Slide 1

Report
‫تحمل شوری‬
‫مقدمه‬
‫میزان برداشت محصوالت کشاورزی در اثر شوری خاک به شدت کاهش می یابد و اثرات زیان آور‬
‫ازدیاد نمک در خاک های کشاورزی در تمدن های باستانی و جدید تأثیر گذاشته است ‪ .‬تنش های‬
‫محیطی ناش ی از شوری ‪ ،‬یکی از جدی ترین عواملی است که بازدهی محصوالت کشاورزی را محدود‬
‫می سازد ‪ .‬اکثر گیاهان زراعی نسبت به حضور مقادیر زیادی نمک در خاک حساس هستند ‪ .‬میزان‬
‫زیان آور نمک برای رشد گیاهان‪ ،‬محدوده ی وسیعی از زمین های دنیا را متأثر می سازد‪ .‬تخمین زده‬
‫می شود که در حال حاضر بیش از ‪ %20‬زمین های آبیاری شده ی دنیا تحت تأثیر شوری قرار دارد ‪.‬‬
‫این وضعیت ویژه ی مناطقی از دنیاست که به عنوان زمین های غیر زراعی و بیابانی طبقه بندی می‬
‫شوند ( که ‪ %25‬کل زمین های کره ی زمین را تشکیل می دهد) ‪ .‬نابود شدن زمین های قابل کشت‬
‫در اثر شوری ‪ ،‬در مقابل نیاز روز افزون جمعیت جهان قرار دارد که پیش بینی می گردد‪ ،‬در ‪ 20‬سال‬
‫آینده به میزان ‪1/25‬میلیارد نفر افزایش یابد؛ در این صورت تأمین نیازهای غذایی مردم دنیا چالش‬
‫انگیز خواهد شد‪ .‬اگر چه امروزه قحطی در دنیا ‪ ،‬از مشکالت پیچیده ای منشأ می گیرد و فقط به‬
‫تولید ناکافی غذا مربوط نمی شود ‪ ،‬ولی شکی نیست که ارتقای تولید محصوالت غذایی ( که در اثر‬
‫انقالب سبز فراهم شده است) به سقف خود رسیده است‪ .‬این در حالی است که جمعیت دنیا به‬
‫رشد خود ادامه می دهد‪ .‬بنابراین ‪ ،‬افزایش بازدهی گیاهان زراعی هم در خاک های معمولی و هم‬
‫زمین های نسبتا باید (شامل زمین های شور شده) برای تغذیه جمعیت جهان یک نیاز مطلق است‪.‬‬
‫تخریب زمین های کشاورزی و منابع آب به خاطر عملیات کشاورزی‬
‫شدیدی روی داده است که در کشورهای پیشرفته و کشورهای در حال‬
‫توسعه به کار گرفته شده اند‪ .‬به طور ایده آل ‪ ،‬عملیات استفاده از زمین‬
‫های زراعی و منابع آب باید به شکل منطقی تری تغییر یابد ‪ ،‬اما این‬
‫تغییرات در آینده ی نزدیک روی نخواهد داد‪ .‬به عنوان مثال‪ ،‬کشت‬
‫گیاهان علفی و درختان به صوت مخلوط ‪ ،‬از ازدیاد تراکم سدیم و نمک‬
‫های دیگر در الیه های فوقانی خاک تا حدودی می کاهد ‪ .‬به هر حال ‪،‬‬
‫این نوع تغییرات در سیستم های کشاورزی و توسعه محصوالت جدید‪ ،‬به‬
‫احتمال زیاد یک فرآیند طوالنی و مشکل خواهد بود ‪ ،‬زیرا به استفاده از‬
‫زمین های زراعی جدید نیاز دارد و مشکل کشت گیاهان زراعی در زمین‬
‫هایی که هم اکنون بایر به حساب می آیند را نیز مطرح نمی سازد ‪ .‬توسعه‬
‫و استفاده از گیاهان زراعی که بتوانند میزان باالی شوری خاک را تحمل‬
‫نمایند ( حداقل برای زمان حاضر) یک راه حل عملی خواهد بود‪.‬‬
‫نیاز به تولید گیاهان زراعی مقاوم به تنش حتا در زمان های باستان نیز‬
‫مشهود بوده است‪ .‬با این وجود‪ ،‬تالش های صورت گرفته برای ارتقاء‬
‫عملکرد گیاهان زراعی تحت تنش های محیطی به طور ویژه ای ثمربخش‬
‫نبودند‪ ،‬زیرا مکانیسم های پایه ای مربوط به تحمل تنش در گیاهان درک‬
‫نشده بود‪ Epstein .‬و همکارانش (‪ )1980‬محدودیت های تکنیکی و‬
‫بیولوژیکی مربوط به مشکل شوری را تشریح نمودند ‪ .‬اگر چه به نظر می‬
‫رسد که پیشرفت هایی در زمنیه ی راه حل هایی برای مشکالت تکنیکی‬
‫صورت گرفته باشد‪ ،‬ولی توسعه ی را کارهای زیستی ‪ ،‬مشکل تر بوده‬
‫اند‪ .‬یک راکار زیستی برای توسعه واریته های زراعی مقاوم به شوری‪،‬‬
‫به موارد زیر مروبط می گردد‪ :‬یکی ‪ ،‬نیاز به شناسایی عوامل ژنتیکی‬
‫کلیدی که توانایی تحمل تنش های مختلف را به عنوان پیش زمینه تعیین‬
‫می کنند و دیگری ‪ ،‬به کارگیری ژن های وابسته به تحمل شوری یا به‬
‫اختصار ‪. Quantitative trait Loci‬‬
‫وجود گیاهان شوره پسند با هالوفیت و تفاوت های موجود در توانایی تحمل‬
‫شوری میان ژنوتیپ های مختلف گونه های حساس به شوری یا گلیکوفیت‬
‫‪ ،‬به وضوح نشان می دهند که یک پایه ی ژنتیکی برای پاسخ به شوری‬
‫وجود دارد‪ .‬در حالی که تفاوت های موجود در توانایی تحمل شوری میان‬
‫واریته های مختلف ‪ ،‬از زمان های قدیم شناخته شده اند و انتخاب‬
‫اختصاصی درونی برای تحمل شوری در برنج و جو گزارش شده است‪،‬‬
‫اما هنوز خأل بزرگی در درک انسان راجع به این موضوع وجود دارد‪.‬‬
‫‪ Flowers‬و ‪ )1995( Yeo‬شواهد مربوط به نادر بودن اقالم زراعی‬
‫مقاوم به شوری را بررسی کردند و نتیجه گیری نمودند که تعداد این‬
‫الا کم تر از ‪ 30‬مورد است ‪ )2004( Flowers .‬بیان کرده‬
‫گیاهان احتما ً‬
‫است که از سال ‪ 1993‬میالدی تا کنون‪ ،‬فقط ‪ 3‬مورد گیاه زراعی مقاوم‬
‫به شوری در علوم زراعی ثبت گردیده است‪.‬‬
‫در حال حاضر دو روش ژنتیکی پایه ای برای ارتقای توانایی تحمل تنش به کار‬
‫گرفته می شود‪:‬‬
‫‪ .1‬استفاده از تنوع ژنتیکی طبیعی یا از طریق انتخاب مستقیم و شرایط محیطی‬
‫تنش زا یا از طریق نقشه برداری ژن های ‪ QTLs‬و متعاقبًا ا انتخاب آن ها به‬
‫کمک مارکرهای ژنتیکی ‪.‬‬
‫‪ .2‬تولید گیاهان ترانسژنیک جهت معرفی ژن های جدید یا دستکاری میزان بیان‬
‫ژن های موجود جهت تأثیر در میزان تحمل شوری‪.‬‬
‫ما این روش ها را به صورت جامع مورد بحث قرار خواهیم داد و بر تجربیات‬
‫اخیر انجام شده بر روی گیاهان ترانسژنیکی تأکید خواهیم کرد که به افزایش‬
‫قدرت تحمل شوری انجامیده اند؛ همچنین ‪ ،‬بر زمینه های مربوط به هموستاس‬
‫یونی ‪ ،‬تنظیم های اسمزی و محافظت های ناشی از آنتی اکسیدانت ها تأکید‬
‫خواهیم نمود‪ .‬مقادیر عظیمی از تحقیقات انجام شده در زمینه ی ارسال پیام و‬
‫کنترل نسخه برداری وجود دارد که اخیرًاا مورد بررسی قرار گرفته اند و‬
‫بنابراین ‪ ،‬در این جا به آن ها پرداخته نمی شود‪.‬‬
‫ژنتیک تحمل شوری‬
‫انتخاب مستقیم ژنوتیپ های برتر مقاوم به نمک در شرایط حاکم در‬
‫مزرعه توسط تأثیرات قابل مالحظه ای مختل می شود که عوامل طبیعی‬
‫در پاسخ گیاهان به شوری بر جای می گذارند‪ .‬همچنین ‪ ،‬شواهدی راجع‬
‫به این موضوع وجود دارد که قدرت تحمل گیاهان در یک مرحله از نمو‬
‫همیشه با قدرت تحمل شان در مراحل دیگر مطابقت ندارند‪ .‬به عنوان مثال‬
‫‪ ،‬در گیاهان گوجه فرنگی ‪ ،‬جو ‪ ،‬ذرت ‪ ،‬برنج و گندم قدرت تحمل شوری‬
‫‪ ،‬تمایل دارد با افزایش سن باال رود ‪ .‬ارتباط ‪ QTLs‬با قدرت تحمل‬
‫شوری در مرحله ی تندیدن دانه در گیاه جو ‪ ،‬گوجه فرنگی و عربیداپسز‬
‫با انواع مربوط به تحمل شوری در مراحل اولیه ی رشد تفاوت دارد و‬
‫گیاهانی که بر اساس توانایی شان جهت تندیدن در شوری باال انتخاب می‬
‫شوند‪ ،‬در جریان رشد رویشی خود قدرت تحمل شوری مشابهی را نشان‬
‫نمی دهند‪.‬‬
‫توسعه ی روش های زیست شناسی ملکولی ‪ ،‬امکان توسعه ی مارکرهای‬
‫‪ DNA‬را فراهم آوردند که می توان از آن ها برای شناسایی ‪ QTLs‬استفاده‬
‫نمود‪ .‬یک ‪ QTL‬بخشی از ژنوم است که به تنوع کمی صفت مورد نظر مربوط‬
‫می شود‪ .‬استفاده از ‪ QTLs‬درجه ی کارایی انتخاب را ارتقا می دهد‪ ،‬به ویژه‬
‫برای صفاتی که توسط چندین ژن کنترل می گردند و به شدت تحت تأثیر عوامل‬
‫محیطی قرار دارند‪ .‬انتخاب ‪ QTLs‬به کمک مارکرهای ژنتیکی نسبت به‬
‫غربال سازی مستقیم فنوتیپی ‪ ،‬چندین مزیت دارد‪ ،‬به ویژه به خاطر آن که‬
‫روش های مبتنی بر ‪ PCR‬مورد استفاده جهت شناسایی مارکرها ‪،‬زمان الزم‬
‫باری غربال سازی انواع منفرد را کاهش می دهد و اثرات محیطی کم تری را‬
‫در صفت مورد مطالعه بر جای می گذارد‪ .‬شواهد قابل مالحظه ای برای حمایت‬
‫از این عقیده وجود دارد که قدرت تحمل شوری و کاهش آن توسط چندین‬
‫‪ QTLs‬کنترل می شود و اثرات غالب (و مغلوبی) در به ارث رسیدن بسیاری‬
‫از این صفات نیز مهم هستند‪ .‬توسعه نقشه های ‪ DNA‬بسیار متراکم که‬
‫مارکرهای میکروساتالیت ‪ ،‬پلی مورفیسم محدود سازی طول قطعات (به‬
‫اختصار ‪ ) RFLPs‬و پلی مورفیسم تشدید طول قطعات (به اختصار ‪) AFLPs‬‬
‫و همچنین ‪ ،‬پیشرفت در زمینه ی روش های انتخاب به کمک مارکرهای‬
‫ژنتیکی تجمع هرمی صفات مورد نظر را تسهیل می نمایند و بهبودی قابل‬
‫مالحظه ای را در راه کسب گیاهانی با قدرت تحمل شوری باالتر فراهم می‬
‫قدرت تحمل شوری به کمک روش های ترانسژنیک‬
‫از نظر فیزیولوژیکی ‪ ،‬شوری باعث موارد زیر می گردد‪ )1( :‬کسری آب که‬
‫از تراکم نسبتًا ا باالی مواد محلول در خاک ناشی می گردد‪ )2( ،‬تنش های ویژه‬
‫که از تغییر نسبت ‪ K+/Na+‬ناشی می شود و (‪ )3‬باال رفتن تراکم ‪ Na+‬و ‪C1-‬‬
‫که برای گیاهان زیان آور هستند‪ .‬گیاهان از طریق دو نوع پاسخ متفاوت به‬
‫شوری واکنش نشان می دهند‪ .‬گیاهان حساس به شوری ‪ ،‬جذب نمک را محدود‬
‫می سازند و فشار اسمزی خود را از طریق ساخت مواد محلول سازگار (پرولین‬
‫‪ ،‬گلیسین‪ ،‬قندها و غیره) تنظیم می کنند‪ .‬گیاهان مقاوم به شوری ‪ ،‬نمک را در‬
‫واکوئل های خود متراکم و محدود می سازند‪ ،‬تراکم نمک را در سیتوزول خود‬
‫کنترل می نمایند و نسبت باالیی از ‪ K+/Na+‬را در سیتوزول خود حفظ می‬
‫کنند‪ .‬واضح است که مکانیسم محدودسازی یون ها می تواند درجه ای از تحمل‬
‫شوری را برای تراکم نسبتًا ا پایین ‪ NaCl‬فراهم آورد ‪ ،‬اما نمی تواند در تراکم‬
‫های باالی نمک عمل نماید‪ .‬این وضعیت به توقف فرآیندهای متابولیکی می‬
‫انجامد که به نوبه ی خود‪ ،‬رشد را متوقف می کند‪ .‬در این جا سه فرآیند کلیدی‬
‫را مورد بحث قرار می دهیم که در توانایی تحمل شوری در سطح سلولی دخالت‬
‫دارند ‪ )1( :‬استقرار هموستاس یونی سلولی ‪ )2( ،‬ساخت مواد محلول سازگار‬
‫جهت تنظیم نیروی اسمزی و (‪ )3‬افزایش توانایی سلول جهت خنثی سازی‬
‫اشکال فعال اکسیژن (‪ )ROS‬که در جریان پاسخ های تنشی تولید می گردند‪.‬‬
‫هموستاس یونی‬
‫اگر چه ‪ Na+‬برای برخی از گیاهان‪ ،‬به ویژه عالوفیت ها مورد نیاز است ‪ ،‬ولی‬
‫تراکم باالی ‪ NaC1‬برای رشد گیاهان ‪ ،‬یک عامل زیان آور محسوب می شود ‪.‬‬
‫تغییر نسبت یون ها در گیاهان در اثر ورود ‪ Na+‬به سلول ‪ ،‬از طریق مسیرهای‬
‫روی می دهد که در جمع آوری ‪ K+‬عمل می نمایند‪ .‬حساسیت آنزیم های‬
‫سیتوزولی به نمک در هر دو نوع گیاهان‪ ،‬هالوفیت ها و گلیکوفیت های مشابه‬
‫است ‪ .‬این موضوع بیان می دارد که حفظ نسبت تراکم ‪K+/Na+‬در سیتوزول ‪،‬‬
‫برای رشد گیاهان در شوری باال‪ ،‬یک نیاز اساسی است‪ .‬استراتژی هایی که‬
‫گیاهان می توانند برای حفظ نسبت باالیی از ‪K+/Na+‬در سلول های خود استفاده‬
‫کنند عبارتند از ‪ :‬یکی دفع یون سدیم به خارج از سلول و دیگری ‪ ،‬محصور‬
‫نمودن ‪ Na+‬در واکوئل ‪ .‬تحت شرایط فیزیولوژیکی معمولی‪ ،‬گیاهان نسبت‬
‫باالیی از تراکم ‪ K+/Na+‬را در سولول های خود نگه می دارند که اختالف‬
‫پتانسیل منفی را در اطراف غشای سلولی ایجاد می کند (‪ . )-140 mV‬افزایش‬
‫تراکم خارج سلولی ‪ Na+‬شیب الکتروشیمیایی بزرگی را در اطراف غشای‬
‫سلولی ایجاد می کند که در جهت انتقال غیرفعال ‪ Na+‬به داخل سلول عمل می‬
‫سه دسته از کانال هایی که تمایل پایینی برای ‪ K+‬دارند شناسایی شده است‪:‬‬
‫‪ .1‬کانال های برطرف کننده به سمت داخل )‪ ، (KIRC‬از قبیل ‪ AKT1‬که به‬
‫دنبال قطبی شدن شدید غشای سلولی ‪ ،‬جریان فعال ‪ K+‬را به داخل‬
‫سلول باعث می گردد و قدرت انتخاب باالیی برای نسبت ‪ K+/Na+‬از‬
‫خود نشان می دهند‪ .‬جهشی که باعث حذف ‪ AKT1‬در گیاه عربیداپسز‬
‫)‪ (akt1-1‬شد باعث گردید که حساسیت این گیاه به نمک مشابه واریته‬
‫های وحشی شود ‪ .‬این موضوع نشان می دهد که کانال های ‪AKT1‬‬
‫نقشی را در جذب ‪ Na+‬بازی نمی کنند‪.‬‬
‫‪ .1‬کانال های برطرف کننده ‪ K+‬به سمت بیرون )‪ (KORCs‬که می توانند‬
‫نقشی را در جریان ‪ Na+‬به درون سلول های گیاهی بازی نمایند‪ .‬در‬
‫ریشه ی جو کانال های ‪ ، KORCs‬قدرت انتخابی باالیی را برای ‪K+‬‬
‫نسبت به ‪ Na+‬نشان می دهند و در سلول های ریشته عربیداپسز ‪،‬‬
‫قدرت انتخابی نسبتًا ا پایینی برای نسبت ‪ K+/Na+‬دارد ‪ .‬این کانال ها که‬
‫در جریان غیرقطبی شدن غشای سلولی باز می گردند (یعنی به دنبال‬
‫تغییر در اختالف پتانسیل الکتریکی به سمت مقادیر مثبت تر )‪ ،‬می‬
‫تواند جریان ‪ K+‬به خارج و ‪ Na+‬را به داخل وساطت نمایند‪.‬‬
‫‪ .2‬کانال های کاتیونی مستقل از بار الکتریکی )‪ (VIC‬که در غشای سلولی‬
‫گیاهان گزارش شده اند‪ .‬این کانال ها که قدرت انتخابی نسبتًا ا باالیی‬
‫برای ‪K+/Na+‬دارند ‪ ،‬توسط اختالف بار الکتریکی باز و بسته نمی‬
‫شوند و مسیری را برای ورود ‪ Na+‬به داخل سلول های گیاهی فراهم‬
‫می آورند‪.‬‬
‫یون سدیم می توند از طریق چندین ناقل که تمایل زیاد یا کمی برای ‪K+‬‬
‫دارند ‪ ،‬به درون سلول های گیاهی راه یابد‪ .‬از میان این ناقالن ‪ ،‬می توان‬
‫به ‪ AtHKT1‬را به عنوان تنظیم کننده ی جریان ‪ Na+‬به داخل ریشه‬
‫شناسایی کرده اند‪ .‬این نتیجه گیری بر اساس توانایی موتان های ‪hkt1‬‬
‫برای سرکوب متراکم سازی ‪ Na+‬و زمینه ی حساسیت شدید موتان ‪sos3‬‬
‫(دارای حساسیت زیاد به نمک) نسبت به سدیم صورت گرفته است ‪ .‬این‬
‫موضوع بیان می دارد که ‪ AtHKT1‬یک کانال تعیین کننده تحمل شوری‬
‫است که ورود یون سدیم را به داخل ریشه کنترل می کند‪.‬‬
‫انرژی الزم برای دفع ‪ Na+‬از سلول های گیاه توسط فعالیت آنزیم پروتون‬
‫‪ ATPase‬غشای سلولی تأمین می گردد که شیب الکتروشیمیایی ‪ H+‬به‬
‫سلول (در امتداد پتانسیل الکتروشیمیایی خود) را با دفع فعال ‪ Na+‬جفت‬
‫اخیرًاا نشان داده شده است که ‪ AtSOS1‬گرفته شده از گیاه عربیداپسز‬
‫تحریک یک آنتی پورت ‪ H+/Na+‬می شود که به طور قابل مالحظه ای‬
‫پورت ‪ H+/Na+‬موجود در باکتری های و قارچ هاست ‪ .‬بیان زیاد‬
‫تحمل شوری در عربیداپسز را بهبود می بخشد‪.‬‬
‫این یافته ها نشان می دهد که ارتقاء توانایی تحمل شوری را می توان از طریق‬
‫محدود سازی تراکم ‪ Na+‬در سلول های گیاهی به دست آورد (جدول ‪. )1-8-2‬‬
‫همچنین محبوس کردن یون ‪ Na+‬در واکوئل ها ‪ ،‬مکانیسم کارایی را جهت‬
‫اجتناب از اثرات سمی ‪ Na+‬در سیتوزول فراهم می آورد ‪ .‬انتقال ‪ Na+‬به داخل‬
‫واکوئل ها توسط یک آنتی پورت ‪ H+/Na+‬وساطت می گردد که انرژی آن را‬
‫شیب الکتروشیمیایی پروتون فراهم می آورد ؛ این شیب پروتون خود توسط‬
‫آنزیم های واکوئلی ‪ H+-ATPase‬و ‪ H+-PPiase‬که ‪ H+‬را انتقال می دهند تولید‬
‫می گردد‪ .‬بیان بیش از حد ‪ AtNHX1‬در عربیداپسز (یعنی یک ژن عربیداپسز‬
‫که یک آنتی پورت واکوئلی ‪ H+/Na+‬را کد می کند) باعث تولید یک گیاه‬
‫ترانسژنیک گردید که قادر به رشد در تراکم های باالی نمک بود‪.‬‬
‫برتری نقش محبوس سازی ‪ Na+‬درگیاهان مقاوم به نمک ‪ ،‬به مقدار‬
‫بیشتری درگیاهان ترانسژنیک گوجه فرنگی مطالعه شده است که ژن‬
‫‪ AtNHX1‬را به میزان باال بیان می کنند‪ .‬گوجه فرنگی ترانسژنیک‬
‫پرورش یافته در حضور ‪ 200mM NaC1‬قادر به رشد ‪ ،‬تولید گل و‬
‫میوه بودند ‪ .‬اگر چه این گیاهان ‪ ،‬سدیم را در برگ های خود متراکم‬
‫ساختند ‪ ،‬اما میوه ی آنها مقدار بسیار کمی سدیم را در خود متراکم کردند‪.‬‬
‫نتایج مشابهی با گیاه ترانسژنیک کانوالیی به دست آمده است که ژن‬
‫‪ AtNHXl‬را به میزان باال بیان می کردند‪ .‬برگ های گیاهان نرانسژنیک‬
‫پرورش یافته در حضور ‪ ، NaCl 200mM‬یون سدیم را به میزان ‪%6‬‬
‫وزن خشک خود متراکم ساخنتد‪ ،‬ولی بازدهی دانه و کیفیت روغن آنها‬
‫تحت تأثیر قرار نگرفت‪ .‬این موضوع نشان می دهد که پتانسیل استفاده از‬
‫تکنولوژی برای اهداف کشاورزی در خاک های شور ‪ ،‬زیاد است‪ .‬نتایج‬
‫مشابهی در گونه های دیگر گزارش شده است‪ .‬معرفی ژن آنتی پورت‬
‫واکوئلی ‪ Na+/H+‬گرفته شده از گیاه هالوفیت ‪Atriplex gmelini‬‬
‫باعث ایجاد توانایی تحمل شوری در برنج گردید‪ .‬اخیرًاا بیان بسیار زیاد‬
‫ژن ‪ GhNHXl‬گرفته شده از پنبه در گیاه تنباکو و بیان بیش از حد ژن‬
‫‪ AtNHXl‬در ذرت باعث تقویت توانایی تحمل شوری گردید‪.‬‬
‫شواهد دیگر برای تأیید نقش واکوئلی نمک جهت مقاومت در برابر‬
‫شوری‪ ،‬توسط واریته ای از عربیداپسز فراهم گردید که ژن واکوئلی‬
‫‪ H+PPiase‬را به میزان باالیی بیان می کند‪ .‬گیاهان ترانسژنیکی که ژن‬
‫‪( AVP1‬کد کننده آنزیم پیروفسفاتاز ‪ H+-‬واکوئلی) را به میزان باال بیان‬
‫می کردند ‪ ،‬افزایش توانایی تحمل شوری را همراه با افزایش محتوای‬
‫یونی در گیاهان مربوطه نشان دادند‪ .‬این نتایج بیان می دارند که تقویت‬
‫پمپ ‪ H+‬واکوئلی در گیاهان ترانسژنیک ‪ ،‬نیروی مضاعفی را برای‬
‫متراکم سازی سدیم در واکوئل (از طریق فعالیت آنتی پورت های واکوئلی‬
‫‪ ) Na+/H+‬فراهم می آورد‪.‬‬
‫ساخت مواد سازگار‬
‫پاسخ های سلولی حانداران شوره پسند به تنش های کوتاه مدت و دراز مدت‬
‫سوری ‪ ،‬شامل ساخت و متراکم سازی یک دسته از ترکیبات محافظتی –‬
‫اسمزی می شوند که به مواد محلول سازگار معروفند ‪ .‬این ترکیبات آلی نسبتًا ا‬
‫کوچک اسمولیت شامل موارد زیر می شوند‪:‬‬
‫اسیدهای آمینه و مشتقات آن ها ‪ ،‬پلی ال ها و قند ها ‪ ،‬متیل آمین و غیره ‪ .‬این‬
‫اسمولیت ها ‪ ،‬پروتیئن ها و ساختارهای سلولی را پایدار می سازند و می توانند‬
‫فشارهای اسمزی سلول را افزایش دهند‪ .‬این پاسخ ها برای وضعیت هموستاس‬
‫کننده ی آب سلولی و تمامیت پروتئین ها در برابر محلول خاک که حاوی مقادیر‬
‫باالتری ‪ NaCl‬است (و در نتیجه دفع آب از سلول) مزاحمت ایجاد می کند‪.‬‬
‫متراکم شدن ترکیبات فعال اسمزی در سیتوزول ‪ ،‬پتانسیل اسمزی در سیتوزول‪،‬‬
‫پتانسیل اسمزی را افزایش می دهد به طوری که تعادلی را میان محلول‬
‫آپوپالست و محتویات واکوئلی برقرار سازد‪ .‬در مورد تنش های کوتاه مدت این‬
‫عمل می تواند به سلول امکان پیشگیری ازدفع آب را بدهد‪ .‬با این وجود برای‬
‫رشد مداوم گیاه در تنش شوری باید یک شیب اسمزی به سمت سیتوزول برقرار‬
‫شود به طوری که فشار تورژسانس و جذب آب را حفظ کند و گسترش سلول را‬
‫تسهیل کند‪.‬‬
‫تقویت تولید پرولین و گلیسین در گیاهان هدف ‪ ،‬توجه زیادی را به خود‬
‫جلب کرده است ‪ .‬در نتیجه این مطالعات ‪ ،‬دو موضوع آشکار گردیده‬
‫اتس‪ :‬یکی محدودیت های متابولیکی برای میزان مطبق اسمولیت هایی که‬
‫می توانند متراکم شوند‪ ،‬وجود دارد و دیگری درجه ای که گیاهان‬
‫نرانسژنیک دستکاری شده می توانند تنش های شوری را تحمل نمایند‪،‬‬
‫اجبارًاا با میزان مواد محافظتی – امسزی تولید شده مطابقت ندارد‪.‬‬
‫محدودیت های متابولیکی برای افزایش تراکم یک ماده ی محافظتی –‬
‫اسمزی به خوبی توسط پرولین و گلیسین نشان داده شده است ‪ .‬استراتژی‬
‫های ابتدایی با هدف طراحی تراکم باالتری از اسید آمینه ی پرولین ‪ ،‬با‬
‫بیان زیاد ژن هایی آغاز گردید که بیوسنتز آنزیم های پرولین ‪-5-‬‬
‫کربوکسیالر‪ ،‬سنتازها و ریدوکتاز را کد می کنند ‪ .‬این آنزیم ها دو مرحله‬
‫ی موجود میان سوبسترا (اسید گلوتامیک) محصول تولیدی (پرولین) را‬
‫کاتالیز می کنند ‪ .‬بیان زیاد ‪ P5CS‬در تنباکوی ترانسژنیک به طور‬
‫چشمگیری میزان پرولین آزاد را افزایش داد (جدول ‪. )2-8-2‬‬
‫با وجود این به نظر نمی رسد که تنظیم پرولین آزاد سر راست باشد ‪.‬‬
‫کاتابولیسم پرولین از طریق آنزیم پرولین دهیدروژنار )‪ (ProDH‬توسط‬
‫مقدار پرولین آزاد تنظیم – افزایشی می شود و شواهد قویی وجود دارد‬
‫مبنی این که پرولین آزاد‪ ،‬آنزیم ‪P5CS‬را محدود می سازد‪ .‬از این گذشته‪،‬‬
‫افزایش دو برابری میزان پرولین آزاد در گیاه ترانسژنیک تنباکویی به‬
‫دست آمد که توسط ژن ‪( P5CS‬اصالح شده از طریق موتاسیون زایی‬
‫هدفمند) دستکاری شده بود‪ .‬این نوع دستکاری باعث رفع اختالل‬
‫بازخوردی پرولین بر روی فعالیت ژن ‪ P5CS‬گردید و باعث بهبود تندش‬
‫و رشد نهال در تنش های شوری شد ‪ .‬میزان پرولین آزاد سلولی نیز هم‬
‫در سطح نسخه برداری و هم در سطح ترجمه کنترل می شود‪ .‬تحلیل های‬
‫انجام شده بر روی پروموتور ژن ‪ P5CR‬نشان می دهد که نسخه برداری‬
‫از ژن ‪ P5CR‬شروع عملیات ترجمه را کاهش می دهد‪ .‬یک قطعه ‪92‬‬
‫‪( bp‬جفت بازی) از انتهای ‪ 5UTR‬ژن ‪ P5CR‬جهت افزایش پایداری‬
‫‪ mRNA‬و همچنین ‪ ،‬توقف ترجمه ژن گزارشگر ‪( GUS‬که به انتهای ‪3‬‬
‫این منطقه ی کوچک متصل شده بود) تحت تنش شوری کافی بود‪ .‬این‬
‫نتایج پیچیدگی تنظیم ‪ P5CR‬را در جریان وقوع تنش نمایان می سازد و‬
‫بر اهمیت ترجمه و پایداری ‪ mRNA‬ژن ‪ P5CR‬در جریان تنش های‬
‫یک روش نهایی برای کسب مقدار قابل مالحظه ای پرولین آزاد (در جایی‬
‫که تبدیل ‪ cDNA‬غیر حسی برای کاهش بیان آنزیم ‪ proDH‬استفاده‬
‫گردید) به کار گرفته شده است ‪ .‬میزان پرولین در گیاه ترانسژنیک‬
‫عربیداپسز هنگامی که در غیاب تنش پرورش داده شد‪ 2 ،‬برابر میزان‬
‫موجود در گایه کنترل بود ‪ ،‬در حالی که هنگام پرورش در تنش ‪ 3 ،‬برابر‬
‫بیش از گیاه کنترل وبد ‪ .‬میزان باالی پرولین آزاد ‪ ،‬با افزایش قدرت تحمل‬
‫شوری همراه بود ‪ ،‬هر چند گه گیاهان مورد مطالعه فقط برای مدت‬
‫کوتاهی در معرض ‪ NaCl600mM‬قرار گرفته بودند‪.‬‬
‫آزمایش های انجام شده جهت طراحی ساخت گلیسین – بتائین بیش از هر ماده‬
‫ی محلول سازگار دیگر بوده است‪ .‬بر خالف پرولین ‪ ،‬تجزیه ی گلیسین –‬
‫بتائین در گیاهان قابل مالحظه نیست ‪ ،‬اما مشکالت مربوط به جریانات‬
‫متابولیکی همراه با محبوس سازی سوبسترا و خزانه ی محصول ‪ ،‬طراحی تولید‬
‫قابل مالحظه ای گلیسین – بتائین را با مسایلی مواجه ساخته اند‪ .‬در گیاهانی که‬
‫به طور طبیعی گلیسین – بتائین متراکم می سازند (مانند اسفناج ‪ ،‬چغندرقند)‬
‫ساخت این ترکیبات همراه با دو واکنش اکسیداسیون – احیا (از کوئین به سمت‬
‫گلیسین) در کلروپالست صورت می پذیرد‪ .‬اولین واکنش اکسیداسیون به سمت‬
‫ساخت بتائین آلدئید ‪ ،‬توسط آنزیم کولین منواکسیژناز ‪ ،‬که یک آنزیم آهن دار‬
‫گوگردی است کاتالیز می شود ‪ .‬اکسیداسیون بتائین آلدئید به گلیسین – بتائین‬
‫توسط آنزیم بتائین دهیدروژناز )‪ (BAGH‬که یک دهیدروناژ غیراختصاصی‬
‫آلدئید است کاتالیز می گردد‪ .‬این واکنش ها در باکتری اشرشیا کلی از نوع‬
‫سیتوزولی هستند ‪ :‬اولین واکنش آن توسط آنزیم کولین دهیدروژناز )‪(CDH‬‬
‫کاتالیز می گردد که یک آنزیم وابسته به ‪ NAD+‬است و توسط لوکوس بتا کد‬
‫می شود ؛ واکنش دوم ‪ ،‬توسط آنزیم ‪ BADH‬کاتالیز می شود که توسط لوکوس‬
‫بتا کد می گردد‪ .‬در آرتروباکتر گلبیفرم این دو واکنش اکسیداسیون فقط توسط‬
‫یک آنزیم ‪ ،‬معروف به کولین اکسیداز کاتالیز می شود که توسط لوکوس کد می‬
‫شود‪.‬‬
‫ژن ‪ coda‬آرتروباکتر گلبیفرم روش نهایی جذابی را جهت طراحی ساخت‬
‫گلیسین – بتائین ارایه می نماید ‪ ،‬زیرا فقط به عمل انتقال یک ژن نیاز دارد ‪.‬‬
‫این استراتژی برای طراحی ساخت گلیسین – بتائین در گایه عربیداپسز به کار‬
‫گرفته شد ‪ .‬سازه ژنی هدایت شده توسط پروموتور ‪ 35s‬شامل یک پپتید انتقالی‬
‫برای زیر واحد کوچک ‪ Rubisco‬بود به طوری که پروتئین ‪ COD‬را به سمت‬
‫کلروپالست هدف گیری نماید ‪ .‬در گیاهان ترانسژنیک عربیداپسز که در اثر‬
‫دستگاری ژنتیکی توانستند گلیسین – بتائین را به میزان ‪ 1ymol/g‬وزن تر‬
‫متراکم سازند توانایی تحمل شوری افزایش یافت‪.‬‬
‫همین سازه ژنی برای دستکاری گیاه ‪ B.juncia‬به کار گرفته شد د تحمل‬
‫شوری نژادهای دستکاری شده در جریان تندش دانه و استقرار نهال ها به میزان‬
‫زیادی افزایش یافت ‪ .‬ژن ‪ COX‬گرفته شده از ‪ A.panescens‬که همولگ ژن‬
‫‪ COD‬آرتروباکتر گلوبیفرم است ‪ ،‬برای دستکاری ژنتیکی عربیداپسز و تنباکو‬
‫به کار گرفته شد ‪ .‬این دسته از آزمایشات با انواع فوق الذکر تفاوت دارند ‪،‬‬
‫زیرا پروتئین ‪ COX‬به سمت سیتوپالسم (نه به طرف کلروپالست) هدف گیری‬
‫شده بود ‪ .‬بهبود قدرت تحمل شوری ‪ ،‬خشکی و انجماد در برخی از گیاهان‬
‫نرانسژنیک هر سه گونه ی گیاهی فوق مشاهده گردید ‪ ،‬ولی این توانایی ها‬
‫متغیر بودند ‪ .‬میزان گلیسین – بتائین موجود در این گیاهان ترانسژنیک به طور‬
‫چشم گیری افزایش یافت ‪ .‬این موضوع بیان می دارد که تأمین کولین ‪ ،‬نقش‬
‫بر اساس نتایج مباحث فوق می توان به دو موضوع مهم دست یافت ‪:‬‬
‫تراکم های گلیسین – بتائین در گیاهان نرانسژنیک بسیار کم تر از تراکم‬
‫های مشاهده شده در گیاهی است که به طور طبیعی متراکم کننده ی‬
‫گلیسین – بتائین هستند‪ .‬با وجود این حقیقت که مقادیر آن ها به اندازه ی‬
‫مقادیر باال نیست و در نتیجه از نظر اسمزی قابل مالحظه نیستند ولی از‬
‫نظر تحمل شوری و تنش های دیگر ‪ ،‬مؤید افزایشی متوسط (اما قابل‬
‫مالحظه) بود ‪ .‬این موضوع بیان می دارد که محافظت های فراهم آمده‬
‫توسط گلیسین – بتائین ممکن است فقط اسمزی نباشد (نکته ای که توسط‬
‫چندین گروه از متخصصان فوق الذکر مطرح گردید) همچنین مواد محلول‬
‫سازگار (شامل مانیتول) می توانند به عنوان مواد جمع آوری کننده ی‬
‫رادیگال های اکسیژن عمل نمایند ؛ این موضوع ممکن است توسط نتایج‬
‫‪ Alia‬و همکارانش مورد تأیید قرار گیرد که محافظت از فتوسیستم ‪ II‬را‬
‫در گیاهان بیان کننده ی ژن ‪ coda‬مشاهده کردند‪ .‬یک نکته ی نهایی که‬
‫اجبارًاا به مورد اول مربوط نیست این است که افزایش میزان پراکسید تولید‬
‫شده توسط اکسیداسیون کولین ‪ COD/COX‬باعث تنظیم – افزایشی آنزیم‬
‫های آسکوربات پراکسیداز و کاتاالز می گردد‪ .‬این عمل می تواند قدرت‬
‫میزان تولید گلیسین – بتائین در گیاهان نرانسژنیک توسط کولین محدود‬
‫می شود ‪ .‬ساخت بتائین در گلروپالست صورت می گیرد و خزانه ی‬
‫کولین آزاد ممکن است دسترسی کلورپالست به کولین را منعکس نسازد و‬
‫ممکن است توسط فعالیت و فرواوانی ناقالن کولین محدود گردد ‪ .‬به هر‬
‫حال هنگامی که کولین به محیط کشت افزوده شده بود‪ ،‬افزایش چشم گیری‬
‫در میزان گلیسین – بتائین در گیاهان ترانسژنیک مشاهده گردید‪ .‬این‬
‫محدودیت در تنباکوی ترانسژنیکی که آنزیم های ‪ CDH‬و ‪ BADH‬گرفته‬
‫شده از اشرشیا کلی را در سیتوپالسم خود بیان می کرد ‪ ،‬اکتشاف نشد ‪.‬‬
‫اگر چه این گیاهان نرانسژنیک افزایشی را در تحمل شوری نشان می‬
‫دادند ‪ ،‬ولی میزان گلیسین – بتائین آن ها در حد مقادیر فوق الذکر بود ‪.‬‬
‫‪ .1‬همچنین ‪ sakamoto‬و ‪ murata‬اظهار داشتند که اگر چه شباهت‬
‫هایی در توانایی تحمل شوری گیاهانی که برای ساخت بتائین طراحی‬
‫شده بودند مشاهده می شد ‪ ،‬ولی محل ساخت بتائین ممکن است نقشی را‬
‫در درجه ی تحمل مشاهده شده بازی کند‪ .‬در حقیقت اگر بتائین موجود‬
‫در این گیاهان متمرکز گردد (ابتدا در گلروپالست) ممکن است تراکم‬
‫چشم گیری )‪ (50mM‬را ایجاد نماید ‪ .‬با این وجود ‪ sakamoto‬و‬
‫‪ murata‬تأثیر محدودکنندگی خزانه ی متابولیکی کولین را بر روی‬
‫گلیسین – بتائین به دست آمده در گیاهان ترانسژنیک طراحی شده ‪ ،‬کم‬
‫اهمیت می دانند ‪ ،‬زیرا معتقدند که فعالیت اکسید کنندگی کولین ممکن‬
‫است عامل محدودکننده باشد ‪ .‬به نظر می رسد که این بحث توسط‬
‫‪ Hung‬و همکارانش تأیید گردد‪ .‬این محققان دریافتند که میزان گلیسین‬
‫– بتائین با میزان فعالیت ‪ COX‬اندازه گیری شده در گیاه مطابقت‬
‫دارد‪ .‬افزایش مقدار گلیسین – بتائین همراه با کولین محیطی در مقابل‬
‫این عقیده قرار می گیرند‪.‬‬
‫شواهد قوی تری راجع به محدودیت متابولیسم کولین توسط ‪ McNeil‬و‬
‫همکارانش ارایه شده است ‪ .‬این محققان از طریق بیان زیاد فسفواتانول آمین ‪N‬‬
‫– متیل ترانسفراز در اسفناج ( که سه واکنش متیالسیون مورد نیاز برای تبدیل‬
‫فسفواتانول آمین به فسفوکولین را کاتالیز می کند)‪ ،‬توانستند میزان کولین آزاد را‬
‫تا ‪ 50‬برابر افزایش دهند ‪ .‬این افزایش در گیاهانی که آنزیم های ‪ CMO‬و‬
‫‪ BADH‬اسفناج را در کلروپالست خود بیان می کردند باعث افزایش میزان‬
‫گلیسین – بتائین (‪ )%60+‬شد ‪ .‬از این گذشته افزودن اتانول آمین به محیط‬
‫کشت گیاه باعث افزایش میزان کولین و گلیسین – بتائین گردید ‪ .‬این یافته نشان‬
‫می دهد که جریان متابولیکی در این مسیر بیوشیمیایی نیز توسط تأمین اتانول‬
‫آمین محدود می شود ‪ .‬از آنجا که خود ‪ PEAMT‬توسط فسفوکولین محدود می‬
‫گردد‪ ،‬تالش های آینده در این زمینه باید شامل موارد زیر گردد‪:‬‬
‫‪ .1‬دستکاری ‪PEAMT‬جهت حدف این محدودیت‬
‫‪ .2‬افزایش تأمین اتانول آمین از طریق بیان زیاد ژن سرین دکروبوکسیالز‬
‫‪ .3‬حل مشکل محبوس سازی‬
‫کولین و اکسیداسیون کولین از طریق به کارگیری اکسیداسیون کولین در‬
‫سیتوپالسم یا از طریق یافت ناقالنی مناسب جهت افزایش تأمین کولین‬
‫برای کلروپالست‪.‬‬
‫باالخره از آن جا که مواد محلول سازگار سمی نیستند مبادله ی این‬
‫ترکیبات میان گونه های مختلف توجه زیادی را جلب کرده است (جدول‬
‫‪ )1-8-2‬نمونه های اخیر شامل موارد زیر می شود‪:‬‬
‫‪ .1‬ساخت اکتوئین به کمک آنزیم های گرفته شده از باکتری نمک دوست‬
‫هالوموناس ایالنگاتا‬
‫‪ .2‬ساخت ترهالوز در سیب زمینی و برنج (ترهالوز در باکتری ه و‬
‫مخمرها تولید می شود اگر چه در گیاهان ‪ ،‬متابولیسم ترهالوز نقش‬
‫مهمی را در انتقال پیام های متابولیکی بازی می کند اما خود ترهالوز‬
‫فقط درگیاهان فوق العاده خشکی پسند متراکم می شود)‬
‫یک گزارش چشم گیر راجع به تقویت تحمل شوری در گیاه تنباکو که ژن‬
‫اینورتاز مخمر را در آپوپالست خود بیان می کرد ‪ ،‬پتانسیل نقش متابولیسم‬
‫ساکاروز را آشکار ساخت‪ .‬نویسندگان این مقاله ‪ ،‬افزایش تحمل شوری را‬
‫در گیاه ترانسژنیک تنباکویی گزارش نمودند که ژن اینورتاز مخمر را در‬
‫فضای آپوپالست خود بیان می کرد ‪ .‬آن ها نتیجه گیری کردند که‬
‫دستکاری متابولیسم ساکارزو در گیاهان ترانسژنیک می تواند از دستگاه‬
‫فتوسنتزی ان ها در تنش های شوری محافظت نماید ‪ .‬نشان داده شده است‬
‫که بیان زیاد پلی ال ها (مانند مانیول و ‪ )Dononitol‬در افزایش قدرت‬
‫تحمل شوری و کم آبی گیاهان ترانسژنیک تنباکو دخالت دارند‪.‬‬
‫محافظت آنتی اکسیدانتی‬
‫یکی از جنبه های مهم تنش های شوری در گیاهان ‪ ،‬تولید عوامل ‪ROS‬‬
‫از جمله رادیکال سوپراکسید )‪ (Q2‬پراکسید هیدروژن )‪ (H2O2‬و‬
‫هیدرواکسیل رادیکال )‪ (OH‬است که تحت تأثیر تنش شوری شروع می‬
‫گردد ‪ .‬عوامل ‪ ROS‬محصول تغییراتی است که در جریات تنش در‬
‫متابولیسم کلروپالست و میتوکندری رخ می دهد‪ .‬این عوامل باعث بروز‬
‫آسیب های اکسیدی در اجزای مختلف سلول ‪ ،‬از جمله لیپیدهای غشایی ‪،‬‬
‫پروتئین ها و اسیدهای هسته ای می شوند‪ .‬برطرف سازی این آسیب های‬
‫اکسیدی می تواند به افزایش مقاومت گیاهان نسبت به تنش های شوری‬
‫منتهی گردد ‪ .‬گیاهان از آنتی اکسیدانت هایی با وزن ملکولی پایین (مانند‬
‫اسید آسکوربیک و گلوتاتیون احیا) استفاده می کنند و انواع گوناگونی از‬
‫آنزیم ها ‪ ،‬از قبیل سوپر اکسیداز دیسمیوتاز )‪APX، CAT ، (SOD‬‬
‫گلوتاتیون ‪ -5-‬ترانسفراز )‪ (GST‬و گلوتاتیون پراکسیداز )‪ (GPX‬را‬
‫برای جمع آوری عوامل ‪ ROS‬به کار می گیرند‪.‬‬
‫گیاه برنج که ژن میتوکندریایی ‪ SOD‬وابسته به ‪ Mn‬مربوط به مخمر را‬
‫به میزان باالیی بیان می کنند ‪ ،‬توانایی تحمل شوری زیادی را از خود‬
‫نشان می دهند (جدول ‪ . )3-8-2‬بیان زیاد ژن پراکسیداز دیواره ای در‬
‫گیاه تنباکو باعث افزایش تندش دانه ها در تنش های اسمزی می شود‪ .‬در‬
‫تنش های شوری ‪ ،‬تندش دانه ها و رشد نهال ها در گیاهان نرانسژنیک‬
‫تنباکو که در دو ژن ‪ GST‬و ‪ GRX‬را به میزان باالیی بیان می کنند ‪ ،‬به‬
‫مقدار زیادی افزایش می یابد‪ .‬مطالعات بعدی نشان دادند که عالوه بر‬
‫افزایش فعالیت ‪ GST/GRX‬نهال های نرانسژنیک تنباکو در مقایسه با‬
‫انواع وحشی ‪ ،‬حاوی میزان باالتری از گلوتاتیون و اسید آسکوربیک‬
‫هستند و میزان باالتری از فعالیت منودهیدروآسکوبات ریدو کتاز را از‬
‫خود نشان می دهند و در حالی که خزانه ی گلوتاتیون اکسیدتر است ‪ .‬این‬
‫نتایج بیان می دارند که فعالیت جمع آوری گلوتاتیون وابسته به اکسیداز و‬
‫تغییرات متابولیسم گلوتاتیون و آسکوربات مربوط به آن ‪ ،‬به کاهش آسیب‬
‫های اکسیداتیو در گیاهان نرانسژنیک می انجامد و به افزایش توانایی‬
‫تحمل شوری در آنها کمک می کند‪.‬‬
‫گیاهان در جریان تنش شوری ‪ ،‬افزایش ی را در تولید ‪ H2O2‬و دیگر ملکول عوامل ‪ROS‬‬
‫از خود نشان می دهند‪ .‬سوبسترای اصلی برای سم زدایی ‪( H2O2‬از طریق احیا سازی)‬
‫ترکیب آسکوربات باست که باید به طور پیوسته از اشکال اکسیدی خود بازسازی گردد‪.‬‬
‫یکی از عملیات مهم گلوتاتیون برای محافظت در مقابل تنش های اکسیداتیو ‪ ،‬احیاسازی‬
‫آسکوربات از طریق چرخه آسکوربات – گلوتاتیون است که در آن ‪ GSH‬به عنوان یک‬
‫واسطه ی بازیافتی در احیای ‪ H2O2‬عمل می کند‪ Ruiz .‬و ‪ Blumwald‬مسیرهای‬
‫آنزیمی را مطالعه نمودند که در جریات پاسخ به تنش شوری در انواع وحش ی و گیاهان‬
‫کانوالی مقاوم به شوری باعث ساخت گلوتاتیون می شوند‪.‬‬
‫در این مطالعات گیاهان وحشی افزایش چشم گیری را در فعالیت آنزیم‬
‫های مربوط به ساخت سیستئین نشان دادند (که مرحله اساسی برای ورود‬
‫گوگرد احیا به ترکیبات آلی ‪ ،‬مانند گلوتاتیون به حساب می آید) و همچنین‬
‫باعث افزایش قابل مالحظه ای در مقدار ‪ GSH‬شدند‪ .‬از طرف دیگر این‬
‫فعالیت ها در گیاهان مقاوم به شوری بدون تغییر باقی ماندند و محتوای‬
‫‪ GSH‬آنها در اثر تنش شوری تغییر نکرد ‪ .‬این نتایج به وضوح نشان می‬
‫دهند که تنش های شوری افزایشی را در جذب القایی گوگرد و مسیرهای‬
‫بیوسنتزی سیستئین و ‪ GSH‬باعث می شوند که هدف آنها تسکین تنش‬
‫های اکسیدی ناشی از شور یاست ‪ .‬تغییرات کمی که در گیاهان‬
‫ترانسژنیک بیان کننده ژن آنتی پورت ‪ Na+/H+‬واکوئلی ایجاد می شود‬
‫حاکی از این است که متراکم سازی ‪ Na+‬اضافی در واکوئل (و حفظ‬
‫نسبت باالی سیتوتوکسیک ‪ ) K+/Na+‬تنش های اکسیدی ناشی از شوری‬
‫را به میزان زیادی کاهش می دهد ‪ .‬این موضوع اهمیت نقش هموستاسی‬
‫‪ Na+‬را در جریات تنش های شوری به وضوح نشان می دهد‪.‬‬
‫ارزیابی توانایی تحمل شوری در گیاهان ترانسژنیک‬
‫همان سور که در باال تشریح گردید ارزیابی توانایی تحمل شوری در‬
‫آزمایشات ترانسژنیک اکثرًاا به کمک تعداد محدودی از نهال ها و گیاهان‬
‫کامل به صورت تجربیات آزمایشگاهی انجام گرفته اند ‪ .‬در اکثر این‬
‫موارد ‪ ،‬آزمایشات را در شرایط گلخانه ای انجام داده اند و در جریان آن‬
‫ها ‪ ،‬گیاهان مورد آزمایش در معرض شرایط حاکم بر خاک های بسیار‬
‫شور (خاک های قلیایی ‪ pH ،‬دمای باالی روزانه ‪ ،‬حضور نمک های‬
‫محلول دیگر (مانند سلنیوم ‪ ،‬بر و ‪ ))...‬قرار نمی گیرند‪.‬‬
‫نیاز مبرمی برای ارزیابی توانایی تحمل شوری گیاهان در مزرعه وجود‬
‫دارد و مهم تر از آن باید توانایی تحمل شوری را در ارتباط با بازدهی‬
‫گیاهان ارزیابی نمود‪ .‬ارزیابی گیاهان در مزرعه تحت شرایط شوری‬
‫مشکل است ‪ ،‬زیرا میزان تراکم نمک در شرایط حاکم بر مزرعه متغیر‬
‫است و امکان برخورد با عوامل محیطی دیگر ‪ ،‬از قبیل باروری خاک ‪،‬‬
‫دما ‪ ،‬شدت روشنایی و دفع آب به علت تعرق وجود دارد ‪.‬‬
‫ارزیابی قدرت تحمل شوری در اثر تنوع حساسیت به نمک رد مراحل‬
‫مختلف چرخه ی زندگی مشکل تر گردیده است ‪ .‬به عنوان مثال ‪ ،‬تولید‬
‫دانه در برنج بسیار بیشتر از رشد رویشی آن تحت تأثیر شوری قرار می‬
‫گیرد ‪ .‬در گوجه فرنگی توانایی گیاه برای تندیدن در شوری باال با توانایی‬
‫آن برای رشد در تنش های شوری مطابقت ندارد ‪ ،‬زیرا هر دو فرآیند‬
‫توسط مکانیسم های متفاوتی کنترل می شوند ‪ .‬هر چند که برخی از‬
‫ژنوتیپ ها ممکن است توانایی تحمل مشابهی را در مراحل تندیدن دانه و‬
‫رشد رویشی از خود نشان دهند‪ .‬بنابراین تشخیص این مسأله ضروری‬
‫است که ارزیابی توانایی تحمل تنش در آزمایشگاه غالبًا ا کم ترین تطابق را‬
‫با توانایی تحمل تنش در مزرعه نشان می دهد ‪ .‬اگر چه موفقیت های‬
‫زیادی در راه توسعه ی تحمل زیاد تنش در مدل های ترانسژنیک گیاهی‬
‫(مانند تنباکو ‪ ،‬برنج ‪ ،‬عربیداپسز ) وجود دارد ولی نیاز فوری برای‬
‫آزمایش این موفیت ها در گیاهان زراعی احساس می شود ‪ .‬از این جهت‬
‫گیاه برنج دارای مزیت هایی است ‪ ،‬زیرا هم یک مدل تک لپه ای و هم‬
‫با این وجود ‪ ،‬این امتیازها هنگام آزمایش ژن های انتقالی در تنباکو و‬
‫عربیداپسز وجود ندارد ‪ .‬این وضعیت چندین چالش تکنیکی و اقتصادی را برای‬
‫دستکاری ژنتیکی بسیاری از گیاهان زراعی ‪ ،‬به ویژه تک لپه ای ها به همراه‬
‫دارد‪:‬‬
‫‪ .1‬دستکاری ژنتیکی برخی از تک لپه ای ها هنوز به یک امر روزمره تبدیل‬
‫نشده است و توسعه ی یک سری از نژادهای هوموزیگوت ‪ T2‬مستقل ‪ ،‬هم‬
‫از نظر زمانی و هم از جهت اقتصادی پر هزینه است‪.‬‬
‫‪ .2‬عمل غربالگری گیاهان برای انتخاب تحمل تنش باید شامل یکی از اجزای‬
‫مزرعه شود‪ ،‬زیرا بسیاری از آزمایشات مربوط به تحمل تنش که توسط‬
‫محققان پایه ای به کار می رود با استفاده از محیط های کشت غنی ‪ ،‬شامل‬
‫ساکاروز انجام می پذیرد‪ .‬احتمال کمی دارد که این نوع غربال سازی ارتباط‬
‫زیادی با فعالیت گیاه در مزرعه داشته باشد‪.‬‬
‫‪ .3‬از آنجا که خاک شور غالبًا ا پیچیده هستند و ممکن است شامل ‪,CaCl2,‬‬
‫‪ CaCl4 NaCl‬و ‪ Na2SO2‬تراکم باالی بر ‪ PH‬قلیایی و غیره باشد ‪،‬‬
‫گیاهانی که از لحاظ ویژه ای به نظر امید بخش می رسند باید در نهایت ‪ ،‬در‬
‫تمام این محیط ها آزمایش گردند‪.‬‬
‫نتیجه گیری و چشم انداز‬
‫برنامه های متعارف اصالح نژاد برای تولید ژنوتیپ های مقاوم به نمک با‬
‫موفقیت های محدودی همراه بوده اند ‪ .‬این فقدان موفقیت تا حدودی به خاطر این‬
‫است که پرورش دهندگان گیاهان ترجیح می دهند مواد ژنتیکی خود را در‬
‫شرایط ایده آل ارزیابی نمایند ‪ .‬برخورد با این موضوع مبرم تر می گردد‪ ،‬زیرا‬
‫شرکت های تجاری تولید کننده ی بذر ‪ ،‬به طور روزافزونی از جنبه های‬
‫سودآوری تجاری به تولید گیاهان زراعی مقاوم به شوری می نگرند ‪ .‬برای این‬
‫که شرکت های تجاری اصالح نژاد در توسعه ی واریته های جدید با قدرت‬
‫تحمل باالتر تنش های مختلف سرمایه گذاری نمایند‪ ،‬همیشه این سؤال مطرح‬
‫می گردد که آیا سرمایه گذاری در توسعه ی این اقالم زراعی ارزش دارد یا‬
‫خیر؟ هیچ منافعی در تالش برای توسعه ی گیاهان مقاوم به شوری وجود ندارد‬
‫مگر آنکه یک مزیت اقتصادی داشته باشد و هنگام پرورش در خاک های‬
‫نامساعد ‪ ،‬به گیاه امکان رقابت (از نظر بازدهی محصول) با گیاهان حساس به‬
‫شوری را بدهد ‪ .‬عقیده محققان پایه ای ممکن است متفاوت باشد ‪ ،‬زیرا برای‬
‫محققان افزایش تحمل شوری هر چند ناچیز باشد نیز ارزشمند است‪.‬‬
‫برای ارزیابی امکان بهبودی تحمل تنش در گیاهان ‪ ،‬پیشنهاد می کنیم که‬
‫جامعه ی محققان چند مورد مهم زیر را مد نظر داشته باشند‪:‬‬
‫‪ .1‬اگر چه محققان مختلف متوجه ی چندین تغییر شدید در بیان ژن های‬
‫دخیل در تمام تنش ها شده اند ‪ ،‬اما متداول ترین پروموتورهایی که‬
‫برای معرفی ژن های ترانسژنیک به کار می برند‪ ،‬انواعی هستند که‬
‫ابتدا به صورت همیشگی بیان می گردند ‪ .‬این پروموتورها شامل‬
‫پروموتورر ‪ CaMV 35s‬و انواع ‪ actin‬و ‪ ubiquitin‬می شوند ‪.‬‬
‫مطالعات اخیر نشان داده اند که بیان زیاد ژن هایی که به طور‬
‫اختصاصی به وسیله ی تنش برانگیخته می گردند ‪ ،‬تحت کنترل‬
‫پروموتورهای قابل تحریک با تنش و انواع اختصاصی بافت ها غالبًا ا‬
‫در مقایسه با بیان ژن ها تحت کنترل پروموتورهای همیشگی ‪ ،‬فتوتیپ‬
‫های بهتری را تولید می کنند‪.‬‬
‫‪ .1‬اگر چه موفقیت های متعددی در زمینه ی تولید گیاهان مقاوم به تنش های‬
‫غیرزیستی به کمک تنباکو با عربیداپسز به دست آمده اند ‪ ،‬ولی نیاز واضحی‬
‫برای آغاز معرفی این ژن های مقاوم در گیاهان زراعی وجود دارد ‪ .‬از این‬
‫گذشته هر چند که محققان تمایل دارند با چندین سیستم گیاهی پایه ای (با‬
‫استفاده از عربیداپسز تنباکو و برنج به عنوان مهم ترین گونه های انتخابی)‬
‫کار کنند ‪ ،‬اما هیچ تالشی جهت انتخاب زمینه های ژنتیکی خاص صورت‬
‫نگرفته است‪.‬‬
‫‪ .2‬بسیار محتمل است که کارآیی ژن های انتقالی ویژه در زمینه ی ژنتیکی‬
‫خاصی که بدان منتقل شده اند به خوبی مستقر گردند ‪ .‬یکی از اجزای این‬
‫حالت ‪ ،‬پدیده ای است معروف به تأثیر موقعیت )‪ (position effect‬که به‬
‫خوبی شناخته شده است ‪ .‬به هر حال عالوه بر این توانایی ژن های انتقالی‬
‫برای فعالیت ممکن است توسط زمینه ی ژنتیکی کلی ‪ ،‬به خوبی تعیین گردد‬
‫‪ .‬این عمل مستقل از محل کروموزومی ژن انتقالی صورت می گیرد که به‬
‫قابلیت ادغام ترانسژن )‪ (TCA‬معروف است‪.‬‬
‫‪ -4‬همچنین به استقرار سیستم های مقایسه ای بهتری نیاز داریم ‪ .‬به همین ترتیب ‪ ،‬باید به‬
‫جنبه های منطقی ادغام ژن ها توجه نماییم ‪ .‬درست همان کاری که اکنون محققان علم‬
‫مقاومت بیماری ها با انباشته سازی ژنی انجام می دهند ‪ .‬به عنوان مثال بیان زیاد‬
‫‪ AtSOSl‬در مریستم (سلول های فاقد واکوئل) و ‪( AtNHXl‬برای متراکم سازی ‪Na+‬‬
‫در واکوئل) همراه با تولید زیاد مواد محلول سازگار نه فقط توانایی استفاده از نمک را به‬
‫عنوان یک اسموتیکوم )‪ (osmoticom‬در جریان رشد رویش ی فراهم می آورد ‪ ،‬بلکه‬
‫توانایی کاهش سمیت ‪ Na+‬را در جریان مراحل اولیه رشد و استقرار نهال ها فراهم می کند‬
‫‪ .‬هر کجا که قابل استفاده باشند ‪ ،‬باید ژن های مربوط به محافظت در مقابل تنش های‬
‫اسمزی را ادغام کرد ‪ ،‬به ویژه در سلول های فتوسنتزی فعالی که نسبت به تخریب های‬
‫کلروپالستی ناش ی از عوامل ‪ ROS‬حساس ترند‪.‬‬
‫اگر چه پیشرفت در زمینه ی ارتقای توانایی تحمل تنش کند بوده است ‪ ،‬اما‬
‫فرصت های متعدد و دالیلی برای خوشبینی وجود دارد‪ .‬طی ده سال گذشته ‪،‬‬
‫چندین ابزار کاربردی توسعه یافته است که می تواند امکان ترشح بسیاری از‬
‫سؤال های بنیادی مربوط به تحمل تنش را فراهم آورند ‪ .‬این ابزار شامل موارد‬
‫زیر می شود ‪:‬‬
‫‪ .1‬توسعه ی مارکرهای مولکولی برای نقشه برداری ژنی و ساخت نقشه های‬
‫مربوطه‬
‫‪ .2‬توسعه ی مجموعه های ژنی ‪EST‬‬
‫‪ .3‬تعیین توالی کامل ژنوم گیاهان مختلف (شامل عربیداپسز ‪ ،‬برنج و ذرت)‬
‫‪ .4‬تولید ‪ T-DNA‬یا جمعیتی از عربیداپسز که به کمک نرانسپوزان جهش یافته‬
‫اند‬
‫‪ .5‬توسعه ی چندین ابزار ژنتیکی پیشرو (مانند ‪ )Tilling‬که بتوان از آن ها در‬
‫ارزیابی فعالیت ژن ها استفاده نمود‪.‬‬
‫بنابراین نیاز داریم که به اثرات مقایسه ای و بر هم کنش ژن های انتقالی‬
‫خاص در یک زمینه ی ژنتیکی معین توجه نماییم و کارایی این روش را‬
‫در مزارع تعیین کنیم‪.‬‬
‫طی ‪ 50‬سال گذشته ‪ ،‬بسیاری از محققان راجع به توسعه ی گیاهان‬
‫زراعی مقاوم به شوری از هالوفیت های حقیقی بحث نموده اند ‪ .‬اگر چه‬
‫هالوفیت ها به اشکال گیاهی متنوعی یافت می شوند‪ ،‬ولی امروزه تعداد‬
‫بسیاری کمی از گیاهان زراعی هالوفیت می توانند به طور مؤثری با‬
‫گیاهان زراعی گلیکوفیت رقابت کنند ‪ .‬از این گذشته ‪ ،‬مطالعات انجام شده‬
‫بر فیزیولوژی قدرت تحمل تنش ‪ ،‬بیان می دارد‬
‫تهیه کننده ‪:‬‬
‫سیما احمدی ونهری‬
‫شماره دانشجویی‪870596698:‬‬
‫استاد مربوطه‪:‬دکتر کیوان بهشتی مال‬

similar documents