مهندسی ژنتیک برای تحمل به خشکی در گیاهان زراعی با تاکید بر برنج

یکی از راهکارهای افزایش بهره‌وری آب و مقابله با خشکی فزاینده ایجاد گیاهان متحمل به خشکی است که می‌‌توانند در شرایط کم آبی محصول مناسبی تولید کنند. برنج یکی از گیاهانی است که نه به دلیل نیاز ذاتی، بلکه به منظور کنترل علف های هرز و کنترل اسیدیته خاک به صورت غرقابی کشت شده و در نتیجه بخش اعظم آب شیرین تجدید پذیر را به خود اختصاص می‌دهد. گروه مهندسی ژنتیک در پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی با رویکرد استفاده از راهکارهای چندگانه به شرح زیر تلاش دارد برنج متحمل به خشکی را تولید و معرفی کند: 1) تولید برنج متحمل به علف کش. هدف از این برنامه تولید برنج متحمل به علف‌کش و کشت برنج به صورت مستقیم، خشکه، ردیفی بدون نیاز به کرت‌بندی و غرقابی است که موجب صرفه‌جویی عظیم در مصرف آب و تحمل به علف­کش به عنوان یک صفت مهم زراعی خواهد شد. علاوه بر این، انتظار می‌رود با این اقدام، کنترل علف­های هرز موثرتر، ارزانتر و محیط زیست دوستانه تر شود؛ 2) انتقال ژن حساس به اسیدیته (ph) نیترات ترانسپورتر (osnrt2.3b) که پایداری و بافر شدن اسیدیته درون سلولی را تامین می‌کند و در نتیجه افزایش بافر در درون سلول‌ها، جذب آهن و فسفر و کارآیی مصرف نیتروژن و همچنین عملکرد برنج را تا 40 درصد افزایش می‌دهد؛ 3) انتقال ژن‌هایی که موجب تغییر مورفولوژی ریشه برنج شده و دسترسی به آب در سطوح پایین‌تر را ممکن می‌کند؛ 4) انتقال ژن یا تشدید بیان ژن‌هایی که دارای نقش‌های مثبت دیگری مانند بیان فاکتورهای رونویسی که در رشد و نمای گیاه و تحمل به تنش نقش دارند. بارزترین این ژن‌ها گروه بزرگ nac است. افزایش بیان osnac9 در برنج تحت کنترل پیشبر اختصاصی ریشه موجب افزایش عملکرد بین 28 تا 72 درصد تحت شرایط خشکی و 13 تا 32 درصد در شرایط بدون تنش می‌شود؛ 5) پروتئین‌های تنظیمی دیگری که در انتقال پیام تنش و تنظیم بیان ژن‌های پاسخ دهنده به تنش نقش دارند و شامل پروتئین کینازها، پروتئین فسفانازها، آنزیم‌های درگیر در متابولیسم فسفولیپیدها و سایر مولکول‌های سیگنالینگ مانند پروتئین‌های متصل به کالمودولین‌ها هستند و 6) تغییر کدونی ژن‌های مورد استفاده بر مبنای ترجیح کدونی ژن‌هایی که در شرایط خشکی بیانشان افزایش می‌یابد. در این مقاله به استفاده از روش‌های مختلف بیوتکنولوژی مشتمل بر شناسایی اساس تحمل به خشکی و ژن‌های دخیل در آن، واکنش ژن‌ها به خشکی، بررسی ترجیح کدونی (codon usage bias; cub) مرتبط با خشکی، شناسایی ژن‌هایی که به نحوی از انحا می‌توانند موجب تحمل به خشکی شوند، انتقال ژن و ویرایش ژنومی پرداخته خواهد شد. علاوه بر آن پیشرفت پروژه‌های تولید برنج خشکه با راهکارهای مختلف تشریح خواهد شد.