فناوری امیکس راهکاری جدید برای تولید محصولاتی جدید

جواد لگزیان/ نیاز روزافزون به فرآورده‌های دامی و لبنی، بحران فراگیر انرژی و تغییرات اقلیمی شدید سبب شده است که ما اکنون نیازمند یک سیستم تولید غذایی باشیم که به طور همزمان تقاضای اجتماعی و کشاورزی پایدار را حمایت و تضمین کند. برنامه جدید اصلاحی برای کشاورزی پایدار که شامل فناوری تولید ارقام جدید با پتانسیل بالای عملکرد، ثبات تولید بالا و کیفیت غذایی بیشتر همراه با کاهش میزان مصرف آب، کود و سم باشد.

به گزارش اکو ۳۶۵، فناوری امیکس با ارائه نسل جدید روش‌های علمی چشم‌انداز تازه‌ای را در فرآیند بهبود صفات گیاهی و نیز افزایش پایداری محصولات کشاورزی پدید آورده است. فناوری‌ امیکس اکنون به عنوان راهکاری امیدبخش مطرح است که اطلاعات با ارزشی را برای افزایش بهره‌برداری ژنتیکی و همچنین پایه و اساس مولکولی آن از طریق تغییر در رونوشت‌ها، پروتئین‌ها، متابولیت‌ها و عناصر معدنی در مقابل تنش‌های زیستی و غیرزیستی فراهم آورده‌اند. انواع روش‌های امیکس جنبه‌های مختلف از علم زیست‌شناسی را در سیستم‌های گیاهی مد نظر قرار می‌دهند و از آنها در جهت بهبود کارایی گیاهان استفاده می‌کنند.

کتاب «امیکس‌ها در علوم کشاورزی» سعی دارد تا اطلاعاتی هر چند مختصر درباره روش‌های اُمیکس‌ و کاربرد آنها در کشاورزی ارائه کند تا خوانندگان این کتاب به ویژه افرادی که دغدغه پیاده‌سازی برنامه‌های اصلاحی در بخش کشاورزی را دارند بتوانند سرنخ‌ها و اطلاعات مفیدی را برای تحقیقات بیشتر در این زمینه و پیشبرد برنامه‌های خود به دست آورند.

این کتاب در سیزده فصل تدوین شده است.  در اولین فصل مقدمه‌ای در خصوص لزوم مطالعات امیکس بیان شده و در فصل دوم اجزای امیکس به اختصار بیان شده است. در فصل‌های سوم تا دهم نیز در خصوص هر یک از روش‌های امیکس نظیر ژنومیکس که به ساختار، عملکرد،  تکامل، نقشه‌یابی، ویرایش و دست‌ورزی ژنوم می‌پردازد، اپی‌ژنومیکس شیوه‌ای به منظور تنظیم ژنتیکی و ارتباط آنها با رشد سلولی و پاسخ به تنش، پان‌ژنومیکس که به آرایش کل ژنوم در یک گونه اشاره دارد، ترانس کریپتومیکس که شامل مطالعه کل ترانس کریپتوم است که توسط ژنوم در یک سلول و یا بافت بیان می‌شود، پروتئومیکس که شامل بررسی پروفایل پروتئینی یک موجود زنده است، متابولومیکس به عنوان مطالعه جامع متابولیتهایی است که در وقایع مختلف سلولی درگیر هستند، یونومیکس مطالعه یونوم یک موجود زنده و فنومیکس که قادر به جمع‌آوری داده‌های فنوتیپی در چندین بعد در سطوح مختلف از سطح سلول، اندام، گیاه تا جمعیت است، توضیحاتی دقیق را مطالعه خواهیم کرد. فصل یازدهم در خصوص نقش بیوانفورماتیک در مطالعات امیکس بحث می‌کند و در فصل دوازدهم و سیزدهم به ترتیب در خصوص مطالعات امیکس به منظور افزایش مقاومت در برابر تنش‌های زیستی و غیرزیستی صحبت شده است.

نوید «امیکس‌ها در علوم کشاورزی» این است که روش‌های امیکس به سرعت در حال توسعه هستند و از این طریق میزان بازده فرآیندهای به‌نژادی افزایش یافته است. این فناوری‌ها امکان مشاهده مستقیم یا حتی پیش‌بینی و محاسبه دلایلی که رشد گیاه و تحمل به تنش‌های زیستی و غیرزیستی را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند، فراهم می‌آورند. اطلاعاتی مانند این که چگونه ارتباط متقابل پیچیده بین گیاه، متابولیسم گیاهی یا رفتار گیاه در مقابل تنش‌های زیستی نظیر حشرات، پاتوژن‌ها و یا سایر عوامل بیولوژیکی جستجو و ردیابی شوند. این فناوری‌ها قادرند دلایلی را برای عملکرد بهتر صفات زراعی در سطح بیوشیمیایی، مولکولی و فیزیولوژیکی فراهم کنند. بنابراین در خصوص به‌نژادی گیاهان زراعی قابل استفاده هستند.

اطلاعاتی که از طریق داده‌های امیکس به دست می‌آید در تلفیق با فناوری‌های جدید ویرایش ژنومی، امکان اصلاح ارقام جدید را برای کشاورزی پایدار فراهم می‌کند. در این راستا اولین نسخه از ژنوم گیاه آرابیدوپسیس در سال دو هزار منتشر شد. هم‌اکنون روش‌های نوین توالی‌یابی ژنوم به همراه ابزارهای بیوانفورماتیکی قوی و مدل‌سازی کامپیوتری برای توالی‌یابی، سرهم‌بندی و بررسی تنوع توالی‌های مرتبط با فنوتیپ صفات ویژه زراعی قابل دسترسی هستند و قادرند این تجزیه و تحلیل را در عرض چند هفته انجام دهند. این توانایی به همراه کاهش قابل توجه زمان فرآیند توالی‌یابی سبب شده تا حجم داده‌های پایگاه، همچنان در حال افزایش بوده و بنابراین امکان مطالعه ژنوم و کمک به توسعه نشانگرهای مولکولی باارزش فراهم شود. این روش در خصوص شناسایی فاکتورهای ژنتیکی کنترل‌کننده صفات پیچیده کمک‌کننده خواهد بود و می‌تواند حجم زیادی از اطلاعات لازم را فراهم کند تا در انتخاب ژنوتیپ‌های برتر از نظر صفات زراعی مهم مورد استفاده قرار گیرند.

فناوری جدید خاموشی ژن پس از رونویسی نیز در خصوص تولید گیاهان تراریخته در برخی محصولات زراعی استفاده شده است که منجر به خاموشی یا کاهش بیان برخی ژن‌ها در بعضی از گیاهان شده است. چنین مطالعات تلفیقی می‌تواند اطلاعات و یافته‌ها را در شناسایی ژن‌های کاندید و طراحی راهبردهایی برای دستیابی به ارقام هیبرید پربازده افزایش دهند.

فراز دیگری در کتاب از اهلی‌سازی مجدد و ارائه الگویی برای محصولات جدید می‌گوید. در این بخش می‌خوانیم که همزمان با تغییرات اقلیمی، بیشتر گیاهان به ویژه گیاهانی که در ارتفاعات متوسط به بالا رشد می‌کنند در معرض خطر انقراض قرار دارند. ناتوانی این گیاهان برای سازگاری با تغییرات اقلیمی نه تنها بر روی بقای آنها تأثیرگذار است بلکه بر روی بقای سایر گیاهان و حیوانات وابسته به آنها هم تاثیر می‌گذارد. بنابراین توسعه ارقامی که مقاومت بالایی به تغییرات اقلیمی نشان می‌دهند و ثبات تولیدی بالاتری دارند از اهمیت بالایی برخوردار است. اکنون در این راستا فرآیند اهلی‌سازی مجدد اجداد وحشی این گیاهان با اطلاعات جدید و فناوری‌های جدید امکان‌پذیر شده است. در این فرآیند ژن‌های مفید را بر مبنای سازگاری با محیط جدید و با عملکرد بالا می‌توان به صورت هدفمند به ارقام جدید انتقال داد و البته از طریق ویرایش ژنومی می‌توان تنوع جدیدی را به وجود آورد که این مورد برای ژن‌های فاقد آلل‌های مطلوب در طبیعت امکان‌پذیر است.

امروزه با داده‌هایی از امیکس‌ها مواجه هستیم که تلفیق آنها سبب تشخیص سریع، گسترده و همزمان ژن‌های کلیدی متعدد برای صفات زراعی مهم خواهند شد. این تحلیل‌ها روند تحقیقات آینده را از آنالیز تک‌ژن به سمت مسیرها و شبکه‌های ژنی پیش برده است. جمع‌بندی خوش‌بینانه کتاب این است که با اطلاعات گسترده در زمینه اهلی‌سازی و بهبود عملکرد از طریق داده‌های امیکس، در ترکیب با فناوری‌های ویرایش ژنومی، می‌توان یک نقشه راه سه‌گانه ایجاد کرد که با این روش آینده به‌نژادی، نه تنها نیازهای متنوع بشر تامین می‌شود بلکه سازگاری و انقلابی بزرگ در کشاورزی به وجود می‌آید که توسعه کشاورزی پایدار را رقم خواهد زد.

کتاب «امیکس‌ها در علوم کشاورزی» تدوین و گردآوری دکتر نسرین مشتاقی و دکتر آزاده خادم را نشر جهاد دانشگاهی مشهد در ۱۹۲ صفحه رهسپار بازار کتاب کرده است.