انتقال ژن در گیاهان 7

*گیاهان تراریخت برای نرعقیمی

نرعقیمی در گیاهان هم به صورت ژنتیکی هم به صورت سیتوپلاسمی توارث می یابد. نرعقیمی سیتوپلاسمی (cms) بدلیل نقص در ژنوم میتوکندریایی می باشد.  معمولاً cms با نقص در عملکرد بافت مغذی بساک مرتبط است که مواد مغذی را به دانه های گرده در حال نمو می رساند. بخش های ماده این گیاهان، باروری خود را حفظ می نمایند. گیاهان تراریخت با نرعقیمی و تجدید باروری در Brassica napus تولید شده اند (۱۹۹۰Mariani et al.). در توتون نیز، با استفاده از یک ژن جهش یافته میتوکندریایی نرعقیمی وارد شده است. این عمل با انتقال یک ژن ریبونوکلئاز صورت گرفت. یک ژن هیبرید با یک توالی کدکننده ریبونوکلئاز و یک پروموتور اختصاصی بافت تغذیه کننده ساخته شد. ماریانی و همکاران (۱۹۹۰) یک ساختار ژنی ساختند که دارای یک پروموتور اختصاصی بساک از ژن TA29 توتون و یک توالی باکتریایی کد کننده ریبونوکلئاز از ژن Barnase باکتری Bacillus amylolique facines بود. فراورده ژن Barnase یک آنزیم نوکلئاز است که سمیت سلولی ایجاد نموده و فقط سلول های بافت تغذیه کننده را از بین می برد. بدین ترتیب از نمو دانه گرده ممانعت نموده و سرانجام منجر به نرعقیمی می شود. با استفاده از این ساختار ژنی    (TA29-RNase)، در توتون، کاهو، گلکلم، پنبه، گوجه فرنگی و ذرت گیاهان تراریخت نرعقیم تولید شده است. معذالک محدودیتی که برای این این روش وجود دارد این است که گیاهان تراریخت از نرعقیمی دائمی برخوردارند و تلاقی با یک لاین تجدید کننده باروری، نرباروری را در آنها تجدید نمی نماید.

●گیاهان تراریخت برای بذر خاتمه دهنده

به آن تکنولوژی که قابلیت حیات یا باروری بذور را پس از یک مدت معین خاتمه می دهد، به آن تکنولوژی خاتمه دهنده و به ژن دخیل در این پدیده ژن خاتمه دهنده می گویند. تکنولوژی خاتمه دهنده، به دلیل حق انحصار (شماره ۵۷۲۳۷۶۵) بر" کنترل بیان ژن گیاهی"  که توسط اداره ثبت انحصارات ایالات متحده در سوم مارس ۱۹۹۸ برای سازمان کشاورزی ایالات متحده آمریکا و شرکت آمریکایی دلتا و پین لند صادر گردید، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. این حق انحصار برای هر ژن جدیدی نبود، بلکه برای ژن های معینی صادر و برای کنترل مکانیزم هایی جهت خاتمه دادن به بیان صفات مورد نظر در نسل اول یا نسل های بعدی گیاهان اعطا شد. تکنولوژی خاتمه دهنده، مبتنی بر استفاده از یک ژن کشنده مناسب است که بذور نسل دوم را نابارور می نماید. شرکت تولید کننده، بذور نسل اول را می فروشد که از رشد و نمو و باروری طبیعی بطور کامل برخوردار بوده و گیاهانی سالم با قابلیت تولید بذر و یا میوه تولیئ می نمایند، اما بذور و یا میوه های حاصل از این گیاهان فقط به عنوان غذا قابل استفاده هستند و اگر کشت شوند جوانه نخواهند زد. این پدیده، کشاورزان را مجبور به خریداری بذور تازه از کمپانی بذر برای فصل زراعی بعدی می نماید، زیرا که آنها قادر به استفاده از بذور برداشت شده برای کشت در فصل زراعی بعدی نیستند. تکنولوژی خاتمه دهنده از سه قطعه DNA یا ژن که اطلاعات ژنتیکی ضروری راحمل می کند، برای انتقال به گیاهان استفاده می کند.

ـ ژن خاتمه دهنده (ژن کشنده)

هر ژنی که بتواند یک پروتئین سمی ممانعت کننده از جوانه زنی بذر را در گیاهان تولید نماید می تواند به عنوان ژن خاتمه دهنده مورد استفاده قرار گیرد. یک ژن کشنده، پروتئین بازدارنده ریبوزوم (RIP)  را کد می نماید. ژن کشنده کد کننده RIP، در فرایند سنتز پروتئین ها در سلول گیاهی اختلال ایجاد می کند، بدون آنکه برای دیگر موجودات سمی باشد. بنابراین بیان ژن RIP در سلول های جنین، از جوانه زنی بذر ممانعت خواهد کرد. این ژن به یک نوع خاص از پروموتور که در مراحل پایانی نمو بذر فعال می شود، متصل می گردد. وقتی که هدف، بیان صفت مذبور در نسل دوم بذور باشد، پروموتور LEA ایده ال است. چنین پروموتوری فقط پس از کامل شدن رشد رویشی گیاهان نسل اول فعال می شود. برای ممانعت از بیان ژن RIP کشنده در بذر نسل اول، یک توالی بلوکه کننده نیز توسط توالی برشی خاصی (مکان های LOX) ساقدوشی می شود. وقتی که با ایجاد برش های مکان اختصاصی در مکان های LOX مجاور، توالی بلوکه کننده از جایگاه خود خارج می شود، ژن کشنده مستقیماً با پروموتور تماس می یابد و بدین ترتیب در تمام نسل های بعدی در طی مراحل پایانی جنین زایی بروز می نماید.

ـ ژن رکومبیناز

ساختار ژنی دوم، شامل یک ژن که آنزیمی بنام رکومبیناز را کد می نماید. این آنزیم قادر به شناسایی توالی های برشی LOX و حذف این توالی ها همراه با توالی بلوکه کننده از ساختار ژنی اول از طریق فرایند نوترکیبی است. یک سیستم توالی برشی رکومبیناز ترجیحی سیستم LOX/ CRE باکتریوفاژ است که در آن، پروتئین CRE (رکومبیناز) نوترکیبی مکان اختصاصی DNA را در مکان های LOX انجام می دهد. این ژن رکومبیناز پشت یک پروموتور متوقف شونده مخصوص یک بازدارنده که توسط ژن سوم کد می گردد، قرار داده می شود. این پروموتور می تواند متوقف شود و بدین ترتیب اگر یک پروتئین خاص در محیط وجود داشته باشد، آنزیم رکومبیناز تولید نمی شود.

ـ ژن متوقف کننده

یک ژن سوم، پرتئینی به نام پرتئین بازدارنده را کد می نماید که پروموتور ژن رکومبیناز را در ساختار ژنی دوم متوقف می نماید. خود پروتئین بازدارنده به یک ماده شیمیایی خاص (تتراسایکلن) متصل شود، غیر فعال می گردد. بازدارنده غیرفعال ( یعنی کمپلکس بازدارنده – تتراسایکلن) قادر به متوقف ساختن پروموتور متصل شده به ژن رکومبیناز نبوده و بدبن ترتیب امکان سنتز آنزیم رکومبیناز فراهم می شود.