مهندسی ژنتیک در غلات با تاکید بر کاربرد اگروباکتریوم

نوع مقاله : مروری

نویسندگان

1 شرکت توسعه ذرت ایران، آزمایشگاه بذر، کرمانشاه، ایران

2 بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه،

3 مرکز تحقیقات کرمانشاه

4 مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، ایران

10.22126/cbb.2025.11721.1102

چکیده

بهبود در کیفیت و عملکرد محصولات گیاهی پیامدهای مفید و مهمی برای امنیت غذایی و کشاورزی پایدار دارد. اصلاح ژنتیکی گیاهان یک حوزه مهم در بخش تحقیقات کشاورزی، جهت تحقق این امر است. تا کنون از طریق روش‌های اصلاحی مرسوم و مهندسی ژنتیک، گیاهانی با عملکرد بالاتر، کیفیت بهتر دانه و مقاوم در برابر آفات و بیماریها تولید شده است. فرآیند انتقال ژن در مهندسی ژنتیک به مجموعه‌ای از فرآیندهای ژنتیکی اطلاق می‌گردد که طی آن قطعه معینی از DNA استخراج شده، که حامل ژن جدید یا ساختار جدیدی از ژن‌ها است را با استفاده از فنون آزمایشگاهی بطور مصنوعی وارد ژنوم یک موجود زنده می‌کنند. در این فرآیند، دریافت کننده ژن جدید را گونه‌ی تراریخته می‌نامند. در این سیستم از دو روش مستقیم یا روش غیرمستقیم انتقال ژن استفاده می‌شود. انتقال ژن توسط آگروباکتریوم یکی از روش‌های موفق مورد استفاده در گیاهان زراعی و باغی است. انتقال ژن توسط این باکتری جزئی از کوچکترین مهندس‌های ژنتیک در طبیعت است. در تکنیک انتقال ژن با اگروباکتریوم، از سیستم طبیعی این باکتری به منظور انتقال ژن هدف استفاده می‌کند. استفاده از این روش توسط پژوهشگران علوم به‌نژادی موجب ایجاد تغییرات ژنتیکی مفیدی درگیاهان شده است و گونه‌های مختلفی از گیاهان توسط این تکنیک اصلاح و بهبود یافته‌اند. این روش نسبت به سایر روش‌های انتقال ژن مزیت‌های زیادی دارد که از جمله آن می‌توان به پایداری گیاه تراریخته، عدم پیچیدگی و همچنین مقرون بصرفه بودن آن اشاره کرد. از محدودیت‌های این فناوری هم می‌توان راندمان پایین تراریختگی، کارایی اندک در گیاهان تک‌لپه و وابستگی به ژنوتیپ و ریزنمونه را نام برد. جهت برطرف کردن این محدودیت‌ها مهندسین ژنتیک در تلاشند که مکانسیم‌های پیچیده و مشکلات این روش را مرتفع کنند و راه‌حل مناسبی برای قرار دادن هدفمند DNA در مکان‌های ژنومی مناسب در گیاهان ارائه دهند. به دلیل اهمیت انتقال ژن با اگروباکتریوم و همچنین بهبود در کارایی این روش، بررسی مکانیسم انتقال ژن با این باکتری ضروریست، چرا که درک فزاینده ما از زیست‌شناسی آگروباکتریوم می‌تواند به گسترش کاربرد انتقال ژن به واسطه آگروباکتریوم کمک کند. همچنین لازمه پیشرفت در این روش انتقال ژن، دستکاری و ایجاد تغیرات به همراه آزمون و خطا در مراحل این فرآیند بیولوژیکی است. بر این اساس، مقاله مروری پیش‌رو اطلاعات جامعی را در مورد روش‌های انتقال ژن، چگونگی تراریختگی گیاهان توسط آگروباکتریوم، انواع گیاهانی که با این روش اصلاح شده‌اند و همچنین چالش‌ها و مشکلات مرتبط با این روش ارائه می‌کند .این مقاله برای افرادی که بر روی ویرایش ژنوم گیاهان با استفاده از اگروباکتریوم و تکنیک CRISPR/Cas9کار می‌کنند مفید خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Genetic Engineering in Cereals: Focusing on Agrobacterium Application

نویسندگان [English]

  • Noosheen Falahi 1
  • Armin Saed-Moucheshi 2
  • Abbas Rezaizad 3
  • mohammad Gerdakaneh 4
1 Iiranian Company for Maize Development, Seed Laboratory, Kermanshah, Iran
2 Department of Crop and Horticulture Reseach, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Kermanshah, Iran
3 AREEO
4 Horticulture and Crop Research Department, Kermanshah Agricultural and Natural Resources Research and Education Center (AREEO), Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Improving the quality and performance of plant products has significant and beneficial implications for food security and sustainable agriculture. Accordingly, plant genetic modification is a key issue in agricultural research to achieve these goals. To date, conventional breeding methods and genetic engineering have developed plants with higher yield and performance, better seed quality, and higher resistance to pests and diseases. The process of gene transfer in genetic engineering refers to a series of genetic procedures through which a specific segment of DNA, carrying a new gene or a novel structure of genes, is artificially inserted into the genome of a living organism using laboratory techniques. In this genetic process, the recipient of the new gene is referred to as a transgenic organism. Two systems are employed in this process: direct gene transfer methods and indirect gene transfer methods. Gene transfer via Agrobacterium is one of the successful methods for transferring genes in plants. This bacterium is regarded as nature's smallest genetic engineer. In the gene transfer technique to plants using Agrobacterium, the natural system of this bacterium is utilized to facilitate the transfer of the target gene. The application of this method by plant breeding researchers has led to beneficial genetic changes in various plant species. This technique offers numerous advantages over other gene transfer methods, including the stability of transgenic plants, simplicity, and cost-effectiveness. However, there are limitations to this technology, such as lower efficiency of transgene, limited effectiveness in monocotyledonous plants, and dependence on genotype and explant. To address these limitations, genetic engineers are striving to overcome the complex mechanisms and challenges associated with this method, aiming to provide effective solutions for the targeted insertion of DNA into appropriate plant genomic locations. Given the importance of gene transfer via Agrobacterium and the need to enhance the efficiency of this method, investigating the mechanisms of gene transfer with this bacterium is essential. A deeper understanding of Agrobacterium biology can facilitate the expansion of gene transfer applications through this system. Furthermore, advancements in this gene transfer method require manipulation and iterative testing throughout the biological process. Therefore, the upcoming review article offers comprehensive information on gene transfer methods, the process of plant transgenics via Agrobacterium, the types of plants that have been modified using this technique, as well as the associated challenges and issues. This article will be beneficial for individuals working on plant genome editing using Agrobacterium and the CRISPR/Cas9 technique.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agrobacterium
  • gene transfer
  • genetic engineering
  • transgenic plant
  • Ti plasmid