تکنیک های بیوتکنولوژی کشاورزی

واکسن های گیاهی هدیه بیوتکنولوژی کشاورزی

واکسن ها مقرون به صرفه ترین و کارآمدترین وسیله برای کاهش بار بیماری های عفونی هستند. رویکردهای جدید برای بهبود کیفیت محصول و بهبود دسترسی در حالی که هزینه‌های تولید را کاهش ‌دهند، به طور مداوم در حال پیشرفت هستند.

 به طور سنتی واکسن ها با استفاده از یک نسخه ضعیف شده از پاتوژن یا با تهیه و غیرفعال کردن یک ارگانیسم عامل بیماری یا بخش مناسبی از آن، به عنوان مثال یک سم، و تجویز آن در مقادیر کافی برای ایجاد ایمنی تهیه می شدند. چنین واکسن هایی دارای پتانسیل اجتناب ناپذیری برای آلودگی با عوامل ناخواسته هستند که می توانند گیاهان را آلوده کنند.اما یک امکان جدید و هیجان‌انگیز، تولید آنتی‌ژن‌های واکسن در گیاهان اصلاح‌شده ژنتیکی است که می‌توان آن‌ها را با روش‌های مرسوم استخراج و خالص‌سازی کرد. چنین واکسن هایی را می توان خورد یا روی سطوح مخاطی اعمال کرد.

واکسن های گیاهی دارای چندین مزیت هستند. آنها را می توان ارزان در مقادیر بسیار بالا تولید کرد، گیاهان حامل مانند سیب زمینی و ذرت به راحتی توسط بیماران پذیرفته می شوند و آنتی ژن های مشتق شده از آنها پایدار هستند و می توانند برای مدت طولانی نگهداری شوند.

احتمال اینکه آلودگی توسط یک ویروس گیاهی تأثیر نامطلوبی بر انسان داشته باشد تقریباً ناچیز است. چندین چالش فنی در مورد واکسن های مشتق شده از گیاه وجود دارد که باید قبل از استفاده در مقیاس وسیع حل شوند و الزامات نظارتی برای این کلاس جدید از واکسن ها ایجاد شود.علاوه بر این، پذیرش عمومی از فناوری جدید باید تضمین شود. همانطور که توسعه واکسن های مشتق شده از گیاه بیشتر می شود، WHO همچنان به عنوان یک انجمن برای هماهنگ سازی بین المللی الزامات خدمت می کند.

کشت بافت گیاهی

کشت بافت گیاهی افزوده جدیدی به روش های اصلاح نباتات بود و به لطف بیوتکنولوژی کشاورزی محقق شد که در حدود دهه 1950 توسعه یافت. از آنجایی که تکنیک‌های اصلاحی مرسوم نمی‌توانند نیازهای مورد نیاز محصولات را برآورده کنند، کشت بافت به عنوان یک جهش بزرگ در شیوه‌های اصلاحی مطرح شد.کشت بافت گیاهی از قسمت هایی از یک گیاه برای تولید چندین نسخه از گیاه در مدت زمان بسیار کوتاه استفاده می کند. این تکنیک از تمام توان سلول گیاهی استفاده می کند که به این معنی است که هر سلول از هر بخشی از گیاه می تواند برای تولید یک گیاه کاملاً جدید استفاده شود.

انواع کشت بافت گیاهی

• ۱.کشت بذر
• 2. جنین
• 3.پینه
• 4.اندام
• 5.پروتوپلاست
• 6.بساک

مراحل کشت بافت گیاهی

قسمت(های) گیاه مورد استفاده برای کشت به عنوان ریزنمونه شناخته می شود. ریزنمونه ها در شرایط آزمایشگاهی بر روی یک محیط غذایی که نیازهای غذایی آن را برآورده می کند، کشت می شوند. محیط غذایی باید دارای موارد زیر باشد:

1.درشت مغذی ها 

این شامل عناصری مانند نیتروژن (N)، فسفر (P)، پتاسیم (K)، کلسیم (Ca)، گوگرد (S) است که برای رشد مناسب و مورفوژنز لازم است.

2.ریزمغذی ها

عناصری مانند آهن (آهن)، منگنز (منگنز)، روی (روی) و غیره که برای رشد بافت ها نیز بسیار مهم هستند.

3.کربن یا منبع انرژی 

این یکی از مهم ترین مواد تشکیل دهنده مواد مغذی است. ساکارز پرمصرف‌ترین منبع کربن در میان سایر کربوهیدرات‌هایی است که برای تامین C، H و O استفاده می‌شوند.

4.ویتامین ها، اسیدهای آمینه و سایر نمک های معدنی

جدای از اینها، محیط کشت همچنین به عنوان محیطی برای تامین فیتوهورمون ها یا تنظیم کننده های رشد گیاهی برای مسائلی که موجب مورفوژنز آنها می شود، برحسب نیاز عمل می کند. بافت های ریزنمونه ابتدا ویژگی خود را از دست می دهند و یک توده قهوه ای سفت به نام کالوس تشکیل می دهند. سپس کالوس جدا می شود تا یک اندام گیاهی یا یک گیاه کاملاً جدید بسته به مقدار و ترکیب فیتوهورمون های عرضه شده ایجاد شود. کل فرآیند مستلزم حفظ شرایط آسپتیک سخت است که همیشه حفظ شود زیرا یک آلودگی می تواند کل دسته گیاهان را از بین ببرد.

کاربردهای کشت بافت گیاهی

کشت بافت برای ایجاد هزاران گیاه از نظر ژنتیکی یکسان از یک گیاه تک والدی به نام سوماکلون استفاده می شود و این فرآیند به عنوان ریزازدیادی شناخته می شود. این روش نسبت به روش‌های دیگر مزیتی را ارائه می‌دهد زیرا می‌توان از آن برای توسعه گیاهان عاری از بیماری از گیاهان مبتلا به بیماری با استفاده از مریستم (راسی و جانبی) به عنوان ریزنمونه استفاده کرد.

از آنجایی که این روش هزاران گیاهچه جدید تولید می کند، به طور گسترده برای تولید گیاهان مهم تجاری از جمله گیاهان غذایی مانند گوجه فرنگی، موز، سیب و غیره استفاده شده است. نمونه بارز کاربرد ریزازدیادی در کشاورزی مشاهده شد. ارکیده ها به دلیل در دسترس بودن میلیون ها گیاهچه به دلیل روش های کشت بافت به طور تصاعدی رشد کردند.

درج ژن

دو روش اصلی برای درج ژن وجود دارد:

تفنگ ژن : در این روش، گلوله های میکروسکوپی طلا یا تنگستن با قطعه تراریخته پوشانده شده و با سرعت بالا به سلول ها یا بافت های گیاه شلیک می شود. در بخش کوچکی از موارد، گلوله از سلول ها عبور می کند و قطعه DNA در پشت باقی می ماند و در یک کروموزوم گیاهی در هسته سلول گنجانده می شود.

Agrobacterium tumefaciens : در این روش از یک ناقل بیولوژیکی، باکتری ساکن خاک Agrobacterium tumefaciens استفاده می شود که در طبیعت بخشی از DNA خود را به گیاهان منتقل می کند و باعث بیماری کیسه تاج می شود. مهندسان ژنتیک از این مکانیسم انتقال DNA استفاده کرده اند و در عین حال خواص بیماری زایی را خلع سلاح کرده اند. سلول‌های گیاهی و باکتریایی تحت شرایطی که انتقال ژن را تسهیل می‌کند، در پتری دیش کشت می‌شوند. این اجازه می دهد تا ژن ها را به شیوه ای کنترل شده تر از تفنگ ژن ترکیب کنند. با این حال، در همه گونه های گیاهی به یک اندازه خوب کار نمی کند. 

چگونه گیاهان کامل از سلول ها یا بافت های گیاهی به دست می آیند؟

درج ژن‌ها عموماً فرآیندی ناکارآمد است و تنها چند درصد از سلول‌ها یا بافت‌های گیاهی با موفقیت، ژن خارجی را ادغام می‌کنند. استراتژی های مختلفی برای شناسایی درصد کمی از سلول ها/بافت هایی که واقعاً تبدیل شده اند استفاده می شود. گام بعدی این است که آن سلول ها یا بافت ها را به گیاهان کامل تبدیل کنیم که قادر به تولید دانه باشند. این کار از طریق فرآیندی به نام کشت بافت انجام می شود، یعنی رشد گیاهان روی آگار یا محیطی مشابه در حضور مواد مغذی و هورمون های گیاه در شرایط محیطی کنترل شده.

و در نتیجه چه اتفاقی می افتد؟

سپس توسعه دهندگان محصولات زراعی یک سری طولانی از ارزیابی ها را آغاز می کنند تا مشخص کنند که ژن با موفقیت ترکیب شده است، اینکه با روشی پایدار و قابل پیش بینی به ارث رسیده است، اینکه صفت مورد نظر تا سطح مورد انتظار بیان می شود، و اینکه گیاه هیچ گونه اثرات منفی ای را نشان نمی دهد.

ارزیابی ها در ابتدا در گلخانه های کنترل شده و اتاق های رشد انجام می شود. پس از تولید بذر کافی و دریافت مجوز مناسب، گیاهان آزمایشی در آزمایشات مزرعه ای کشت می شوند. ارزیابی های مزرعه از دستورالعمل های دقیق پیروی می کند که شامل جداسازی از گیاهان مرتبط برای جلوگیری از گرده افشانی متقابل، تمیز کردن دقیق ماشین آلات کاشت و برداشت، نظارت مکرر بر رشد محصول، و بررسی مزرعه به مدت دو فصل پس از آزمایش برای حضور گیاهان داوطلبی است که از دانه ای ناخواسته به وجود آمده اند.

---