دوست عزیز، به سایت علمی نخبگان جوان خوش آمدید

مشاهده این پیام به این معنی است که شما در سایت عضو نیستید، لطفا در صورت تمایل جهت عضویت در سایت علمی نخبگان جوان اینجا کلیک کنید.

توجه داشته باشید، در صورتی که عضو سایت نباشید نمی توانید از تمامی امکانات و خدمات سایت استفاده کنید.
نمایش نتایج: از شماره 1 تا 2 , از مجموع 2

موضوع: اهمیت زیست فناوری در کشاورزی

  1. #1
    کـــــــاربر فــــعال
    رشته تحصیلی
    computer
    نوشته ها
    8,619
    ارسال تشکر
    6,947
    دریافت تشکر: 11,496
    قدرت امتیاز دهی
    154
    Array

    پیش فرض اهمیت زیست فناوری در کشاورزی

    معاونت علمی و فناوری ریاست جمهور ی
    ستاد توسعه زيست فناوری
    كمیته ترویج و ارتباطات

    بیوتكنولوژی (فناوری زیستی)
    و
    اهمیت آن در كشاورزی
    مقدمه

    بیوتكنولوژی (فناوری زیستی) فناوری مولود تلفیق علوم زیستی و دانسته های كشاورزی، پزشكی و فنی مهندسی است و مبتنی بر استفاده از موجودات زنده و یا محصولات آنها برای تولید مواد، فراورده ها، خدمات رسانی و رفع نیازمندهای بشر و یا محیط زیست می باشد كه به عنوان یكی از هفت رشته كلیدی جهان شناخته می شود. استفاده از این فناوری در دهه های گذشته منحصر به كشور های توسعه یافته نبوده و كشور های در حال توسعه نیز نیاز به استفاده از ان را احساس كرده و با سرمایه گذاری درا ین بخش بدنبال دست یابی به آن بوده اند. شاید به جرات بتوان گفت كه مهمترین كاربرد بیوتكنولوژی در بخش كشاورزی می باشد بطوریكه امروزه پیشرفت کشاورزی در دنیا مرهون دستاوردهای علمی در تولید و سرمایه گذاری در این حیطه باشد. زیست فناوری کشاورزی می تواند در عرصه های مختلف كشاورزی شامل گیاهی، حیوانی، میكروبی، تولیدات غذایی و تولید فراورده های جدید و محیط زیست كاربرد داشته باشد. جوامعی كه قابلیت بیشتری در علم و تكنولوژی داشته باشند از دستاورد ها و منافع حاصل از زیست فناوری بیشتر بهره مند می شوند. استفاده از این فرصت و بهره مندی نیاز به ایجاد زمینه و شرایط لازم دارد. نیروی انسانی توانا و مجهز به علم و تلاش در جهت ایجاد تكنولوژی مبتنی بر علم راه را برای تجاری نمودن تكنولوژی و استفاده جمعی در سطوح ملی از منافع حاصل از آن را باز می كند.

    ذیلا كاربردهای مختلف زیست فناوری در كشاورزی اشاره شده است:

    الف. كشت بافت گیاهی (ریزازدیادی) و کاربردهای آن در کشاورزی:
    تکنیک کشت بافت گیاهی كه بدلیل خصوصیت توتی پتنسی (توانایی سلول های موجودات زنده برای ایجاد یك موجود كامل) موجودات زنده مخصوصا گیاهان استوار می باشد، در سه دهه اخیر توانسته است كاربردها ی بسیار گسترده ای در كشاورزی داشته باشد. در این تكنیكها، بافت یا سوسپانسیون سلولی گیاهی ضدعفونی شده و سپس تحت شرایط استریل درون ظروف كشت بر روی محیط غذایی مناسب قرار داده ‌می‌شود. محیط كشت شامل نمکهای معدنی، ویتامینها و شکر به اضافه تنظیم کننده های مصنوعی و طبیعی رشد گیاه می باشد، که می‌تواند رشد گیاه را برای برطرف کردن نیازهایش جهت نیل به یک هدف خاص کنترل کند، به این نوع کشت، كشت "درون شیشه‌ای" می‌گویند. كشت بافت گیاهی گستره وسیعی را در بر میگیرد كه شامل كشت پروتوپلاست، سلول، بافت و اندام گیاهی است. كشت بافت همچنین پیش نیاز مهندسی ژنتیك است زیرا از سلول تغییر یافته باید بتوان یك گیاه كامل بوجود آورد.
    روش‌های كشت‌بافت كه از ده‌های گذشته مورد استفاده قرار گرفته و در حال حاضر می‌ توان گفت به مرحله بلوغ خود رسیده‌است در كشورهای توسعه یافته و نیز در حال توسعه خصوصا كشورهای آسیایی به صورت گسترده مورد توجه قرار گرفته‌است. از آنجا كه كاربرد كشت‌بافت وسایل مورد نیاز گران‌قیمتی را نیاز ندارد این روش می‌تواند نقش كار بردی مناسبی را در كشورهای در حال توسعه ایفا نماید. درحال حاضر كشت بافت و بویژه ریزازدیادی یكی از گسترده ترین كاربردهای بیوتكنولوژی است. كشت بافت و ریزازدیادی مهم ترین تكنیك‌های استفاده شده برای تكثیر سریع غیرجنسی در شرایط درون شیشه‌ای است. این روش از نظر زمان و فضای مورد نیاز برتری اقتصادی دارد و بازده بیشتر افزونه‌های الیت و عاری از بیماری را برای ما فراهم می‌كند. انتقال بی‌خطر و قرنطینه ژرم پلاسم را در داخل كشور و بین كشورهای دیگر تسهیل می‌نماید. زمانیكه روشهای سنتی قادر به تامین تقاضا برای تكثیر مواد گیاهی نمی‌باشند، این روش می تواند میلیونها گل و گیاه را با عملكرد بالا و به صورت یكنواخت تولید نماید. در حال حاضر تقریبا ریزازدیادی همه میوه جات و سبزیجات امكان‌پذیر است. تولید مواد گیاهی عاری از ویروس با استفاده از كشت مریستم در خیلی از گیاهان زراعی و باغی امكان پذیر شده است.
    نجات جنین جنبه دیگری از كاربردهای كشت بافت است جایی كه بهنژادگران گیاهی تلاقی‌هایی انجام می‌دهند كه جنین قادر به ادامه رشد به حالت معمولی نیست و سقط می‌شود، كشت بافت می تواند این جنین‌ها را نجات داده و از آنها گیاه تهیه شود. همچنین كشت جنینهای جداشده در مراحل مناسب نمو می‌تواند مشكلات موجود در ناسازگاریهای بعد از تشكیل تخم را مرتفع سازد. این روش در مورد گونه‌های باغی و با عمر طولانی بسیار مهم و معنی داراست. بسیاری از گونه‌های لگوم مناطق خشك به طور موفقیت آمیزی از لپه، هیپوكوتیل، برگ، تخمدان، پروتوپلاست، دمبرگ، ریشه، بساك و .... باززایی شده‌اند.
    تولید گیاهان هاپلویید از طریق كشت بساك یا گرده یكی دیگر از جنبه‌های مهم در بهنژادی گیاهان زراعی و باغی شناخته می‌شود. مزیت این روش در سرعت عمل و اقتصادی بودن آن است. هموزیگوسیتی كامل نتاج، به انتخاب فنوتیپی مناسب برای صفات كمی و بویژه صفات كیفی به ارث رسیده كمك می‌كند و در نتیجه كار اصلاح را فوق العاده ساده‌تر می‌نماید. جداسازی، كشت و آمیزش موفق پروتوپلاست‌ها در انتقال نر عقیمی سیتوپلاسمی برای بدست آوردن هیبریدهای با بنیه بیشتر از طریق بازتركیبی میتوكندریایی و نیز در انتقال ژن در گیاهان بسیار مفید بوده است.
    نگهداری درون شیشه ای ذخایر ژنتیكی ارزش زیادی در ارائه راه حل و نیز به عنوان روشی جایگزین برای غلبه بر موانع و مشكلات مدیریت ذخایر ژنتیكی است. در گیاهانی كه به طور رویشی تكثیر می‌شوند و نیز در گیاهانی كه بذور ریكلسیترنت تولید می‌كنند و در گیاهان دایمی (چندساله) كه هتروزیگوسیتی زیادی دارند، نگهداری بذر به عنوان ذخایر ژنتیكی مناسب نمی‌باشد. در چنین محصولاتی به طورخاص ذخیره درون شیشه‌ای اهمیت كاربردی فوق العاده‌ای دارد. موفقیت این روشها در مورد چندین محصول زراعی و باغی اثبات شده است و در حال حاضر مراكز مختلف كلكسیون درون شیشه‌ای ذخایر ژرم پلاسم موجود می‌باشد. نگهداری درون شیشه‌ای ذخایر ژنتیكی كار مبادله مواد گیاهی عاری از آفات و بیماریها را ساده‌تر كرده و به داشتن قرنطینه بهتر كمك می‌كند.
    بهنژاد‌گران گیاهی به طور مداوم به دنبال منابع تنوع ژنتیكی جدیدی هستند كه پتانسیل مفیدی برای اصلاح و بهنژادی گیاهان را داشته باشند. بخشی از گیاهان كه از طریق كشت بافت باززایی می‌شوند اغلب تغییرات فنوتیپی متفاوتی با فنوتیپ گیاه اصلی نشان می دهند. چنین تنوعی كه به اصطلاح تنوع سوماكلونی گفته می‌شود ممكن است وراثت‌پذیر باشد یعنی به طور ژنتیكی ثبات داشته و به نسل بعدی منتقل شود. متقابلا تنوع ممكن است اپیژنتیكی باشد و در تولید مثل جنسی ناپدید شود و به نسل بعد منتقل نشود. تنوع وراثت‌پذیر به طور بالقوه برای اصلاح گران مفید می‌باشد.

    مهمترین كاربردهای كشت‌بافت گیاهی
    ازدیاد سریع و انبوه گیاهان همگروه (كلون) و تولید گیاهان عاری از بیماری:

    فن‌آوری كشت بافت برای تكثیر انبوه در كاربردهای صنعتی به خوبی مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است. ریزازدیادی تجارتی گیاهان به منظور عاری نمودن آنها از عوامل بیماری‌زا، تولید پایدار در طول سال، كیفیت بالا، تولید گیاهان یكسان ژنتیكی و سایر خصوصیات زراعی و باغبانی مطلوب انجام شده‌است. كاربرد این روش در بسیاری از گیاهان مهم اقتصادی امكان پذیر است. بعنوان مثال می توان به تولید سریع و انبوه سیب زمینی، توت فرنگی، موز، نخل روغنی، خرما، مارچوبه و نیشكر از گیاهان زراعی و باغی، اوكالیپتوس و سپیدار از درختان جنگلی، دیفن باخیا، دراسنا، انجیر زینتی(فیكوس) ، اركیده، فیلودندرون، داودی، شمعدانی، رز، میخك، كوكب، ژربرا و سینگونیوم از گلها و گیاهان زینتی در سطح دنیا اشاره كرد كه منجر به معرفی پروتكل و تولید انبوه شده است. این روش علاوه برتكثیر سریع و تولید گیاهان عاری از عوامل بیماریزا، در اكثر گیاهان چند ساله باعث كاهش دوره نونهالی و زود بازدهی آنها می شود بعلاوه برای تكثیر آنها به فضای بسیار كمتری نیاز می باشد.
    بیماریهای ویروسی در كشاورزی و باغبانی ضایعات زیادی را بوجود می آورند. درصورتیكه بتوانیم مجموعه بسیار كوچك سلولی كه هنوز به بیماری آلوده نشده است از گیاهان بیمار جدا كنیم می توان مجموعه گیاهی سالم و جدیدی را از آنها بوجود آورد. سلولهای آلوده نشده به بیماری اغلب فقط در بافت سلولی منطقه راس ساقه یافت می شوند زیرا كه سرعت تقسیم سلولهای بافت مریستم بیش از سرعت اشاعه عامل بیماری از یك سلول به سلول دیگر می باشد. بعنوان مثال تولید غده های بذری عاری از ویروس در سیب زمینی در افزایش عملكرد آن تاثیر به سزایی دارد.
    ایجاد گیاهان عاری از بیماری جهت استفاده ملی و تبادلات بین المللی لازم و ضروری است. از آنجا كه بافت‌های كشت شده در "درون شیشه" برای زنده‌ماندن و رشد كردن باید عاری از هر گونه عوامل بیماری باشند. در عملیات كشت‌بافت آلودگی‌های ظاهری با ضدعفونی سطحی ریزنمونه‌ها حذف می‌شوند. بیشتر آفات قارچی، باكتریایی، نماتدها و حشرات نیز در مسیر كشت‌بافت با استفاده از تكنیك كشت مریستم، تیمار گرما درمانی، استفاده از آنتی بیوتیك‌ها و ضد قارچ‌ها (آنتی میكوت‌ها) حذف می‌گردند. اما ویروس‌ها، ویروئیدها و مایكوپلاسماهای خاص در درون گیاه می‌توانند باقی مانده و تكثیر شوند. روش‌های حذف ویروس‌ها شامل تیمارهای حرارتی و شیمیایی می‌باشند كه پس از اعمال تیمار، آزمون‌های نموده‌سازی ویروس برای اطمینان از سلامت مواد گیاهی به كار گرفته می‌شوند. روش‌های مختلف مانند استفاده از گیاهان محك، میكروسكپ الكترونی، تجزیه اسید نوكلئیك و آزمون‌های سرولوژیكی مانند آزمون الیزا (ELISA) برای نموده‌سازی از نظر ویروس مورد استفاده قرار می‌گیرند.

    ذخیره ژرم‌پلاسم و نگهداری درازمدت گیاهان پایه:

    ذخیره سازی و نگهداری چندین ساله بذور گیاهانی كه از طریق بذر تكثیر می یابند در صورت آماده بودن انبارهای مناسب معمولا به راحتی امكان پذیر است. ولی این مطلب در مورد گیاهانی كه تكثیر آنها بطور رویشی انجام می گیرد صدق نمی نماید زیرا در چنین مواردی دو عامل وجود دارد كه نگهداری گیاه مادر را مشكل می نماید اولا جلوگیری از آلوده شدن گیاهان پرارزش به بیماریهای مختلف در مزرعه و گلخانه كه مستلزم مبارزه با عوامل بیماریزا، آفات، ضد عفونی خاك و انتخاب گیاهان می باشد، ثانیا در گیاهانی كه بایستی در گلخانه نگهداری شوند هزینه های لازم طی چندین سال بسیار زیاد می باشد. لذا بمنظور حل مشكلات فوق‌الذكر و جلوگیری از آلودگی مجدد گیاهان سالمی كه از طریق كشت بافت مریستم گیاهان مبتلا به بیماریهای ویروسی بدست آمده‌اند، مبادرت به ایجاد بانك ژن یا بانك گیاهی می‌نمایند و بوسیله محیط‌های كشت بافتهای گیاهی می‌توان یك مقدار از گیاه سالم را در شرایط استریل طی چندین سال نگهداری نمود.
    نگهداری درون شیشه ای ذخایر ژنتیكی ارزش زیادی در ارائه راه حل و نیز به عنوان روشی جایگزین برای غلبه بر موانع و مشكلات مدیریت ذخایر ژنتیكی است. در گیاهانی كه به طور رویشی تكثیر می‌شوند و نیز در گیاهانی كه بذور ریكلسیترنت تولید می‌كنند و در گیاهان دایمی (چندساله) كه هتروزیگوسیتی زیادی دارند، نگهداری بذر به عنوان ذخایر ژنتیكی مناسب نمی‌باشد. در چنین محصولاتی به طورخاص ذخیره درون شیشه‌ای اهمیت كاربردی فوق العاده‌ای دارد. موفقیت این روشها در مورد چندین محصول باغی اثبات شده است و در حال حاضر مراكز مختلف كلكسیون درون شیشه‌ای ذخایر ژرم پلاسم موجود می‌باشد. نگهداری درون شیشه‌ای ذخایر ژنتیكی كار مبادله مواد گیاهی عاری از آفات و بیماریها را ساده‌تر كرده و به داشتن قرنطینه بهتر كمك می‌كند. كاربرد كشت‌بافت در حفظ منابع ژنتیكی شامل ذخیره كردن ژرم پلاسم به صورت كشت‌های با رشد بطئی یا به صورت بافت ذخیره منجمد است كه با استفاده از روش‌های كشت‌بافت می‌توانند باززایی شوند. سایر كاربردها شامل حذف ویروس‌ها از ژرم‌پلاسم‌های با ارزش، تبادل بین المللی ژروم‌پلاسم به صورت نمونه‌های كشت‌بافت ضدعفونی شده، و تكثیر سریع ژرم‌پلاسم برای برنامه‌های اصلاحی می‌باشد.

    انتخاب گیاهان جهش‌یافته (جهش های خود به خودی یا القایی) و تنوع سوماكلونی:

    بهنژاد‌گران گیاهی به طور مداوم به دنبال منابع تنوع ژنتیكی جدیدی هستند كه پتانسیل مفیدی برای اصلاح و بهنژادی گیاهان را داشته باشند. بخشی از گیاهان كه از طریق كشت بافت باززایی می‌شوند اغلب تغییرات فنوتیپی متفاوتی با فنوتیپ گیاه اصلی نشان می دهند. چنین تنوعی كه به اصطلاح تنوع سوماكلونی گفته می‌شود ممكن است وراثت‌پذیر باشد یعنی به طور ژنتیكی ثبات داشته و به نسل بعدی منتقل شود. متقابلا تنوع ممكن است اپیژنتیكی باشد و در تولید مثل جنسی ناپدید شود و به نسل بعد منتقل نشود. تنوع وراثت‌پذیر به طور بالقوه برای اصلاح گران مفید می‌باشد. مطالعات ثابت كرده‌است كه در كشت‌بافت گیاهی، به خصوص كشت سلول و كشت بافت پینه‌ای، به دلایل ناشناخته ای جهش های نقطه ای، حذف و جابجایی های قطعات كروموزومی صورت می گیرد كه خود باعث تنوع ژنتیكی قابل توجهی بین گیاهان حاصل و گیاه مادر میشود كه می‌تواند در جمله اصلاح نباتات نقش مهمی را ایفا نماید و راه را برای انتخاب ژنوم هایی با مشخصات جدید هموار می سازد. با وجود اینکه تنوع سوماكلونی، منبع تازه‌ای از تنوع را برای اصلاح گیاه فراهم می‌كند، ولی در اكثر كاربردهای كشت‌بافت گیاهی، حفظ همسانه یك ملاحظه عمده است.
    از جمله كاربردهای موفقیت آمیز این روش در برخی گیاهان زراعی و باغی كه منجر به افزایش محصول در دنیا شده است، عبارتند از : لاینهای متحمل به شوری، غوطه‌وری و مقاومت به سوختگی غلاف در برنج، مقاومت به ویروس لكه چشمی و افزایش قند در نیشكر، مقاومت به زنگ، سفیدك داخلی و بلایت در سیب زمینی و كاهش قهوه‌ای شدن آن بعد از پوست كندن، مقاومت به پژمردگی فوزاریمی و درصد گوشت بالا در گوجه فرنگی و تولید گوجه فرنگی هایی با رنگ ، طعم و بافت عالی، مقاومت به پژمردگی فوزاریمی در موز كاوندیش، عملكرد بالاتر در گندم، ایجاد رقم بدون خار تمشك، تحمل به شوری و گرما در كتان، مقاومت به پژمردگی فوزاریمی در كرفس، مقاومت به ویروس موزائیك در توتون، عملكرد بالا و مقاومت به ریزش در خردل هندی، تولید میوه‌های زرد و زودرسی در فلفل سبز می‌باشند.

    تولید گیاهان هاپلویید/دابلد هاپلویید به منظور ایجاد لاین‌های خالص:

    در یك برنامه انتخاب اصلاح نباتاتی با استفاده از روش كشت هاپلوئیدها و بعد دو برابر كردن گیاهان کروموزومهای گیاه هاپلوئید، می توان زمان لازم برای رسیدن به یك لاین ایزوژن (یكسان ازنظر ژنتیكی) را حداقل از پنج تا شش نسل به یك یا دو نسل كاهش داد. بنابراین مهمترین مزیت این سیستم رسیدن به هموزیگوتی مطلق در حداقل زمان ممكن می باشد. هموزیگوت‌های به وجود آمده از كشت‌بافت به دنبال تفكیك میوزی می‌تواند تعدادی از خصوصیات ارزشمند مغلوب را كه در جوامع هتروزیگوت طبیعی تجمع یافته و ظاهر نمی‌شدند را آشكار سازد. در صفات كیفی احتمال دستیابی به یك ژنوتیپ خاص (تركیب خاصی از ژنها در شرایط هموزیگوت) با n جفت ژن در نسل F2 برابر باn (4/1) می باشد در حالیكه این احتمال در روش هاپلوییدی معادل نسبت گامتهای نر یا ماده یعنی n (2/1) می باشد. بعبارتی یك جمعیت كوچكتری از لاینهای دابلد هاپلویید جهت غربال كردن نوتركیبهای مطلوب مورد نیاز است. در صفات كمی اولا در سیستم دابلد هاپلویید واریانس ژنتیكی در لاینها تنها شامل واریانس افزایشی است كه ارزش واقعی اصلاحی آنها را آشكار می سازد و فنوتیپ گیاه با اثرات غالبیت پوشیده نمی شود، ثانیا بدلیل هموزیگوتی مطلق لاینها گیاهان داخل یك قطعه آزمایشی از نظر ژنتیك كاملا یكسان می باشند.
    روشهای اصلی تولید گیاهان هاپلویید/دابلد هاپلویید شامل حذف كروموزومی، كشت تخمك و تخمدان، كشت بساك و كشت میكروسپور می باشد. در میان روشهای مختلف، روش كشت میكروسپور جدید ترین و كارآمدترین روش می باشد. كشت میكروسپورهای جدا شده مزایای متعددی نسبت به سایر روشهای تولید هاپلویید دارد. میكروسپورها كه سلولهای هاپلویید بالقوه جنین زا می باشند می توانند به تعداد زیاد ایزوله و كشت گردند. با توجه به اینكه كشت میكروسپور فقط دارای سلولهای منفرد هاپلویید می باشد امكان انتخاب تك سلول را فراهم می سازد. در روش كشت میكروسپور در مقایسه با كشت بساك شانس باززایی گیاهان دیپلویید بدلیل حذف شدن بافتهای دیپلویید مانند دیواره بساك و تیغه بساك محدود می شود. همچنین با حذف بساك، مواد ممانعت كننده رشد میكروسپورها (آبسیزیك اسید و مواد سمی دیگر) حاصل از ترشحات دیواره بساك، دیگر بعنوان مشكل مهمی نخواهد بود. مشاهده دقیق تمام مراحل آندروژنز در روش كشت میكروسپور امكان پذیر است. اغلب در نتیحه كشت میكروسپور، تبدیل مستقیم میكروسپور به جنین اتفاق می افتد. مطالعه تاثیر فاكتورهای مختلف بر روی میكروسپورها به لحاظ جدا بودن میكروسپورها و مشاهده راحت آنها به سهولت امكان پذیر است. امكان استفاده از روشهای انتقال ژن به طور مستقیم بر روی میكروسپورها وجود دارد.

    باروری و كشت جنین یا تخمك در "درون شیشه":

    در مواردی كه بهنژادگران گیاهی تلاقی‌هایی انجام می‌دهند كه جنین قادر به ادامه رشد به حالت معمولی نیست و سقط می‌شود، كشت بافت می تواند این جنین‌ها را نجات داده و از آنها گیاه تهیه شود. همچنین كشت جنینهای جداشده در مراحل مناسب نمو می‌تواند مشكلات موجود در ناسازگاریهای بعد از تشكیل تخم را مرتفع سازد. بکارگیری این روش در مورد گونه‌های باغی ریكلسیترنت و با عمر طولانی بسیار مهم و معنی داراست.
    از كاربرد‌های نجات جنین می‌توان غلبه بر عدم زنده‌مانی جنین‌های حاصل از تلاقی‌های ناموفق در اصلاح نباتات در زیوه (in vivo) نام‌ برد. نجات جنین در باز یافت جنین‌های دورگ بین گونه‌ای در پنبه، جو، گوجه فرنگی، برنج و غیره موفقیت آمیز بوده‌است. همجنین جوانه‌زنی پارازیت‌های اجباری بدون میزبان در زیوه غیر ممكن است ولی با كشت جنین قابل دستیابی می‌باشد. كشت جنین به طور موفقیت آمیزی برای غلبه بر خواب ناشی از اثر باز دارنده‌های جوانه‌زنی بذر در بذرهای زنبق و برای جوانه‌زنی موفق بذرهای نابالغ اركیده مورد استفاده قرار گرفته‌است. خواب بذر ممكن است توسط پوشش بذر و یا اندوسپرم تحمیل شده‌باشد. با حذف این دو، بذرها بلافاصله جوانه می‌زنند. جوانه‌زنی كند بذر ناشی از محدودیت ایجاد شده توسط پوشش بذر برای جذب اكسیژن و آب نیز می ‌تواند با كشت جنین حذف شود. غلبه بر خواب بذر به نوبه خود می‌تواند در كوتاه‌تر كردن چرخة اصلاح موثر باشد. جلو گیری از سقط جنین با پیش‌رس كردن میوه‌های هسته‌دار یكی دیگر از كاربرد‌های كشت جنین می‌باشد. در تلاقی های میوه‌های هسته‌دار پیش‌رس شده (مثل هلو، گیلاس، زردالو و گوجه) انتقال آب و مواد غذایی به جنین نابالغ گاهی بسیار سریع قطع شده و منجر به سقط جنین می‌گردد. بنابراین نجات جنین تنها راه غلبه بر این مشكل است. جنین‌ها در گیاهان خانواده پوآسه و نیز در سوزنی برگ‌ها به عنوان مواد اولیه برای تكثیر رویشی مورد استفاده قرار می‌گیرند، بنابراین كشت "درون شیشه‌ای" جنین در این گیاهان از اهمیت برخوردار است.

    دو رگ‌گیری سوماتیكی با استفاده از فن‌آوری كشت پروتوپلاست:

    از دو رگ گیری سوماتیکی و امتزاج پروتوپلاست می توان جهت دستكاری گونه های گیاهی، افزایش تنوع، ایجاد صفات یا گیاهان جدید و تولید سیبریدها (دورگ های سیتوپلاسمی) استفاده نمود. بطور کلیكاربردهای دورگ‌گیری سوماتیكی و كشت های پروتو پلاستی را می‌ توان به سه دسته تقسیم كرد:
    الف) می‌ توان دو یا تعداد بیشتری پروتوپلاست را به امتزاج تحریك نمود و محصول امتزاج یافته را به دقت پرورش داد تا گیاه دورگ تولید شود. اگرچه این پدیده به دفعات مشاهده شده‌است، اما امتزاج پروتوپلاست‌های جدا شدة بعضی از گونه‌ها به دست نیامده‌ است. در برخی موارد دورگ‌هایی كه به دلیل ناسازگاری جنسی یا فیزیكی با روش‌های معمول در ژنتیك گیاهی نمی‌توانند تولید شوند، با امتزاج سلول‌های سوماتیكی می‌توانند ایجاد شوند. كشت و آمیزش موفق پروتوپلاست‌ها در انتقال نر عقیمی سیتوپلاسمی برای بدست آوردن هیبریدهای با بنیه بیشتر از طریق بازتركیبی میتوكندریایی و نیز در انتقال ژن در گیاهان بسیار مفید بوده است.
    ب) بعد از حذف دیواره سلول، پروتوپلاست جدا شده قادر است مواد خارجی را با فرآیندی شبیه به آندوسیتوسیز (مثل آنچه در آمیب است) به داخل سیتوپلاسم خود بكشد. به صورت آزمایشی پیشرفت‌هایی در وارد نمودن هستك‌ها، كلروپلاست‌ها، میتوكندری‌ها، DNA، پلاسمید‌ها، باكتری‌ها، ویروس‌ها و غیره به وجود آمده‌است.
    ج) پروتوپلاست كشت شده به سرعت دیواره سلولی جدیدی را بازسازی می‌كند. این فرایند نموی، سیستم جدیدی برای مطالعه بیوسنتز دیواره سلول و تشكیل آن پیشنهاد می‌نماید.

    القای گلدهی"درون شیشه‌ای":

    سیستم درون شیشه‌ای كه قادر به تولید نسبتأ سریع گل‌های بارور باشد اهمیت كاربردی قابل ملاحظه‌ای در اصلاح گونه‌های گیاهی دارد كه گدهی آنها دشوار است یا فقط هر چند سال یك‌بار گل می‌دهند. به عنوان مثال خیزران (Bambusa arundinacea) در ‌سر تاسر عمر خود فقط یك‌بار گل می‌دهد و در انتهای فصل میوه دهی از بین می‌رود. این گلدهی تك بر (monocarpic flowering) بعد از 12 تا 24 سال رشد اتفاق می‌افتد و به صورت گروهی یعنی، تمام خیزران‌های یك جمعیت محلی به طور همزمان به گل می‌روند. با توجه به غیر پیش بینی بودن رفتار گلدهی و بذر دهی، مسلم است كه اصلاح خیزران خیلی مشكل می‌باشد. این مسئله برای خیزران در سال 1990 توسط ناگوادا و همكاران حل شد و آنها توانستند در شرایط درون شیشه ظرف چند ماه گلها و بذرهای طبیعی تولید نمایند. مثال دیگر تولید مستمر گلهای بارور و بذر زنده برای اركیده می‌باشد. اركیده‌ها به طور متوسط به سه تا شش سال زمان برای بالغ شدن نیاز دارند. با روش گلدهی درون شیشه‌ای، گل‌ها و بذرهای زنده ظرف شش ماه پس از كشت می‌توانند تولید شوند.

    - ایجاد گیاهان تراریخته: كشت سلول و بافت‌های گیاهی به صورت پیش نیاز و لازمه برنامه‌های انتقال مصنوعی ژن و مهندسی ژنتیك می‌باشد و بدون آن ایجاد گیاهان تراریخته امكان‌پذیر نیست. مهندسی ژنتیك پیچیده‌ترین شاخه زیست‌ فن‌آوری است كه شامل روش‌های انتخاب ژن مورد نظر، مكان‌یابی، جداسازی، خالص سازی، تكثیر و انتقال ژنها و ارزیابی بروز آنها در موجود زنده می‌باشد. این فن‌آوری امكاناتی را فراهم می‌آورد كه با روش‌های سنتی كلاسیك امكان‌پذیر نیست. از جمله گیاهان زراعی دست‌ورزی شده می‌توان مثال‌های زیر را عنوان كرد. ذرت، برنج، پنبه، سیب زمینی و گوجه فرنگی (برای كنترل آفات پروانه‌ای و سوسك‌ها)، گندم و برنج (برای كنترل بیماری‌های قارچی به ویژه شیت بلایت برنج و فوزاریم گندم) سویا، پنبه، ذرت، كلزا، چغندر قند، برنج و كتان (برای ایجاد مقاومت به علف كش عمومی و در نتیجه ایجاد امكان مبارزه ارزان‌تر و موثر تر با علف‌های هرز توسط این قبیل علف كش‌ها)، برنج (برای افزایش ارزش غذایی آن با تولید ویتامین A یا پروتئین شیر انسانی به ویژه جهت تولید غذای كودك)، برنج (برای تأخیر در پیری و افزایش دوره رشد و افزایش عملكرد)، گوجه فرنگی (برای افزایش طول دوره انبارداری و تأخیر در رسیدگی و لهیدگی)، كدو، خربزه درختی و سیب زمینی (برای افزایش مقاومت به بیماری‌های ویروسی)، گوجه فرنگی، سویا و كلزا (برای تغییر كیفیت روغن).

    - تولید متابولیت‌های ثانویه:

    گیاهان در طول زندگی خود مواد شیمیایی و پیچیده‌ای تولید می‌كنند كه در رشد و نمو و فعالیت‌های حیاتی گیاه نقشی ندارند. این مواد "متابولیت‌های ثانویه" نامیده می شوند. مواد معطر، مواد مؤثر دارویی، فرمون‌ها (Pheromone)، حشره‌ كش‌ها، علف كش‌ها، قارچ كش‌ها، هورمون‌های گیاهی و مواد آللوپاتیك (Allelopathic) از این جمله هستند. تولید انبوه و سریع این مواد پیچیده در مقیاس بالا با استفاده از روش‌های شیمیایی مشكل و یا غیر ممكن می‌باشد. زیست‌ فن‌آوری و از جمله كشت‌ بافت گیاهی راه حلی مناسب و ارزان برای تولید آسان و انبوه متابولیت‌های ثانویه می‌باشد. در بیوسنتز مواد گیاهی در شرایط "درون شیشه" اساسأ گیاهانی گزینش می‌شوند كه تولید متابولیت‌های مطلوب در آنها بالا باشد، متعاقب انتخاب گیاه، اندام‌هایی از گیاه انتخاب می‌شوند كه دارای بالاترین غلظت مواد باشند. دو روش اصلی برای تولید متابولیت‌های ثانویه وجود دارد: الف) رشد سریع كشت‌های سوسپانسیونی در حجم بالا و سپس تولید متابولیت‌های ثانویه از آنها. ب) رشد و تكثیر سلول‌ها، برای تولید تركیبات، طی یك دوره طولانی.

    ب‌. بیوتكنولوژی و متابولیت های ثانویه
    - بیوتکنولوژی گیاهان دارویی

    برای بیشتر گیاهان دارویی تحقیقات اولیه اغلب در زمینه فیتوشیمی و كشاورزی بوده است. در بحث فیتوشیمی، گیاهان دارویی با توجه به تركیبات فعال از نظر زیستی دسته‏بندی می‏شوند كه بر اساس آنالیزهای ساختاری این تركیبات استوار است. پژوهش‏های كشاورزی روی گیاهان دارویی نیز روی توسعه ظرفیت برای رشد بهینه گیاه در هنگام كشت انجام می‏شود. این پژوهش‏ها بیشتر در مواقعی صورت می‏گیرد كه گیاه داروئی بومی برداشت می‏شود و شرایط برای رشد در هنگام كشت بهینه نشده است و از طرفی برداشت بی‏رویه گیاهان دارویی در رویشگاه های طبیعی امری نادرست بوده و موجبات كاهش تنوع زیستی و كاهش تنوع در كیفیت گیاهان داروئی شده و پیامدهای فجیعی را به دنبال دارد. مطالعه در زمینه فیزیولوژی گیاهی و پژوهش‏های پایه‏ای روی شناخت گیاهان داروئی بسیار ضروری است.

    - متابولیت‌های ثانویة گیاهی

    متابولیت‌های ثانویة گیاهی ترکیباتی هستند که توسط سلول‌های گیاه تولید می‌شوند. گیاهان و قارچ ها حاوی مسیر های متابولیكی متنوعی هستند كه از مسیر های تولید متابولیت‏های اولیه منشعب شده و منجر به تولید تركیباتی می‏شوند كه موجود زنده نیازی به آنها از نظر ادامه حیات ندارد. مجموعه این راه های متابولیكی حاشیه‏ای را متاوبولیسم ثانویه می‏نامند. فراورده‏هایی را كه از راه های متابولیكی حاشیه‏ای تولید می‏شوند، متابولیت ثانویه می‏نامند. تعدادی از متابولیت‏های ثانویه وظیفه حیاتی مهمی در گیاهان ایفا می‏نمایند. بنابراین، این تعریف از فرآورده ‏های راه های متابولیكی ثانویه كه فاقد وظیفه مشخص حیاتی هستند، در رابطه با همه گیاهان صادق نیست. گرچه محصولات ثانویه گیاهی در گذشته به صورت تركیبات شیمیایی تعریف می‏شدند كه دارای نقش بیوشیمیایی حیاتی در ساختار و حفظ سلول گیاهی نیستند، تحقیقات اخیر نشان داده كه این تركیبات دارای نقش‏های حیاتی در اكوفیزیولوژی گیاهان هستند.
    علیرغم پیشرفت ‏های حاصل در علم شیمی آلی، گیاهان هنوز هم به عنوان منابع تجاری مهم برای تهیه و تامین تركیبات شیمیایی و طبیعی مورد استفاده قرار می‏گیرند. متابولیت‏های ثانویه گیاهان دارای كاربرد های مهمی در صنایع مختلف می‏باشند.
    متابولیت های ثانویه گستره وسیعی از ترکیبات اقتصادی نظیر استروئیدها، آلکالوئید ها، فلاونوئید ها، ساپونین ها، اسا نس ها ، رزین ها و...را در بر می گیرند. این متابولیت‌ها کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون و به‌ویژه پزشکی دارند. اسانس‌ها و مواد معطر، مواد مؤثره دارویی، فرمون‌‌ها، حشره‌‌كش‌‌ها‌، علف‌‌كش‌‌ها، قارچ‌‌كش‌‌ها‌، هورمون‌‌های گیاهی و مواد آللوپاتیك (ایجاد كننده انواع مقاومت‌‌ها و یا بازدارنده رشد و نمو) از این جمله هستند. در این میان ترکیبات دارویی و اسانس‌ها دارای اهمیت ویژه‌ای هستند.
    توسعه استفاده از گیاهان داروئی در صنایع مختلف از جمله داروسازی سال ها وقت و میلیون ها دلار هزینه در بر دارد، ولی برنامه های کشف داروها و مواد با منشاء طبیعی هنوز در سراسر دنیا وجود دارندکه اصولا به دلایل زیر می باشند:
    1. تنوع بالای ترکیبات شیمیائی حاصل از محصولات طبیعی هنوز در مقایسه با ترکیبات مصنوعی بالا بوده و پتانسیل این محصولات طبیعی در بسیاری موارد ناشناخته هستند.
    2. تعداد زیادی از گونه های گیاهی و گونه های جلبکی هستند که هنوز بررسی نشده اند.
    3. تکنولوژی و پیشرفت های مدرن در این زمینه در سال های اخیر دارای برنامه های جالبی بوده اند.
    4. سیستم ها و دستگاه های جدید برای بررسی ساختار ترکیبات، زمان مورد نیاز برای مرحله اول بررسی این ترکیبات را کاهش داده اند.
    گیاهان دارویی، یکی از منابع مهم تولید دارو هستند که بشر سالیان دراز، از آنها استفاده نموده است و در حال حاضر نیز نه‌تنها ارزش خود را در زمینة تولید دارو از دست نداده‌اند بلکه اهمیت آنها نیز فزونی یافته است. گیاهان دارویی به دلیل توأم بودن ماهیت طبیعی و وجود تركیبات همولوگ دارویی در آنها، با بدن سازگاری بهتری دارند و معمولاً فاقد عوارض ناخواسته داروهای شیمیایی هستند، به‌خصوص در موارد مصرف طولانی و در بیماری‌های مزمن، بسیار مناسب‌تر می‌باشند.
    - کشت سوسپانسیون سلولی

    بطور عمده كشت بافت گیاهی در مطالعه روند تكوینی، تغییرات فیزیولوژیكی و تهیه تركیبات بیوشیمیایی از سلول های گیاهی به كار می‌رود، می‌توان از این روش در جهت دستیابی به اهداف اقتصادی بهره گرفت بطوری كه با ریزازدیادی و تولید تركیبات آلكالوئیدی و یا فلاونوئیدی به وسیله سلول‌های منفرد و نوع خاصی از كشت، حجم وسیعی از نیازهای انسانی را برطرف كرد.
    - باززایی در شرایط آزمایشگاهی ( In-Vitro Regeneration )
    تکثیر گیاهان در شرایط آزمایشگاهی، روشی بسیار مفید جهت تولید داروهای گیاهی باکیفیت است. روش‌های مختلفی برای تکثیر در آزمایشگاه وجود دارد که از جملة‌ آنها، ریزازدیادی است. ریزازدیادی فواید زیادی نسبت به روش‌های سنتی تکثیر دارد. با ریزازدیادی می‌توان نرخ تکثیر را بالا برد و مواد گیاهی عاری از پاتوژن تولید کرد. گزارش‌های زیادی در ارتباط با بکارگیری تکنیک " کشت بافت " جهت تکثیر گیاهان دارویی وجود دارد.
    - تولید متابولیت‌های ثانویه از گیاهان دارویی در شرایط آزمایشگاهی

    با استفاد از کشت بافت می‌توان متابولیت‌های ثانویه را در شرایط آزمایشگاهی تولید نمود. لازم به‌ذکر است که متابولیت‌های ثانویه، دسته‌ای از مواد شامل اسیدهای پیچیده، لاکتون‌ها، فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌ها هستند که به‌صورت عصاره یا پودرهای گیاهی در درمان بسیاری از بیماری‌های شایع به‌کار برده می‌شوند.
    - استفاده از بیورآکتورها در تولید صنعتی متابولیت‌های ثانویه

    تولید متابولیت ثانویة گیاهی با خصوصیات دارویی در شرایط آزمایشگاهی، فواید زیادی در مقایسه با استخراج این ترکیبات از گیاهان، تحت شرایط طبیعی دارد. کنترل دقیق پارامترهای مختلف، سبب می‌شود که کیفیت مواد حاصل در طول زمان تغییر نکند. درحالی که در شرایط طبیعی مرتباٌ تحت تأثیر شرایط آب و هوایی و آفات است. تحقیقات زیادی در زمینة استفاده از کشت‌های سوسپانسیون و سلول گیاهی برای تولید متابولیت‌های ثانویه صورت گرفته است. از جمله ابزارهایی که برای کشت وسیع سلول‌های گیاهی به‌کار رفته‌اند، بیورآکتورها هستند. بیورآکتورها، مهمترین ابزار در تولید تجاری متابولیت‌های ثانویه از طریق روش‌های بیوتکنولوژیک، محسوب می‌شوند.
    - شناسایی دقیق گیاهان دارویی

    از نشانگرهای DNA می‌توان برای شناسایی دقیق گونه‌های گیاهان دارویی مهم، استفاده کرد. اهمیت استفاده از این نشانگرها، به‌ویژه در مورد گونه‌ها و یا واریته‌هایی که از لحاظ مرفولوژیکی و فیتوشیمیایی به هم شبیهند، دوچندان می‌شود.
    - اصلاح گیاهان دارویی

    اگرچه کاشت گیاهان دارویی به هزاران سال پیش باز می‌گردد ولی باید گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پیشرفت قابل ملاحظه‌ای صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتیوارهای مفید به‌دست آمده بر اثر اصلاح گیاهان دارویی اندک است. هدف از اصلاح گیاهان دارویی، افزایش کمیت و کیفیت آن دسته از مواد مؤثره در این گیاهان است که در صنایع دارویی از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در سال‌های اخیر توجه خاصی از جانب سازمان‌های مختلف در کشورهای جهان در ارتباط با اصلاح این گیاهان صورت گرفته است. در این رابطه، استفاده از نتایج حاصل از انگشت‌نگاری ( fingerprinting ) مولکولی گیاهان دارویی، می‌تواند محققین را در پیشبرد اهداف اصلاحی این گیاهان یاری نماید


    ج. ژنومیكس و كاربرد آن در كشاورزی

    پیدایش تكنیك PCR در اوایل دهه 80 میلادی و تكامل تدریجی آن به كمك ابداع ابزارها و وسایل نوین پیشرفته باعث گردید كه مفاهیم ژنومیكس، بیوانفورماتیك و پروتئومیكس در اواسط دهه 90 به عرصه بیولوژی مولكولی وارد شوند و بابهای جدیدی از كاربردهای بیوتكنولوژی نوین گشوده شود. مجموعه این دستاوردها موجب شد كه پایان قرن بیستم با اتمام پروژههای بررسی ژنوم چندین موجود و از جمله انسان، آرابیدوپسیس و برنج مصادف شود. وجود پروژه های تعیین توالی ژنوم تعدادی از موجودات زنده , اطلاعات بسیار زیادی را فراهم نموده اند که باعث ایجاد بخش جدیدی از مطالعات بیولوژی تحت عنوان Structural Genomics شده است. امروزه استفاده از تكنیك ها و فن آوری های جدید مانند cDNA, Real Time PCR و Oligonucleotide Microarray باعث دسترسی به اطلاعاتی در مورد چگونگی عملکرد ژن ها تحت عنوان Functional Genomics شده است. با توجه به وجود اطلاعات بسیار زیاد مربوط به ساختار و عملکرد ژن ها دربانک های اطلاعاتی, در حال حاضر این امکان میسر می باشد که نشانگرهای ساختاری و عملکردی ژنوم یك موجود زنده بر مبنای نشانگرهای ساختاری و عملکردی ژنوم سایر موجودات زنده شناسایی شوند. در سالهای اخیر تكنولوژی نشانگرهای DNA در گیاهان عالی به سمت آنچه از آن تحت عنوان نشانگرهای ملكولی مبتنی بر ترانسكریپتوم و دیگر توالیهای كد كننده نامیده می شود روكرده است. در این میان نشانگرهای عملكردی ژنوم (Genomic Functional markers) كه بر مبنای ظهور یك صفت در گیاه انتخاب می شوند در مطالعه تخمین تنوع ژنتیك، انتخاب به كمك نشانگر، بررسی ژنهای كاندیدای و همسانه سازی بر مبنای نقشه یابی، تعیین QTL ها و مطالعه فیلوژنتیكی و تاكسونومیكی مورد استفاده قرارمی گیرند. امروزه با تكمیل پروژه های ردیف یابی ژنوم در تعدادی از گیاهان, ESTs های (Expressed sequence tag sites) فراوانی برای مطالعه سایر گیاهان فراهم شده است. چنانچه یک EST با یک ژن مشخص همانندی قابل قبولی داشته باشد عملکرد بالقوه مشابهی برای آن EST در نظر گرفته می‌شود. پیوستگی نشانگرهای مبتنی بر EST ها با مقاومت/تحمل به تنشهای زیستی و غیر زیستی, موجب افزایش آگاهی مسیرهای بیوشیمیایی ژن های کنترل کننده مقاومت/تحمل و متراکم نمودن فاصله نشانگرهای احاطه‌کننده QTL های شناخته شده می شود. تولید نشانگرهای مبتنی بر عملکرد ژن اطلاعات دیگر نشانگرهای دی.ان.ا. مانند AFLP و SSRکه عمدتاً در نواحی غیر کد کننده قرار دارند را تکمیل نموده و نواحی کد کننده را نیز در نقشه‌های ژنتیک آشکار می‌کند. تكنولوژی ریز آرایه (Micoarray) امكان بررسی هم زمان هزاران EST را فراهم می سازد. بنابراین با گسترش اطلاعات EST ها در بانک های اطلاعات و استفاده همزمان از تکنولوژی ریزآرایه و تجزیه QTL امکان شناسایی و جداسازی ژن های کاندیدای مقاومت/تحمل به تنشهای زیستی و غیر زیستی میسر می شود. در حال حاضر نشانگرهای مولكولی ساختاری و عملکردی یك وسیله و ابزار مفید و دقیق میباشند كه روشهای مبتنی بر استفاده از آنها به عنوان مكمل روشهای سنتی و كلاسیك در سرعت بخشیدن به برنامه های بهنژادی، افزایش دقت و صرفه جویی در نیروی كار و هزینه ها نقش چشمگیری دارند.

    گزینش به کمک نشانگرهای مولکولی

    امروزه ردیابی صفات مطلوب و گزینش به کمک نشانگرهای مولکولی یا MAS (Markers Assisted Selection) از طریق تعیین پیوستگی (لینكاژ) آنها با صفات مهم زراعی (كمی و كیفی) امكانپذیر شده است. این موضوع، امكان گزینش سریع و دقیق ژنوتیپهای مطلوب را در مراحل اولیه رشد فراهم كرده و طول دوره بهنژادی را كوتاه مینماید. این مقوله به خصوص طی سالهای اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و موفقیتهای زیادی از قبیل تشخیص گیاهان مقاوم به یك آفت یا بیماری كه در برنامه های بهنژادی و اجرای مقررات قرنطینه نباتی اهمیت دارند، بدست آمده است. این جنبه كاربردی در گیاهان چندساله و به خصوص درختان كه اغلب طول دوره جوانی در آنها زیاد میباشد، اهمیت بیشتری دارد و باعث افزایش دقت و صرفه جویی در زمان، نیروی كار، هزینه ها و امكانات مزرعه ای میشود. شناسه های مولكولی (Molecular tags) برای بسیاری از صفات در گیاهان زراعی توسط انواع مختلف نشانگرهای مولكولی تهیه شده است. مثالهایی از پیوستگی نشانگرهای مولكولی بیوشیمیایی و دی-ان-آ برای برخی از صفات مهم در گیاهان مختلف از قبیل گوجه فرنگی، گندم، ذرت، جو، سویا، نخودفرنگی و برنج كه در انتخاب به كمك نشانگرها (MAS) قابل استفاده هستند وجود دارند. انتخاب به كمك نشانگرها به خصوص برای شناسایی صفات كمی و مقاومت گیاهان به آفات و بیماریها سودمند میباشد. اگرچه روشهای مرسوم (سنتی) برای ارزیابی مقاومت به آفات و بیماریها توانسته اند نتایج بسیار خوبی ارائه دهند ولی اغلب به هزینه و زمان زیاد نیاز دارند.
    مكان یابی / نشانمند كردن ژن های كنترل كننده در صفات پلی ژنیك

    پس از ابداع نشانگرهای ملكولی و كاربرد آنها در اصلاح صفات كمی، اصطلاح جدیدی بنام QTL یعنی مكانهای ژنی كنترل كننده صفات كمی جایگزین اصطلاح پلی‌ژن گردید. QTL ها به نواحی كروموزومی كنترل كننده صفات كمی اطلاق می‌شود كه ممكن است شامل یك ژن یا گروهی از ژنها با پیوستگی ضعیف یا پیوستگی شدید باشند. برخلاف نظریه پلی‌ژنتیك, QTL ها می‌توانند كوچك یا بزرگ اثر بوده و امكان برآورد سهم اثر QTL تنها در تغییرات فنوتیپی كل صفت وجود دارد. مكان‌یابی ژنها با استفاده از نشانگرهای مولكولی بر پایه فرض وجود عدم تعادل پیوستگی بین آللهای مكانهای ژنی نشانگر و آللهای QTLهای پیوسته به این نشانگرها استوار است. عدم تعادل پیوستگی را می‌توان بصورت پیوستگی غیرتصادفی آللهای مكانهای ژنی مختلف در یك جمعیت تعریف كرد كه علاوه بر پیوستگی فیزیكی بین مكانهای ژنی ممكن است توسط عوامل مختلفی مانند جهش، گزینش و رانده‌شدگی ژنتیكی نیز بوجود آید. در جمعیت های مصنوعی تقریبا تمام عدم تعادل از پیوستگی ژن ها می‌باشد. بنابراین كارایی این جمعیت ها در برنامه های مكان یابی ژن ها بیشتر از جمعیتهای طبیعی است. در مكان‌یابی ژن های كنترل كننده صفات كمی با استفاده از نشانگرهای مولکولی نیاز به 1) جمعیت های در حال تفکیک, 2) نقشه‏های ژنتیکی (پیوستگی) و 3) روشهای آماری تجزیه QTL جهت تعیین رابطه داده‌های ژنوتیپی و فنوتیپی می باشد.

    مكان یابی/ نشانمند كردن ژنهای كنترل كننده صفات یك یا دو ژنی

    با توجه به اینكه در مورد صفاتی با كنترل تك یا دو ژنی فنوتیپ به مقدار زیاد نشان دهنده ژنوتیپ است، از روش BSA جهت شناسایی نشانگرهای ملكولی پیوسته با ژنهای مقاومت استفاده می شود. گام اول در BSA, ارزیابی فنوتیپی جمعیت در حال تفرق (بعنوان مثال F2) و انتخاب حدود 15-10 فرد از دو انتهای توزیع فنوتیپی صفت برای ارزیابی های ژنوتیپی است. بدین ترتیب كه دی. ان. ا. بالك از هر گروه (گروه مقاوم و حساس) تهیه و برای بررسی با استفاده از نشانگر مورد استفاده قرار می گیرند. در صورتیكه الگوی تفرق نشانگری در دو توده با الگوی تفرق بیماری یكسان باشد، آن نشانگر دارای پیوستگی با ژن كنترل کننده بیماری می باشد. در BSA آزمون نسبت ها بر اساس آزمون X2 انجام می گیرد. استفاده از لاین های ایزوژن حاصل از تلاقی والدین مقاوم و حساس نیز برای مكان یابی ژن كنترل كننده بیماریهای تك ژنی استفاده می شود.


    د. فیزیولوژی گیاهی در كشاورزی

    مطالعه اعمال و وظایف موجود زنده, اندام­ها, بافت ها, اندامكها, سلولها و ملكولها در درون موجودات زنده را فیزیولوژی می­گویند. فرآیندهای فیزیولوژیك پویا بوده و سلولهای موجود زنده در پاسخ به محیطی كه در آن قرار دارند, از خود واكنش نشان داده و تغییر رفتار می دهند. هدف بسیاری از این واكنشها حفاظت و ایجاد ثبات محیط­های شیمیایی و فیزیكی درونی موجود زنده می باشد.
    مطالعه وظیفه, كار و ماموریت هر عنصر حیاتی, متاثر از ساختار و آناتومی آن عنصر است و این دو به طرز تفكیك ناپذیری متاثر از هم می باشند. بعد از كشف ساختار سلولی بافتها, دانش فیزیولوژی توسعه سریعی یافت و نقش حیاتی سلولها, بافتها و اندامها مشخص شد.
    فیزیولوژی گیاهی شاخه ای از علوم گیاهی است كه هدف كلی آن درك چگونگی حیات و نحوه عمل گیاهان است. هدف كلی این علم, کشف قوانینی است که بر تغذیه و رشد و نمو گیاه نظارت دارد، شناخت توانایی واقعی سلولها در انجام فعالیتهای بیولوژیک و همچنین اعمال روش­هایی که ظهور یکی از توانایی­های سلولی را امکان‌پذیر می‌سازد. فیزیولوژی گیاهی علاقمند به دانستن و روشن سازی تمام مبانی حیاتی گیاه است. با توجه به مشخصات كلی گیاه, جنبه های حیاتی آن به سه دسته كلی تقسیم می شوند كه عبارتند از:
    1. فیزیولوژی تغذیه و سوخت و ساز كه به جذب, تبدیل و پخش مواد, بین و درون سلولهای گیاه مرتبط است.
    2. فیزیولوژی رشد, نمو و تولید مثل .
    3. فیزیولوژی محیطی(Environmental physiology) كه در جستجوی دانستن چگونگی واكنش چند گانه گیاه به محیط اطراف خود است. قسمتی از علم فیزیولوژی محیطی كه با اثرات و سازگاری گیاه به شرایط نامساعد مرتبط است, فیزیولوژی تنش ها (Stress physiology)است.
    تحقیقات فیزیولوژی گیاهی در سطوح مختلف حیاتی گیاه و به روشهای مختلف انجام می گردد. سطوح اصلی عبارتند از: سطح مولكولی, سلولی, موجود زنده (گیاه كامل) و جامعه گیاهی.
    هدف تحقیقات در سطوح ملكولی دانستن فرآیندهای متابولیكی و تنظیمات آنها, و مكان یابی ملكولهای ویژه در ساختارهای خاص سلولی است. تحقیق در سطح سلولی اغلب با فرآیند های مشابه­ سطح ملكولی سرو كار دارد با این تفاوت كه به سلول به صورت یكپارچه توجه می شود . مطالعاتی كه در سطح موجود زنده (گیاه كامل) انجام می شود به عمل گیاه بطور یكپارچه توجه دارد. تحقیق در سطح جامه گیاهی, كه ارتباط تنگاتنگی با علم اكولوژی عملی (Experimental ecology) دارد, به بررسی پدیده هایی از فیزیولوژیكی گیاهی كه ممكن است با گونه غالب (مانند مزرعه ذرت) یا تعداد بی­شماری گونه متفاوت (مانند جنگل) ارتباط داشته باشد, می پردازد.
    مطالعه در سطح موجود زند, و با مقداری تعمیم در سطح جامعه, زمانی كه عوامل محیطی مانند نور, دما, آب و مواد غذایی زمانی قابل كنترل باشد, امكان پذیر خواهد بود. در این علم فرآینده ای اساسی مانند فتوسنتز, تنفس, تغذیه گیاهی, نقش هورمونهای گیاهی, سو گرایی (Tropism) , تحركات القایی (nastic movements), فتوپریودیسم, فتوموفوژنز, ریتمهای سیركادین, فیزیولوژی تنشهای محیطی, جوانه زنی بذر, خواب بذر, فعالیت سلولهای روزنه و تعرق ( هر دو قسمت­های از روابط آبی هستند) توسط فیزیولوژیست­ها مطالعه می­شوند.
    در سالهای اخیر با توجه به گسترده تر شدن حجم دانش, علم فیزیولوژی ملكولی خود به شاخه های جدیدی تقسیم شده است كه عمدتاً با پسوند آم(ome) و اٌمیكس(Omics) ختم می شوند. كلمات Ome و Omics از مشتقات پسوند] [–ome هستند كه با نام بسیاری از كلمات بیولوژیكی موجود پیوست شده تا نامهای جدیدی برای موضوعات تازه انتضاعی (ذهنی) یا مفاهیم عینی (محسوس) برای متون مختلف پدید آید. بعضی از اٌمیكس ها بخوبی پایه گذاری شده اند در حالیكه بسیاری دیگر در حال شكل­گیری و پایه ریزی می باشند. مجامع علمی دنیا این كلمات را با توجه با اینكه چگونه در متون علمی از آنها استفاده شود, بسرعت پذیرفته و ترد می­نمایند.
    متابولومیكس (Metabolomics)

    متابولومیكس یا آنالیز تمامی متابولیتهای سلولی, ابزاری جدید و قدرتمند برای ورود بیشتر به درون عرصه دانش بیولوژی مولكولی است. این شاخه از علوم بیولوژیك, به طور همزمان امكان نگرش سریع به تعداد زیادی از مولكول­های كوچك در درون سلول یا یك سیال زیستی را فراهم آورده, و تغییرات این مولكول ها را در شرایط مختلف نشان می دهد . بنابراین این دانش مكمل مهم و انكار ناپذیر مطالعات ژنومیكس و پروتئومیكس می باشد. نمایه متابولیكی یا Metabolic profiling نوعی از مطالعه است كه در زمینه سمیت و كارایی داروها در موجودات زنده مانند انسان و گیاه انجام می شود.
    متابولوم (Metabolome) عبارت از مجموعه كامل متابولیت­های كوچك مولكول (مانند متابولیت­های حد واسط, هورمونها و سایر مولكول­های انتقال پیام, و متابولیت­های ثانویه) است كه در درون یك نمونه بیولوژیك یافت می­شوند. متابولوم به مجموعه­ متابولیت های موجود در ارگانیزم­های بیولوژیكی اطلاق شده كه محصول نهایی تظاهر ژنها می­باشند. اطلاعات حاصله از mRNA در زمان تظاهر ژن ها و تجزیه و تحلیل های پروتئومیكسی تمامی داستان آنچه كه در سلول اتفاق می افتد را بیان نمی كند, ولی نمایه متابولیكی, قادر است حجم زیادی از اطلاعات را به طور آنی از فیزیولوژی سلول ارائه دهد. یكی از چالشهای سیستم بیولوژی اختلاط اطلاعات پروتئومیكس, ترانس كریپتو میكس و متابولومیكس جهت ارائه شمای كلی از آنچه كه در سلول می­گذرد, می باشد. این واژه متناسب با ترانس كریپتومیكس و پروتئومیكس ابداع شده است و همانند ترانس­كریپتوم و پروتئوم, متابولوم دینامیك بوده و لحظه به لحظه تغییر می كند. هرچند كه متابولوم به سرعت قابل ردیابی و شناسایی است, اما در حال حاضر تجزیه و تحلیل و شناسایی تمامی متابولیت­های موجود در یك نمونه بیولوژیك با یك روش تجزیه متابولومیكسی غیر ممكن است و مطالعات سیستماتیك برای ردیابی (انگشت نگاری متابولیكی) یك متابولیت خاص در روند فعالیت بیولوژیكی سلول الزامی است. این امر زمانی جدی­تر می­شود كه مطالعه از نوع" نمایه متابولیكی یا Metabolic profiling " باشد.
    واژه متابولومیكس در دهه 90 اختراع شد. در سال 2004 انجمنی به منظور توسعه این علم تشكیل شد. بسیار از روش­های تجزیه بیولوژیكی مورد استفاده در متابولومیكس, قبلاً از تكنیك­های بیوشیمیایی استخراج و برای مطالعات گیاهی و جانوری سازگار شده­اند.

    - كابردهای كلیدی متابولومیكس
    - سم شناسیToxicity) assessment/Toxicology (: ازنمایه متابولیكی می توان برای شناسایی تغییرات فیزیولوژیكی موجود زنده پس از قرار گرفتن در معرض سم, استفاده نمود.
    - ژنومیكس كاربردی (Functional genomics) : متابولومیكس می تواند یك بهترین ابزار ها برای شناسایی فنوتیپ­هایی باشد كه دست­ورزی ژنتیكی شده­اند, باشد. گاهی این امر خود می­تواند هدف اصلی یك تحقیق باشد. بطور مثال, شناسایی تغییرات فنوتیپی در گیاهانی كه برای مقاصد تغذیه­ای انسان یا دام دست ورزی ژنتیكی شده اند. جالبترین جنبه این مطالعات می تواند پیش بینی عمل و وظیفه ژن­های ناشناخته, بوسیله مقایسه اختلالات ایجاد شده در متابولیتها پس از حذف یا اضافه شدن یك ژن, باشد.
    امروزه با توجه به گسترش سریع دانش متابولومیكس شاخه های جدیدی از علم این منشعب شده است كه برای مثال می توان به دو علمی Glycomins یا Glicobiology و Lipidomics اشاره كرد.

    - گلایكو میكس یا گلایكو بیولوژی (or Glicobiology (Glycomins
    گلایكو­میكس بخشی از علم بیولوژی است كه ساختمان وعمل اٌلیگوساكارید ها (زنجیره قند ها) را بررسی می كند. واژه گلایكو میكس از پیشوند یونانی" گلایكو" به معنایی چیز شیرین یا شكر و اٌمیكس كه پسوند نشان دهنده شاخه ای از علو بیولوژیك است, ساخته شد است. این شاخه از مطالعات بیولوژیك, درگیر مجموعه ای از عوامل ذاتاً پیچیده است كه در هیچ شاخه­ایی از علوم بیولوژی دیده نمی­شود. بطور مثال, ساختمان ژن­ها از 4 بلوك اصلی تشكیل شده و تعداد این بلوك­ها در پروتئین ها به20 عدد می­رسد, در حالیكه ساكارید­ها, تعداد كثیری بلوك ساختمانی مختلف هستند. سرعت پیشرفت در گلایكو میكس با بهبود دستگاه های شناسایی توالی و علم بیوافورماتیكس شتاب بیشتری یافته است. این شاخه از علم بیولوژی, كاربرد بسیاری در تولید دارو و درمان بیماری­ها دارد.
    پس از پایه ریزی و قبول مفاهیم ژنومیكس و پروتئومیكس, شواهد نشان می­دهد كه شاخه دیگری از علوم, از دانش متابولومیكس منشعب شده كه با تكیه بر اساس مفاهیم ملكولی, فنوتیپ سلولی را تشریح می­كند؛ رشته ای از علم كه نشان می­دهد, چگونه طیف گسترده­ای از پلی ساكاریدها با دامنه وسیعی از پروتئینها ارتباط داشته و نحوه تاثیر آنها بر فنوتیپ سلول­ها, اثر متقابل سلول بر سلول, و سلول بر اندام چگونه است. این دانش در سال­های انتهایی قرن 20 میلادی پا گرفته و ارتباط تنگاتنگی با ژنومیكس پروتئومیكس دارد. مطالعه گلایكان­ها از مطالعه سیستم­های پیچیده و عالی زنده و یا توده های سلولی, تفكیك ناپذیر است؛ زیرا تمامی موجودات زنده از سلول­های مختلفی خود كه توسط انواع مختلف و ناهمسانی از كربوهیدارت­ها احاطه شده اند, تشكیل شده اند. اگرچه تحقیق بر روی گلایكان­ها بخاطر ضعف فناوری­های موجود در مقایسه با آنچه كه در خصوص DNA و پروتئین وجود دارد, بی نهایت مشكل است, با این حال روشهای نوینی نیز دراین عرصه پا به میدان گذاشته كه نمونه­ای از آن بیو-چیپ كه خود یك اٌلیگوساكارید اری (oligosaccharide arrays) یا گلایكو-چیپ (glyco-chips) است, می باشد.

    لیپیدومیكس (Lipidomics)
    لیپیدومكیس مطالعه بزرگ-مقیاس متابولیتهای غیر محلول در آب (لیپیدها) است. به عبارت دیگر این علم, شاخه­ای از دانش متابولومیكس است كه لیپید ها را شناسایی, طبقه بندی و نمایه سازی می­نماید. لیپیدومیكس نیازمند به نمایه سازی گروه كثیری از متابولیت­ها است. تاكنون بهترین روش اندازه گیری لیپیدها همان اسپكترومتری توده­ای است. ارتباط بین یافته­های این دانش با یافته­ها و دانسته­های فیزولوژیك, نقش تعیین كننده­ای در شناخت وظایف و عمل یك نوع یا گروه خاصی از لیپید­ها, ویا پروتئینهای متابولیز كننده لیپیدها ایفا كرده و در شناسایی ژنهای مرتبطه كمك شایانی می­نماید.
    این شاخه از علم پس از پیشرفت فناوری در زمینه MS خصوصاً ESI/MS یا Electrospray ionization mass spectrometry توسعه سریعی یافته است. در لیپیدوم سلولی بیش از 1000 نوع مختلف لیپید (بوك ساختمانی) شناسایی شده كه عمدتاً دارای یك سر قطبی و یك دم آبگریز هستند. با این حال سلول­ها, لیپیدها را بطور دقیق, عالی و اختصاصی شناسایی كرده و از هم تمیز می­دهند. وضعیت عملكردی لیپیدها توسط میزان تجمع موضعی شان در اندامكها, تجمع بین دولایه لیپیدی و حتی تجمع در سطح جانبی غشاء ها تعیین می­گردد.

    - هورمونهای گیاهی (Plant hormones)
    v گروه دیگری از متابولیت­ها كه نقش اساسی و تعیین كننده در رشد و نمو موجودات زنده بازی می كند, هورمونها هستند. واژه هورمون ریشه یونانی داشته و به معنی به حركت درآمدن می­باشد. هورمون­ها عبارتند از پیك های­ شیمیایی یك سلول (یا گروهی از سلولها) به سلول(های) دیگر. تمامی موجودات پر سلولی هورمون تولید می­كنند. هورمون­های گیاهی (یا تنظیم كننده های رشد گیاهی) مواد شیمیایی مترشح درون گیاهی هستند كه به منظور تنظیم رشد گیاه مورد استفاده قرار می­گیرند. بر اساس تعریف استاندارد, هورمونهای گیاهی مولكولهای پیام رسان هستند كه در یك مكان خاص در غلظت بسیار كم تولید شده و سبب بروز فرآیند­های مختلف در سلول­های هدف سایر قسمت­ها می­شود.
    هورمونها به پنج گروه اصلی تقسیم می­شوند كه عبارتند از auxin ها, cytokinin ها, ethylene ، gibberellin ها و abscisic acid (ABA) . به هرحال مطالعه رفتار فیزولوژیك گیاهان در شرایط مختلف رشدی بدون توجه به نوع پیامهای ارتباطی بین سلول­ها, پیشرفت محسوس نداشته و دلایل بروز تغییر در سلول­ها همواره ناشناخته خواهند مانند. بنابراین پرداختن به این بخش از دانش فیزولوژی امری اجتناب ناپذیر است.
    - آنزیم شناسی (Enzymology)
    باید به این نكته اشاره داشت كه تمامی متابولیت­های موجود در موجودات زنده چه تك سلولی و چه پر سلولی تنها درحضور آنزیمها تولید می­شوند . بنابر این هرگونه مطالعه در زمینه متابولیت­ها بدون توجه به آنزیم­ها و نحوه عمل آنها در شرایط مختلف پیشرفت چندانی نخواهد داشت. آنزیم شناسی بستر اصول پایه و رئوس مطالب جدید دانش آنزیم­ها است كه اخیراً بسرعت در حال توسعه و پیشرفت سریع می­باشد. آنزیم شناسی دانشی است كه تمامی جنبه های مربوط به آنزیم­ها شامل پراكنش, تولید, طبقه­بندی, ساختمان, كارایی, سازوكار عمل و كاربرد­های مختلف آن را بررسی می­كند.
    آنچه كه گفته شد نشان می­دهد كه تمامی مطالعات ژنومیكسی, ترانس كریپتو میكسی , پروتئومیكسی, متابولومیكسی (شامل, گلایكو میكس و لیپیدومیكس), هورمون شناسی و آنزیم شناسی, شاخه هایی از علم فیزیولوژی مولكولی می باشند. برقراری ارتباط بین یافته ها و داده های چنین شاخه های از علم كار بسیار پیچیده و مشكلی است كه تخصص خاص خود را می طلبد. جمع بندی داده ها و استنتاج كلی از نتایج در شاخه جدیدی از علم به نام System Biology انجام می شود.
    بنابراین در راستای پیشرفت كمی و كیفی پژوهشكده پیشنهاد می گردد كه در برنامه راهبردی, بخش فیزولوژی به سمت تحقیقات متابولومیكس گرایش یافته و بخش بیولوژی سیستم­ها راه اندازی شود. بدیهی لازمه این امر تجهیز بخش فیزولوژی به فناوری اسپكترومتری توده ای اعمم از GC/MS/MS , HPLC/MS/MS و سیستمهای تكمیلی, ESI/MS/MS و نهایتاً NMR می باشد.

    ه. پروتئومیكس و كاربردهای آن در كشاورزی

    در سال های اخیر با كمك ابزار های مولكولی امكان پژوهش در سطح سلولی و مولكولی برای فهم مكانیزم ها و روابط بین عوامل مختلف دخیل در آنها مهیا شده است. علاوه بر بررسی های ژنومیك كه عمدتا روی اسید نوكلئیك صورت می گیرد مطالعه در سطح پروتئین برای شناسایی پروتئین های دخیل در فرایند های نموی و مكانیزم های تدافعی در برابر عوامل تنش زای محیطی نیز قابل توجه است.
    در سال 1996 ، گروهی از پژوهشگران عبارت پروتئوم (proteome) را برای پروتئین‌های بیان شده توسط ژنوم بكار بردند. كه اشاره به كل پروتئین‌های بیان شده در یك سلول، بافت، یا جاندار دارد. مطالعه پروتئوم و تغییرات آن در محیط و در طی فرایند رشد و نمو را پروتئومیكس می‌نامند که امروزه جایگاه خاصی یافته است چرا كه این پروتئین بیان شده توسط ژن است كه در نهایت مسئول تمام فرایندهای سلول است و پیش بینی ساختار، عمل و فراوانی آن از روی اطلاعات ژنوم یا ترانسكریپتوم دقت كافی را ندارد. از طرفی بسیاری از فعالیت‌های سلول در نتیجه اثر متقابل پروتئین‌ و پاسخ آنها به علایم داخلی و خارجی و یا تغییرات پس از ترجمه ناشی می‌شوند كه مطالعه آنها تنها در سطح پروتئین‌ها امكان پذیر است.

    - پروتئوم گیاهان تحت تنش های شوری و خشكی
    در ایران اراضی تحت تاثیر شوری در حدود 15%‌ تخمین زده می شود (24500 كیلومتر مربع) كه بیشتر آنها در مناطق خشك و نیمه خشك كشور قرار دارد. بنا بر گزارش FAO، در سال 2001-2000 خشکی بر روی حدود 35 میلیون نفر در ایران اثر گذاشته است.مقابله با این تنش ها مستلزم بکارگیری راهکارهای مختلفی از جمله بهبود زیر ساخت های، استفاده بهینه از منابع آب و خاک و اصلاح نبات نام برد. در این میان اصلاح گیاهان برای افزایش مقاوت تنشها یكی از موثرترین روشهای مقابله می باشد. با این وجود، روشهای اصلاحی سنتی برای رسیدن به این هدف با مشكلات بسیاری روبرو بوده و روند آن كند می‌باشد كه بخش عمده آن به پیچیدگی مکانیسم های مقاومت و تعداد بسیار زیاد ژنهای دخیل در آن برمی‌گردد. اگر چه انتخاب بر اساس صفات مرفولوژیك و فیزیولوژیك از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است اما در مورد صفات پیچیده‌ای همچون مقاومت به شوری و خشکی، نیاز به استفاده از ماركر‌های مولكولی برای غلبه بر پیچیدگی مكانیسم‌های مربوطه الزامی می‌باشد. امروزه تلاش زیادی به نقشه یابی جایگاهای كنترل‌كننده صفات كمی یا QTL(Quantitative Trait Loci) در جریان است تا بتوان با استفاده از آنها در انتخاب به كمك ماركرها یا MAS (Marker Assisted selection) كارآیی و سرعت انتخاب را بالا برد. راهكار QTL، علی‌رغم چشم‌اندازهای روشن و كاربردهای آن، خود دچار محدودیت‌هایی است كه از آن جمله می‌توان به كوچك بودن اثرات QTLها و genetic drift ناشی از فاصله ماركر با ژن اشاره نمود. بخش عمده‌ای از این محدودیت ها به عدم شناخت ما از ژنهای دخیل در پاسخ گیاهان به تنش برمی‌گردد. عرصه‌های جدید پروتئومیكس (proteomics) با قابلیت ایجاد حجم بسیار زیاد اطلاعات، در تركیب با روشهای نوین ژنومیكس و بیوانفورماتیك، امكان شناسایی مكانیسم‌ها و ژنهای دخیل در پاسخ این گیاهان به تنش‌ها را فراهم می‌سازد.
    توان بالای در تفكیك پروتئین‌ها این امكان را فراهم می‌سازد كه انواع تغییرات كیفی (بودن یا نبودن و یا تغییر مكان) و كمی (افزایش یا كاهش بیان) پروتئین در شرایط تنش و بدون تنش و در گیاه مقاوم و حساس مطالعه شود. تركیب این الگوی بیانی با داده‌های MS اطلاعات بسیار با ارزشی از مكانیسم‌های دخیل در پاسخ گیاه به تنش را فراهم می‌سازد. اثر تنش شوری بر روی پروتئوم برگ و ریشه برنج مقاوم و حساس به شوری مطالعه شده است. اثر تنش خشكی و بازیافت پس از تنش نیز در دو رقم برنج CT9993 (برنج upland با ریشه‌های عمیق) و IR62266 (برنج lowland با ریشه‌های كم عمق) و چغندرقند با استفاده ازالكتروفورز دوبعدی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. اجزاء عملکرد یعنی تعداد خوشه در واحد سطح تعداد دانه در هر خوشه و وزن متوسط هر دانه در این مراحل تحت تأ ثیر قرار می گیرند. تنشهای محیطی در مرحله زایشی یكی از عوامل اصلی كاهش عملكرد در گیاهان است. اگرچه منابع نسبتا زیادی در ارتباط با بررسی پروتئوم گیاهان تحت تنشهای غیرزنده وجود دارند، منابع بسیار اندکی بر روی شناسائی پروتئوم گیاهان در مرحله زایشی وجود دارند
    انواع پروتئین های و مکانیسم های پاسخ دهنده به خشکی و شوری شناسایی شده اند (جدول 7). اکثر پروتئین های شناسایی شده در این مطالعات در سم زدایی رادیکالهای اکسیژن، سنتز پروتئین، متابولیسم، سیگنال ترانسداکشن، کنترل بیان و ترجمه نقش دارند.
    مسیر شناسایی ژن تا اصلاح نباتات مولکولی را می توان به سه مرحله تقسیم نمود: شناسایی ، تایید (Validation)و استفاده در اصلاح نباتات. همانگونه که در این مقاله بحث شد، پروتئومیکس می تواند ابزاری قوی برای شناسایی ژنهای کاندیدا مقاومت به تنش باشد. مطالعات ما و سایر محققان نشان می دهد که بخشی از این ژنهای کاندیدا در میان گیاهان مختلف مشابه هستند. در صورت اثبات ارتباط این ژنها با مقاومت می توان راهبرد مشترکی را برای اصلاح این گیاهان در نظر گرفت. گروه دیگری از ژنها اختصاص به گیاه و یا تنش خاص دارند، در صورت اثبات ارتباط این ژنها با مقاومت می توان از آنها برای هرم سازی ژنی (gene pyramiding) برای افزایش مقاومت به تنش استفاده نمود.
    تایید ژنهای کاندیدا مقاومت از مهم ترین مراحل مسیر شناسایی ژن تا اصلاح نباتات مولکولی می باشد. راهکارهای مختلفی می توانند در این مرحله به کار گرفته شوند که از آن میان می توان به آزمون ژنهای کاندید در جمعیت های در حال تفرق، دستکاری ژنی و مطالعه جهش یافته ها نام برد. هم اکنون، موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی با همکاری سایر موسسات در حال توسعه جمعیت های در حال تفرق برای برخی از گیاهان مهم می باشد مه پس از ارزیابی والدین، نتاج آنها نیز آنالیز بیان شوند. همچنین راهکار انتقال ژن برای تایید بطور جدی در حال بررسی و پیگیری می باشد. راهکار مقایسه پروتئوم نیز می تواند در این مرحله مفید باشد زیرا بر طبق گستردگی و نحوه بیان ژنهای کاندید، می توان لیست تهیه شده برای تایید را تا حد ممکن کوچکتر نموده و بدین ترتیب در وقت و هزینه بالای مرحله تاییأ صرفه جویی نمود.
    در انتها امید است که پس از طی مراحا فوق بتوان ژنهایی را برای بکار گیری در اصلاح نباتات مولکولی از طرق MAS و انتقال ژن معرفی نمود.((دانلود ))


  2. 3 کاربر از پست مفید moji5 سپاس کرده اند .


  3. #2
    کـــــــاربر فــــعال
    رشته تحصیلی
    computer
    نوشته ها
    8,619
    ارسال تشکر
    6,947
    دریافت تشکر: 11,496
    قدرت امتیاز دهی
    154
    Array

    پیش فرض پاسخ : اهمیت زیست فناوری در کشاورزی

    - پروتئومیكس گیاهان جهش یافته و تراریخته
    الكتروفورز دو بعدی می‌تواند روشی بسیار ارزشمند برای ارزیابی بیان پروتئین در گیاهان جهش یافته و تراریخته باشد كه در آن می‌توان اثرات پلیوتروپی ژن و تاثیر آن بر بیان سایر ژنها را بررسی نمود. بدین ترتیب این امکان وجود دارد که به مکانیسم های مرتبط به فنوتیپ های مورد نظر دست یافت.

    - پروتئومیكس بذر و میوه
    مطالعه پروتئوم بذر با توجه به نقش آن در کیفیت محصول از اهمیت خاصی برخوردار است. در این زمینه می توان به مطالعات انجام شده بر روی پروتئوم بذر گندم اشاره نمود در حال حاضر پروژه های مختلفی در دنیا در زمینه شناسایی مکانیسم های کنترل کننده کیفیت، طعم و بوی میوها در جریان است. اطلاعات بیشتر در این زمینه می تواند به اصلاح نباتات کمک فراوانی نماید.


    - پروتئومیكس میكروبی
    پروتئومیكس به عنوان ابزاری برای شناسایی مكانیسم­های دخیل در تولید محصولات میكروبی مهم نظیر آنتی­بیوتیك­ها بكار می­رود. با شناسایی این مكانیسم­ها، این امكان وجود دارد كه با دستكاری ژنهای مهم و كلیدی، بتوان در جهت افزایش محصول، ژنها را دستكاری نمود. همچنین به جهت شناسایی مكانیسم­های مقاومت به شرایط بد محیطی نظیر شوری بسیار زیاد، مطالعات میكروبی می­تواند بر اطلاعات ما در این زمینه بیافزاید. میكروبهای تولید كننده محصولات خوراكی نیز می­تواند یكی دیگر از اهداف پروتئومیكس میكروبی باشد
    .
    - پروتئومیكس جانوری
    در این زمینه مطالعاتی بر روی چند هدف متمركز شده است كه می­توان اهداف ده ساله پروتئومیكس را نیز به آن معطوف نمود.
    مطالعه سمومی كه می­تواند برای تولید واكسن نیز كمك نماید و یا ارزش تجاری بالایی دارد نظیر سموم عقرب یا مار، مطالعه كیفیت محصولات دامی از نظر پروتئین­های بیان­كننده، شناسایی ماركرهای پروتئینی برای بیماریهای مهم دام

    - پروتئومیكس محصولات باغی
    به غیر از پروتئومیكس میوه كه قبلا" در مورد آن بحث گردید، مطالعه پروتئوم مواد غذایی باغی كه عامل ایجاد آلرژی می­باشند می­تواند نقش مهمی در شناسایی عوامل آلرژی­زا داشته باشد. همچنین پروتئومیكس می­تواند به عنوان ابزاری برای شناسایی مكانیسم­های مولكولی بیان محصولات باغی به تنش­های محیطی به كار ­رود. در كل به نظر می­رسد كه پروتئومیكس میوه ( بررسی كیفیت) احتمالا" مهمترین بخش فعالیت­های كاربردی پروتئومیكس محصولات باغی باشد.

    - بیوانفورماتیك
    در زمینه بیوانفورماتیك در كشور مطالعات بسیار اندكی صورت گرفته است. آنچه به نام بیوانفورماتیك در ایران مرسوم است مسئله استفا ده از سایتهای جستجو و بسته های نرم افزاری مربوط به بیولوژی مولكولی است. لذا بدین جهت اطلاعات ارایه شده بسیار محدود و تنها در زمینه آنالیز كلاستر در بیان ژن یك ثبت وجود دارد. دیگر مطالب ارایه شده بیشتر جنبه مروری داشته تا تحقیقی و بدلیل كمبود محقق در این زمینه كاملا مطالب منتشره محدود و بدون داوری مناسب می باشد. در این زمینه كار های زیر قابل اشاره است.
    - DNA computing
    - شبیه سازی دی ان آ-كامپیوتر به كمك تكنیكهای بیوانفورماتیك و شبكه عصبی فازی
    - Perl پل ارتباطی كامپیوتر-بیوتكنولوژی
    - كاربرد كامپیوتر در بیوتكنولوژی
    - آنالیز كلاستر الگوی بیان ژنهای پاسخگو به شوری
    - ابزارهای بیوانفورماتیك و راهنمای طراحی پرایمر در تكنیكهای مبتنی بر PCR
    - كاربرد سیستمهای چند عاملی در بیوانفورماتیك


    و. بیوتكنولوژی و كاربرد آن در جنگلها و مراتع

    اكثر كاربردهای بیوتكنولوژی در خصوص گیاهان زراعی و باغی، در مورد منابع طبیعی و جنگلها و مراتع نیز كاربرد دارند، كه از آن قبیل می توان به استفاده از نشانگرهای مولكولی در شناسایی تنوع و شناسنامه دار كردن گونه های بومی، كشت بافت و تولید متابولیت های ثانویه، استفاده از تكنیكهای ژنومیكس و پروتئومیكس در اصلاح این قبیل درختان و همچنین مهندسی ژنتیك آنها برای مقاومت به آفات و بیماری ها و تنش های غیر زیستی اشاره نمود.



    ز. مهندسی ژنتیك و اهمیت آن در كشاورزی:

    مقدمه
    در طول تاریخ اصلاح نباتات، به منظور ایجاد تركیبات جدید ژنتیكی جهت اصلاح ارقام زراعی، همواره از فناوری های جدید بهره گرفته شده است. این فناوریها شامل: دستورزی مصنوعی تعداد كروموزوم و ایجاد لاین های جدید دارای كروموزوم های خاص، استفاده از تیمار های شیمیایی و تابشی جهت القای جهش و نوآرایی های كروموزومی، روش های كشت سلول و بافت (مانند نجات جنین[1]، تولید درون شیشه ای و الحاق پروتوپلاستی جهت ایجاد هیبرید های بین گونه ای و بین جنسی) می باشد. تمامی این روشها سعی داشته اند كه با اصلاح ژنتیكی، محصولات را به منظور سازش های محیطی، مقاومت به آفات و بیماریها و كیفیت خاص مورد تقاضای كشاورزان، صنایع و مصرف كنندگان تغییر دهند.
    تا چند دهه قبل، اصلاح نباتات تنها با استفاده از روش های سنتی انجام می گرفت كه در زمان خود روشی بسیار كارآمد بوده و امروزه هم در برخی موارد بسیار كارا می باشد. اما با افزایش روز افزون جمعیت، به منظور دستیابی سریع به ارقام جدید نیاز به روش های اصلاحی جدید بیش از پیش احساس می شود. جمعیت جهان در سال 2000 میلادی به بیش از 6 میلیارد نفر رسید و تصور می شود در سال 2025 میلادی تقریباً به 5/8 میلیارد نفر برسد. بنابراین، برای تأمین نیاز های غذائی این جمعیت در حال افزایش، میزان تولید غذا در سال 2025 میلادی باید 50% افزایش پیدا كند. لذا نیاز به ارقام زراعی با تولید بالاتر، بیش از پیش احساس می شود. در طی چند دهه گذشته پیشرفت های بسیاری در زمینه افزایش تولید محصولات در سراسر جهان صورت گرفته است. آنچه مسلم است، بهره گیری از علوم و فناوری های جدید در جهت رفع نیازهای بشری همواره مورد توجه بشر بوده است. در این راستا، استفاده از روش های نوین (مانند بیوتکنولوژی) كه باعث كاهش زمان دستیابی به اهداف مورد نظر می شوند، در عرصه کشاورزی می تواند کمک فراوانی به حل مشکلات کشاورزی سنتی و نیازهای غذایی جامعه بشری بنماید.
    پیشرفت های علمی در بیولوژی سلولی و مولكولی امروزه در اوج خود در مهندسی ژنتیك نمود پیدا كرده است. زیست فناوری یا زیست فناوری مدرن با استفاده از روش های نوین مهندسی ژنتیك تحولی عظیم در كشاورزی، پزشكی، صنایع غذائی، صنعت و ... فراهم كرده است. در كشور های پیشرفته و كشور های در حال توسعه سالانه میلیاردها دلار صرف این فناوری می شود كه در قبال این سرمایه گذاری سود فراوانی نصیب این كشورها می شود. در كشور ما هم تحقیقات گسترده ای در دانشگاهها، مراكز و موسسات تحقیقاتی در این زمینه در حال انجام است كه در برخی موارد پیشرفت های چشمگیر و كم نظیری داشته است.
    پیشرفت های جدید در زمینه زیست شناسی سلولی و مولكولی راهی نوین در زمینه تولید گیاهان تراریخته[2] فراهم كرده است. این محصولات كه به محصولات زراعی تغییر ژنتیك یافته(GM Crops)[3] یا تراریخته معروفند به سرعت در حال گسترش هستند. گیاهان تراریخته بطور كلی به گیاهانی اطلاق می شوند كه با استفاده از روش های نوین مهندسی ژنتیك، ژن یا ژن هایی را از سایر منابع ژنتیكی (باكتریها، جانوران، انسان و سایر گیاهان) دریافت کرده اند. این گیاهان معمولاً با اهدافی مانند افزایش مقاومت به آفات و بیماریها، افزایش مقاومت به تنش های غیر زیستی مانند خشكی، شوری، سرما، بهبود كیفیت غذائی، افزایش تولید محصول، تولید واكسنها و آنتی بادی های گیاهی، افزایش تولید متابولیت های خاص و ... ایجاد شده اند. مهندسی ژنتیك امكاناتی را فراهم كرده است كه تا قبل از ظهور آن شاید تصور آن هم ممكن نبوده است. شاید یكی از دلایل نگرانی عامه مردم از موجودات حاصل از مهندسی ژنتیك همین امر باشد. چون محققان در عرض چند سال به فناوری ای دست پیدا كرده بودند كه می توانستند ژنها را از هر موجودی به موجود مورد نظر خود منتقل نمایند و پذیرش این امر چندان ساده نبود كه افراد از فراورده هائی استفاده كنند كه ژنی از باكتری یا جانور در آن وجود داشته باشد. شاید هم در بین عموم تصوراتی نه چندان منطقی و درست وجود داشته باشد که با انتقال ژن باكتری به گیاه خاصیت بیماری زائی یا سایر خصوصیات آن هم به گیاه منتقل می شود. در حالی كه در اغلب موارد چنین تصوراتی نادرست بوده و بیشتر به دلیل نا آگاهی و یا اطلاع نادرست از این فناوری به ذهن خطور می نماید.




    كاربرد های مهندسی ژنتیك‌ در كشاورزی‌
    مهندسی ژنتیك كشاورزی امروزه گسترش زیادی یافته و جنبه های كاربردی فراوانی پیدا نموده است و پیش بینی می شود كه در سال های آینده كاربرد های جدیدی هم پیدا كند. در ادامه برخی از جنبه های كاربردی مهندسی ژنتیك در زمینه علوم گیاهی و كشاورزی به اختصار معرفی می شود.

    گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ آفات و بیماریها
    یكی از چالشهائی كه كشاورزان همواره با آن مواجه اند خسارت ناشی از آفات و بیماریها بر تولیدات كشاورزی می باشد. روش مرسوم مبارزه با این عوامل خسارت زا استفاده از سموم شیمیائی است. این روشها ضمن اینكه هزینه فراوانی بر كشاورز تحمیل می كنند صدمات جبران ناپذیری هم بر محیط زیست وارد می نمایند. در ضمن كارائی استفاده از‌ این‌ مواد شیمیایی‌ نیز به دلیل‌ ایجاد مقاومت‌ حشرات‌ در برابر سموم‌ به مرور پایین‌ آمده‌‌ و به همین‌ خاطر نیاز به‌ تعویض‌ مكرر این‌ آفت‌كش‌ها وجود دارد.
    امروزه با استفاده از مهندسی ژنتیك، ژن های مقاومت به آفات و بیماریها از منابع ژنتیكی مختلف جدا شده و به گیاهان منتقل شده اند. بدین ترتیب ضمن افزایش مقاومت گیاهان در مقابل آفات و بیماریها از خطرات زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویه سموم شیمیائی هم كاسته شده است. از جمله مهمترین این محصولات می توان به پنبه و ذرت مقاوم به آفات اشاره نمود كه با دریافت ژن مقاومت از یك باكتری خاكزی بنام باسیلوس تورینجینسیس (Bt)[4] در مقابل آفاتی مانند كرم غوزه پنبه و كرم ساقه خوار ذرت مقاوم شده اند. این محصولات جدید كه به محصولات بی تی[5] معروفند امروزه سطح وسیعی از مزارع دنیا را به خود اختصاص داده و بسرعت در حال گسترش هستند. البته گیاهان دیگری مانند سیب زمینی، برنج، كلزا و ... مقاوم به آفت هم تولید شده اند.
    بیماری های‌ ویروسی‌ و قارچی هم از جمله عواملی هستند كه ضمن ایجاد خسارت به‌ محصولات‌ كشاورزی‌ مانع‌ كشت‌ آنها در بسیاری‌ از شرایط‌ آب‌ و هوائی‌ می‌شوند. با وارد‌ كردن‌ برخی‌ ژن های‌ گیاهان‌ مقاوم‌ به گیاهان‌ حساس‌ مانند ژن های‌ كیتنیاز و 1 و 3 بتا-گلوكاناز كه‌ باعث‌ تخریب‌ دیواره‌ پلی‌ساكاریدی‌ قارچ های‌ بیماریزا‌ می‌شوند زیست فناوری ستها به‌ گیاهانی‌ دست‌ یافته‌اند كه‌ مقاوم‌ به‌ قارچ های‌ بیماریزا می‌باشند.
    همچنین‌ با وارد كردن ژن های مربوط به پروتئین های پوششی ویروسها به گیاهان امكان تولید گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ ویروس‌ نیز فراهم شده است. روش های‌ مبارزه‌ بیولوژیك‌ بسیار متعدد و متنوع‌ بوده‌ و موارد بالا تنها مثالهائی‌ از این‌ دست‌ می‌باشند.


    گیاهان‌ مقاوم‌ به‌ علف‌كش
    روش های‌ رایج‌ مبارزه‌ با علف های‌ هرز چندان انتخابی‌ نیست‌ و علف‌كشها در موارد زیادی‌ علاوه‌ بر نابودی‌ علفها به‌ گیاهان‌ زراعی‌ نیز آسیب‌ می‌رسانند. به عنوان‌ مثال،‌ گلیفوسیت[6] كه‌ یك‌ علف‌كش‌ با كارایی بالاست،‌ می‌تواند گیاهانی‌ كه‌ دارای‌ مسیر متابولیكی‌ شیكیمات هستند را نیز نابود كند. به همین‌ منظور دانشمندان مهندسی ژنتیك با وارد كردن‌ ژن‌ مقاومت به‌ گلیفوسیت‌ (EPSP سنتتاز) به‌ گیاهانی‌ مانند چغندرقند، سویا، پنبه‌، گوجه‌فرنگی‌ و تنباكو آنها را در برابر علف‌كشها مقاوم‌ كرده‌اند. از مهمترین گیاهان تراریخته مقاوم به علف كش كه امروزه سطح وسیعی از زمین های زراعی را به خود اختصاص داده اند می توان به سویا و كلزا و ذرت و پنبه مقاوم به علف كش اشاره نمود.

    گیاهان‌ متحمل به تنش های غیر زیستی‌
    تنش های غیر زیستی از جمله خشكی، شوری و سرما اولین عامل كاهش محصول در دنیا بوده و در اغلب محصولات مهم زراعی باعث كاهش شدید تولید می شود (Bray و همكاران، 2000). خشكی و شوری در بسیاری از مناطق مشاهده می شود و پیش بینی می شود كه تا سال 2050 بیش از 50% زمین های قابل كشت دچار مشكل شوری شوند.
    با وجودی كه در حال حاضر غذای كافی برای جمعیت جهان وجود دارد ولی باز هم بیش از 800 میلیون نفر در جهان دچار سوء تغذیه و فقر غذائی هستند. رشد 50 درصدی جمعیت انسانی از سال 2001 تا سال 2050 به این معنی است كه اگر هدف ایجاد امنیت غذائی برای مردم ، به طور جدی دنبال شود می بایست میزان تولیدات محصولات كشاورزی نیز بیش از 50 درصد افزایش یابد.
    با توجه به پیچیدگی صفت مقاومت به تنش های غیر زیستی در گیاهان، استفاده از روش های مهندسی ژنتیك یكی از گزینه های موجود جهت افزایش تحمل گیاهان به این تنشها می باشد. ژن های متعددی جهت تولید گیاهان متحمل به شوری به كار گرفته شده اند كه در بسیاری از موارد موفقیت های چشمگیری هم داشته است. در این راستا محصولاتی مانند برنج، گندم، ذرت و ... به منظور افزایش مقاومت به تنش های شوری، خشكی و سرما با استفاده از ژن های مختلفی تراریخته شده اند.


    گیاهان تراریخته و محیط زیست
    از گیاهان تراریخته می توان به منظور پاكسازی زمینها از آلودگی های طبیعی یا مصنوعی[7] حاصل از فعالیت های صنعتی یا سایر فعالیتها بهره گرفت. ازجمله این موارد می توان از صنوبر زرد (Liriodenedron tulipifera) مقاوم به یون های جیوه، خردل متحمل به كادمیوم، توتون با قدرت حذف آلودگی های هیدروكربنی و درختانی كه با افزایش بیان نیترات ردوكتاز قادر به پاكسازی اكسید های نیتروژن موجود در مناطق شهری هستند، اشاره نمود.

    زیست توده[8] و سوخت
    استفاده از درختان سریع الرشد (مانند صنوبر و اوكالیپتوس) به عنوان منبع تغذیه مراكز تولید انرژی و یا تولید سایر سوختها مانند اتانول هم از جمله کاربردهای بیوتکنولوژی در صنعت می باشد. از جمله این موارد می توان از گیاهانی نام برد كه ژن های سلولز سنتاز را در خود بیان می كنند و یا با بیان ژن های سلولاز با عث تبدیل سلولز به اتانول می شوند. البته در صنایع كاغذ سازی هم با هدف سهولت تهیه خمیر كاغذ، دست به تغییرات ژنتیكی درختان زده اند.

    تولید پلاستیك های تخریب پذیر
    در چند سال گذشته توجه زیادی به مسئله استفاده از گیاهان برای تولید تركیبات پلیمری مانند كربوهیدراتها و پلاستیك های زیست تخریب پذیر صورت گرفته است. از تركیبات دسته اول می توان از شیرین كننده های غیر كالریزا مانند فروكتان هائی كه امروزه در رقم چغندر قند تراریخته تولید می شوند، نام برد. از گروه دوم می توان به پلی هیدروكسی آلكانونها (PHA) (پلی استر های 3- هیدروكسی اسیدها) اشاره نمود. اولین PHA تولید شده در گیاهان، هوموپلیمر پلی هیدروكسی بوتیرات (PHB) (تركیبی مشتق از استیل كوا) می باشد كه در چند اندامك سلولی مانند سیتوپلاسم، پلاستیدها و پراكسی زومها تولید می شود. شركت مونسانتو هم گیاهان كلزای تراریخته ای تولید كرده است كه PHB را در لوكوپلاست های جنین های در حال تشكیل به میزان بیش از 8% وزن خشك بذر رسیده تولید می نماید. تولید این پلیمر در پنبه و ذرت هم صورت گرفته است.

    تولید ترپنوئیدها
    اسانسها از جمله تركیبات ارزشمند مشتق شده از گیاهان هستند كه در چاشنی، تولید عطر و پزشكی مورد استفاده می باشند. كیفیت معطر بودن آنها مربوط به مونوترپنها و تا حدی سزكوئی ترپنها (هردو از گروه تركیبات ایزوپرنوئیدی با ساختمان های متفاوت هستند) می باشد. ارزش تجاری بالای این تركیبات برای فراورده های خام آنها حدود 160 میلیون دلار است كه می تواند در نتیجه فراوری مشتقات حاصل از آن به 5/5 میلیارد دلار برسد. اطلاعات كمی در زمینه كنترل ژنتیكی مسیر های متابولیكی این تركیبات وجود دارد اما بسیاری از ژن های این مسیر شناسائی شده اند. تغییر مسیر های بیوسنتزی این تركیبات به منظور تولید گروه خاصی از آنها و همچنین افزایش تراكم کرک های غده ای (تولید كننده این تركیبات) در برخی از گیاهان از اهداف مهندسی ژنتیك در این زمینه است. بنابراین، در آینده نزدیك گستره ای از فراورده های تراریخته ایجاد خواهند شد كه واجد تركیبات مورد نظر بوده ویا فاقد تركیبات ناخواسته خواهند بود.

    مصارف خانگی
    ازجمله محصولات غیر غذائی كه مهندسی ژنتیك در آن زمینه وارد عمل شده و احتمالاً جالب ترین آنها، پنبه است. جدای از ارقام مقاوم به علف كش و آفات كه امروزه بطور گسترده ای در بسیاری از كشورها زیر كشت هستند، تحقیقات دیگری هم در این گیاه در دست انجام است. از جمله این موارد می توان به تولید فیبر های رنگی با وارد كردن ژن های مربوطه تحت كنترل پیشبر اختصاصی فیبر و همچنین سنتز پلاستیك هائی مانند پلی هیدروكسی بوتیرات در این سلولها اشاره نمود. فیبر های رنگی، نیاز به رنگ آمیزی پنبه را كه فرایندی مخرب برای محیط زیست است برطرف می كند. فیبر های حاوی پلاستیك هم ویژگی های دمائی (گرمائی) را با افزایش حفظ گرما و كاهش هدایت گرمائی بهبود می بخشد و می تواند در عایق سازی البسه بكار گرفته شود.

    گیاهان باغی/زینتی
    اگرچه گل های تراریخته از سال 1996 بطور تجاری در دسترس قرار گرفته اند، ولی این زمینه از تولید گیاهان تراریخته اغلب نادیده گرفته شده است. اولین نوع از این گیاهان یك نوع میخك ارغوانی[9] است كه با وارد كردن ژن های رمز كننده فلاونوئید 3، 5- هیدروكسیلاز و دی هیدرو فلاونول 4- ردوكتاز به ارقام میخك سفید بدست آمده است. این واریته تراریخته جدید نسبت به نوع سفید رنگ، دلفنیدین بیشتری دارد. علاوه بر این، میخك هائی با طول عمر بیشتر (با تنظیم كاهشی[10] آنتی سنس یك ژن بیوسنتز كننده اتیلن) هم ایجاد شده اند. تولید اولین رز آبی در دنیا با القای تولید دلفنیدین در این گیاه هم اخیراً تحقق یافته است. تحقیقات بسیاری در این زمینه در حال انجام است و امید می رود كه در آینده نزدیك گل هائی با رنگ های متنوع به بازار عرضه گردند.

    غذا و نوشیدنی ها
    تركیبات پروتئینی: تغییر كیفیت پروتئینی یك محصول می تواند با تغییر تركیب آمینو اسیدی پروتئین به منظور بهبود ارزش آن و یا با افزودن كامل یك پروتئین جدید (با تنظیم پائین دستی پروتئین موجود) حاصل شود. به عنوان مثال می توان از افزایش مقدار آمینواسید های ضروری مانند متیونین در سیب زمینی و تغییر فعالیت پروتئین گلایسینین سویا نام برد. از طرف دیگر می دانیم كه كیفیت پخت نان هم تا حد زیادی به نوع زیر واحد های گلوتنین با وزن مولكولی بالای موجود در آرد بستگی دارد. این پروتئینها در قدرت و انعطاف پذیری خمیر نقش دارند. دانه های یك رقم گندم حاوی 4-5 زیر واحد پروتئینی است. امروزه مشخص شده كه دستورزی این زیر واحدها در گیاهان تراریخته امكان پذیر بوده و می تواند كیفیت پخت را بهبود بخشد. احتمالاً بهترین مثال از این دست اضافه كردن زیر واحدها به ارقامی است كه بطور طبیعی تنها دو زیر واحد دارند.
    یكی از جالبترین استفاده های گیاهان تراریخته برای تغذیه انسان بیان پروتئین های مختلف شیر انسان در گیاهان خوراكی می باشد. برای مثال، مشخص شده است كه ژن رمز كننده بتا كازئین می تواند تحت كنترل یك پیشبر القا شونده بوسیله اكسین وارد سیب زمینی شود و پروتئین انسانی در برگها و غده های گیاهان تراریخته با مقدار 01/0 % پروتئین محلول قابل شناسائی می باشد. بطور مشابه، پروتئین های آلفا لاكتالبومین و لاكتوفرین انسانی در گیاهان توتون تراریخته بیان شده اند. این یافته مبنائی برای بازسازی شیر انسان در گیاهان به عنوان جایگزین شیر گاو در غذای بچه بكار رفته است و جهت بهبود تغذیه نوزادان یا برای جلوگیری از بیماری های معده و روده ای در بچه ها كارائی خواهد داشت. به علاوه، لاكتوفرین یك پروتئین چندكاره می باشد و تصور می شود كه خواص ضد باكتریائی، ضد قارچی و ضد ویروسی داشته باشد. همچنین جلوگیری از رشد سلول های پستانی، كاهش تجمع پلاكتها، تحریك رشد لمفوسیت، تحریك تولید سیتوكین[11]، افزایش سیستم ایمنی بدن و ... را هم می توان نام برد.
    نشاسته و روغن: پیشرفت در زمینه فزایش كیفیت غذایی از طریق محتویات نشاسته و روغن با امكان انشعاب دهی اختصاصی در كربوهیدراتها و تغییر اشباع شدگی و طول زنجیر در روغنها و لیپیدها نیز بدست آمده است. برخی از این ارقام تراریخته روغن های خاصی جهت مصارف صنعتی در پاك كننده ها (زداینده ها) و روان كننده ها[12] تولید می كنند كه بزودی تجاری خواهند شد. بعلاوه روغن های با ارزش بالا و دارای فواید بهداشتی امروزه می تواند به مقدار قابل توجهی در گیاهان هترولوگ تولید شود.
    ویتامینها: گرچه كمبود ویتامین در كشور های پیشرفته موضوعی نادر است ولی هنوز تعداد زیادی از مردم كشور های در حال توسعه در جیره غذائی خود مواد ویتامینی و ریز مغذی كافی ندارند. برای مثال برآورد شده كه بیش از 124 میلیون بچه در سراسر دنیا دچار كمبود ویتامین A (كارتنوئید) هستند و اصلاح جیره غذائی آنها از نظر این ویتامین می تواند از مرگ 3/1 تا 5/2 میلیون نوزاد و بچه پیش دبستانی جلوگیری نماید. یك راه حل جهت این موضوع وارد كردن ژن psy (رمز كننده آنزیم فیتوئن سنتاز) به محصولاتی است كه دارای كمبود ویتامین A هستند. این آنزیم در تبدیل مولكول های ژرانیل ژرانیل دی فسفات به فیتوئن نقش دارد كه خود پیش ماده لیكوپن بوده و خود این ماده به كارتنوئید تبدیل می شود. این امر با انتقال ژن psy نرگس زرد به برنج كه منجر به انباشتگی پیش ویتامین A در اندوسپرم گردیده است، محقق گردید. تولید برنج طلائی[13] می تواند گامی در جهت رفع کمبود ویتامین A و پیشگیری از بیماریهای ناشی از آن در کشورهای فقیر دنیا باشد. شناخت مسیر بیوسنتزی ویتامین C هم ایده تولید بیشتر آنرا در گیاهان ایجاد نموده است. برای مثال تصور می شود كه سطح این ویتامین با بیان ژن رمز كننده آنزیم L- گالاكتونو آلفا لاكتون دهیدروژناز افزایش پیدا كند.
    ریز مغذیها: از ریز مغذی هائی كه عموماً در جیره غذائی دچار كمبود هستند، می توان از آهن نام برد. طبق برآورد انجام شده این كمبود در 30% جمعیت جهان خصوصاً در مناطقی كه جیره غذائی غالب منشأ گیاهی دارند، وجود دارد. گرچه احتمال افزایش مقدار آهن محصولات با غنی سازی خاك وجود دارد ولی این روش هم هزینه بر بوده و هم اینکه روش نادرستی می باشد. روش دیگر وارد كردن ژن رمز كننده فریتین سویا (یك پروتئین ذخیره ای آهن) می باشد. وقتی این ژن تحت كنترل یك پیشبر پروتئین ذخیره ای بذر برنج باشد، میزان آهن در اندوسپرم بذر های تراریخته سه برابر نمونه های كنترل افزایش پیدا می كند.
    مواد آلرژی زا/ سموم: امكان استفاده از روش های انتقال ژن جهت كاهش میزان مواد آلرژی زا در مواد غذائی با كاهش موفقیت آمیز پروتئین 14-16 كیلودالتونی آلرژی زا در برنج به اثبات رسیده است. روش های مشابهی هم امروزه جهت كاهش میزان یك یا چند پروتئین آلرژی زا (مانند AraH1) در بادام زمینی ارائه شده است. احتمال موفقیت این روش امروزه به علت آنالیز دقیق نواحی خاص آلرژی زا در پروتئین، ارتباط آن با سایر پروتئین های ذخیره ای و گسترش تكنیك های تراریختی مناسب برای این محصولات افزایش یافته است.
    در طی تاریخ طولانی اصلاح نباتات، دستیابی به ارقام لذیذتر همواره با روش انتخاب صورت گرفته است كه در واقع راهی ساده جهت اجتناب از تركیبات با خواص خطرناك است. از جمله این مواد می توان به كافئین اشاره نمود. فروش نوشیدنی های بدون كافئین بازار خوبی خواهد داشت. امروزه مشخص شده است كه تنظیم كاهشی آنتی سنس گزانتوزین N7- متیل ترانسفراز می تواند برای كاهش میزان كافئین در قهوه تراریخته مورد استفاده قرار گیرد.
    سایر افزودنیها: علاوه بر قند های غیر كالری زا مانند فروكتانها، ژن های مربوط به سایر قند- پروتئینها مانند مونلین، مابینلین و تاوماتین هم به منظور بهبود مزه میوه ها و سبزیجات به محصولات كشاورزی منتقل شده اند. می توان پیش بینی نمود كه تركیبات دیگری كه در این زمینه دچار دست ورزی قرار خواهند گرفت، شامل تركیبات شیرین کننده و القا كننده شیرینی مانند گلیكوزید های اولئان (استروژینها) جدا شده از برگ های Staurogyne merguensis باشد. تغییر سایر تركیبات طعم دهنده اختصاصی می تواند با تغییر تركیباتی كه میزان الكل دهیدروژناز را تغییر دهند، صورت پذیرد.

    كاربرد های پزشكی و دامپزشكی
    پیشرفت های اخیر در زمینه زیست شناسی مولكولی و زیست فناوری گیاهی، مفهوم "محصولات زراعی به عنوان منبع غذائی" را به "بیوراكتور تولید پروتئین های درمانی نوتركیب" تغییر داده است. گیاهان می توانند به عنوان كارخانه های تولید دارو عمل نمایند؛ چون می توانند به صورت بسیار ایمن و ارزان، مقادیر نامحدودی از پروتئین های نوتركیب تولید نمایند. در دو دهه گذشته، سیستم های گیاهی به منظور تولید آنتی بادی های مونوكلونال جهت ایمن سازی در مقابل بیماری های باكتریائی مورد استفاده قرار گرفته اند. این زمینه از كار یكی از وسیعترین زمینه های تحقیقاتی است كه در حال حاضر شركت های متعددی مشغول ارزیابی مزایای اقتصادی تولید واكسنها و سایر تركیبات داروئی در گیاهان هستند. شاید شناخته شده ترین مطالعه در زمینه فواید آنتی بادیها و آنتی ژن های مشتق از گیاه در سلامت انسان تحقیقی است كه در زمینه Streptococcus mutans (عامل اصلی پوسیدگی دندان) صورت گرفته است. انتقال ژن spaA یا آنتی ژن استرپتوكوكوسی I/II به توتون باعث شده كه میزان بیان آن به بیش از 02/0% پروتئین كل برگ برسد.
    در تمام مطالعاتی كه در زمینه استفاده از این گلیكوپروتئین های نوتركیب مشتق از گیاهان برای اهداف درمانی مورد انجام شده است، میزان و نوع گلیكان هائی كه در گلیكوپروتئین های پستانداران تولید می شود با گیاهان تفاوت دارد. تولید گیاهان سیب زمینی تراریخته واجد ژن انسولین انسانی، واكسن هپاتیت و ... از جمله دیگر جنبه های كاربردی گیاهان تراریخته در تولید تركیبات داروئی و درمانی می باشد.
    اخیراً یك آنتی بادی مونو كلونال نوتركیب برای Rabis prophlanis (عامل بیماری هاری) در گیاهان تراریخته تولید شده است. اپیدمی ویروس هاری در دنیا هنوز یك موضوع حاد می باشد و به دلیل كمبود و قیمت بالای آنتی بادی های پروفیلاكتیك مانند HRIG با مشكل مواجه است. تولید انبوه موفق این آنتی بادی مونوكلونال در گیاهان می تواند در رفع این مشكل كمك فراوانی نماید.
    همچنین‌ تولید دام های‌ ترانسژنیك‌ كه‌ دارای‌ خصوصیات‌ ویژ های‌ مانند تولید شیر زیاد یا گوشت‌ كم‌چربی‌ و... هستند، تولید جانورانی‌ كه‌ به عنوان‌ كارخانه‌ تولید آنتی‌بادی‌ و واكسن‌ و دارو عمل‌ كنند و تولید ماهیها و سایر دامهائی‌ كه‌ سرعت‌ رشد بالائی دارند، هم از موارد دیگر كاربرد مهندسی ژنتیك در علوم كشاورزی و دامی می باشد.



    ر. بیوتكنولوژی میكروبی در كشاورزی

    همانطور كه مشخص است بیوتكنولوژی مجموعه از روش ها و ابزارها می باشد كه با استفاده از فرایند های سلولی و مولكولی موجودات زنده بدنبال رفع مشكلات بشر و یا تولید فراورده های مهم می باشد. بیوتكنولوژی میكروبی با استفاده از خصویات میكروبها در تولید، فرایند سازی و یا تجزیه مواد مفید نقش گسنرده ای داشته و كاربرد بسیار وسیعی در صنعت، كشاورزی، پزشكی و پاكسازی محیط از آلاینده ها دارد. ازمهمترین كاربردهای بیوتكنولوژی میكروبی در زندگی بشر می توان به فواید آن در كشاورزی اشاره نمود كه از آن جمله می توان به شناسایی مولكولی عوامل میكروبی مفید و مضر در كشاورزی و بررسی نحوه زندگی و مكانیسم عمل آنها و همچنین جداسازی ژن های مهم از آنها، تولید حشره كش های بیولوژیك (كنترل بیولوژیك آفات) ، علف كش های بیولوژیك ، تولید عوامل بیولوژیك كنترل كننده قارچ ها و باكتری های بیماری زای گیاهی، تولید كودهای بیولوژیك، افزایش تثبیت ازت در گیاهان، تولید آنزیم های صنعتی و فراورده های مهم از ضایعات كشاورزی، تولید میكروارگانیسم ها و گیاهان تراریخته با استفاده از ژن های جداسازی شده از میكروارگانیزم ها، استفاده از انها و یا مشتقات آنها در تحقیقات مهندسی ژنتیك به عنوان میزبان و ناقلین همسانه سازی، تولید بیوفیلم ها، تولید و فرایند سازی تركیبات با ارزش مثل متابولیت ها، ویتامین ها، پروتئین ها، واكسن ها و پلی ساكاریدها، استفاده از میكروب های پروبیوتیك در غنی سازی مواد غذایی و پاكسازی محیط از آلاینده های محیطی نام برد. با جرات می توان گفت كه بیشترین تعداد كمپانی های فعال در زمینه بیوتكنولوژی در حال حاضر در زمینه بیوتكنولوژی میكروبی فعالیت دارند كه شاید تعداد آنها در دنیا به هزاران عدد برسد.
    یکی از منابع اصلی تولید محصولات بیوتکنولوژی، بیومس میکروبی می باشد. بیومس، در واقع به توده‌ای از سلول‌های میکروبی اطلاق می‌گردد که برای کاربردهای مختلف تکثیر می‌شوند. از جمله کاربردهای بارز بیومس میکروبی، می‌توان به استفاده از آن‌ها به‌عنوان آفت‌کش‌ها و کودهای بیولوژیک اشاره نمود. بر اساس پیش بینی ها، در نیمه اول قرن بیست و یکم، بیش از 30 درصد نیاز جهانی به سوخت‌ها و ترکیبات بیولوژیک گوناگون با ارزش حدود 150 میلیارد دلار، به کمک بیومس میکروبی تولید خواهد شد. یکی از مهم‌ترین انواع آفت‌کش‌های بیولوژیک جهان، بیومس حاصل از نوعی باکتری موسوم به Bacillus thuringiensis می باشد. صنایع تخمیری که طیف وسیعی از حوزه‌های مرتبط با میکروارگانیسم‌ها و بیوتکنولوژی را در برمی‌گیرند از قدیمی‌ترین شاخه‌های فناوری زیستی به‌شمار می‌آیند. الکل‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها، اسیدهای آلی، آنزیم‌ها و بسیاری از ترکیبات مورد استفاده در صنایع غذایی، دارویی و غیره بخشی از محصولات با ارزش تولید شده در این صنعت را تشکیل می‌دهند. پیش‌بینی می‌شود میزان فروش آنزیم‌های صنعتی تا سال 2008 به 3 میلیارد دلار بالغ گردد.
    در حال حاضر، با استفاده از میکروارگانیسم‌ها و روش‌های بیوتکنولوژی، سالانه بیش از 270000 تن اسید سیتریک به ارزش حدود 4/1 میلیارد دلار در جهان تولید می‌شود که بخش اعظم آن در صنایع غذایی به مصرف می‌رسد. اعداد و ارقام بالا اهمیت بالای بیوتكنولوژی میكروبی را در دنیا نشان می دهد. از دلایل مهم اهمیت میكروب ها در بیوتكنولوژی و تولید فراورده های بیولوژیك می توان به بالا بودن سرعت رشد آنها، ایمن بودن و قابل كنترل بودن فرمنتاسیون آنها، قدرت بالای آنها در تولید بیومس، سازگاری آنها با شرایط محیطی مختلف، ارزان بودن تولید آنها، و قابلیت بالای خالص سازی پروتئین های نوتركیب در آنها اشاره نمود.
    در بیوتكنولوژی میكروبی مدرن سه روش اصلی در اصلاح میكروارگانیزم ها در سال های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. روش قدیمی تر روش موتاسیون زایی تصادفی و هدایت شده می باشد كه سال هاست مورد استفاده قرار گزفته و میكروارگانیزم های با پتانسیل بالای تولید ایجاد شده است. روش دیگر امتزاج پروتوپلاست می باشد كه طی آن میكروارگانیزم ها با خصوصیات متفاوت با هم امتزاج یافته و میكروارگانیزم با قابلیت تولید بالاتر انتخاب می شود. روش سوم كه جدید ترین روش می باشد و تقریبا بیوتكنولوژی میكروبی مدرن با این نام شناخته شده است روش های مهندسی ژنتیك می باشد كه طی آن ژن های مهم به میكروارگانیزم ها منتقل شده و تولید فراورده جدید را در آنها تحریك میكنند ویا اینكه فراورده های موجود در میكروارگانیزم را افزایش می دهند. جنبه های دیگر در بیوتكنولوژی میكروبی مدرن استفاده از علوم ژنومیكس فانكشنال، متابولومیكس و پروتئومیكس برا ی شناسایی دقیق مراحل متابولیكی تولید محصولات در میكروب ها و عوامل موثر در میزان تولید آنها و ایجاد فرمولاسیون های مناسب برای افزایش كیفی و كمی محصولات تولیدی می باشند.
    در كشور ما در زمینه بیوتكنولوژی میكروبی در چند ساله اخیر قدم هایی برداشته شده كه بیشتر در زمینه جداسازی و شناسایی عوامل مفید و مضر میكروبی بوده است. اما در زمینه تولید تجاری و صنعتی فراورده های میكروبی و اصلاح آنها هنوز در ابتدای راه هستیم.

    كاربردهای بیوتكنولوژی میكروبی در كشاورزی:
    1- شناسایی عوامل بیماریزای گیاهی

    عوامل بیماریزای گیاهی شامل باكتری ها، قارچ ها و ویروس ها سالانه در مزارع مختلف بین 30 تا 100 درصد خسارت وارد می كنند و این آمار به طور واضح نمایانگر اهمیت آنها در كشاورزی و لزوم مبارزه با آنها را نشان می دهد. شناسایی عوامل بیماریزا در مراحل اولیه گسترش عامل بیماری امری بسیار حیاتی در مدیریت كنترل بیماری های گیاهی می باشد. بسیاری از عوامل بیماری زا را می توان با روش های معمول مورفولوژیك گیاهی و سیستماتیك قارچها و باكتری ها از سال ها قبل روش های متعدد مورفولوژیكی و تست های بیوشیمیایی به عنوان روش معمول در شناسایی و مكانیسم عمل پاتوژن های گیاهی استفاده می شده است. بسیاری از عوامل بیماریزا از این طریق به سختی قابل شناسایی بوده و از طرف وقت گیر می باشد. با پیشرفت تكنولوژی های جدید در 15 سال اخیر در بیوتكنولوژی و مهندسی ژنتیك روش های شناسایی جدید برای شناسایی و تشخیص عوامل بیماری زای گیاهی به وجود آمده است. آنتی بادی های منو و پلی كلونال، ELIZA، و تكنولوژی ها بر پایه DNA و RNA مثل PCR در شناسایی فیلوژنتیكی و مكانیسم عمل كاربرد وسیعی پیدا كرده اند. ژنومیكس و بیوسیستماتیك مولكولی علومی می باشند كه اطلاعات بسیار جامعی در خصوص عوامل بیماریزا به محققین می دهد و در كنار آن شناسایی به طور دقیقتری انجام می گیرد. در حال حاضر علاوه بر روش های معمول شناسایی مولكولی روش های مولتی پلكسینگ (شناسایی چند عامل بیماریزا در یك آزمایش) در دنیا استفاده می شوند كه سرعت شناسایی را بسیار بالا برده است. از روش های جدید استفاده از توالی ژن های ریبوزومی، SNP ، میكرواری ها ، میكروچیپ ها، فیلوژنومیكس و فانكشنال فیلوژنومیكس می باشند كه در حال توسعه بوده و میزان استفاده از آنها روزبروز در حال گسترش می باشد.
    2- حشره كش های بیولوژیك:

    پاتوژن های حشرات كه همان میكروب های كنترل كننده آفات كشاورزی می باشند از سال 1920 تاكنون شناسایی و جداسازی شده اند ولی تولید تجاری آنها تقریبا از 30 سال قبل شروع شده است به طوری كه در حال حاضر حدود 2 در صد سموم حشره كش تولیدی در دنیا را شامل می شوند. در حال حاضر صدها نوع حشره كش بیولوژیك در شركت های مختلف تولیدی بر علیه حشرات مختلف تولید می شود. سموم شیمیایی مورد استفاده در دنیا غیر اختصاصی عمل كرده و برای محیط زیست خطر آفرین می باشند و از طرفی تاكنون تعداد زیادی از گونه های حشرات به آنها مقاومت نشان داده اند و این در حالیست كه میكروب های پاتوژن حشرات اختصاصی عمل كرده ، در محیط نیز سریعا تجزیه شده و در نتیجه برای انسان و حشرات مفید ایمن می باشند و از طرفی آفات به آنها مقاومت نشان نمی دهند. لذا از 30 سال قبل دیدگاه عمومی بشر موافق استفاده از این عوامل میكروبی در قالب برنامه های مدیریت تلفیقی آفات بوده و هست. در حال حاضر حدود 2 درصد از كل سموم حشره كش تولیدی در دنیا از نوع عوامل میكروبی مثلBacillus thuringiensis و باكالوویروس ها می باشند. مهمترین عامل كنترل بیولوژیك حشرات در دنیا در حال حاضر Bacillus thuringiensis(Bt) می باشد كه 90 درصد سموم بیولوژیك تولیدی در دنیا را شامل می شود. برای مثال در سال 2005 فروش جهانی سموم بی تی حدود 200 میلیون دلار بوده است. و میزان تولید آن نیز حدود 5 میلیون كیلوگرم بوده است.
    از مهمترین دلایل كم بودن میزان تولید سموم حشره كش بیولوژیك در دنیا كند بودن قدرت كنترل توسط این عوامل می باشد. لذا در دنیا در حال حاضر به دنبال یافتن جدایه ها و یا اصلاح آنها از طریق روش های موتاسیون زایی، امتزاج پروتوپلاست و از همه مهمتر از طریق مهندسی ژنتیك می باشند. در چند سال اخیر تعداد زیادی سویه های پاتوژن حشرات اصلاح شده از طریق مهندسی ژنتیك ایجاد و تولید شده اند. متاسفانه در ایران در زمینه پاتوژن های حشرات اقدامات كامل صورت نگرفته است. تاكنون چندین طرح و پروژه در زمینه جداسازی و شناسایی این عوامل در مراكز تحقیقاتی در جریان می باشند و لی در زمینه اصلاح و تولید تجاری گام های كوتاهی برداشته شده است. لذا از اولویت های مهم در بخش بیوتكنولوژی میكروبی و كنترل بیولوژیك در كشور در مرحله اول تجاری سازی سویه های موثر و در مرحله دوم اصلاح آنها از طریق مهندسی ژنتیك میباشد.
    پاتوژن های مهمی كه در دنیا به طور تجاری مورد استفاده قرار گرفته اند به شرح زیر میباشند:
    · ویروس های حشرات (باكولوویروس ها) شامل گرانولو ویروس ها، NPV
    · باكتری ها ( Bacillus thuringiensisوBacillus sphericus وBacillus popilliae)
    · قارچ ها (Beauveria, Metarhizium, Paecilomyces, Nomuraea )
    · نماتودها (Nosema, Thelohania, Vairimorpha)
    · پروتوزوا و میكروسپورودیا
    3- عوامل كنترل كننده بیماریهای گیاهی و علف های هرز:

    از حدود 50 سال قبل اثر كنترل كنندگی بسیاری از میكروب ها شامل باكتری ها و قارچ ها برعوامل بیماری زای اندام های هوایی و زمینی گیاهی مشخص شده است و در سال های اخیر صدها نوع فرمولاسیون با غلامت های تجاری مختلف برای كنترل بیولوژیك عوامل بیماری زای گیاهی مختلف در دنیا تولید شده است. روز به روز هم بر این تعداد افزوده می شود.
    از باكتری هایی كه قدرت كنترل كنندگی عوامل بیماری زای گیاهی را دارند و به طور گسترده نیز استفاده می شوند می توان به Bacillus spp.، Fluorescent pseudomonads ، Streptomyces اشاره نمود. مكانیسم عمل آنها از طریق رقابت برای غذا، تولید آنتی بیوتیك، تولید سیدروفور و القای مقاومت در گیاه از طریق محرك های رشد می باشد.
    مهمترین عوامل كنترل كننده مورد استفاده در كنترل بیولوژیك بیماری ها قارچ ها می باشند و فرمولاسیون های متعددی از آنها در بازار جهانی موجود می باشد. اهمیت قارچها در كنترل عوامل بیماری زا بدلیل كوتاه بودن دوره رشد و سریع بودن رشد آنها و از طرفی اختصاصیت آنها در كنترل ببماری ها می باشد. از قارج های مهم مورد استفاده می توان به Trichoderma spp, Ampelomyces quisqualis, Coniothyrium minitans, Fusarium oxysporum,اشاره نمود كه مهمترین آنها شش گونه Trichoderma می باشد و فرمولاسیون های متعددی از آن در بازار موجود می باشد. لیست فرمولاسیون ها و عوامل میكروبی با كتریایی و قارچی مورد كاربرد در كنترل بیماری های گیاهی در جدول زیر آورده شده است. در حال حاضر بیشتر تحقیقات در دنیا در زمینه جداسازی سویه های باكتریایی و قارچی با كارایی بالا در كنترل بیماری ها و استفاده از تكنولوژی های جدید مثل مهندسی ژنتیك، فانكشنال ژنومیكس ، متابولومیكس برای شناسایی مراحل و عوامل تولید محصول موثر بر عوامل بیماری زا مثل آنتی بیوتیك ها و سیدروفورها و هورمون ها می باشند. علاوه بر آن تحقیقات چند سال اخیر در دنیا در زمینه انتقال ژن های مهم به این عوامل مفید و افزایش تولید توكسین در آنها می باشد. برای مثال ژن كیتیناز و سلولاز از برخی گونه ها ی تریكودرما جداسازی شده و دوباره به سویه های با كارایی مناسب منتقل شده تا میزان كارایی كنترل افزایش یابد. همچنین در زمینه انتقال این ژن ها به خود گیاهان نیز فعالیت های زیادی صورت پذیرفته است.

    4- كودهای بیولوژیك:

    كشاورزی پایدار از مباحثی است كه در دهه‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و برای نیل به اهداف آن بر مدیریت پایدار منابع خاك و آب تأكید شده است. برای چنین مدیریتی، تعاریف، شرایط و اهدافی به ظاهر گوناگون مطرح شده‌اند، ولی با تأمل بر آنها می‌توان دریافت كه همة كارشناسان علاقمند به این موضوع، بر ضرورت استفاده بهینه از منابع خاك و آب و نه بهره‌گیری حداكثر، و نیز بر بهبود كیفیت خاك و محیط‌زیست اتفاق نظر نشان داده‌اند. خاك براساس طبیعت خود به صورت یك اكوسیستم پویا (دینامیك) است كه مواد و انرژی در آن جریان پیدا می‌كنند. گیاهان و موجودات خاكزی از اجزاء اصلی این سیستم محسوب می‌شوند و روابط همزیستی متقابلاً مفید بین این اجزاء از عوامل اصلی تنظیم كنندة زنجیره‌های غذایی و چرخه‌های حیاتی است.
    امروزه برای ارزیابی كیفیت خاك و سنجش سلامت آن، از معیارها یا شاخص‌های بیولوژیك (Bioindicators) مانند مقدار تودة زیستی میكروبی، انبوهی جمعیت گروه‌های اصلی (باكتریها و قارچها)، تنوع ساختار جمعیتی، تنوع كاركردهای جامعه زیستی (Functional diversity) و تعیین سرعت فعالیتهای حیاتی مانند فعالیت‌های آنزیمی، معدنی شدن كربن یا نیتروژن آلی و یا فرآیندهای غیراختصاصی‌تر مانند فعالیت تنفسی و گرمازایی، براساس روش‌های نوین علمی، استفاده می‌شود. Insam (2001) در بررسی روند توسعه میكروبیولوژی خاك در دهه‌های اخیر، سیستم پیچیده خاك را به یك جعبه سیاه تشبیه كرده است كه روش‌های نوین بیولوژیك مانند آنالیز DNA و تعیین ویژگی های اسیدهای چرب فسفولیپیدی استخراج شده از خاك و یا سنجش فعالیتهای آنزیمی توانسته‌اند پنجره‌های جدیدی به سوی رمز و رازهای درونی آن بگشایند.
    در مجموع، شاخص‌های بیولوژیك نسبت به شاخص‌های فیزیكی و شیمیایی، در برابر شیوه‌های مدیریتی كه بر روی خاك اعمال می‌شوند، حساس‌ترند و پاسخ سریع‌تر و روشن‌تری ارائه می‌كنند. با عنایت به اینكه، یكی از اهداف اصلی مدیریت پایدار خاك، بهبود كیفیت این منبع حیاتی است، مدیریت صحیح و اصولی خاك بایستی براساس سنجش شاخص‌های بیولوژیك ارزیابی گردد.
    انواع كودهای بیولوژیك مورد استفاده در دنیا:

    - كودهای بیولوژیك حل كننده فسفر :
    برخی از باكتری های خاك ( و گاها قارچها ) مخصوصا انواعی كه متعلق به جنس هایی مانند سودوموناس و باسیلوس توان محلول كردن منابع غیر محلول فسفر را در خاك دارند. فسفر عنصری است كه به فرمهای Hpo4-2 و H2Po4- جذب گیاه می گردد ولی این یونها در خاكهای اسیدی با آهن و آلومینیوم و در خاكهای قلیایی ( كه در كشور ما فراوان است ) با یون كلسیم پیوند یافته و از دسترس گیاه خارج می گردد. به همین دلیل كارائی مصرف كودهای فسفره مصرفی در خاكهای ایران در سال اول از 50 درصد نیز كمتر است و این به دلیل رسوب فسفر كاربردی در خاك است. به دلیل همین حلالیت اندك این تركیبات است كه خاك فسفات ( تركیب كلسیوم + فسفر ) غیر محلول بوده و علی رغم وجود منابع زیادی از آن در كشور ، عملا در كشاورزی قابل استفاده نمی باشد. باكتری های حل كننده فسفر با ترشح انواع اسیدهای آلی مانند گلوكونیك، سوكسینیك، لاكتیك و غیره می توانند فسفر موجود در فاز رسوبی خاك و یا فسفر موجود در آپاتیت ( خاك فسفات) را حل نموده و برای گیاه قابل جذب نمایند. باكتری های مذكور در بسیاری از كشورها به فرم مایه تلقیح در بسته های كمتر از یك كیلوگرم تولید و عرضه می گردد. این مایه تلقیح ها به صورت تلقیح بذری به هنگام كاشت استفاده شده و می توانند در افزایش جذب فسفر، كاهش مصرف كودهای فسفری و افزایش عملكرد نقش داشته باشند. از این گروه در ایران می توان به كود بیولوژیك بارور – 2 كه در بسته های 100 گرمی تولید و عرضه می گردد اشاره كرد. این گروه غالبا نمی توانند تمام فسفر مورد نیاز را بر آورد نمایند و لازم است به صورت تكمیلی از مقداری كود شیمیائی استفاده شود برخی از كشورها مانند استرالیا با اختلاط خاك فسفات و باكتری های حل كننده اقدام به تولید كودهای فسفری نموده اند. در ایران نیز در این زمینه تجربه موفقی وجود دارد كه منجر به تولید كودی به نام كود میكروبی فسفاته گرانوله شده است كه علاوه بر استفاده از خاك فسفات داخلی، كاملا مشابه سوپر فسفات تریپل است و لذا دارای كاربرد آسان به صورت دستپاش و یا ماشینی می باشد و مورد پذیرش كشاورزان نیز قرار گرفته است. در این مبحث لازم است به قارچ های میكوریزی (Vesicular-Arbuscular Mycorrhiza) نیز اشاره شود كه در همزیستی با اكثر گیاهان زراعی كمك مؤثری به افزایش جذب فسفر می نمایند ولی تولید تجاری آنها در ایران شروع نشده است.
    باكتری های جنس تیوباسیلوس نیز كه شیمیولیتوتروف هستند، در صورتی كه مقدار گوگرد كافی برای تأمین انرژی لازم جهت رشد و تكثیر را در اختیار داشته باشند، می‌توانند با تولید اسید سولفوریك، pH محیط اطراف خود را بطور موضعی كاهش دهند و در آزادسازی فسفر از تركیب های معدنی نامحلول و كودهای حاوی سنگ فسفات موثر واقع شوند.

    - كودهای بیولوژیك حاوی باكتریهای اكسید كننده گوگرد (S-oxidizing bacteria) :
    خاك های ایران به دلیل آهكی بودن دارای PH قلیائی می باشند كه در این شرایط به دلیل فراوانی یون كلسیم ( Ca2+ )، حلالیت و جذب عناصر غذائی گیاه مانند فسفر ، آهن ، روی ، مس و غیره كاهش یافته و منجر به كاهش عملكرد گیاهان می گردد. كشاورزان در این شرایط غالبا مبادرت به استفاده هر چه بیشتر از كود می نمایند كه نه تنها نتیجه خاصی ندارد بلكه هزینه های تولید در واحد سطح را بالا می برد. از راهكارهای مناسب برای رفع معضل فوق، كاهش PH خاك است . بدیهی است كاهش PH خاك از طریق كاربرد مواد اسیدی بدلیل بافر بودن خاك عملی نیست و لذا هر تغییری در PH خاك بسرعت جبران می شود. یكی از راهكارهای عملی استفاده از باكتریهای اكسید كننده گوگرد است. باكتری های جنس تیوباسیلوس (Thiobacillus) می توانند گوگرد عنصری (S) را كه بی اثر می باشد اكسید نموده و به So42- تبدیل نماید كه در محلول خاك به اسید سولفوریك تبدیل شده و در محل های موضعی خاك (Micro sites) PH خاك را كاهش داده و لذا قابلیت جذب عناصر فوق را افزایش می دهد. مایه تلقیح باكتری های تیوباسیلوس در كشورهایی كه خاك آهكی دارند سابقه تولید دارد كه می توان به كشور استرالیا اشاره نمود. در ایران نیز این مایه تلقیح تولید می شود و برای حصول نتیجه مناسب لازم است به ازای هر 25 كیلوگرم گوگرد كاربردی ، یك بسته 500 گرمی تیوباسیلوس نیز مصرف شود. لازم به ذكر است در صورت عدم مصرف تیوباسیلوس ، اكسیداسیون گوگرد در خاك بسیار كند انجام می شود و لذا تاثیر زیادی ندارد.
    باكتری های اكسیدكننده گوگرد گروهی از میكروارگانیسم‌های اكسیدكننده گوگرد می‌باشند كه خود طیف وسیعی از گروه‌های مختلف باكتریها را شامل می‌شوند. همه تركیباتی مانند سولفید هیدروژن، سولفید‌های فلزی، پلی‌سولفیدها، گوگرد عنصری، پلی تیونات و سولفیت‌ها می‌توانند توسط این گروه «باكتریهای گوگردی بی‌رنگ» اكسید شوند. اصطلاح «بی‌رنگ» باعث تفكیك این موجودات زنده از باكتری‌های فتولیتوتروفی رنگ دانه‌دار می‌شود.


    - كودهای بیولوژیك حاوی باكتری های محرك رشد گیاه (PGPR) Plant Growth Promoting Rhizobacteria :
    بسیاری از باكتریهای مفید خاكزی نقش مستقیمی در افزایش جذب عناصر غذائی گیاه ندارند بلكه با فرایندهایی از قبیل تولید هورمونهای تنظیم كننده رشد گیاه، تولید ویتامین ، سیدروفور و غیره رشد و توسعه ریشه و اندام هوائی را افزایش داده و سبب بهبود عملكرد می شوند. بدیهی است توسعه سیستم ریشه ای می تواند خود سبب افزایش جذب آب و عناصر غذائی نیز گردد. بسیاری از باكتری هایی كه در قسمتهای قبل توضیح داده شد می توانند علاوه بر ایفای نقش اصلی خود ، برخی صفات دیگر مانند ترشح هورمونهای محرك رشد ( خاصیت PGPR ) را نیز بروز دهند. لذا گاها واژه PGPR توسعه بیشتری یافته و عملا باكتریهایی را شامل می شوند كه چند خصوصیت را تواما دارا هستند.
    لذا امروزه تاكید بیشتری برای تولید كودهای بیولوژیك كه حاوی باكتریهایی باچند صفت هستند وجود دارد. بطور مثال باكتری آزوسپریلوم می تواند در عین تثبیت نیتروژن ، دارای توان حل كنندگی فسفر و یا ترشح هورمون محرك رشد نیز باشد كه مسلما كاربرد آن تاثیر بیشتری بر عمكرد گیاه خواهد داشت. از این گروه از كودهای بیولوژیك كه در ایران تولید می شود می توان به مایه تلقیح ازتوباكتر ( پودری ) و یا نیتروكسین ( مایع ) اشاره كرد.



    ذ. بیوتكنولوژی و صنایع غذایی

    اهمیت غذا و ارتباط آن با سلامتی انسان بر كسی پوشیده نیست. غذای سالم نه تنها باعث بقای انسان می گردد بلكه با افزودن سطح سلامتی افراد كارایی آنها را در جامعه افزایش می دهد. بنابر این در سال های اخیر افزایش سطح ایمنی وتغذیه ای غذا ها و نیز استفاده از تركیبات طبیعی به جای تركیبات سنتتیك و همچنین بكارگیری غذاهای با خصوصیات فراویژه در تغذیه افراد مورد توجه ویژه قرار گرفته است. غذاهای فراویژه غذاهایی هستند كه بعنوان بخشی از غذای روزانه مصرف می شوند و دارای منافع فیزیولوژیكی بوده ویا در كاهش احتمال ابتلا به بیماری ها موثرند. بیوتكنولوژی غذایی در تعریف عام شامل فرآیندهایی میگردد كه دانشمندان به منظور افزایش میزان تولید ارزش تغذیه ای ایمنی و طعم غذاها بكار میگیرند. ولی در تعریف خاص بیو تكنولوژی صنایع غذایی شاخه ای از بیوتكنولوژی است كه در زمینه تولید محصولات غذایی افزودنی های غذایی و همچنین تركیباتی كه بعنوان مواد مغذی و غذاهای فراویژه شناخته می شوند تمركز می نماید.
    با كشف میكروارگانیسم ها و پی بردن به نقش و اهمیت آنها در تولید محصولات مفید و تركیبات با ارزش و نیز اهمیت آنزیم ها در این فرایندها این شاخه از بیوتكنولوژی گسترش بیشتری پیدا نموده است. بطوریكه در چند دهه اخیر تحقیقات وسیعی در راستای تولید تركیبات مفید و باارزش بالا و با استفاده از منابع طبیعی صورت گرفته است. در سال های اخیر علم ژنتیك نیز به یاری این شاخه از تكنولوژی شتافته تا محصولات جدیدتر و با كارایی اقتصادی بالاتر تولید گردد. با توجه به اهمیت حفظ محیط زیست و نقش آن در سلامت افراد بیوتكنولوژی صنایع غذایی سعی دارد تا با بكار گیری موجودات زنده در حیطه تخصصی خود فرایند های كم ضررتر و دوستدار طبیعت طراحی نماید و نیز از توانمندی موجودات زنده در تصفیه فاضلاب كارخانجات مواد غذایی وتبدیل ضایعات كشاورزی و فاضلاب های كارخانجات مذكور به محصولات مفید و با ارزش از جمله سوخت و گاز زیستی استفاده كند.

    زمینه های كاربرد بیوتكنولوژی صنایع غذایی

    میكروارگانیزم ها مهمترین موجودات زنده ای هستند كه در بیو تكنولوژی صنایع غذایی بكار گرفته می شوند. میكروارگانیزم ها نه تنها در تولید محصولات تخمیری نقش اساسی دارند بلكه بعنوان منبعی غنی از افزودنی های غذایی آنزیم ها و سایر تركیباتی كه در فراوری محصولات غذایی كاربرد دارند و نهایتا در تبدیل فاضلاب ها و ضایعات بكار گرفته می شوند. از میكروارگانیسم ها در تولید طیف وسیعی از محصولات طبیعی استفاده می شود كه زمینه های تحقیقاتی در این شاخه از بیوتكنولوژی در جنبه های زیر متمركز است:

    1 تولید بیومس یا توده سلولی
    2 تولید آنزیم ها
    3 تولید متابولیت های اولیه وثانویه
    4 بیوترانسفورماسیون (تبدیل و تغییرات در مواد مغذی از طریق روش های بیولوژیك)
    5 تست های ایمنی غذا

    تولید بیومس یا توده سلولی

    برخی از فرایند های بیوتكنولوژیكی در صنعت با هدف تولید بیومس انجام می گیرد و بیومس تولید شده محصول نهایی فرایند تلقی می گردد. بیومس تولید شده می تواند مخمر از جنس ساكارومایسس باشد كه در تولید الكل، سركه و بعنوان مخمر نانوایی كاربرد دارد. می تواند از باكتری های اسید لاكتیك می‌تواند باشد كه بعنوان استارتر در تولید ماست وپنیر و نیز بعنوان باكتری های پروبیوتیك كاربرد دارند. می تواند باكتری های متعدد دیگر كه بعنوان پروتئین تك یاخته كابرد دارند می‌تواند باشد.

    تولید آنزیم

    برخی دیگر از فرایندهای بیوتكنولوژیكی با هدف تولید آنزیم ها انجام می گیرد. آنزیم ها تركیبات پروتیینی هستند كه واكنش های بیوشیمیایی را امكان پذیر می نمایند. آنزیم ها در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی كاربرد های متنوعی دارند. از جمله آنزیم های مهم مورد استفاده در صنایع غذایی می توان به آنزیم های پكتولیتیك آنزیم های سلولولیتیك پروتاز ها لیپازها و آمیلاز ها اشاره نمود.
    تولید متابولیت های اولیه وثانویه

    در برخی از فرایندهای بیوتكنولوژیكی محصول نهایی مورد نظر متابولیت های سلولی هستند. متابولیت‌هایی كه توسط میكروارگانیزم ها تولید می شوند به دو گروه عمده تقسیم بندی می شوند: متابولیت های وابسته به رشد یا متابولیت های اولیه و متابولیت های غیر وابسته به رشد یا متابولیت های ثانویه. هردو گروه از متابولیت ها در صنایع غذایی كاربرد دارند. از جمله متابولیت های اولیه مهم می توان به اسیدهای آمینه و برخی از ویتامین ها اشاره نمود. از متابولیت های ثانویه نیز می توان به كاروتنوییدها اشاره كرد. در جدول شماره 6 به برخی از این متابولیت ها اشاره گردیده است.
    بیو ترانسفورماسیون و بیورمدیاسیون

    استفاده از قابلیت میكروارگانیزم ها و آنزیم ها در تبدیل مواد كم ارزش به مواد باارزش بالاتر و یا تبدیل مواد سمی به مواد غیر سمی یكی دیگر از اهداف فرایندهای بیوتكنولوژیكی است. این فرایند ها را كه در طی آن تركیبات با استفاده از منابع میكروبی یا آنزیمی به تركیبات دیگر تبدیل می‌شوند، بیوترانسفورماسیون می گویند. از كابردهای بارز بیوترانسفورماسیون می توان به تولید اسید های آلی از ضایعات قندی و همچنین تصفیه فاضلاب ها اشاره نمود. همچنین میكروارگانیسم ها قادرند برخی از آلاینده ها از جمله فلزات سنگین را از طریق جذب و تجمع در داخل سلول های خود از محیط حذف نمایند. این پدیده بیورمدیاسیون نامیده می شود.

    تست های ایمنی غذا

    علاوه از موارد فوق بیوتكنولوژی می تواند ما را در افزایش سطح سلامت مواد غذایی یاری نماید. با استفاده از ابزارها بیوتكنولوژیكی می توان میكروارگانیزم های بیماری زا یا عامل فساد مواد غذایی و نیز مواد سمی موجود در مواد غذایی را دقیق تر و سریعتر تشخیص داد. از جمله این امكانات و ابزار ها می توان به تست های منوكلنال آنتی بادی، بیوسنسورها، استفاده از روشهای مختلف PCR و پروب های DNA اشاره كرد. تشخیص باكتری های بیماریزای مهم همانند Listeria و Clostridium botulinum مثال های بارز این كابرد ها هستند.

    [1] - Emberyo Rescue

    [2] - Transgenic Plants

    [3] - Genetically Modified Crops

    [4] - Bacillus turinginsis

    [5] - Bt- Crops

    [6] - Glyphosate

    [7] - Phytoremendation

    [8] - Biomass

    [9] Moon dust

    [10] - Down- Regulation

    [11]- Cytokin

    [12]- Lubricant

    [13] - Golden Rice


  4. 3 کاربر از پست مفید moji5 سپاس کرده اند .


اطلاعات موضوع

کاربرانی که در حال مشاهده این موضوع هستند

در حال حاضر 1 کاربر در حال مشاهده این موضوع است. (0 کاربران و 1 مهمان ها)

موضوعات مشابه

  1. در جستجوی ‌طبیعت ‌از ‌دست‌ رفته
    توسط Admin در انجمن جغرافیای طبیعی
    پاسخ ها: 1
    آخرين نوشته: 18th July 2011, 01:07 PM
  2. معرفی: رشته مهندسی فناوری اطلاعات
    توسط engeneer_19 در انجمن مباحث فناوری اطلاعات
    پاسخ ها: 3
    آخرين نوشته: 29th January 2010, 12:25 AM
  3. فناوری نانو در کشاورزی و صنايع غذايی
    توسط *مینا* در انجمن سایر موضوعات کشاورزی
    پاسخ ها: 1
    آخرين نوشته: 25th November 2009, 11:56 PM
  4. چرا باید فناوری اطلاعات بدانیم؟
    توسط آبجی در انجمن مباحث فناوری اطلاعات
    پاسخ ها: 0
    آخرين نوشته: 17th November 2009, 04:42 PM
  5. خبر: تولید یک درصد مقالات زیست فناوری دنیا در ایران / در آسیا هشتم هستیم
    توسط diamonds55 در انجمن اخبار وب و اینترنت
    پاسخ ها: 0
    آخرين نوشته: 16th November 2008, 11:51 PM

کلمات کلیدی این موضوع

مجوز های ارسال و ویرایش

  • شما نمیتوانید موضوع جدیدی ارسال کنید
  • شما امکان ارسال پاسخ را ندارید
  • شما نمیتوانید فایل پیوست کنید.
  • شما نمیتوانید پست های خود را ویرایش کنید
  •