افزایش عملکرد گیاهان زراعی با استفاده از مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مدرن

پژوهشگران بخش علوم زیستی دانشگاه ایالتی آریزونا در آمریکا با استفاده از فناوری مهندسی ژنتیک راهی ا یافته‎اند که باعث افزایش تحمل گیاه به تنش‎های محیطی شده و موجب می‎شود گیاه از آب و مواد غذایی به نحو کارآمدتری استفاده کند. این موضوع در نهایت باعث افزایش تولید محصول و عملکرد گیاه در شرایط سخت محیطی مانند کمبود آب و مواد غذایی می‎شود. این کشف می‎تواند از طریق بهبود پایداری محصول و عملکرد گیاه در شرایط سخت محیطی تحولی عظیم در بخش کشاورزی و تامین امنیت غذایی ایجاد کند. با افزایش بیان ژن تولید کننده آنزیم H⁺PPase گیاهان می‎توانند قند، آب و مواد غذایی را به طور موثرتری به نواحی بفرستند که باعث بهبود رشد برگ‎های جوان، ریشه‎های قوی‎تر، میوه، و بذر می‎شود.

با افزایش جمعیت جهان به بیش از 7 میلیارد نفر، تغذیه نسل بشر بیش از پیش چالش برانگیز شده است. افزایش محصول از طریق افزایش عملکرد محصولاتی مانند گندم، ذرت، برنج و جو، بهترین روش برای تولید مواد غذایی به اندازه کافی و تامین امنیت غذایی است. از طرفی، تولید و عملکرد گیاهان زراعی امروزه توسط انواع تنش‎های محیطی از جمله خشکی، تغییر اقلیم، گرما، و شوری مزارع کشاورزی محدود شده و تامین غذا را در آینده برای جمعیت در حال افزایش با تهدید جدی مواجه ساخته است.

پژوهشگران بخش علوم زیستی دانشگاه ایالتی آریزونا در آمریکا با همکاری دانشگاه آریزونا، دانشگاه تگزاس شمالی، مرکز تحقیقات تغذیه کودکان وزارت کشاورزی آمریکا، و کالج پزشکی بایلور به تازگی با استفاده از فناوری مهندسی ژنتیک راهی یافته‎اند که ضمن حفظ محیط زیست باعث افزایش تحمل گیاه به تنش‎های محیطی شده و موجب می شود گیاه از آب و مواد غذایی در خاک به نحو موثر تری استفاده کند. این موضوع در نهایت موجب افزایش محصول و عملکرد گیاه در شرایط سخت محیطی مانند کمبود آب و مواد غذایی می‎شود. نتایج این کشف علمی در مجله معتبر علمی Trends in Biotechnology به چاپ رسیده است. دکتر روبرتو گاکسیولا از بخش علوم زیستی دانشگاه ایالتی آریزونا معتقد است که این کشف می‎تواند از طریق بهبود پایداری محصول و عملکرد گیاه در شرایط سخت محیطی تحولی عظیم در بخش کشاورزی و تامین امنیت غذایی ایجاد کند. به گفته دکتر گاکسیولا نویسنده اول این مقاله علمی، تیم تحقیقاتی وی توانسته‎اند از طریق تنظیم بیان یک ژن کد کننده پمپ پروتونی گیاهی وضعیت تحمل گیاه به تنش‎های محیطی را بهبود بخشند. این ژن به انتقال موثرتر اسیمیلات ها یا مواد حاصل از فتوسنتز در برگ های سبز گیاهان به نواحی مورد نیاز که باعث بهبود رشد برگ های جوان، ریشه‎های قوی‎تر، میوه، و بذر می شوند کمک می‎کند. این ژن تیپ یک H⁺-PPase نامیده می‎شود که به طور طبیعی در کلیه گیاهان یافت می‎شود.

استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی در روش‎های معمول و متداول کشاورزی امروزی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی متعدد از جمله آلودگی آب‎ها با فسفات و ایجاد مناطق مرده در مناطق پایین دستی اقیانوس شده است. سوء مصرف کودهای شیمیایی همچنین باعث کوچک ماندن ریشه گیاهان می‎شود، موضوعی که در سال‎های اولیه قرن بیستم میلادی وقتی که برای اولین بار کودهای شیمیایی توسعه پیدا کردند اصلا پیش بینی نمی‎شد. با افزایش بهره‎برداری کارآمد گیاه از آب و مواد غذایی به کمک مهندسی ژنتیک، کشاورزان قادر خواهند بود که با مصرف کمتر نهاده‎هایی همچون آب و مواد غذایی، گیاهان خود را بدون کاهش عملکرد پرورش دهند.

وجود سیستم ریشه‎ای گسترده‎تر و عمیق‎تر به گیاه اجازه می‎دهد که از آب و مواد غذایی در دسترس خاک به نحو کارآمد‎تری برای رشد و تولید محصول استفاده کند. بدین ترتیب ما می‎توانیم با کاربرد بهینه نهاده‎ها و بدون تاثیر مخرب بر محیط زیست در راستای تولید پایدار، تولید محصولات کشاورزی را افزایش دهیم. این به نفع محیط زیست و تمامی مصرف کنندگان خواهد بود. تغییر بیان این ژن در برنج، ذرت، جو، گندم، گوجه فرنگی، کاهو، پنبه، و ارزن انگشتی باعث رشد بهتر ریشه‎ها و اندام هوایی و همچنین افزایش میزان جذب مواد غذایی از خاک شده است. این گیاهان همچنین از کارآیی مصرف آب بالاتر و تحمل بیشتری به شوری و خشکی برخوردار بوده‎اند. محققان همچنین در ارزن انگشتی، افزایش میزان آنتی اکسیدان‎ها را مشاهده کرده‎اند. اما برای کشف اثر مشابه در سایر گیاهان نیاز به تحقیقات بیشتری است.

به عقیده دکتر گاکسیولا قدم بعدی، انجام مطالعات بیشتری روی این کشف علمی بیوتکنولوژی برای به حداکثر رساندن توان بالقوه آن در کشاورزی است.

*عضو هیات علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران

منبع: PHYS.ORG