✍ مهندسی ژنتیک در فرایند رسیدن گوجه فرنگی

 سایر راهکارهای اضافه کردن ژن

محصولات دستکاری شده که دلتا اندوتوکسین یا آنزیم های مقاومت به گلیفوسات را می سازند، تنها نمونه اضافه کردن ژن برای ایجاد گیاهان مهندسی شده نیستند. این پروژه ها شامل روش های دیگری برای مقابله با مقاومت حشرات می باشد مانند استفاده از ژن هایی که مهار کننده های پروتئیناز  را کد می کنند؛ این مهار کننده ها پلی پپتیدهای کوچکی هستند که فعالیت آنزیم های روده ی حشرات را مختل می کنند و از رشد حشرات جلوگیری کرده و یا باعث کاهش آن می شود. مهار کننده های پروتئیناز  به طور طبیعی توسط انواع مختلفی از گیاهان بخصوص گیاهان نیام دار مانند لوبیای چشم بلبلی و سایر لوبیا ها تولید می شوند و این ژن ها با موفقیت به گیاهانی که تولید کننده آن نیستند منتقل شده اند. این مهار کننده ها به طور موثری علیه لارو سوسک هایی که از دانه تغذیه می کنند، عمل می کنند بنابراین یک جایگزین بهتر برای دلتا اندوتوکسین در گیاهانی هستند که دانه ی آن ها را برای مدت طولانی ذخیره می کنند. سایر پروژه ها نیز با استفاده از تغییر ژنتیکی به اکتشاف گیاهانی با کیفیت غذایی بهتر پرداخته اند، به طور مثال بتاکاروتن (ویتامین A) نشاسته کاساو(تاپیوکا) از طریق اضافه کردن ژن های فیتوئن سنتاز (مشتق از باکتری Pantoea agglomerans) و دئوکسی گزیلوز-۵-فسفات سنتاز (Chlamydomonas reinbardtii) و پروتئین از طریق وارد کردن پروتئینی به نام اسپورازئین افزایش پیدا کرد. ژن اسپورازئین الحاقی از اسپورامین، یک پروتئنی از جوانه سیب زمینی شیرین و زئین مشتق از دانه ی ذرت می باشد؛ که کاساو یک محصول عمده در بخش های زیادی از جنوب صحرای ساهارا در آفریقا می باشد، در حالی که اتکا به کاساو غیر تغییر یافته منجر به کمبود ویتامین A و فقر آهن بخصوص در کودکان می شود .

ایجاد انواع تقویت شده ی کاساو تاثیر مهمی برای تغذیه و سلامت این بخش از آفریقا گذاشت. در یک پروژه ی مشابه ذرت تقویت شده با بتاکروتن، آسکوربات(ویتامین C) و فولات(ویتامین B9) توسط روش انتقال ژنی از برنج و باکتری های Escherichia coli و Pantoea ananatis تولید شد. نهایتا، در یک بعد دیگر از فعالیت های اقتصادی، گل های زینتی تولید شدند که گل هایی با رنگ هایی غیر معمول دارند که این کار از طریق انتقال ژن آنزیم های دخیل در تولید پیگمان از یک گونه ی گیاهی به گونه ی دیگر انجام شده است.

حذف ژن

دومین روش تغییر ژنوتیپ گیاهان، حذف کردن ژن است. البته این اصطلاح چندان مناسب نیست، چون این تغییر در حقیقت حذف یک ژن نیست، بلکه فقط ژن غیر فعال می شود. چندین استراتژِی برای غیر فعال کردن یک ژن در یک گیاه زنده وجود دارد که موفق ترین آن در عمل، استفاده از RNA آنتی سنس بوده است.

RNA آنتی سنس و مهندسی ژنتیک در فرایند رسیدن گوجه فرنگی

برای نشان دادن اینکه چگونه از RNA آنتی سنس در مهندسی ژنتیک گیاهان استفاده می شود ما نمونه ای را بررسی می کنیم که نشان می دهد چگونه گوجه فرنگی هایی تولید شده اند که زمان رسیدنشان به تاخیر افتاده است. این یک مثال مهم از تغییرات ژنتیک گیاهان است، زیرا یکی از اولین مواد غذایی مهندسی شده بود که مجوز فروش عمومی گرفت.

استفاده از RNA آنتی سنس برای غیرفعال کردن ژن پلی گالاکتوروناز

برای اندازه گیری بازه زمانی برای تکامل یک میوه تعداد روزها یا هفته های بعد از گل دهی در نظر گرفته می شود. در مورد گوجه فرنگی این زمان در حدود هشت هفته است که تغییرات رنگ و طعم و رسیدن آن بعد از هفته ششم رخ می دهد. در این زمان چندین ژن دخیل در مراحل نهایی رسیدن میوه روشن می شوند که یکی از آن ها ژن کد کننده ی آنزیم گالاکتوروناز است. این آنزیم به تدریج پلی گالاکتورونیک اسید موجود در دیواره ی سلولی لایه ی خارجی میوه را تجزیه می کند و به تدریج موجب نرم شدن میوه می شود. این نرم شدن، باعث  خوشمزه شدن میوه می شود اما در طولانی مدت موجب له شدن و پوسیده شدن گوجه فرنگی می شود. غیر فعال کردن نسبی ژن پلی گالاکتوروناز باید زمان بین تکامل میوه و پوسیدن میوه را افزایش دهد. برای آزمایش این فرضیه یک ناحیه ی محدودالاثر ۷۳۰ جفت بازی از ناحیه ۵` ژن نرمال پلی گالاکتوروناز جدا شد که این ناحیه طولی کمتر از نصف توالی کد کننده را دارد. ناحیه ی شروع قطعه معکوس شده و یک پروموتر ویروس موزاییک کلم به ابتدای آن و یک سیگنال پلی آدنیلاسیون به انتهای آن اضافه شد. این سازه سپس وارد وکتور پلاسمیدی Ti به نام PBIN19 شد. رونویسی از پروموتر ویروس موزاییک کلم درون گیاه باعث سنتز یک RNA آنتی سنس می شود که مکمل نیمه اول mRAN پلی گالاکتوروناز است. تجربیات قبلی کار با RNA آنتی سنس، این تئوری را پیشنهاد می کرد که استفاده از همین RNA آنتی سنس برای کاهش و یا حتی جلوگیری از ترجمه ی mRNA هدف کافی است. مولکول PBIN19 نوترکیب با روش ترانسفورماسیون، وارد باکتری آگروباکتریوم تومه فاشینس شد و ساقه گوجه فرنگی را با این باکتری ها آلوده کردند. مقادیر بسیار کمی از کالوس سطحی این قطعات ساقه را جدا کردند تا توانایی رشدشان در محیط آگار حاوی کانامایسین تست شوند. نمونه های ترانسفورم شده جهت ایجاد گیاه بالغ شناسایی شدند.

اثر سنتز RNA آنتی سنس روی مقدار mRNA پلی گالاکتوروناز در سلول های میوه رسیده به کمک آزمون هیبریداسیون نوترن بررسی شد که در آن از یک پروب تک رشته ای DNA مختص mRNA سلول استفاده می کردند. این آزمایش ها نشان داد میوه های رسیده ی گیاهان ترانسفورم شده دارای مقدار کمتری از mRNA پلی گالاکتوروناز نسبت به میوه های رسیده ی گیاهان طبیعی می باشند. همچنین میزان آنزیم پلی گالاکتوروناز در میوه های رسیده ی گیاهان ترانسفورم شده، با روش الکتروفورز ژل پلی آکریلامید پروتئین های میوه و اندازه گیری شدت نوار مربوطه مورد بررسی قرار گرفت. نکته بسیار مهم اینکه چون میوه های ترانسفورم شده به آرامی نرم می شدند، زمانی فراهم می شد تا میوه ها قبل از اینکه شروع به پوسیدن کنند، برای مدت طولانی ذخیره شوند. این موضوع نشان می دهد که RNA آنتی سنس به طور کامل ژن پلی گالاکتوروناز را غیر فعال نمی کند بلکه فقط باعث کاهش بیان ژن به مقداری خواهد شد که زمان رسیدن میوه به تاخیر بیافتد. این گوجه فرنگی های دستکاری شده که با نام تجاری Flavr savr اولین بار در سال ۱۹۹۴ وارد بازار شدند، یکی از اولین گیاهان مهندسی شده بودند که مجوز فروش عمومی گرفتند.

کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA در کشاورزی – بخش اول

کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA در کشاورزی – بخش دوم

کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA در کشاورزی – بخش سوم

کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA در کشاورزی – بخش چهارم

کلونینگ ژن ها و آنالیز DNA در کشاورزی – بخش پنجم