پرتئین این است که بر علیه حشرات مکننده و نفوذ کننده نیز عمل می¬نماید. با این وجود، یک عیب آن این است که این پرتئین زمانی خوب عمل می¬کند که به مقادیر فراوانی بلعیده شود، یعنی زمانیکه حشره در معرض مقادیر میکروگرمی این پروتئین در آزمایشات زیست سنجی در جیره غذایی قرار داده می¬شود. بنابراین، اگر چه که چند ژن کد کننده لکتین (آگلوتینین جنین گندم و لکتین برنج ) در گیاهان تراریخت بیان شده¬اند، ولی تاثیر حشره¬کشی آنها بسیار کمتر از آن است که مؤثر واقع شوند. 1-4- ژنهای مقاومت از حیوانات ژنهای مقاومت مورد نظر ترجیحاً بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون Manduca sexta می¬باشد. بر اساس غربالگری در این¬ویترو بازدارندگی از پروتئولیز توسط عصاره¬های تعدادی از لاروهای بال پولک¬داران، بازدارنده ترپسین پانکراسی بواین (BPTI)، آلفا- آنتی ترپسین (α.AT) و بازدارنده اسپلین (SI)، بعنوان پروتئین¬های امید بخش مقاومت به حشرات شناسایی و به تعدادی از گیاهان منتقل گردیده¬اند. معذالک نتایج اولیه بر روی بید سیب زمینی در گیاهان سیب زمینی تراریخت، چندان رضایتبخش نیست. اما بازدارنده¬های پروتئیناز گرفته شده از Manduca sexta یعنی آنتی کیمیو ترپسین (Anti-chymiotrypsin) و آنتی الاستاز (Anti- elastase) بیان شده در پنبه و کتیناز (Chitinase) در توتون، تولید مثل را به ترتیتب در Bemisia tabaci و Heliothis virescens کاهش دادند، تعدادی از ژنهای عامل مقاومت به حشرات که برای تولید گیاهان تراریخت مورد استفاده قرار گرفته¬اند. 2- مقاومت به ویروس به دلیل اندازه نسبتاً کوچک ژنوم ویروس¬های گیاهی، توسعه راهکارهای مولکولی برای کنترل بیماریهای ویروسی گیاهی به طور خاص موفق بوده است. راهکارهای مختلفی برای استفاده از تکنولوژی مولکولی به منظور تلفیق یا ایجاد فاکتورهای مقاومتی جدید در سیستمهای ویروسی گیاهان وجود دارد. روال کار به این نحو است که¬آن دسته از محصولات ژن یا ژنهای ویروسی شناسایی شوند که وقتی در زمان نامناسب یا با مقدار نادرست وجود دارند، با کارکردهای نرمال فرایند آلودگی مداخله نموده و مانع از پیشرفت بیماری شوند. 2-1- حفاظت متقاطع به واسطه پروتئین پوششی مفهوم حفاظت متقاطع به توانایی یک ویروس برای جلوگیری یا بازدارندگی اثر رقابتی ویروس دیگر اطلاق می¬شود. اگر نژاد حساس از یک گیاه زراعی با نژاد ملایمی از یک ویروس تلقیح شود، نژاد حساس گیاه زراعی نسبت به نژادهای بیماریزاتر ویروس مقاوم می¬شود. برای اولین بار پاول آبل و همکاران (1986) نشان دادند که توتون تراریخت بیان کننده پروتئین پوششی ویروس موزائیک توتون (TMV) مقاومتی شبیه به مقاومتی که در حفاظت متقاطع به واسطه ویروس اتفاق می¬افتد، نشان می¬دهد. از آن زمان به بعد، تعدادی از ژنهای پوشش پروتئینی از گروههای ویروسی متفاوت پیدا شده¬اند که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، مقاومت ایجاد می¬کنند. مقاومت به واسطه پروتئین پوششی در صورت کاهش تعداد مناطق آلودگی روی برگهای تلقیح شده عمل می¬کند، بیانگر این که یک مرحله اولیه در سیکل زندگی ویروس مختل شده است. مطالعات نشان داده است که حفاظت متقاطع TMV ممکن است از پروتئین پوششی ویروس محافظت کننده ناشی شود که مانع از حذف پوشش از RNAهای ویروس رقیب می¬شود. اکثر سیستمهایی که در آنها مقاومت به واسطه پروتئین پوششی گزارش شده است، بر علیه ویروسهای RNAای پلاس- سنس با یک پروتئین کپسید بوده است. این راهکار در چند محصول زراعی از قبیل توتون، گوجه فرنگی، سیب زمینی، یونجه، هندوانه، کدو، برنج، ذرت و غیره استفاده شده است . یک ویروس رشته منفی مهم، ویروس پژمردگی لکه¬ای گوجه فرنگی (Nucleocapsid protein) پیوند خورده است. این پرتئین در بسته¬بندی RNA ویروسی و همچنین در تنظیم مراحل رونویسی تا همانندسازی در طی سیکل آلودگی، فعالیت می¬نماید. با استفاده از این روش گیاهان تراریخت در توتون و گوجه فرنگی تولید شده¬اند. 2-2- مقاومت به واسطه پروتئین غیر ساختمانی (Non-structural protein mediated resistance) ویروس¬ها، پروتئینهای غیر ساختمانی را کد می¬کنند که برای همانند سازی ضروری می¬باشند. اخیراً تعدادی از این پروتئینهای غیرساختمانی رپلیکاز (Replicase) کشف شده است که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، درجات بالایی از مقاومت به آلودگی ویروس را ایجاد می¬نمایند. گلمبوسکی (Golemboski) و همکاران در سال 1990، برای اولین بار این پدیده را به بیان چهارچوب قرائت باز 54 کیلو دالتونی ویروس TMV در توتون تراریخت نشان دادند. توتون تراریخت مقاوم به قهوه¬ای شدن زودرس (PEBV) و سیب زمینی مقاوم به ویروس x (PVX) تولید شد. 2-3- مقاومت به واسطه سنس (sense) و آنتی سنس (Antisense) استراتژی دیگر الگو گرفته از پاتوژن که برای کنترل ویروس¬های گیاهی مورد بررسی قرار گرفته است، بیان ترانسژن آنتی سنس و جدیداً قطعات سنس RNAهای ویروسی می¬باشد. اساس این راهکار، اتصال RNAی ویروسی با توالی های RNA مکملی است که توسط گیاه بیان می¬شوند. جفت شدن نامناسب RNA-RNA، از در دسترس بودن RNA ویروسی برای همانند سازی و بیان ژن، ممانعت می¬نماید. بنابراین ساختارهای آنتی سنس و سنس می¬توانند برای بلوکه کردن مراحل اولیه مهم که در ایجاد آلودگی ویروسی مهم هستند، مورد استفاده قرار گیرند. حفاظت آنتی سنس، در توتون که RNAی مکمل پروتئین پوششی ویروس را بیان می¬کند نشان داده شده است. 2-4- حفاظت با RNAی ماهواره¬ای (Satellite RNA protection) RNAهای ماهواره¬ای، گروهی از RNAهای تک رشته¬ای کوچک (تقریباً 300 نوکلئوتید) هستند که برای همانندسازی و بسته¬بندی ویریونی به منظور ایجاد آلودگی در جای دیگر، به یک ویروس هم دست (Virus Helper) وابسته می¬باشند. بنابراین RNAی ماهواره¬ای برای تکثیر و انتقال به ویروس وابسته است، اگرچه وابسته به ژنوم ویروس نیست. این گونه RNA ماهواره¬ای با چندین ویروس دیگر مرتبط هستند. تعدادی از RNAی ماهواره¬ای تکثیر و علایم ویروس هم¬دست خود را تعدیل می¬نمایند. بسته به RNAی ماهواره¬ای مرتبط، طیف

انتقال ژن در بهبود گیاهان زراع1

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 13

انتقال ژن در بهبود گیاهان زراعی: چشم¬اندازی بر وضعیت حال و آینده

By کریم سرخه | On January 7, 2007 | In علوم کشاورزی | Rated

کریم سرخه ، بهروز شیران1، شهرام محمدی1، خلیل عالمی سعید2 چکیده انتقال ژن یا جذب DNA فرایندی است که قطعه مشخصی از DNA ( معمولاً یک ژن خارجی وارد شده در پلاسمید باکتریایی) را به درون سلول¬ها وارد می¬نماید. در اصلاح نباتات، تکنیک¬های مرتبط با انتقال ژن از طریق تکثیر جنسی و رویشی به خوبی رایج می¬باشند. هدف از این تکنیک¬ها ایجاد تنوع ژنتیکی در جوامع گیاهی، انتخاب گیاهان برتر از نظر ژنهای کنترل کننده صفات مطلوب و همچنین حفظ تنوع واریته¬های گیاهی می¬باشد. با استفاده از تکنیک¬های اصلاحی مرسوم، پیشرفت¬های چشم¬گیری در زمینه بهبود عملکرد گیاهان زراعی حاصل شده است. معذالک این تکنیک¬ها وقت¬گیر هستند. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای رفع مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. بنابراین، در این مقاله سعی شده است که چشم¬انداز حال و آینده انتقال ژن را در بهبود گیاهان زراعی مورد بررسی قرار دهد. واژه¬های کلیدی: انتقال ژن، گیاهان زراعی، DNA

مقدمه دهها سال است که انتقال ژن بین گونه¬های گیاهی نقش مهمی در بهبود گیاهان زراعی بازی کرده است. بهبود گیاه چه در نتیجه انتخاب طبیعی و یا با تلاش¬های به¬نژادگران، همیشه بر اساس ظهور، ارزشیابی و گزینش ترکیبات صحیح آلل¬ها بوده است. صفات مفید از قبیل مقاومت به بیماری¬ها، حشرات و آفات از گیاهان غیر زراعی به واریته¬های گیاهان زراعی منتقل شده است. از سال 1970، پیشرفت قابل ملاحظه¬ای در ابداع ابزارهای لازم برای دستورزی اطلاعات ژنتیکی در گیاهان توسط روش¬های DNA نوترکیب رخ داده است. فرایند کلی ترانسفورماسیون ژنتیکی شامل معرفی، تلفیق و بیان ژن یا ژن¬های خارجی در گیاه پذیرنده است. گیاهانی که ژن¬های خارجی از منابع ژنتیکی دیگر را با خود حمل می¬کنند و آنها را به صورت پایدار در خود جای داده و بیان می¬نمایند، گیاهان تراریخت نامیده می¬شوند. تولید گیاهان تراریخت نتیجه کاربرد تلفیقی تکنولوژی rDNA، روش¬های انتقال ژن و تکنیک¬های کشت بافت می¬باشد. با استفاده از این تکنیک¬ها تولید گیاهان تراریخت در محصولات غذایی- لیفی، سبزیجات و درختان میوه و جنگلی میسر شده است. در سالهای اخیر، بیوتکنولوژی گیاهی منبعی سرشار از ابداع و خلاقیت بوده است و برای مشکلات قدیمی راه حل¬های نوینی فراهم کرده است. ژن¬های گیاهی کلون می¬شوند، علائم تنظیم کننده ژنتیکی رمز گشای می¬شوند و ژن¬ها از موجودات کاملاً غیر خویشاوند ( خصوصا باکتریها و ویروسها) برای اعطاء صفات زراعی مفید جدید، به گیاهان زراعی منتقل می¬شوند. ترانسفورماسیون ژنتیکی انتقال ژن¬های مطلوب ویژه را، بدون همراهی با هیچ ژن نامطلوبی از گونه¬های بخشنده به گیاه زراعی میسر ساخته است. در حالیکه در روش¬های اصلاحی مرسوم ژن¬های نامطلوب نیز همراه ژن¬های مطلوب منتقل می¬شوند. پتانسیل وارد کردن و بیان ژنهای خارجی گوناگون اولین بار در گیاه توتون توسط اگروباکتریوم (De Block et al. 1984) و روش بدون استفاده از ناقل (Paszhowski et al. 1984) توصیف شده است. لیست گونه¬های گیاهی که می¬توانند توسط ناقل آگروباکتریوم و روش بدون ناقل تراریخت شوند، به طور مداوم در حال رشد بوده و در حال حاضر توانایی تراریختی به بیش از 120 گونه گیاهی و در حداقل 35 خانواده گسترش پیدا کرده است. موفقیت¬ها اغلب شامل محصولات مهم اقتصادی سبزیجات، گیاهان زینتی، دارویی، درختان و گیاهان مرتعی می¬باشد. انتقال ژن و باززایی گیاهان تراریخت، دیگر جزو فاکتورهای محدود کننده در بهبود و کاربرد سیستم¬های ترانسفورماسیون عملی برای بسیاری از گونه¬های گیاهی نیستند. برای این گفته، کافی است اشاره شود که قبلاً گونه¬های تک لپه¬ای در خارج از حوزه میزبانیA. tumefacims قرار می¬گرفتند و این امر منجر به ابداع انتقال مستقیم DNA یا روش بدون ناقل برای ترانسفورماسیون گردید. معذالک اخیراً ترانسفورماسیون توسط آگروباکتریوم در گونه¬های تک لپه¬ای از قبیل گیاهان غذایی مهم از جمله برنج (Hiei et al. 1994)، ذرت (Ishida et al. 1996) و گندم (Cheng et al. 1997) گزارش شده است. اولین نسل کاربرد مهندسی ژنتیک در محصولات کشاورزی به سمت تولید گیاهان تراریخت بیان کننده ژن خارجی برای مقاومت به ویروس¬ها، حشرات، علفکش¬ها یا عوامل فساد بعد از برداشت و تجمع فراورده¬های ذخیره¬ای تغییرشکل یافته مفید بوده است. این موضوعات تحت عناوین ذیل بحث شده¬اند. مقاومت به تنشهای زنده ترانسفورماسیون ژنتیکی امکان ترانسفورم کردن گیاهان برای بهبود مقاومت به حشرات و پاتوژنها را میسر ساخته است و به سرعت به سمت تجاری شدن پیش می¬رود. این پیشرفت¬ها اساس راهکار اقتصاد پایدار و بدون استفاده از مواد شیمایی را برای کنترل آفات و بیماری¬ها تشکیل می¬دهد. مقاومت به تنش¬های زنده تحت عناوین زیر بحث شده¬اند. 1- مقاومت به حشرات 2- مقاومت به ویروسها 3- مقاومت به بیماریهای قارچی و باکتریایی 1- مقاومت به حشرات پیشرفت در مهندسی گیاهان تراریخت برای مقاومت به حشره، از طریق استفاده از ژنهای پروتئین کنترل کننده Bacillus thuringiensis حاصل شده است. مقاومت به حشره ابتدا در توتون (Vaeck et al. 1987) و گوجه فرنگی (Fischhoff et al. 1987) گزارش شد. امروزه ترانسژن مقاوم به حشره از هر منبعی از جمله گیاهی، باکتریایی و یا منابع دیگر می¬تواند به منظور افزایش سطح مقاومت به حشره، به گیاهان منتقل شود. تقریباً 40 ژن متفاوت اهدا کننده مقاومت به حشره، به گیاهان زراعی وارد شده است. ژنهای اهدا کننده مقاومت گیاهان به حشره از میکروارگانیسمها بدست آمده است. ژن Bt از Bacillus thuringiensis، ژن ipt ایزوپنتیل ترانسفراز از Agrobacterium tumefacines، ژن کلسترول اکسیداز از قارچهای استرپتومایسز و ژن pht از Photorhabdus luminescens. ژنهای مقاوم از گیاهان عالی می¬تواند به دو گرو تقسیم شود (1) بازدارنده¬های پروتئیناز و آمیلاز و (2) لکتین¬ها، لکتین گل حسرت (GNA)، لکتین نخود، لکتین برنج و غیره. ژن¬های مقاوم با منشاء حیوانی بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون (Manduca sexta) می¬باشد. 1-1- ژنهای مقاوم از میکروارگانیسمها ژن توکسین Bt : Bacillus thuringiensis (Bt) باکتری حشره¬کشی است که یک ضد پرتئین تولید می¬کند. ژن¬های Bt، توکسین Bt را کد می¬کنند، که دارای طیف وسیعی از فعالیت حشره¬کشی می¬باشند. اکثر توکسین¬های Bt بر علیه لاروهای بال پولک داران فعال هستند، اما بعضی ها ویژه حشرات راسته دو بالان و قاب بالان هستند. عامل سمیت حشره¬های Bt یک پروتئین بزرگ می¬باشد. توکسین¬ها به صورت پروتئین¬های کریستالی سیکما توکسین (δ-endotoxins) در درون باکتری در خلال اسپورزایی تجمع می¬یابند. این پروتئین¬ها بعد از آلوده کردن حشره حساس، به فرم فعال در می¬آیند و در نتیجه با اختلال در انتقال یون باعث مرگ حشره می¬شوند. چندین ژن که توکسین¬های مؤثر بر بال پولک داران را تولید می¬نمایند، جداسازی شده¬اند. یکی از این ژن¬ها که متعلق به B. thuringinesis زیر گونه Kurstaki HD-1 می¬باشد. ژن¬های شیمری B. thuringinesis kurstaki دارای پروموتور s35 ویروس CaMV و یک توالی کد کننده برای یک پروتئین تغییر یافته کوتاهتر و فعال همانند ژن کامل، سنتز شده و در گیاهان گوجه فرنگی بیان شده¬اند (Fischhoff et al. 1987) مقدار پرتئین حشره¬کش در این گیاهان برای کشتن لاروهای Manduca sexta، Heliothis virescens، Heliothis zea کافی بود. بررسی نتاج گیاهان تراریخت نشان داد که ژن B. thuringinesis kurstaki به صورت یک ژن غالب مندلی تفکیک می¬یابد. ژن سمی دیگر از B. Thuringinesis، نژاد Berlkiner 1715 ،کلون شده است. این ژن یک پرتئین Bt2، 1155 آمینو اسیدی را تولید می¬نماید. آنالیز سطح بیان یک ژن شیمری مبتنی بر Bt2 در گیاهان توتون نشان داد که کیفیت سم و فعالیت حشره¬کشی آن با هم ارتباط دارند (Veack et al. 1987). گیاهان توتون تراریخت در برابر تغذیه لاروهای Manduca sexta محافظت گردیدند. سم Bt برای حشرات مفید، پستانداران و انسان مضر نیست. این ژن به صورت یک ژن غالب منفرد تفرق می¬یابد. نژادهای Bt دارای تنوع گسترده¬ای از ژن¬های کد کننده اندوتوکسین سیکما (δ-endotoxins) می¬باشند. گزارشات مربوط به کلون کردن و تعیین توالی اولین ژن کد کننده پرتئین حشره¬کش در سال 1981 منتشر گردید. تا کنون بیش از 100 توالی ژن پرتئین کریستالی انتشار یافته است. هریک از پروتئین¬های کریستالی طیف فعالیت خاصی دارد. بعنوان مثال، پروتئین Cry1Ab در برابر کرم ساقه خوار اروپایی ذرت شدیداً فعال است و در هیبریدهای ذرت Bt کنونی مورد استفاده قرار می¬گیرد. پرتئین Cry1Ab برای لاروهای کرم گیاهچه توتون و کرم غوزه پنبه شدیداً سمی است و در واریته¬های پنبه Bt بیان می¬شود و این گیاهان را در برابر سوسک کلورادوی سیب زمینی حفاظت می¬نماید. سیکما- اندوکسین¬های Bt به هر دو صورت (اندازه کامل) و (کوتاه شده) به گیاهان انتقال داده شده¬اند و مقاومت تائید شدهای را در برابر توتون (M.sexta)، آفات گوجه فرنگی Heliothis ( virescens و Helicovera zea) و آفات سیب زمینی (Phthorimeae operculella) بوجود آورده¬اند. اولین گیاهانی که تولید شدند، قادر به سنتز پروتوکسین (Protoxin) کامل بودند، اما به دلیل بیان ضعیف ژن مقادیر کمی دلتا توکسین تولید می¬شد که حاصل آن عدم بروز مقاومت و یا مقاومت اندک بود. پیشرفتهای بیشتر، سرانجام منجر به مطلوب شدن بیان ژن cry در گیاهان شد. چند سالی است که اولین نسل گیاهان حشره¬کش برای مقاصد تجاری وارد بازار شده است. 1-2- ژن¬های مقاومت منشاء گرفته از میکروارگانیزم¬های دیگر پروتئین کلسترول اکسیداز (Co) موجود در کشت فیلتر شده Sterptomyces بر لارو شپشک غوزه اثر سمیت حاد دارد. این ژن به گیاهان توتون منتقل گردیده است. ژن ایزوپنتیل ترانسفراز (ipt) Agrobacterium tumefaciens یک آنزیم کلیدی در مسیر بیوسنتز سیتوکینین کد می¬نماید. بیان ipt در توتون، گوجه فرنگی توسط یک پروموتور القاء شونده توسط زخم (wound inducible promoter) سبب کاهش تغذیه کرم شاخدار توتون (M. sexta) از برگ¬ها و کاهش بقای شته سبز هلو شده است. 1-3- ژن¬های مقاومت از گیاهان عالی همچنانکه سموم Bt با موفقیت به درون گیاهان مهندسی می¬شوند، تلاش¬هایی نیز در جهت کشف ژنهای سموم حشره¬کش غیر Bt صورت می¬گیرد. تعدادی از پروتئین¬های حشره¬کش غیر Bt در احتیاجات غذایی حشرات مداخله می¬نمایند. دو گروه عمده از ژنهای با منشاء گیاهی وجود دارد که برای ایجاد مقاومت به حشرات در گیاهان زراعی از طریق به تاخیر انداختن رشد و نمو حشره مورد استفاده قرار می¬گیرند. 1-3-1- بازدارندههای پروتئیناز (Proteinase inhibitors) از سال 1938 مشخص شده است که گیاهان دارای پپتیدهایی هستند که به عنوان بازدارنده¬های پروتئیناز عمل (PIPs) می¬نمایند. پروتئینازهای مختلف عبارتنداز پروتئینازهای سرین، سیستئین، آسپارتیک و متالو. پروتئینازها آزاد شدن اسیدهای آمینه از پروتئین جیره غذایی را کاتالیز می¬نمایند، و به صورت مواد مغذی ضروری برای رشد و نمو حشرات را تامین می¬نمایند. بازدارنده¬های پروتئیناز با مداخله در عمل آنزیمهای هضمی حشره، آن را از مواد مغذی ضروری محروم می¬سازند. به دو نمونه از ژن بازدارنده پروتئیناز در ذیل به آنها اشاره شده است: الف) بازدارنده ترپسین لوبیا چشم بلبلی (CpTI) (Cowpea trypsin inhibitor gene) CpTI که در لوبیا چشم بلبلی (Vigna unguiculata) یافت می¬شود، فعالترین بازدارنده¬ای است که تاکنون شناسایی شده است. این ژن بازدارنده مواد آنتی متابولیتی تولید می¬نماید که سبب محافظت در برابر سوسک ( Callosobruchus maculates)که یک آفت انباری اصلی است، می¬شود. علاوه بر این، این ژن همچنین برای حشرات متعددی از خانواده بال پولکداران (Heliothis virescens)، ( Manduca sexta) قاب بالان (Callosobruchus، Antonomous grandis) و راست بالان (Locusta migratoria) مضر است، اما برای پستانداران بیضر می¬باشد. ژن CpTI کلون شده و ساختارهای حاوی پروموتور S35 ویروس CaMV و یک کلون cDNA با طول کامل bp550 از آن برای تراریخت نمودن دیسکهای برگی توتون مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش سنجی برای فعالیت حشره¬کشی گیاهان توتون تراریخت با کرم غوزه پنبه (Heliothis zea) انجام شد. بقاء حشره و میزان خسارت وارده به گیاه، در گیاهان تراریخت در مقایسه با گیاهان شاهد، بطور واضحی کاهش یافت. ب) بازدارنده آلفا – آمیلاز (α-amylase inhibitor) سه ژن بازدارنده آلفا- آمیلاز در توتون بیان شده¬اند، اما تاکید اصلی بر روی انتقال ژن بازدارنده آلفا – آمیلاز (AI-Pv) α جدا سازی شده از لوبیا ( Phaseolus vulgaris) بوده است. این ژن بر علیه Zabrotes subfaciatus و Callosobruchus chinesis عمل می¬نماید. این پروتئین بازدارنده آلفا- آمیلاز، تغذیه لاروی را در بخش میانی لوله گوارش را بلوکه می¬نماید. لوله گوارش لارو یک آنزیم آلفا-آمیلاز ترشح می¬کند که نشاسته را هضم می¬نماید. با اضافه کردن یک پروتئین، که آلفا- آمیلاز روده حشرات را متوقف نماید، شپشه دچار گرسنگی شده و می¬میرد. 1-3-2- لکتین¬ها (Lectins) لکتین¬ها خانواده بزرگ دیگری از پروتئین¬ها هستند که می¬توانند بعنوان سموم ضد حشره برای مهندسی ژنتیک مقاومت به حشرات مورد استفاده قرار گیرد. لکتین¬ها گلیکوپروتئینهای گیاهی هستند. توجهات اخیر بطور عمده بر روی لکتین Galanthus nivalis که به GNA نیز معروف است، متمرکز شده است، زیرا که فعالیت ضد شته از خود نشان می¬دهد. ژن این پروتئین، با موفقیت در مطالعات مهندسی ژنتیک مورد استفاده قرار گرفته و در گونه¬های گیاهی مختلفی همچون سیب زمینی، و گوجه فرنگی بیان شده است. آزمونهای آزمایشگاهی با سیب زمینی تغییر یافته نشان داد که GNA، مرگ و میر را افزایش نمی¬دهد، اما سبب کاهش قابل ملاحظه¬ای در باروری می¬شود. یک ویژگی مهم این پرتئین این است که بر علیه حشرات مکننده و نفوذ کننده نیز عمل می¬نماید. با این وجود، یک عیب آن این است که این پرتئین زمانی خوب عمل می¬کند که به مقادیر فراوانی بلعیده شود، یعنی زمانیکه حشره در معرض مقادیر میکروگرمی این پروتئین در آزمایشات زیست سنجی در جیره غذایی قرار داده می¬شود. بنابراین، اگر چه که چند ژن کد کننده لکتین (آگلوتینین جنین گندم و لکتین برنج ) در گیاهان تراریخت بیان شده¬اند، ولی تاثیر حشره¬کشی آنها بسیار کمتر از آن است که مؤثر واقع شوند. 1-4- ژنهای مقاومت از حیوانات ژنهای مقاومت مورد نظر ترجیحاً بازدارنده¬های پروتئیناز سرین از پستانداران و کرم شاخدار توتون Manduca sexta می¬باشد. بر اساس غربالگری در این¬ویترو بازدارندگی از پروتئولیز توسط عصاره¬های تعدادی از لاروهای بال پولک¬داران، بازدارنده ترپسین پانکراسی بواین (BPTI)، آلفا- آنتی ترپسین (α.AT) و بازدارنده اسپلین (SI)، بعنوان پروتئین¬های امید بخش مقاومت به حشرات شناسایی و به تعدادی از گیاهان منتقل گردیده¬اند. معذالک نتایج اولیه بر روی بید سیب زمینی در گیاهان سیب زمینی تراریخت، چندان رضایتبخش نیست. اما بازدارنده¬های پروتئیناز گرفته شده از Manduca sexta یعنی آنتی کیمیو ترپسین (Anti-chymiotrypsin) و آنتی الاستاز (Anti- elastase) بیان شده در پنبه و کتیناز (Chitinase) در توتون، تولید مثل را به ترتیتب در Bemisia tabaci و Heliothis virescens کاهش دادند، تعدادی از ژنهای عامل مقاومت به حشرات که برای تولید گیاهان تراریخت مورد استفاده قرار گرفته¬اند. 2- مقاومت به ویروس به دلیل اندازه نسبتاً کوچک ژنوم ویروس¬های گیاهی، توسعه راهکارهای مولکولی برای کنترل بیماریهای ویروسی گیاهی به طور خاص موفق بوده است. راهکارهای مختلفی برای استفاده از تکنولوژی مولکولی به منظور تلفیق یا ایجاد فاکتورهای مقاومتی جدید در سیستمهای ویروسی گیاهان وجود دارد. روال کار به این نحو است که¬آن دسته از محصولات ژن یا ژنهای ویروسی شناسایی شوند که وقتی در زمان نامناسب یا با مقدار نادرست وجود دارند، با کارکردهای نرمال فرایند آلودگی مداخله نموده و مانع از پیشرفت بیماری شوند. 2-1- حفاظت متقاطع به واسطه پروتئین پوششی مفهوم حفاظت متقاطع به توانایی یک ویروس برای جلوگیری یا بازدارندگی اثر رقابتی ویروس دیگر اطلاق می¬شود. اگر نژاد حساس از یک گیاه زراعی با نژاد ملایمی از یک ویروس تلقیح شود، نژاد حساس گیاه زراعی نسبت به نژادهای بیماریزاتر ویروس مقاوم می¬شود. برای اولین بار پاول آبل و همکاران (1986) نشان دادند که توتون تراریخت بیان کننده پروتئین پوششی ویروس موزائیک توتون (TMV) مقاومتی شبیه به مقاومتی که در حفاظت متقاطع به واسطه ویروس اتفاق می¬افتد، نشان می¬دهد. از آن زمان به بعد، تعدادی از ژنهای پوشش پروتئینی از گروههای ویروسی متفاوت پیدا شده¬اند که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، مقاومت ایجاد می¬کنند. مقاومت به واسطه پروتئین پوششی در صورت کاهش تعداد مناطق آلودگی روی برگهای تلقیح شده عمل می¬کند، بیانگر این که یک مرحله اولیه در سیکل زندگی ویروس مختل شده است. مطالعات نشان داده است که حفاظت متقاطع TMV ممکن است از پروتئین پوششی ویروس محافظت کننده ناشی شود که مانع از حذف پوشش از RNAهای ویروس رقیب می¬شود. اکثر سیستمهایی که در آنها مقاومت به واسطه پروتئین پوششی گزارش شده است، بر علیه ویروسهای RNAای پلاس- سنس با یک پروتئین کپسید بوده است. این راهکار در چند محصول زراعی از قبیل توتون، گوجه فرنگی، سیب زمینی، یونجه، هندوانه، کدو، برنج، ذرت و غیره استفاده شده است . یک ویروس رشته منفی مهم، ویروس پژمردگی لکه¬ای گوجه فرنگی (Nucleocapsid protein) پیوند خورده است. این پرتئین در بسته¬بندی RNA ویروسی و همچنین در تنظیم مراحل رونویسی تا همانندسازی در طی سیکل آلودگی، فعالیت می¬نماید. با استفاده از این روش گیاهان تراریخت در توتون و گوجه فرنگی تولید شده¬اند. 2-2- مقاومت به واسطه پروتئین غیر ساختمانی (Non-structural protein mediated resistance) ویروس¬ها، پروتئینهای غیر ساختمانی را کد می¬کنند که برای همانند سازی ضروری می¬باشند. اخیراً تعدادی از این پروتئینهای غیرساختمانی رپلیکاز (Replicase) کشف شده است که وقتی در گیاهان تراریخت بیان می¬شوند، درجات بالایی از مقاومت به آلودگی ویروس را ایجاد می¬نمایند. گلمبوسکی (Golemboski) و همکاران در سال 1990، برای اولین بار این پدیده را به بیان چهارچوب قرائت باز 54 کیلو دالتونی ویروس TMV در توتون تراریخت نشان دادند. توتون تراریخت مقاوم به قهوه¬ای شدن زودرس (PEBV) و سیب زمینی مقاوم به ویروس x (PVX) تولید شد. 2-3- مقاومت به واسطه سنس (sense) و آنتی سنس (Antisense) استراتژی دیگر الگو گرفته از پاتوژن که برای کنترل ویروس¬های گیاهی مورد بررسی قرار گرفته است، بیان ترانسژن آنتی سنس و جدیداً قطعات سنس RNAهای ویروسی می¬باشد. اساس این راهکار، اتصال RNAی ویروسی با توالی های RNA مکملی است که توسط گیاه بیان می¬شوند. جفت شدن نامناسب RNA-RNA، از در دسترس بودن RNA ویروسی برای همانند سازی و بیان ژن، ممانعت می¬نماید. بنابراین ساختارهای آنتی سنس و سنس می¬توانند برای بلوکه کردن مراحل اولیه مهم که در ایجاد آلودگی ویروسی مهم هستند، مورد استفاده قرار گیرند. حفاظت آنتی سنس، در توتون که RNAی مکمل پروتئین پوششی ویروس را بیان می¬کند نشان داده شده است. 2-4- حفاظت با RNAی ماهواره¬ای (Satellite RNA protection) RNAهای ماهواره¬ای، گروهی از RNAهای تک رشته¬ای کوچک (تقریباً 300 نوکلئوتید) هستند که برای همانندسازی و بسته¬بندی ویریونی به منظور ایجاد آلودگی در جای دیگر، به یک ویروس هم دست (Virus Helper) وابسته می¬باشند. بنابراین RNAی ماهواره¬ای برای تکثیر و انتقال به ویروس وابسته است، اگرچه وابسته به ژنوم ویروس نیست. این گونه RNA ماهواره¬ای با چندین ویروس دیگر مرتبط هستند. تعدادی از RNAی ماهواره¬ای تکثیر و علایم ویروس هم¬دست خود را تعدیل می¬نمایند. بسته به RNAی ماهواره¬ای مرتبط، طیف

پروژه مهندسی بافت (پزشکی)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 19

داربست های پلیمری برای طب بازسازی و توزیع ژن

1- مهندسی بافت

مهندسی بافت احتمال بوجودآمدن بافتهای invito و جانشینی ارگان های معیوب و ناقص invivo را پیشنهاد می کند. مشکلاتی در استراتژیهای پیوند های بافت و ارگان کنونی وجود دارند زیرا تعداد خاصی از بیماران در لیست انتظار می باشند. این لیست از 095/19 بیمار د سال 1989 به 800/74 نفر تا فوریه 2001 فقط در آمریکا افزایش یافته است. این بیماران شانس کافی برای دریافت پیوندها ممکن است نیاز به درمان های ایمنی برای باقیماندة زندگی شان جهت دفاع در مقابل خطرات موجود از بازگشت دارند. فقدان قابلیت دسترسی به بافت دهنده میزان گسترش محل دهنده پیوند لایه ها را مختل می سازد. جایگزینی طرح های مکانیکی توسط افزایش خطر عفونت محدود می شود. طرح های مکانیکی هم فقدان مکانیسم را برای خود ترمیمی باعث می شوند و اینچنین تدابیری با بیمار رشد نخواهد کرد.

برخورد بیمار از مهندسی بافت از نظر اقتصادی و درمانی بسیار بزرگ است. نقص ها و بیمار یهای ارگان با انتظارات زندگی بشر در حال افزایش هستند. موفقت منابع دهنده متناوب از گونه های دیگر مثل خوک در مرحله تردید مانده است بخاطر استعداد سرایت بیماریها، یک شکل از مهندسی بافت شامل بوجود آوردن بافت ها توسط پیوند دان سلول های برداشته شده از بیمار یا خویشاوند نزدیک و جستجوی سلول ها برای یک پیوند می باشد که بعنوان یک پشتیبان برای سلول های جداشده کمک می کند. استفاده کردن از سلول ها از همان نوع ژن باید در بسیاری از مشکلات موجود در بازگشت ایمنی لایة بیگانه اجتناب شود. مقدارکمی از سلول ها می توانند به یک مجموعه سلولی کافی گسترش پیدا کند و جایگزین عملکرد اندام( عضو) شوند. مهندسی بافت می تواند به دو زمینة اصلی دسته بندی شود: in vitro ,in vivo ابتدا یک ساخت می تواند در مقیاس بزرگی در in vitro ساخته شود سپس می تواند یک عضو فراهم شده از بافت جدید برای بیماران بشود.

مهندسی بافت in vitro نیاز به محیط طراحی شده خاصی برای بازسازی دارد، در مقایسه، با روش in vivo ، بدن زنده میکرو محیطی را با بکارگیری مراحل پیوند مکانیکال و بیوشیمیایی برای بازسازی بافت فراهم می سازد. امروزه بیشتر تمرکز برروی خلق بافت با سلول منفرد in vitro می باشد. بنابراین مهندسی بافتin vitroهمانطور که انتظار می رود برروی بافت هایی مثل اپیدرم و درم ها و مفصل غضروفی تمرکز کرده است. مهندسی بافت in vivo تلاش می کند تا به بازسازی طبیعی بافت ها و اندامها توسط مراحل طبیعی بدن برسد. برای نقص های بزرگ لازم است که از یک داربست بعنوان پشتیبان برای لایه ای که رشد می کند استفاده کرد. داربست ها بدون سلول ها به مبدأ سلول طبیعی(ECM ) از بدن کمک می کند بازسای بافت، در این حالت، بستگی به رشد از بافت احاطه شده در یک مرحله دارد که بعنوان القاء بافت شناخته می شود. فیلترگذاری از سلولهای ریشه ای از محل پیوند به داربست رل مهمی بازی می کند. لوله ای کردن یک داربست یک نمونه از القاء بافت می باشد.

مهندسی بافت از داربست های سلول هایی استفاده می کند که برای بافت هایی مثل کبد، عروق خونی، عصب، پوست، غضروف و استخوان بکار برده شده اند، ستیزه جوئیهای مشخصی با این روش شامل طراحی و ثابت کردن یک داربست مناسب است که قادر باشد رشد، تکثیر، تفاوت ها و اطلاعات القاءشده از بافت طبیعی را حمایت و پشتیبانی می کند. در بسیاری حالت ها، پلی مرها برای سلول های پیوندی و دسترسی به رشد و حفظ عملکردهای متفاوت استفاده می شوند.

فرضیه های سلول ها روی داربست های پلیمر می تواند برای منشاء های بافت شناسایی شده با توجه به مشاهدات بیولوژیکی زیر داده بشوند.

1- اکثر بافت ها برای دوباره شکل گرفتن پایدار هستند.

2- سلول های بالغ می توانند خودشان را به ساختارهای هیستولوژیکی شان بشناسانند وقتی که در شرایط سلولی ایده آل قرار می گیرند.

3- وقتی مجتمع های سلول جداشده قابلیت دارند از شناسای هیستولوژیکی این زمانی محدود می شود که آنها بعنوان یک محلول سلولی فرستاده می شوند.

4- تعداد بافت پیوندی توسط نیازهایی برای تغییر و تبدیل نیتروژن و گاز اندازه گیری و تعیین می شوند.

استراتژی مهندسی بافت معمولاً مراحل پائین را دربرمی گیرد( شکل 22.1) با توجه به عضو مورد هدف ما، یک منبع سلولی مناسب تعیین می شود، جدا می شود و در تعداد اعضای کافی تولید می شود. موادی که می توانند بعنوان سلول یا سلول کپسولی شده استفاده بشوند، و طی مراحلی جدا می شوند و به شکل موردنیاز درمی آیند. مواد انتخاب شده با سلول ها یکپارچه می شوند. که بتوانند در واکنش بدن رشد داده شوند و بالاخره ساختار مواد سلولی به هدف محل in vivo گذاشته می شود و بستگی به محل و ساختار دارند که آیا نیاز می شود به شکل رگی یا لوله ای برسانید.

2-توزیع ژن

هدف از ژن درمانی معالجه بیماریها توسط فرستادن یک ژن یا DNA بیگانه به سلول موردنظر یا بافت برای تولید یک ژن موردنظرا ست که یک بخش می باشد. برای معالجة بی نظمی های ژنتیک منفرد، سرطان، بیماری های عروقی کاردیو و بیماریهای عفونی این روش بکار رفته است. برای مثال نشان دادن توزیع کانی DNA با پوشش

پروژه فراوانی و توزیع جهش های ژن CFTR در جهان (پزشکی)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 15

فراوانی و توزیع جهش های ژن CFTR در جهان

فراوانی و نوع جهش های CFTR بر حسب شرایط جغرافیایی و نژادی متفاوت است [ ] به دلیل تنوع و فراوانی جهش های ژن CFTR [] ، اطلاع داشتن از توزیع و نوع جهشهای این ژن در یک جمعیت برای طراحی یک روش مولکولی مناسب جهت تشخیص ژنتیکی CF GHCL HSJ. [].

شایعترین جهش ژن CFTR, F508 می باشد که 70 درصد کروموزوم های CF [] و به عبارتی حدود کل جهش های CF را در بر می گیرد []. Morral و همکارانش []، با بررسی هاپلوتیپ های رازماهوارع همراه با جهش F508 و کروموزوم های نرمال، تخمین زدند که این جهش حدود 52000 سال پیش ایجاد شده است [ ]. این جهش در ابتدا توسط کشاورزان خاورمیانه، در طول دورة نئولیتیک گسترش یافته است [].

بر طبق مطالعات مختلف در اروپا، فراوانی جهش F508 از جنوب شرق به مشال غرب اروپا افزایش می یابد [ ]. به طوری که فراوانی این جهش در قسمتهای پمالی اروپا بین 70 تا 90 درصد و قسمتهای مدیترانه ای جنوب اروپا به 50 درصد می رسد [ ] بیشتریت فراوانی این جهش در جزایر Faeroe (100 درصد) [] و بعد از آن در دانمارک (87 درصد) و کمترین فراوانی آن در تونس (9/17 درصد) می باشد [ ].

فراوانی F508 در ترکیه و آسیا کم می باشد طبق آمارهای بدست آمده فراوانی این جهش در ترکیه 25 درصد است که نشان دهنده هتروژنی بالای ژنتیکی CF در این کشور است []. شکل

4 جهش G542X، N1303K، G551D و W1282X در مجموع حدود 1 درصد کل جهش های ژن CFTR را در بر می گیرند و بعد از F508، فراوانترین جهش های این ژن می باشند [ ].

جهش G542X بعد از F508، شایعترین جهش ژن CFTR بوده و باعث اختلال در تولید پروتئین می شود. بر طبق بررسی های به عما آمده این جهش حدود 35000 سال پیش ایجاد شده است []

Loirat و همکارانش [] توزیع فراوانی جهش را مشخص کرده اند. بر طبق این بررسی فراوانی آن در شمال شرق اروپا در مقایسه با جنوب غرب اروپا کمتر بوده و در ترکیه و جزایر Canary بسیار بالا و در تونس به بالاترین حد خود می رسد.

جهش N1303K ، بر طبق بررسی های نشانه های ریزماهواره مانند G542X، حدود 35000 سال پیش ایجاد شده و از آسیا به اروپا انتشار یافته است و بیشتر در شمال افریقا و جنوب اسپانیا دیده می شود [ ]

جهش G551D در شمال غرب و مرکز اروپا شایع است و در نواحی دیگر اروپایی کمتر دیده می شود [ ].

جهش W1282X نیز در بیشتر کشورهای مدیترانه ای شایع بوده و بیشترین فراوانی آن در اسرائیل (2/36 درصد) می باشد [].

فنوتیپ بالینی CF

تظاهرات کلینیکی CF بین خانواده های مختلف و حتی اعضای مختلف درون یک خانواده متفاوت است []. و این به دلیل ترکیب فاکتورهای محیطی که طور کامل شناخته ندشه اند. ژنهای تعدلی کنندهمختلف بیمار یو جهش های مختلف می باشد. به طور کلی CF یک بیناری چند سیستمی بوده و اپی تلیال مجاری تنفسی، برون ریز پانکراس، روده، گوارش، مجاری تناسلی سیستم کبدی – صفراوی و برون ریز عرق را تحت تأثیر قرار می دهد. [].

ویژگی های فنوتیپی برای تشخیص CF

سینوپولمنری مزمن

سینوپولمنری مزمن با عفونت مداوم در اثر بیماری زاهای تیپیک CF (مانند پودوموناس آئروجنیوزا استانیلوکوکوس آرئوس، هموفیلوس آنفولانزا) سرفه های مزمن، خلط، ناهنجاریها و اختلالات رادیوگرافی سینه مانند بزرگ شدن فقسه که ناشی از مشکلات ریوی در بیش از 15 درصد بالغین CF است []، انسداد مجاری هوائی، افزایش واکنش های التهابی در ریه، پولیپ بنی، چماق شدن انگشتان که در شروع تظاهرات ریوی در خود دیده می شود و شدت آن بستگی به بیمار ریوی دارد [ ]، آشکار می شود . در رابطه با علت عفونت مداوم به بیماری زاها، تئریهای مختلفی وجود دارد که اگرچه هنوز اثبات نشده اند ولی به هر حلال نی توانند توضیحی برای فنوتیپ بالینی غیرطبیعی مجرای هوائی بیماران CF باشند. در این جا به ذکر چند توری در این باره می پردازیم.

کیفیت و ترکیب پروتئوگلیکال ترشح شده تغییر می یابد که باعث چسبیدن بیناری زاها مثل پودوموناس می شود [].

غلظت یونی درون مجراهای هوائی تغییر یافته و پروتئین های آنتی بیوتیکی به نام بتا دفنیس 1 و 2 را غیر فعال می کند [ ].

CFTR به عنوان گیرندة زنجیره پلی ساکاریدی پودوموناس می باشد و باند شدن آن به این زنجیره باعث اندوسیتوز و تجزیه پاتوژن می شود. در سلولهای غیر طبیعی CF، پروتئین CFTR طبیعی وجود ندارد و در نتیجة عمل پاکسازی لپودوموناس مختل می شود [ ].

2. اختلالات تغذیه ای و بیماریهای روده ای - معدی

اختلالات تغذیه ای شامل نقص رشد (کمبود پروتئین و کالری)، نقث متابولیسم چربی ها که باعث کمبود ویتامین های محلول و چربی (A، D، E، K [ ] می شود،

پروژه فراوانی و توزیع جهش های ژن CFTR در جهان (پزشکی)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 15

فراوانی و توزیع جهش های ژن CFTR در جهان

فراوانی و نوع جهش های CFTR بر حسب شرایط جغرافیایی و نژادی متفاوت است [ ] به دلیل تنوع و فراوانی جهش های ژن CFTR [] ، اطلاع داشتن از توزیع و نوع جهشهای این ژن در یک جمعیت برای طراحی یک روش مولکولی مناسب جهت تشخیص ژنتیکی CF GHCL HSJ. [].

شایعترین جهش ژن CFTR, F508 می باشد که 70 درصد کروموزوم های CF [] و به عبارتی حدود کل جهش های CF را در بر می گیرد []. Morral و همکارانش []، با بررسی هاپلوتیپ های رازماهوارع همراه با جهش F508 و کروموزوم های نرمال، تخمین زدند که این جهش حدود 52000 سال پیش ایجاد شده است [ ]. این جهش در ابتدا توسط کشاورزان خاورمیانه، در طول دورة نئولیتیک گسترش یافته است [].

بر طبق مطالعات مختلف در اروپا، فراوانی جهش F508 از جنوب شرق به مشال غرب اروپا افزایش می یابد [ ]. به طوری که فراوانی این جهش در قسمتهای پمالی اروپا بین 70 تا 90 درصد و قسمتهای مدیترانه ای جنوب اروپا به 50 درصد می رسد [ ] بیشتریت فراوانی این جهش در جزایر Faeroe (100 درصد) [] و بعد از آن در دانمارک (87 درصد) و کمترین فراوانی آن در تونس (9/17 درصد) می باشد [ ].

فراوانی F508 در ترکیه و آسیا کم می باشد طبق آمارهای بدست آمده فراوانی این جهش در ترکیه 25 درصد است که نشان دهنده هتروژنی بالای ژنتیکی CF در این کشور است []. شکل

4 جهش G542X، N1303K، G551D و W1282X در مجموع حدود 1 درصد کل جهش های ژن CFTR را در بر می گیرند و بعد از F508، فراوانترین جهش های این ژن می باشند [ ].

جهش G542X بعد از F508، شایعترین جهش ژن CFTR بوده و باعث اختلال در تولید پروتئین می شود. بر طبق بررسی های به عما آمده این جهش حدود 35000 سال پیش ایجاد شده است []

Loirat و همکارانش [] توزیع فراوانی جهش را مشخص کرده اند. بر طبق این بررسی فراوانی آن در شمال شرق اروپا در مقایسه با جنوب غرب اروپا کمتر بوده و در ترکیه و جزایر Canary بسیار بالا و در تونس به بالاترین حد خود می رسد.

جهش N1303K ، بر طبق بررسی های نشانه های ریزماهواره مانند G542X، حدود 35000 سال پیش ایجاد شده و از آسیا به اروپا انتشار یافته است و بیشتر در شمال افریقا و جنوب اسپانیا دیده می شود [ ]

جهش G551D در شمال غرب و مرکز اروپا شایع است و در نواحی دیگر اروپایی کمتر دیده می شود [ ].

جهش W1282X نیز در بیشتر کشورهای مدیترانه ای شایع بوده و بیشترین فراوانی آن در اسرائیل (2/36 درصد) می باشد [].

فنوتیپ بالینی CF

تظاهرات کلینیکی CF بین خانواده های مختلف و حتی اعضای مختلف درون یک خانواده متفاوت است []. و این به دلیل ترکیب فاکتورهای محیطی که طور کامل شناخته ندشه اند. ژنهای تعدلی کنندهمختلف بیمار یو جهش های مختلف می باشد. به طور کلی CF یک بیناری چند سیستمی بوده و اپی تلیال مجاری تنفسی، برون ریز پانکراس، روده، گوارش، مجاری تناسلی سیستم کبدی – صفراوی و برون ریز عرق را تحت تأثیر قرار می دهد. [].

ویژگی های فنوتیپی برای تشخیص CF

سینوپولمنری مزمن

سینوپولمنری مزمن با عفونت مداوم در اثر بیماری زاهای تیپیک CF (مانند پودوموناس آئروجنیوزا استانیلوکوکوس آرئوس، هموفیلوس آنفولانزا) سرفه های مزمن، خلط، ناهنجاریها و اختلالات رادیوگرافی سینه مانند بزرگ شدن فقسه که ناشی از مشکلات ریوی در بیش از 15 درصد بالغین CF است []، انسداد مجاری هوائی، افزایش واکنش های التهابی در ریه، پولیپ بنی، چماق شدن انگشتان که در شروع تظاهرات ریوی در خود دیده می شود و شدت آن بستگی به بیمار ریوی دارد [ ]، آشکار می شود . در رابطه با علت عفونت مداوم به بیماری زاها، تئریهای مختلفی وجود دارد که اگرچه هنوز اثبات نشده اند ولی به هر حلال نی توانند توضیحی برای فنوتیپ بالینی غیرطبیعی مجرای هوائی بیماران CF باشند. در این جا به ذکر چند توری در این باره می پردازیم.

کیفیت و ترکیب پروتئوگلیکال ترشح شده تغییر می یابد که باعث چسبیدن بیناری زاها مثل پودوموناس می شود [].

غلظت یونی درون مجراهای هوائی تغییر یافته و پروتئین های آنتی بیوتیکی به نام بتا دفنیس 1 و 2 را غیر فعال می کند [ ].

CFTR به عنوان گیرندة زنجیره پلی ساکاریدی پودوموناس می باشد و باند شدن آن به این زنجیره باعث اندوسیتوز و تجزیه پاتوژن می شود. در سلولهای غیر طبیعی CF، پروتئین CFTR طبیعی وجود ندارد و در نتیجة عمل پاکسازی لپودوموناس مختل می شود [ ].

2. اختلالات تغذیه ای و بیماریهای روده ای - معدی

اختلالات تغذیه ای شامل نقص رشد (کمبود پروتئین و کالری)، نقث متابولیسم چربی ها که باعث کمبود ویتامین های محلول و چربی (A، D، E، K [ ] می شود،