ویرایش ژن گیاهی: از حذف به افزودن
ویرایش ژن گیاهی
توانمندسازی فتوسنتز از طریق ویرایش ژن گیاهی
در دهه‌های اخیر، ابزارهای CRISPR/Cas9 صرفاً برای خاموش‌سازی یا حذف ژن‌ها به کار نمی‌رفتند. پژوهش‌های مؤسسه ژنومیک نوآورانه دانشگاه برکلی نشان دادند که می‌توان با دستکاری DNA تنظیم‌کننده، میزان بیان ژن‌های بومی را افزایش داد و فتوسنتز را در محصولات غذایی ارتقا بخشید. این روش نوین، نقطه‌عطفی در ویرایش ژن گیاهی به شمار می‌آید.
پروژه RIPE و هدف افزایش بازده فتوسنتز
پژوهش مذکور در مجله Science Advances منتشر شده و زیر چتر پروژه RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) قرار دارد. این ابتکار بین‌المللی با حمایت بنیاد بیل و ملیندا گیتس و دفتر توسعه و امور خارجه بریتانیا، هدفش افزایش تولید غذا از طریق بهبود فتوسنتز در گیاهان زراعی است.
- استفاده از ژن‌های حفاظت نوری (photoprotection)
- تمرکز بر ژن PsbS
- بهبود بیان با معکوسسازی بخش‌های تنظیم‌کننده
معکوسسازی بخش‌های تنظیم‌کننده در ژن
در این مطالعه، دانشمندان با استفاده از CRISPR/Cas9 اقدام به inversion نواحی upstream regulatory DNA پیش از ژن PsbS کردند. این جا‌به‌جایی مشابه «برگرداندن یک قطعه متن» عمل نمود و بیان ژن را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد. افزایش بیان PsbS موجب ارتقای ظرفیت حفاظتی و جذب انرژی نور در سلول‌های برگ شد.
آنالیز تأثیرات جانبی: نتایج RNA-seq
برای ارزیابی پلاستیسیته ژنومی و کمترین اثرگذاری ناخواسته، پژوهشگران از RNA-seq پس از بزرگ‌ترین معکوس DNA استفاده کردند. نتایج نشان داد تنها تعداد معدودی از ژن‌های دیگر تغییر بیان داشتند. این یافته نویدبخشِ کاربردی بودن روش بدون اختلال در فرآیندهای حیاتی گیاه است.
کارایی و چشم‌انداز آینده
با اینکه تنها ۱٪ از گیاهان اصلاح‌شده، فنوتیپ ایدئال را بروز دادند، این نتایج ثابت کرد ویرایش ژن گیاهی برای بهینه‌سازی سریع فتوسنتز شدنی است. از مزایای این رویکرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش موانع مقرراتی در مقایسه با محصولات تراریخته
- افزایش سرعت توسعه نسبت به اصلاح نباتات سنتی
- امکان تولید نسخه‌های متنوع ژن‌های کلیدی با دقت بالا
نتیجه‌گیری
ویرایش ژن گیاهی با دستکاری DNA تنظیم‌کننده و بهره‌گیری از CRISPR/Cas9 گامی نوین در افزایش فتوسنتز و تولید غذایی پایدار است. این مطالعه، نقطه‌ی عطفی در استفاده از ظرفیت ذاتی ژنوم گیاهان برای مواجهه با چالش‌های تغییر اقلیم و نیاز غذایی جمعیت جهان محسوب می‌شود.
برای پاسخ به این سؤال، باید بدانید پژوهشگران با معکوسسازی DNA تنظیم‌کننده پیش از ژن‌های حفاظت نوری مانند PsbS، بیان ژن را افزایش داده‌اند. این روش به‌طور مستقیم ویرایش ژن گیاهی را بدون وارد کردن ژن خارجی ممکن می‌سازد.
به‌طور کلی، پروژه RIPE با تمرکز بر افزایش بازده فتوسنتز در گیاهان زراعی و حمایت از تکنیک‌هایی مانند ویرایش ژن گیاهی، هدفش افزایش تولید غذا و پایداری کشاورزی است.
برای پاسخ به این سؤال، اصلاح نباتات سنتی معمولا با تلاقی نسل‌ها و انتقال ژن‌های خارجی همراه است؛ اما ویرایش ژن گیاهی با ابزارهایی مانند CRISPR/Cas9 و بدون وارد کردن ژن بیگانه، سرعت و دقت بالاتری دارد.
