ا کنون صورت گرفته است، به نظر ميرسد که متابوليتهاي ثانويه به عنوان مواد طبيعي نقش اکولوژيکي مهمي در واکنشهاي دفاعي گياهان و همچنين گرده افشاني و انتشار دانههاي گياهان به وسيله حشرات و حيوانات دارند. بعضي از اين ترکيبات به عنوان علفکش و حشره کش در صنعت استفاده ميشوند در حالي که برخي ديگر کاربرد صنعتي ندارند. دسته بزرگي از متابوليت هاي ثانويه کاربرد دارويي و پزشکي دارند. ترکيبات ديگري از اين گروه نيز نقش مهمي در تغذيه انسان و دام و كيفيت مواد غذايي (رنگ، طعم و بو) مختلف دارند (72).
به دليل كاربردهاي فراوان، متابوليتهاي ثانويه موضوع جالبي براي تحقيقات اصلاح نباتات از طريق روشهاي مولكولي و مهندسي ژنتيـك محسـوب ميشوند. مطالعه در زمينه وظايف اين تركيبات در گياهان، يك موضوع جالب و مهم براي بسياري از پروژههاي تحقيقاتي شده است و نقش تعدادي از اين تركيبات مورد بررسي و تحقيق قرار گرفته است.
در ده سال گذشته تحقيقات چنداني در ارتباط با متابوليتهاي ثانويه انجام نشده است. مانع بزرگ در انجام اين تحقيقات اطلاعات اندك از مسيرهاي توليد زيستي متابوليتهاي ثانويه و برهم كنش آنزيمهاي درگير در اين مسير همچنين اطلاعات محدودي از ژنهاي مربوط به متابوليتهاي ثانويه در دسترس است. يكي از مسيرهايي كه مطالعات بيشتري در سطح ژنهاي دست اندركار آن نسبت به ديگر متابوليتهاي ثانويه انجام شده است، مسيـر توليد فلاوونوئيدها و آنتوسيـانينها است (20). اكثـر ژنهاي درگير در مسير توليد آنتوسيانينها همسانهسازي شده و مطالعات فراواني در سطح بيوشيميايي، مولكولي و ژنتيك اين دست از متابوليتهاي ثانويه صورت گرفته است. يكي از مهمترين دلايل مطالعات بيشتر در اين زمينه، آساني بررسي اين مواد از روي رنگ گلها، نوک دانه و پايه ساقه در گياهاني همچون برنج است که بر اساس فنوتيپ قابل ارزيابي است (73). هدف از مهندسي ژنتيك مسير يك متابوليت ثانويه، افزايش مقدار يك ماده خاص يا گروهي از تركيبات و يا حتي كاهش مقدار اين تركيبات است. براي دستيابي به هدف دوم كه كاهش ميزان توليد يك ماده خاص يا گروهي از مواد ناخواسته است، راههاي مختلفي وجود دارد. اين مواد ممكن است تركيبات سمي در يك محصول گياهي، مواد مانع خالص سازي يك فرآورده صنعتي يا موادي از اين دست باشد. يكي از اين راهها، مسدود كردن يك مرحله از مسير توليد متابوليت ثانويه و مختل كردن توليد يا فعاليت آنزيم مربوط به آن مرحله است. اين هدف ميتواند با كاهش ميزان mRNA مسئول توليد اين آنزيم، با استفاده از فناوري آنتيسنس، RNAi يا بيان بالاي يك آنتيبادي عليه آنزيم مسئول محقق شود. فناوري آنتيسنس براي تغيير رنگ به طور گستردهاي استفاده شده است. راههاي ديگر دستيابي به اين هدف، تغيير مسير به سوي مسيرهاي موازي يا افزايش كاتابوليسم محصول نهايي است. اما ممكن است هدف از انجام تحقيقات، افزايش توليد يك تركيب خاص در گياه بوده يا انتقال ژنهاي مربوط به مسير توليد يك متابوليت ثانويه به يك گياه يا يك ريزسازواره مورد نظر باشد. همچنين ممكن است توليد يك ماده جديد كه به صورت طبيعي در گياهان توليد نشود هدف يك پروژه توليدي- پژوهشي باشد. در بـرخي روشها با تغيير ميزان بيان يك يا چند ژن، بر موانع توليد يك ماده غلبه مي كنند و در روش هاي ديگر، با حذف مسيرهاي موازي (رقابتي) يا كاهش كاتابوليسم ماده مورد نظر، مقدار آن ماده را در گياه ميافزايند. ايجاد تغييراتي در بيان ژنهاي تنظيمي كه كنترل مسير توليد زيستي متابوليتهاي ثانويه را برعهده دارند نيز از جمله روشهاي افزايش يا كاهش توليد تركيب مورد نظر است.
1-4- تهيه نقشههاي ژنتيک
ريشه بسياري از محدوديتهاي روشهاي مختلف اصلاح نباتات، نبود زير بنا و مقدمات ضروري اساسي براي مطالعات ژنتيک است. يکي از اجزاي کليدي و زير بنايي و ابزار اساسي مورد نياز برنامه-هاي آينده اصلاح نباتات، تهيه نقشههاي ژنتيک است. شايد يکي از مهمترين کاربرد نشانگرهاي DNA تهيه نقشه-هاي ژنتيک باشد که براساس آن ميتوان جايگاه ژني و کروموزومي ژنهاي تعيين کننده صفات مطلوب (ترتيب و فاصله ژنها و نشانگرها از يکديگر بر روي کروموزوم ها) را تعيين کرد.
با دانستن جايگاه يک ژن روي نقشه ژنتيک، ميتوان از نشانگرهاي مجاور آن براي احراز جود يک صفت متناظر استفاده کرد. بدين ترتيب نيازي به انتظار براي ظهور آثار ژن نيست. با استفاده از نشانگرهاي DNA مي توان صفات و مشخصات آينده يک نشاي برنج را پيش بيني کرد. در نتيجه تاثيري مثبتي بر اصلاح و پيشبرد گياه دارد.
هدف از اين پژوهش، مطالعه ژن کنترل کننده رنگ پايه ساقه در ژنوم برنج و شناسايي جايگاه ژنومي آن از طريق مارکرهاي همبسته و ارزيابي نشانگرهاي مولکولي ريزماهواره در شناسايي ارقام داراي ژن کنترل کننده رنگ پايه ساقه ميباشد. اين مطالعه پيش نياز مطالعات مولکولي بوده و مواد اصلاحي با ارزشي را براي آنها از طريق شناسايي نشانگرهاي مولکولي همبسته با ژن فراهم ميآورد.

فصل دوم
کليات و مرور منابع

2-1- مشخصات گياهشناسي برنج
برنج يکي از گياهان تيره غلات و متعلق به Poaceae (Gramineae) و قبيله Oryzae است، داراي جنسها و گونههاي زيادي است که مهمترين آن جنس Oryza sativa است.
ساقه برنج1 راست، استوانهاي و جز در قسمتي که گرهها وجود دارد توخالي است. ارتفاع ساقه از 60 تا 200 سانتيمتر متفاوت ميباشد. برنج علاوه بر ساقه اصلي، 4 تا 5 ساقه فرعي دارد. برگهاي برنج بصورت متناوب در دو توالي در دو طرف ساقه قرار گرفتهاند. برگ برنج داراي غلاف، پهنک، زبانک و گوشوارک است. همچنين برنج مانند گندم، داراي گلآذين خوشهاي ميباشد که دانهها در آن قرار مي گيرند. سنبلهها به طور انفرادي و با فاصله کم روي پانيکل قرار گرفتهاند. هر سنبلچه شامل يک عدد گلچه بارور است و هر گلچه داراي دو گلوم کوتاه ميباشد. برخلاف سنبلچههاي گندم، جو و ذرت که فشرده و نزديک بهم هستند، سنبلچههاي برنج بصورت غيرفشرده روي محورهاي اصلي و فرعي گلآذيـن قرار مي گيرد. خوشه برنج داراي گلهاي دوجنسي انفردي است که در خوشچههاي تک گلي قرار دارند (4).
جنس اوريزا که بعنوان گياه زراعي مورد کشت و کار قرار ميگيرد ديپلوئيد (2n=24) بوده و داراي شش پرچم است. برنج زراعي داراي سه زير گونه به نام هندي (اينديکا)، ژاپني (ژاپونيکا) و جاوهاي (جاوانيکا) ميباشد که هر يک داراي ويژگيهاي مورفولوژي خاصي هستند.
2- 2- وضعيت ژنتيکي برنج
برنج امروزه بعنوان يک سيستم براي آناليز ژنتيکي و کاربردهاي بيوتکنولوژي به منظور توسعه و پيشرفت تکلپهها کاربرد دارد. عواملي که اين شرايط را فراهم ميآورند شامل کوچک بودن اندازه ژنوم برنج که تنها شامل 430 ميليارد باز است و مقايسه ژنوم آن در مقايسه با بقيه گندميان و راحتي تغيير شکل آن است (2). بدليل کوچکي اندازه ژنوم، مطالعات ژنتيکي بسياري روي آن انجام گرفته است.
جنس Oryza داراي بيست گونه با تعداد کروموزومهاي پايه 12 ميباشد. اين جنس شامل گونه هاي ديپلوئيد و تتراپلوئيد با شش گروه ژنومي A، B، C، D، E و F ميباشد. گونههاي تتراپلوئيد آن با 48 کروموزوم نيز موجود است (2).
گونه زراعي O. sativa (2n=2x=24) داراي فرمـول ژنـومي AA ميباشد. کرومـوزومهاي گونـه O. glaberrima (2n=2x=24) بخوبـي بـا O. sativa جفت نـشده و لذا به آن فرمـول ژنـومي AgAg دادهانـد. شش گـروه اوريـزا، يـکسالـه و بـقيـه چـند سـاله (دايـمي) ميباشنـد. دو گونـه O. nivara وO. rufipogon که وحشي بوده و داراي ژنوم AA ميباشد، بطور وسيعي در جنوب شرقي آسيا توزيع يافته و به راحتي با يکديگر و با برنج زراعي تلاقي پذير است (2 و 16).
2-3- مهندسي توليد متابوليت هاي ثانويه در گياهان
متابوليتهاي ثانويه وظايف مختلفي در طول چرخه زندگي گياه دارند. از جمله اين وظايف انجام نقش تركيبات واسطه در برهم كنش گياه و محيط اطرافش و برهم كنش گياه با حشرات، ريز سازوارهها و ساير گياهان است. همچنين ممكن است توليد متابوليتهاي ثانويه بخشي از سامانه دفاعي گياه باشد. اين تركيبات در توليد مثل گياه نيز نقش دارند كه از طريق جذب حشرات گرده افشان اين كار را انجام مي دهند. متابوليتهاي ثانويه گياهي نقش مهمي در كيفيت مواد غذايي (رنگ، طعم و بو) مختلف دارند. همچنين رنگ گياهان زينتي و گلبرگ گلها كه مهمترين خاصيت اين دسته از گياهان است، توسط متابوليتهاي ثانويه ايجاد مي شود. بسياري از متابوليتهاي ثانويه براي توليد دارو، رنگ، حشره كشها، طعم دهندههاي غـذايي و عطـر اسـتفاده مي شوند (72) .در حال حاضر دستاوردهاي زياد و گوناگوني در مهندسي متابوليك متابوليتهاي ثانويه به دست آمده است. مسيرهاي بيوشيميايي مختلفي با استفاده از ژنهاي رمزكننده آنزيمهاي مهندسي شده و پروتئينهاي تنظيمي بررسي شدهاند. در عين حال از ژنهاي آنتيسنس2(در يک آزمايش آنتي سنس، ژني که بايد کلون شود را در جهت معکوس به يک حامل متصل ميکنند، به اين ترتيب وقتي ژن کلون شده رونويسي شد، RNA ساخته شده مکمل معکوس mRNA ايجاد شده توسط نسخه طبيعي ژن است. به اين رشته مکمل معکوس، RNA آنتي سنس مي گويند) نيز براي مسدود كردن مسيرهاي بيوشيميايي و افزايش توليد متابوليت ثانويه خاصي استفاده ميشود (1) که يکي از موفقيت آميزترين روشها براي غير فعال کردن ژن مورد نظر در يک گياه است.
2-4- ژنهاي مسئول بيوسنتز فلاوونوئيدها و آنتوسيانينها
رنگدانههاي3 آنتوسيانين، تنوع رنگي از قرمز روشن، ارغواني تا آبي را نمايش ميدهند و به گروه کلي رنگدانههاي گياهي به نام فلاونوئيدها بعنوان يک متابوليت ثانويه تعلق دارند (33). بيوسنتز فلاوونوئيد و آنتوسيانين از اولين مسيرهاي متابوليتهاي ثانويه بود كه مهندسي ژنتيك آنها صورت گرفت. دليل اين موضوع اين بود كه مسير بيوسنتز آنها به خوبي شناخته شده بود و نتايج تغييرات انجام شده به راحتي از روي تغيير رنگ گلها قابل مشاهده است (19). آنتوسيانين داراي سـه ژن اصلي است: C (رنگ زا)، A (فعال کننده) و P (توزيع کننده). رنگيزه ارغواني در اندامهاي مختلفي از گياه برنج به جز ريشه ها و بساکها ديده ميشود (91 و 48). شناسايي مسيرهاي بيوسنتزي اين ژن ها به اهدافي چون، نقشهيابي ژن با مارکرهاي مولکولي کمک ميکند (81 و 82).
آزمايشهاي زيادي شامل افزايش بيان ژنهاي مختلف براي ايجاد رنگهاي جديد يا توليد تركيبات جديد در گياه انجام شده است. به خاطر خواص آنتي اكسيداني اين تركيبات افزايش ميزان توليد و مقدار آنها در غذاهاي گياهي موضوع جالب توجهي براي دانشمندان بوده است. در زمينه بيوسنتز فلاوونوئيدها و آنتوسيانينها اكثر پژوهشها در گياه گوجه فرنگي صورت گرفته است. مشخص شده است كه آنزيمي از گروه آيزومراز به نام CHI از آنزيمهاي مراحل اوليه مسير توليد فلاوونوئيد نقشي كليدي در افزايش توليد فلاوونول دارد. افزايش بيان ژن CHI گياه اطلسي باعث افزايش سطح فلاوونوئيد در پوست گوجهفرنگي به ميزان ?? برابر ميشود. همچنين با توليد گياهان گوجهفرنگي اصلاح شده، ميزان فلاوونوئيد آنها بيش از ?? برابر گياهان شاهد بوده است. اين موضوع ثابت کرد كه افزايش توليد تركيبات مفيد براي سلامتي در محصولات حاصل از گوجهفرنگي امكان پذير است. بيوسنتز ايزوفلاوونها كه تركيباتي ضد ميكروبي هستند، بر اثر آلودگي ميكروبي در حبوبات القا ميشود. افزايش بيان ژن ايزوفلاوون سنتتاز كه يك آنزيم سيتوكروم ??? Pاست، باعث توليد اين تركيبات در آرابيداپسيس، توتون و ذرت (18) )به طور عادي توانايي توليد اين مواد را ندارند( ميشود. توليد اين تركيبات در اين گياهان بستـگي به در دسترس بودن پيش

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید