محصولات ویرایش ژنتیکی شده با کمک باکتری‌ها سریع‌تر رشد می‌کنند

محققان دانشگاه تگزاس تک روش جدیدی برای رشد گیاهان ویرایش شده با استفاده از باکتری Agrobacterium توسعه داده‌اند که زمان احیا را از ماه‌ها به چند هفته کاهش می‌دهد. این نوآوری می‌تواند به بهبود رژیم‌های غذایی و مقاومت گیاهان در برابر تغییرات آب و هوایی کمک کند.

🔬 ویرایش ژنتیکی: کارایی بیشتر در محصولات کشاورزی

ویرایش ژنتیکی در گیاهان، تولید برنج و گوجه‌فرنگی‌های غنی‌تر از نظر تغذیه‌ای را ممکن کرده است. اما این نوآوری‌ها عموماً از طریق کارهای طولانی و طاقت‌فرسا به دست آمده‌اند.

این فرآیند معمولاً نه با یک گل یا یک ریشه، بلکه با یک سلول گیاهی آغاز می‌شود. محققان DNA سلول را تغییر می‌دهند و سپس آن را به گیاهی تبدیل می‌کنند. اگر همه چیز خوب پیش برود، دانشمندان می‌توانند در عرض چند ماه یک گیاه را از یک سلول دوباره به‌دست آورند؛ گونه‌هایی مانند سیب‌زمینی و گوجه‌فرنگی توانایی بالایی در احیا دارند، در حالی که برخی دیگر، مانند فلفل‌های مقاوم از جنس Capsicum، به خاطر مقاومتشان به کشت بافت شناخته شده‌اند.

🧪 روش جدید محققان

اکنون محققان دانشگاه تگزاس تک یک روش جدید برای رشد گیاهان ویرایش ژنتیکی شده توسعه داده‌اند که زمان احیای آنها را از ماه‌ها به چند هفته کاهش می‌دهد. این پروتکل کوتاه‌شده که در مجرای Molecular Plant منتشر شده، به محققان کمک می‌کند تا بررسی کنند که چگونه ویرایش ژنتیکی می‌تواند رژیم‌های غذایی را بهبود بخشد و گونه‌های گیاهی را در برابر تغییرات آب و هوایی و دما مستحکم‌تر کند.

گونووانت پاتیل، یکی از نویسندگان این مطالعه، در بیانیه‌ای گفت: "احیای گیاه یکی از محدودیت‌های بزرگ در بیوتکنولوژی محصولات کشاورزی بوده است. روش ما از ظرفیت ذاتی احیا در گیاهان استفاده می‌کند تا به سرعت شاخه‌های ویرایش ژنتیکی شده را تولید کند و ماه‌ها کشت بافت سنتی را دور بزند."

🌱 فرآیند احیا و باکتری‌ها

ژنومیک‌ها برای سال‌ها با مشکل احیای گونه‌های مقاوم در شرایط آزمایشگاهی درگیر بودند. پاتیل و تیمش تصمیم گرفتند که به‌جای استفاده از دیسک، به یک مسیر دیگر احیا در گیاهان که در زمان آسیب گیاه فعال می‌شود، روی آورند. گیاه آسیب‌دیده یک کالوس ضخیم تولید می‌کند که می‌تواند محل آسیب را مسدود کند و سپس فرآیندهای کپی‌برداری سلولی را برای جایگزینی بافت آسیب‌دیده فعال می‌کند.

این یک فرآیند پیچیده است که شامل چندین پروتئین می‌شود. پروتئین اصلی که بر احیا نظارت می‌کند، ووند-ایندوسد ددیفرنسی‌یشن ۱ (WIND1) نام دارد. محققان می‌دانستند که WIND1 می‌تواند به احیای گیاهان کمک کند، اما آنها همچنین می‌خواستند عناصر ژنتیکی خارجی را نیز به آن اضافه کنند.

🔬 آزمایش با باکتری Agrobacterium

برای این منظور، آنها به باکتری گیاه‌زای Agrobacterium روی آوردند. این میکروب به خاطر توانایی‌اش در انتقال ژن‌ها بین خود و گیاه، جزء اصلی تکنیک‌های مهندسی ژنتیک شده است. تیم پاتیل باکتری Agrobacterium را تغییر داد و ژن‌های مربوط به WIND1 و دیگر پروتئین‌های مرتبط با احیا را به آن اضافه کرد.

آنها سپس بر روی گیاه Nicotiana benthamiana، از نزدیکان توتون کار کردند. آنها یک گیاه N. benthamiana را هرس کرده و سپس Agrobacterium تغییر یافته را در محل زخم قرار دادند. جالب است که باکتری تغییر یافته همچنین شامل ژنی بود که شاخه‌های زرد-سبز N. benthamiana را به رنگ قرمز روشن تبدیل می‌کرد.

🌿 نتایج و پیشرفت‌ها

پس از فقط چند هفته، N. benthamiana شاخه‌های جدیدی را نشان داد. تیم دریافت که Agrobacterium ژنتیکی شده، توانایی احیای طبیعی گیاه را تسریع کرده و باعث ظهور شاخه‌های جدیدتر از محل زخم به‌سرعت بیشتری شده است. در حدود یک‌سوم (۳۵ درصد) از مواقع، این شاخه‌های جدید قرمز بودند.

گیاهان خانواده توتون به خاطر توانایی احیای خود مشهور هستند. بنابراین، تیم تکنیک خود را بر روی گیاهان دیگری که انتظار می‌رفت بیشتر در برابر احیا مقاوم باشند، آزمایش کرد. در سویاهای مقاوم، این تکنیک در ابتدا موفق به تولید شاخه‌های قرمز نشد. به‌جای آن، محققان Agrobacterium مهندسی شده را به بذرهای در حال جوانه‌زنی سویا اضافه کردند. پس از سه هفته در کشت بافت، آنها بذرهای تغییر یافته را به خاک منتقل کردند، جایی که در بیشتر از یک‌چهارم موارد، شاخه‌های قرمز ظاهر شدند.

با این‌که این خط زمانی نیاز به بازگشت به پتری دیش بود، اما نمایانگر یک بهبود در مقایسه با تست‌های سنتی بود. پاتیل گفت: "با روش معمول، ما نیاز به کشت سویا در کشت بافت به مدت حداقل سه تا چهار ماه داریم، بنابراین کاهش آن به سه و نیم هفته یک پیشرفت بزرگ است."

تیم اکنون می‌خواهد این تکنیک را بر روی گیاهان دیگری که حتی بیشتر دشوار به احیا هستند، توسعه دهد. در حالی که شاخه‌های قرمز ممکن است صرفاً از نظر ظاهری جالب باشند، پیشرفت‌های بیشتر می‌تواند به ایجاد محصولات قوی‌تر یا خوشمزه‌تر کمک کند. "این اولین گام است و ما اکنون در حال کار بر روی ریزه‌کاری این تکنولوژی برای استفاده بر روی محصولات دشوارتر، مانند نخود، لوبیا و بسیاری از محصولات دیگر هستیم," افزود پاتیل.