تولید گیاهان تراریخته

آفت‌کش ها و علف‌کش ها مواد شیمیایی هستند که در کشاورزی برای محافظت از محصولات در برابر آفاتی مانند حشرات و علف های هرز، استفاده می شوند. آفت‌کش ها معمولا حشراتی را هدف قرار می‌دهند که می‌توانند به محصولات آسیب برسانند یا آن را از بین ببرند، در حالی که علف‌کش‌ ها برای کنترل علف‌های هرز استفاده می‌شوند. استفاده از این مواد شیمیایی به کشاورزان کمک می کند تا مواد غذایی بیشتری تولید کنند و گیاهان سالم تری را حفظ کنند. با این حال، نگرانی هایی در مورد اثرات آنها بر زندگی انسان و محیط زیست وجود دارد. برخی از آفت کش ها به طور بالقوه می توانند بقایایی روی مواد غذایی باقی بگذارند که اگر به مقدار زیاد مصرف شوند ممکن است مضر باشند. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض این مواد شیمیایی نیز ممکن است منجر به مشکلات سلامتی شود.

برای رفع این نگرانی‌ها، دانشمندان و کشاورزان تلاش می‌کنند تا با روش‌های زیست فناورانه این مشکل را برطرف کنند. اما اصلا زیست فناوری چیست؟ به طورکلی به هرگونه فعالیت هوشمندانه آدمی در تولید و بهبود محصولات گوناگون با استفاده از موجود زنده، زیست فناوری گویند. تولید گیاهان تراریخته نیز یکی از این فعالیت‌های زیست فناورانه می‌باشد.

اما قبل از ورود به این شبیه ساز، باید با مطالب زیر آشنا شویم:

ژن چیست؟ بخشی از مولکول DNA که بیان آن (به شکل RNA و یا پروتئین) سبب بروز یک صفت می‌شود.

تعریف ساده از رونویسی:

یک آشپز را در نظر بگیرید که برای پختن غذا به دستور پخت موجود در یک کتاب آشپزی مهم و بسیار ارزشمند دارد اما به دلیل اهمیت بالای این کتاب اجازه ندارد که آن را از کتابخانه خارج کند و فقط می‌تواند از روی دستور پخت کتاب رونوشتی تهیه کند و آن را با خود به آشپزخانه ببرد. سازنده پروتئین در بدن ما، ریبوزوم است که مثل آشپز داستان ما برای ساخت پروتئین به رونوشتی از کتاب دستور العمل سلول (همان اطلاعات وراثتی موجود در DNA هستند) دارد و این رونوشت در طی فرآیندی به نام رونویسی (transcription) توسط آنزیم‌های خاص از روی DNA نوشته می‌شود.

راه‌انداز: آنزیم رونویسی کننده (DNA polymerase) برای اینکه رونویسی از محل درست انجام شود به توالی خاصی به نام راه‌انداز نیاز دارد.

ژنوم: به کل محتوای DNA موجود در سلول گفته می‌شود.

جاندار تراریخته: جانداری که دارای محتوای ژنی متعلق به گونه و یا جاندار دیگری ‌می‌باشد، تراریخته گفته می‌شود.

تولید گیاه تراریخته مقاوم در برابر لاروهای حشرات

ابتدا، لاروها(نوزاد کرمی شکل)ی حشره مورد نظر، در کنار گونه‌های مختلف باکتری رشد داده می‌شوند. در برخی از ظروف کشت لاروهای مرده مشاهده می‌شود یعنی باکتری‌ها موادی را از خود ترشح ساخته‌اند که باعث مرگ لارو‌ها می‌شود. باتوجه به اینکه می‌دانیم بروز هر صفت نیازمند یک یا چندین ژن است، پس این گروه‌ از باکتری‌ها دارای ژن یا گروهی از ژن‌ها برای تولید این ماده (که می‌تواند لارو‌ها رو بکشد) می‌باشند.

با استخراج و جداسازی این ژن از ژنوم باکتری و انتقال آن به ژنوم گیاه می‌توانیم انتظار داشته باشیم که (در صورت بیان این ژن توسط گیاه) این ماده در گیاه تراریخته نیز تولید شود و لارو‌ها در صورت تغذیه از محلی از گیاه که این ماده در آن تولید و ذخیره شده (برگ، ریشه و یا ساقه)، کشته می‌شوند.

تولید گیاه تراریخته مقاوم در برابر علف‌کش

استفاده از علف‌کش می‌تواند علاوه بر علف‌های هرز، به گیاهان دیگر و حتی خود محصولی که برای بهبود کیفیت و مقدار آن از علف کش استفاده کرده‌ایم، آسیب برساند. برای رفع این مشکل می‌توانیم گیاهانی مقاوم در برابر علف‌کش تولید کنیم.

ابتدا گونه‌های مختلف باکتری در کنار صفحاتی که به علف‌کش آغشته شده‌اند، رشد داده می‌شوند. بعضی از باکتری‌ها از بین ‌می‌روند و برخی دیگر به رشد خود ادامه می‌دهند. باتوجه به اینکه می‌دانیم بروز هر صفت نیازمند یک یا چندین ژن است، پس این گروه‌ از باکتری‌ها دارای ژن یا گروهی از ژن‌ها برای مقاومت به علف‌کش می‌باشند.

با استخراج و جداسازی این ژن از ژنوم باکتری و انتقال آن به ژنوم گیاه می‌توانیم انتظار داشته باشیم که (در صورت بیان این ژن توسط گیاه) گیاه تراریخته نسبت به گیاهان اولیه مقامت بیشتری نسبت به علف‌کش از خود نشان بدهد.

نحوه کار با شبیه ساز

از زبانه سمت چپ نوع فعالیت را انتخاب نمایید.

فعالیت1 و فعالیت 2

1- پس از مطالعه توضیحات آزمایش، برای مشاهده نتیجه آن روی دکمه پخش کلیک نمایید.

2- برای مشاهده ژنوم باکتری های موجود در هر ظرف کشت، آن را انتخاب نمایید و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

نکته: برای این آزمایش ظروف کشتی که دارای لارو مرده هستند مطلوب می باشند.

3- در ژنوم باکتری ژن های مختلفی موجود می باشد. به هریک از ظروف کشت یکی از ژن ها را اضافه نمایید و برای دیدن نتیجه روی دکمه پخش کلیک نمایید. برای آزمودن سایر ژن ها روی دکمه بازنمایی کلیک کرده و ژن دیگری را انتخاب نمایید. در نهایت ژن مطلوب خود را انتخاب و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

توجه: ظرف کشت شاهد نتیجه این آزمایش را در شرایط عادی و بدون هیچ ژن خاصی نمایش می دهد.

نکته: این کار برای کشف شدن ژنی که عامل کشته شدن لاروها است انجام می شود.

4- هر راه انداز، اثر ژن خود را در بخشی خاص نمایش می دهد. به دلیل اینکه در این مرحله هر راه انداز با ژن پروتئین فلورسنت سبز همراه بوده، می توانید با خاموش کردن چراغ اثر آن را مشاهده نمایید. روی چراغ ها خاموش کلیک کرده و راه اندازی که اثر آن را مطلوب می دانید را انتخاب نمایید بر روی دکمه ادامه کلیک کنید.

توجه: با توجه به ناحیه ای که می خواهید از آسیب لارو در امان بماند راه انداز خود را انتخاب نمایید.

5- ژن جدید می تواند در هر یک از جایگاه های ژنی ارائه شده، وارد شود. یکی را به دلخواه انتخاب کرده و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

نکته: وارد شدن ژن به برخی از ژن ها می تواند ساختار بیانی ژن اول را بر هم بزند و اثرات نامطلوبی بر گیاه باقی بگذارد که این اثرات در مرحله بعد قابل مشاهده می باشند.

6- در سمت راست گیاه تراریخته و در سمت چپ گیاه شاهد (گیاه اولیه بدون هیچ ژن جدیدی) را مشاهده می نمایید. افزودن لارو را انتخاب نمایید و روی دکمه پخش کلیک نمایید تا نتیجه را مشاهده کنید. با کلیک بر روی دایره های روی برگ، دانه و ریشه می توانید اثر ژن جدید را با گیاه شاهد مقایسه نمایید. با انتخاب کردن نمایش آمار، اثر جمعیت آفت و بازده ذرت در گیاه تراریخته و شاهد را با یکدیگر مقایسه کنید. بر روی دکمه ارائه، برای برسی کلیک نمایید تا نتیجه آزمایش های خود را مشاهده کنید.

نکته: با افزودن حشره کش به گیاه شاهد و انتخاب نمایش آمار می توانید مقدار بازده ذرت تراریخته خود را با ذرت شاهدی که برای از بین بردن آفت آن از حشره‌کش استفاده شده مقایسه نمایید.

فعالیت 3

1- پس از مطالعه توضیحات آزمایش برا مشاهده نتیجه آن روی دکمه پخش کلیک کنید.

2- برای مشاهده ژنوم باکتری های موجود در هر ظرف کشت، آن را انتخاب و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

نکته: برای این آزمایش ظروف کشتی که در آن باکتری ها مقاوم اند و در اطراف صفحات سفید باکتری ها رشد کرده اند، مطلوب می باشند.

3- در ژنوم باکتری ژن های مختلفی موجود می باشد. به هریک از ظروف کشت یکی از ژن ها را اضافه نمایید و برای دیدن نتیجه روی دکمه پخش کلیک کنید. برای آزمودن سایر ژن ها روی دکمه بازنمایی کلیک کرده و ژن دیگری را انتخاب نمایید. در نهایت ژن مطلوب خود را انتخاب کرده و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

توجه: ظرف کشت شاهد نتیجه این آزمایش را در شرایط عادی و بدون هیچ ژن خاصی نمایش می دهد.

نکته: این کار برای کشف شدن ژنی که عامل مقاومت در برابر علف کش است انجام می شود.

4- هر راه انداز اثر ژن خود را در بخشی خاص نمایش می دهد، به دلیل اینکه در این مرحله هر راه انداز با ژن پروتئین فلورسنت سبز همراه بوده، می توانید با خاموش کردن چراغ اثر آن را مشاهده نمایید. روی چراغ ها خاموش کلیک کرده، راه اندازی که اثر آن را مطلوب می دانید را انتخاب و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

توجه: با توجه به ناحیه ای که می خواهید در مقابل علف کش مقاومت داشته باشد، راه انداز خود را انتخاب کنید.

5- ژن جدید می تواند در هر یک از جایگاه های ژنی ارائه شده وارد شود. یکی را به دلخواه انتخاب کرده و بر روی دکمه ادامه کلیک نمایید.

نکته: وارد شدن ژن به برخی از ژن ها می تواند ساختار بیانی ژن اول را بر هم بزند و اثرات نامطلوبی بر گیاه باقی بگذارد که این اثرات در مرحله بعد قابل مشاهده می باشند.

6- در سمت راست گیاه تراریخته و در سمت چپ گیاه شاهد (گیاه اولیه بدون هیچ ژن جدیدی) را مشاهده می کنید، افزودن علف کش را انتخاب و روی دکمه پخش کلیک نمایید تا نتیجه را مشاهده کنید. با کلیک بر روی دایره های روی برگ، دانه و ریشه می توانید اثر ژن جدید را با گیاه شاهد مقایسه نمایید. با انتخاب کردن نمایش آمار، اثر جمعیت آفت و بازده ذرت در گیاه تراریخته و شاهد را با یکدیگر مقایسه کنید. بر روی دکمه ارائه برای برسی کلیک کرده تا نتیجه آزمایش های خود را مشاهده نمایید.

توجه: پس از انتخاب بازنمایی، با افزودن حشره کش به گیاه شاهد و انتخاب نمایش آمار می توانید مقدار بازده ذرت تراریخته خود را با ذرت شاهدی که برای از بین بردن آفت آن از حشره کش استفاده شده مقایسه نمایید.