انتقال ژن در گیاهان 2

ـ ژنهای مقاوم از میکروارگانیسمها

ژن توکسین Bt : Bacillus thuringiensis (Bt) باکتری حشره کشی است که یک ضد پرتئین تولید می کند. ژن های Bt، توکسین Bt را کد می کنند، که دارای طیف وسیعی از فعالیت حشره کشی می باشند. اکثر توکسین های Bt بر علیه لاروهای بال پولک داران فعال هستند، اما بعضی ها ویژه حشرات راسته دو بالان و قاب بالان هستند. عامل سمیت حشره های Bt یک پروتئین بزرگ می باشد. توکسین ها به صورت پروتئین های کریستالی سیکما توکسین (#&۹۴۸endotoxins-;) در درون باکتری در خلال اسپورزایی تجمع می یابند. این پروتئین ها بعد از آلوده کردن حشره حساس، به فرم فعال در می آیند و در نتیجه با اختلال در انتقال یون باعث مرگ حشره می شوند. چندین ژن که توکسین های مؤثر بر بال پولک داران را تولید می نمایند، جداسازی شده اند. یکی از این ژن ها که متعلق به B. thuringinesis زیر گونه۱ Kurstaki HD- می باشد. ژن های شیمری B. thuringinesis kurstaki دارای پروموتور s۳۵ ویروس CaMV و یک توالی کد کننده برای یک پروتئین تغییر یافته کوتاهتر و فعال همانند ژن کامل، سنتز شده و در گیاهان گوجه فرنگی بیان شده اند (۱۹۸۷Fischhoff et al.) مقدار پرتئین حشره کش در این گیاهان برای کشتن لاروهای Manduca sexta، Heliothis virescens، Heliothis zea کافی بود. بررسی نتاج گیاهان تراریخت نشان داد که ژن B. thuringinesis kurstaki به صورت یک ژن غالب مندلی تفکیک می یابد. ژن سمی دیگر از B. Thuringinesis، نژاد ۱۷۱۵  Berlkiner ،کلون شده است. این ژن یک پرتئین۱۱۵۵، Bt2 آمینو اسیدی را تولید می نماید. آنالیز سطح بیان یک ژن شیمری مبتنی بر۲ Bt در گیاهان توتون نشان داد که کیفیت سم و فعالیت حشره کشی آن با هم ارتباط دارند (۱۹۸۷Veack et al.). گیاهان توتون تراریخت در برابر تغذیه لاروهای Manduca sexta محافظت گردیدند.  سم Bt برای حشرات مفید، پستانداران و انسان مضر نیست. این ژن به صورت یک ژن غالب منفرد تفرق می یابد.

نژادهای Bt دارای تنوع گسترده ای از ژن های کد کننده اندوتوکسین سیکما (#&۹۴۸;-endotoxins) می باشند. گزارشات مربوط به کلون کردن و تعیین توالی اولین ژن کد کننده پرتئین حشره کش در سال ۱۹۸۱ منتشر گردید. تا کنون بیش از ۱۰۰ توالی ژن پرتئین کریستالی انتشار یافته است .  هریک از پروتئین های کریستالی طیف فعالیت خاصی دارد.    بعنوان مثال ،    پروتئین Ab  ۱ Cry در برابر کرم ساقه خوار اروپایی ذرت شدیداً فعال است و در هیبریدهای ذرت Bt کنونی مورد استفاده قرار می گیرد. پرتئین Ab۱ Cry برای لاروهای کرم گیاهچه توتون و کرم غوزه پنبه شدیداً سمی است و در واریته های پنبه Bt بیان می شود و این گیاهان را در برابر سوسک کلورادوی سیب زمینی حفاظت می نماید.

سیکما- اندوکسین های Bt به هر دو صورت (اندازه کامل) و(کوتاه شده) به گیاهان انتقال داده شده اند و مقاومت تائید شدهای را در برابر توتون (M.sexta)، آفات گوجه فرنگی                                (Heliothis virescens و Helicovera zea) وآفات سیب زمینی (Phthorimeae operculella) بوجود آورده اند. اولین گیاهانی که تولید شدند، قادر به سنتز پروتوکسین (Protoxin) کامل بودند، اما به دلیل بیان ضعیف ژن مقادیر کمی دلتا توکسین تولید می شد که حاصل آن عدم بروز مقاومت و یا مقاومت اندک بود. پیشرفتهای بیشتر، سرانجام منجر به مطلوب شدن بیان ژن cry در گیاهان شد. چند سالی است که اولین نسل گیاهان حشره کش برای مقاصد تجاری وارد بازار شده است.

ـ ژن های مقاومت منشاء گرفته از میکروارگانیزم های دیگر

پروتئین کلسترول اکسیداز (Co) موجود در کشت فیلتر شده Sterptomyces بر لارو شپشک غوزه اثر سمیت حاد دارد. این ژن به گیاهان توتون منتقل گردیده است. ژن ایزوپنتیل ترانسفراز (ipt) Agrobacterium tumefaciens یک آنزیم کلیدی در مسیر بیوسنتز سیتوکینین کد می نماید. بیان ipt در توتون، گوجه فرنگی توسط یک پروموتور القاء شونده توسط  زخم (wound inducible promoter) سبب کاهش تغذیه کرم شاخدار توتون (M. sexta) از برگ ها و کاهش بقای شته سبز هلو شده است.

ـ ژن های مقاومت از گیاهان عالی

همچنانکه سموم Bt با موفقیت به درون گیاهان مهندسی می شوند، تلاش هایی نیز در جهت کشف ژنهای سموم حشره کش غیر Bt صورت می گیرد. تعدادی از پروتئین های حشره کش غیر Bt در احتیاجات غذایی حشرات مداخله می نمایند. دو گروه عمده از ژنهای با منشاء گیاهی وجود دارد که برای ایجاد مقاومت به حشرات در گیاهان زراعی از طریق به تاخیر انداختن رشد و نمو حشره مورد استفاده قرار می گیرند.

ـ بازدارندههای پروتئیناز (Proteinase inhibitors)

از سال ۱۹۳۸ مشخص شده است که گیاهان دارای پپتیدهایی هستند که به عنوان بازدارنده های پروتئیناز عمل (PIPs) می نمایند. پروتئینازهای مختلف عبارتنداز پروتئینازهای سرین، سیستئین، آسپارتیک و متالو. پروتئینازها آزاد شدن اسیدهای آمینه از پروتئین جیره غذایی را کاتالیز می نمایند، و به صورت مواد مغذی ضروری برای رشد و نمو حشرات را تامین می نمایند. بازدارنده های پروتئیناز با مداخله در عمل آنزیمهای هضمی حشره، آن را از مواد مغذی ضروری محروم می سازند. به دو نمونه از ژن بازدارنده پروتئیناز در ذیل به آنها اشاره شده است:

الف) بازدارنده ترپسین لوبیا چشم بلبلی (CpTI) (Cowpea trypsin inhibitor gene)

CpTI که در لوبیا چشم بلبلی (Vigna unguiculata) یافت می شود، فعالترین بازدارنده ای است که تاکنون شناسایی شده است. این ژن بازدارنده مواد آنتی متابولیتی تولید می نماید که سبب محافظت در برابر سوسک ( Callosobruchus maculates)که یک آفت انباری اصلی است، می شود. علاوه بر این، این ژن همچنین برای حشرات متعددی از خانواده بال پولکداران (Heliothis virescens)، ( Manduca sexta) قاب بالان (Callosobruchus، Antonomous grandis) و راست بالان (Locusta migratoria) مضر است، اما برای پستانداران بیضر می باشد. ژن CpTI کلون شده و ساختارهای حاوی پروموتور۳۵ S ویروس CaMV و یک کلون cDNA با طول کامل۵۵۰  bpاز آن برای تراریخت نمودن دیسکهای برگی توتون مورد استفاده قرار گرفت.                    آزمایش سنجی برای فعالیت حشره کشی گیاهان توتون تراریخت با  کرم غوزه Heliothiszea)انجام شد.  بقاء حشره و میزان خسارت وارده به گیاه، در گیاهان تراریخت در مقایسه با گیاهان شاهد، بطور واضحی کاهش یافت.