دانلود مقاله منابع ژنتیکی یا ژرم پلاسم گیاهی

1  منابع ژنتیکی یا ژرم پلاسم گیاهی :

منبع ژنتیکی در مفهوم عام عبارتست ازتنوع ژنتیکی در هر موجود بیولوژیکی و در دنیای گیاهی عبارتست از تنوع ژنتیکی موجود در گیاهان زراعی اهلی و گونه های وحشی وابسته به آنها . انواع منابع تنوع ژنتیکی عبارتند از گونه های وحشی ، واریته‌های بومی ، اشکال ابتدائی گیاهان زراعی در مراکز تنوع اولیه آنها ، گیاهان مهاجرت کرده به مراکز ثانویه که ممکن است تنوع آنها در این مراکز زیادتر باشد و بالاخره واریته‌های زراعی (8) .

از بین رفتن ذخایر توراثی یا ژرم پلاسم گیاهی را فرسایش ژنتیکی می نامند . عواملی که باعث فرسایش ژنتیکی میگردند عبارتند از :

1-استفاده از واریته‌های پر محصول و اصلاح شده یکنواخت بجای واریته‌های بومی .

2-اعمال روشهای مدرن زراعی ، مانند استفاده از سموم علف‌کش به صورت وسیع برای از بین بردن علفهای هرز یعنی اجداد و خویشاوندان گیاهان زراعی .

3-ایجاد مراتع ، چراگاهها و مزارع یکنواخت .

4-رشد شهرها ، راهها و مراکز صنعتی .

برای جلوگیری و پیشگیری از فرسایش ژنتیکی می توان اعمال زیر را انجام داد :

1-کشف و جمع‌آوری و نگهداری و ذخیره ژرم پلاسم

2- ارزیابی ژرم پلاسم

3-استفاده از ژرم پلاسم (8)

1-1-2-  لزوم ارزیابی ژرم پلاسم :

ارزیابی به معنای وسیع کلمه عبارتست از تشریح و توصیف مواد گیاهی موجود در کلکسیون ها یا بانک های ژن . پتانسیل ژنتیکی ژرم پلاسمی که در حال حاضر در دسترس اصلاحگران است تنها در صورتی می تواند به طور کامل مورد استفاده قرار گیرد که ارزیابی سیستماتیک برای صفات مهم گیاهی از قبیل صفات مورفولوژیکی ، فیزیولوژیکی ، ژنتیکی و پاتولوژیکی انجام گیرد و صفات مذکور بعد از ارزیابی ، به عنوان شناسنامه هر گیاه یادداشت شوند . ارزیابی موجب شناخت هر چه بیشتر و دقیق‌تر پتانسیل ذخایر توارثی گردیده و امکان بهره‌گیری واقعی از این منابع را فراهم می سازد و بانک ژن بدون ارزیابی مواد ، شباهت به انبار بذری دارد که نمی‌توان از محتویات آن استفاده نمود (8) .

2-1-2- تنوع ژنتیکی و ضرورت شناخت آن :

یکی از پیامدهای اجتناب ناپذیر کشاورزی نوین که مبتنی بر استفاده از واریته‌های اصلاح شده با حداکثر عملکرد و کیفیت قابل قبول می باشد کاهش تنوع ذخایر ژنتیکی بوده است . اگر چه تخمین این کاهش تنوع ژنتیکی مشکل و یا غیر ممکن می نماید . اما در اینکه تعداد بسیاری از ژن های مفید از دست رفته اند و ذخایر ژنتیکی  با سرعت فزاینده‌ای کاهش یافته‌اند و محصولات زراعی عمده در معرض تهدید روزافزون شرایط محیط نا مناسب و تنشهای زیستی و غیر زیستی قرار گرفته اند ،تردیدی نیست . بنابراین امروزه آگاهی از تنوع ژنتیکی  و مدیریت منابع ژنتیکی به عنوان اجزاء مهم پروژه های اصلاح نباتات تلقی   می گردند (نقل از 6 ) .

مدیریت تنوع طبیعی موجود در ارقام اهلی و خویشاوندان وحشی یک گونه گیاهی در انجام یک برنامه موثر به منظور اصلاح گیاه زراعی بسیار مهم است . زیرا یکنواختی ژنتیکی در گیاهان زراعی نامطلوب می باشد چون گیاهانی تولید می شوند که نسبت به اپیدمی ها و متغیرهای محیطی آسیب پذیرند و این باعث کاهش عملکرد می شود . بسیاری از خویشاوندان وحشی گیاهان زراعی حاوی ژن هایی می باشند که باعث ایجاد مقاومت به استرس های غیر زنده مانند خشکی ، سرما و شوری می شوند بنابراین می توان این ژنها را به ارقام تجاری منتقل کرد واز کاهش شدید عملکرد جلوگیری نمود . گام اول در اصلاح خصوصیات گیاهی ، درک از ساختار کلکسیون ژرم پلاسم می باشد که این موضوع به نوبه خود نمونه گیری سیستماتیک       ژرم پلاسم را برای مقاصد اصلاحی و حفاظتی امکان پذیر می‌سازد (نقل از6 ) .

تنوع ارقام گیاهان زراعی که در بانک های ژن نگهداری می شوند طی هزاران سال ایجاد شده و در طبیعت پایدار باقی مانده است و تنوع طبیعی به لحاظ پایداری ، دارا بودن فرمها و ژن های مطلوب و اقتصادی تر بودن به تنوع مصنوعی برتری دارد بهبود مقاومت یا تحمل به تنش های زیستی و غیر زیستی, مقاومت به آفات و امراض و غیره از اهداف اصلی اصلاح نباتات به شمار می رود . تنوع ژنتیکی در گونه های گیاهی و خویشاوندان وحشی آنها نقش اساسی در اصلاح موفقیت آمیز ارقام زراعی که از مقاومت پایدار به تنش های زیستی و غیر زیستی برخوردار هستند ایفا می کند (9) .

برآورد تنوع ژنتیکی در موارد زیرضرورت دارد :

1- بررسی امکان انجام عمل اصلاحی بر روی صفت مورد نظر

2- انتخاب روش اصلاحی مناسب در صورت زیاد بودن واریانس ژنتیکی در جامعه

3- تخمین وراثت پذیری

4- برآورد بازده ژنتیکی یا پیشبرد ژنتیکی

5- محاسبه همبستگی ژنتیکی بین صفات مختلف و مارکرهای بیوشیمیایی یا مولکولی

6- اتخاذ سیستم های دورگ‌گیری مناسب (8)  

3-1-2-  روشهای برآورد تنوع ژنتیکی :

روشهای مختلفی برای تنوع ژنتیکی در گونه های گیاهی وجود دارند که از آن‌جمله می توان استفاده از صفات ظاهری ، ایزوزایم ها ، پروتئین های ذخیره ای و نشانگرهای DNA را نام برد (6) .

صفات مورفولوژیکی که به عنوان نشانگر در مطالعات ژنتیکی بهنژادی به کار گرفته می شوند دارای معایبی هستند و بنابراین امروزه از نشانگرهای مولکولی بیشتر استفاده می شود (51) . اغلب آنزیمها و برخی مارکر های مولکولی همبارز هستند و اثرات نامطلوبی را از طریق مغلوب بودن و پلیوتروپی در فنوتیپ ایجاد  نمی‌کنند . بنابراین در سلولهای در حال تفکیک ، شناسایی تمام ژنوتیپ‌ها ممکن و تشخیص هموزیگوتها امکان پذیر است . با استفاده از مارکرهای مولکولی تشخیص ژنوتیپها در سطح سلول ، بافت و یا گیاه کامل فراهم می باشد . در مورد اکثر نشانگرهای مورفولوژیکی شناسایی ژنوتیپها تنها در سطح گیاه کامل و اغلب در گیاه بالغ میسر است . آللهای نشانگرهای مولکولی بندرت دارای اثرات مضر می باشند ولی آللها در مکان های ژنی مربوط به نشانگرهای مورفولوژیکی اغلب اثرات مضر داشته و گاهاً نیز کشنده هستند و اثراث متقابل نامطلوب نیز بین این مکانهای ژنی وجود دارد لذا تعداد نشانگرهای مورفولوژیکی در جوامع در حال تفکیک محدود است . امکانات مورد نیاز برای مطالعات ایزوزایمی نسبتاً ارزان بوده و امکان ارزیابی تعداد زیادی نمونه در زمان کوتاهی وجود دارد مقدار کمی بافت گیاهی برای آزمایش لازم می باشد لذا از باقیمانده مواد گیاهی می توان برای مصارف دیگر چون تکثیر استفاده نمود . آنالیز ایزوزایمی به طور گسترده ای برای محاسبه ساختار ژنتیکی جمعیتهای گیاهی زراعی به کار رفته است . این شیوه برای تعیین ساختار ژنتیکی جمعیت و شناسایی ذخایر ژنتیکی بسیار سودمند است .

4-1-2-  استفاده از گونه های وحشی در اصلاح گیاهان زراعی :

در اصلاح نبات اصلاح کننده مدام در جستجوی منابع جدیدی از ژرم پلاسم می باشد .  جایگزینی ارقام  بومی توسط ارقام  اصلاح شده یکنواخت و پر محصول ، منجر به فرسایش ژنتیکی و کاهش تنوع در بسیاری از محصولات زراعی شده است و نتیجتاً گونه های زراعی غالباً فاقد ژنهای مورد نیاز برای اصلاح کننده ، خصوصاً ژنهای مقاوم به بیماریها می باشند. منابع ژرم پلاسم با ارزشی در گونه های گیاهی وحشی وجود دارند و بهره برداری از آنها در اصلاح ، کمیت و کیفیت گونه های زراعی را تداوم خواهد بخشید(12) . نژادهای بومی و خویشاوندان وحشی یک منبع ماده خام ضروری برای نگهداری تنوع ژنتیکی در پیشبرد برنامه های علمی در کشاورزی و یا برای حل مشکلات تئوریکی منابع ژنتیکی گیاهی در دسترس        هستند (51) .

استفاده از گونه های خویشاوند محصولات زراعی در خانواده پواسه و سولاناسه بیشترین کاربرد را داشته است و استفاده موفقیت آمیز در گونه های دیگر سریعاً روبه رشد می باشد . تلاقی های متعددی بین گندم و گونه های خویشاوند آن صورت پذیرفته است و چندین انتقال مشهور تولید شده‌اند . تعدادی از واریته‌های گندم پائیزه و بهاره به صورت لاین جایگزین 1R(1B) و یا لاین انتقالی 1BI.1RSبین کشاورزان توزیع و سطوح وسیعی در بسیاری از کشورها توسط این واریته‌ها زیر کشت برده شده اند (11) و یا به انتقال ژن مقاومت به زنگ برگ از آژیلوپس آمبلولاتا به گندم نان توسط سیرز در سال 1950 اشاره کرد (79) . با پیشرفت تکنیکهای جدید و کوششهای زیادتری که صرف اصلاح گونه های زراعی با استفاده از گونه های وحشی می شود تعداد بیشتری از انتقالات موفقیت آمیز در آینده صورت گرفته و مورد استقبال کشاورزان قرار خواهند گرفت. انتقال ژرم پلاسم از گونه های وحشی در اصلاح محصولات زراعی روند روبه رشدی داشته و با نیاز به تنوع جدید برای رفع احتیاجات برنامه های اصلاحی روز به روز به اهمیت آن افزوده      می گردد . با پیشرفت تکنیک‌های جدید مولکولی و انتقال ژن‌های مطلوب به ژنوم گونه های زراعی و استفاده از مارکرهای مولکولی به اهمیت خویشاوندان وحشی در اصلاح نباتات زراعی روز به روز افزوده خواهد شد (12).

2-2-  ایزوزایم ها

ایزوزایم ها اشکال مختلف الکتروفورزی یک آنزیم هستند که در طول دهه اخیر به علت داشتن ویژگیهای منحصر بفرد خود به طور گسترده ای برای مطالعه جمعیت های طبیعی و مواد اصلاحی در گیاهان به کار گرفته شده اند (60) .

بخشی از این ویژگیها عبارتند از :

1-اکثر پلی مورفیسم های آیزوزایمی اثرات فیزیولوژیکی معنی داری بر گیاه نداشته و در حالت هموزیگوسیتی نیز اثرات زیانبخش بر روی فنوتیپ آن ندارند  .

2-اکثر تغییرات ایزوزایمی مبنای ژنتیکی ساده‌ای دارند .

3-تظاهر فرآورده های آللی به صورت همبارزی است و بنابراین گیاهان ناخالص براحتی از گیاهان خالص قابل تشخیص هستند .

4- در بین مکانهای مختلف ایزوزایمی غالباً اثر متقابل ژنی و پلیوتروپی  وجود ندارد .

5- ثبات و پایداری تظاهر برخی از سیستم های آنزیمی بسیار مهم ( مانند آنزیم های درگیر در سیکل کربس و غیره )  فارغ از اثرات محیطی و بافت نمونه گیری شده است و آلل غیر فعال (نول ) در آنها دیده نمی شود .  

6- با استفاده از ایزوزایم ها می توان تعداد زیادی نمونه را در یک دوره کوتاه مورد مطالعه قرار داد .

7- با استفاده از آیزوزایم ها می توان گیاهان را در مرحله گیاهچه مطالعه کرده و ژنوتیپ های مطلوب را انتخاب نموده و از این طریق در زمان ، مکان ، امکانات و هزینه صرفه جوئی کرد (11 و 85 ) .

شاید بتوان گفت که مهمترین تحقیقات ایزوزایمی بر روی منابع ژنتیکی گیاهی و کلکسیون‌های ژرم پلاسم گیاهان زراعی و خویشاوندان وحشی آنها صورت گرفته است . دامنه کاربرد ایزوزایم ها وسیع بوده و تنها محدود به مطالعه کلکسیون های ژرم پلاسم نیست (11) . مارکرهای ایزوزایمی یکی از اولین مارکرهای بکار رفته در ارزیابی تنوع موجود در ذخایر ژرم پلاسم گیاهی بوده اند و پیش ازسال های 1980 عملاً ارزیابی تنوع از طریق صفات مورفولوژیک انجام می شد(85 و 86 ) .

با توجه به حجم بسیار گسترده بررسی های ایزوزایمی در گیاهان عالی و افزایش تعداد آنزیم های قابل رنگ آمیزی  (70) به نظر میرسد که این مارکرها نقش بزرگی در تبیین صفات کمی داشته باشند . دو ایراد به کارگیری ایزوزایم ها و پروتئین ها به طور عام در مطالعه جوامع و موارد تکاملی عبارتند از :

1-همه تغییرات ژنتیکی ایجاد شده در سطح DNA  در سطح پروتئین قابل ظهور نیست (تغییرات در اینترون‌ها ، و توالیهای مجاور و تغییرات کدون های مترادف و اسیدآمینه ‌هایی که تغییری در بار خالص الکتریکی پروتئین بوجود نمی آورند ) (20) .

2-فقط یک دسته از ژن های ساختمانی موجودات در این پروتئین ها حضور دارند و دسته مذکور ممکن است نماینده کل ژنوم نباشند (11 و 20 ) .

این دو ایراد گفته شده مربوط به محدودیتهای در به کار گیری پروتئینها در مطالعات تکاملی است و عامل محدود کننده دیگر در مطالعه جوامع این است که آنزیم هایی را که واقعاً توسط الکتروفورز و ژل و رنگ آمیزی خاص می توان رویت نمود نسبتاً اندکند . از بیش از سه هزار آنزیم شناخته شده در گیاهان حدود شصت عدد آنها از نظر پلی مورفیسم آیزوزایمی مورد ارزیابی قرار گرفته اند (11) .

دامنه کاربرد ایزوزایم ها وسیع بوده و تنها محدود به مطالعه کلکسیون های ژرم پلاسم نیست . از جمله کاربردهای سیستم های آیزوزایمی می توان به بررسی تنوع ژنتیکی در کلکسیون های ژرم پلاسم ، شناسایی ارقام زراعی ، تجزیه و تحلیل ژنتیکی ، تأئید هیبریدها ، ایزوزایم به عنوان مارکر ژن های کیفی ، بررسی انیوپلوئیدها ، تنوع سوماتوکلونال ، تهیه نقشه کروموزوم ها ، کاربرد آیزوزایم در تلاقی برگشتی ، کاربرد آیزوزایم ها در اصلاح گیاهان خود گرده اقشان ، کاربرد ایزوزایم ها در اصلاح گیاهان دگر کرده افشان ، کاربرد آیزوزایم در اصلاح گیاهانی که تکثیر شان توسط کلون است ،‌کاربرد آیزوزایم ها برای ارزیابی ساختار ژنتیکی جوامع و سیستم های آمیزشی ، ارزیابی خلوص بذر و استفاده از آیزوزایم در ثبت و نگهداری ارقام اشاره کرد (11 ، 20 و 59 ) . همچنین تجزیه آیزوزایمی یک روش موثربرای مشخص کردن موتاسیون و نو ترکیبی در ژنها و کروموزومها در مطالعات لینکاژی ، در اثبات کردن اینکه کروموزوم با اجزاء کروموزومی درون افراد مختلف منتقل شده اند و در شناسایی کروموزومهای مختلف ، برای مشخص کردن تغییرات تظاهر ژن در مراحل گسترش و مراحل تمایز ، برای برآوردهای کمی و کیفی از جریان ژنی و انحراف در روشن و خاموش شدن ژنها است ( 29، 50 و 51 ) .

برای جدا سازی ایزوزایم ها معمولا از سیستم الکتروفورز و ژل نشاسته یا اکریلامید صفحه ای و افقی استفاده می شود (20) .

تفسیر الگوی نوارها در ژل پس از رنگ آمیزی به پیشگوئی ساختار آنزیم ها و قرار گیری آنها در درون سلولهای ویژه یا اندامک ها کمک می کند پس از رنگ آمیزی ژل برای آنزیم تعدادی نوارهای متفاوت برای هر فرد ظاهر می گردد این نوارها آیزوزایم نامیده می شوند و ممکن است به موارد زیر مربوط باشند .