ویرایش ژنوم ژنتیک گیاهان با ابزار جدید ممکن شد!

مهندسی ژنتیک گیاهان نقشی حیاتی در تأمین امنیت غذایی جهانی ایفا می‌کند؛ با افزایش عملکرد محصولات، بهبود کیفیت تغذیه‌ای و ایجاد گونه‌هایی مقاوم در برابر تغییرات اقلیمی. اما روش‌های کنونی اصلاح ژنتیکی گیاهان چالش‌های قابل توجهی دارند ـ فرایند‌های پرهزینه، زمان‌بر و محدود به برخی گونه‌های خاص.

گامی نو با استفاده از سیستم کوچک CRISPR

در پژوهشی پیشگامانه به رهبری دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس (UCLA) که در نشریه Nature Plants منتشر شده، روشی کارآمد برای ویرایش ژنوم گیاهان بدون استفاده از تراریختگی ارائه شده است. در این روش از یک سیستم CRISPR کوچک و تحویل آن از طریق ویروس گیاهی متداول استفاده شده است.

همکاری چهره‌های برجسته در توسعه فناوری جدید

در این پروژه، استیون جاکوبسن، استاد برجسته زیست‌شناسی سلولی و مولکولی در UCLA، با همکاری جنیفر دودنا، از مخترعان CRISPR-Cas۹ و برنده جایزه نوبل، و جیل بنفیلد از دانشگاه برکلی، ویروس «لرزه تنباکو» (Tobacco rattle virus) را مهندسی کردند تا یک آنزیم کوچک به نام ISYmu۱ را به سلول‌های هدف گیاه آرابیدوپسیس تالیانا منتقل کند.

به گزارش فیزیکس اوآرجی، این فناوری امکان ایجاد تغییرات ژنتیکی قابل انتقال به نسل‌های آینده را بدون باقی گذاشتن ویروس یا DNA بیگانه در گیاهان فراهم کرده است.

عبور از موانع سنتی ویرایش ژنوم گیاهان

استیون جاکوبسن درباره اهمیت این پیشرفت می‌گوید: "ما توانستیم با استفاده از ویروس گیاهی و یک آنزیم بسیار کوچک، ابزار ویرایش ژن را مستقیماً به سلول‌های زایشی گیاه منتقل کنیم، فرآیندی که در روش‌های سنتی نیازمند کشت بافت، شرایط آزمایشگاهی خاص و سال‌ها زمان بود. "

از آنجا که ویروس‌های گیاهی قادر به حمل سیستم‌های CRISPR بزرگ نبودند، استفاده از آنزیم فشرده ISYmu۱ این مانع را برطرف کرده است.

ابتدا تیم تحقیقاتی چندین سیستم کوچک CRISPR را در سلول‌های گیاهی آزمایش کرد و ISYmu۱ را به‌عنوان مؤثرترین ابزار انتخاب نمود. سپس ویروس مهندسی‌شده توسط یک باکتری طبیعی خاکزی به گیاه وارد شد. ویروس در سراسر گیاه گسترش یافت و ویرایش ژنتیکی را در نواحی مختلف انجام داد.

یکی از نشانه‌های موفقیت این فرآیند، سفید شدن بخش‌هایی از گیاه، به ویژه در نهال‌ها بود که نشان‌دهنده ویرایش موفق ژن‌ها در سلول‌های زایشی و انتقال تغییرات به نسل بعدی است.

فرصت‌های آینده در کشاورزی جهانی

این فناوری امکان ویرایش ژنتیکی گیاهان تنها در یک مرحله و طی یک نسل را فراهم می‌کند؛ بدون اینکه ویروس یا DNA خارجی در گیاه باقی بماند.

جاکوبسن می‌افزاید: "این سیستم می‌تواند تحولی عظیم در بهبود محصولات کشاورزی ایجاد کند. اگر بتوانیم ویرایش ژن را در گیاهانی که تاکنون امکان‌پذیر نبوده یا دشوار بوده است انجام دهیم، می‌توانیم محصولات پربازده‌تر، با ارزش تغذیه‌ای بالاتر و مقاوم‌تر در برابر تغییرات اقلیمی تولید کنیم. "

ویروس لرزه تنباکو قابلیت آلوده کردن بیش از ۴۰۰ گونه گیاهی را دارد؛ از این رو، استفاده از این فناوری در گوجه‌فرنگی و سایر محصولات مهم نیز قابل انتظار است.

همکاری علمی؛ الگویی برای پیشرفت

در این پروژه، تخصص‌های متنوع در کنار هم قرار گرفتند:

جنیفر دودنا: متخصص CRISPR

جیل بنفیلد: متخصص در شناسایی سیستم‌های جدید CRISPR

استیون جاکوبسن: متخصص زیست‌شناسی گیاهی

ترکیب این توانمندی‌ها زمینه‌ساز توسعه ابزاری نوین برای بهبود سریع‌تر گیاهان شد.

تیم تحقیقاتی در حال گسترش آزمایش‌های خود بر روی سایر گیاهان زراعی مهم است. از سوی دیگر، آنها به دنبال ارتقای این سیستم برای انجام چندین ویرایش ژنتیکی به‌طور همزمان (Multiplexing) و افزایش کارایی و نرخ موفقیت ویرایش‌ها هستند.

انتهای پیام/