موفقيت دانشمندان درزمينه ويرايش ژنوم ميتوكندري در گياهان

وقتي درباره‌ي DNA فكر مي‌كنيد، احتمالا ساختار مارپيچ مضاعف آن به ذهنتان مي‌آيد؛ ولي اين فقط بخشي از ماجرا است. يكي از بخش‌هاي مهم ديگر، DNA ميتوكندريايي است كه در گياهان حتي از اهميت بيشتري برخوردار است. اين بخش از ژنوم كمپلكسي است كه دانشمندان نمي‌توانستند ژن‌هاي آن را ويرايش كنند. اكنون، گروهي از پژوهشگران ژاپني براي انجام اين كار دست به كار شده‌ و موفقيت‌هايي به‌ دست آورده‌اند كه مي‌تواند به افزايش تنوع ژنتيكي محصولات كشاورزي كمك كند.

ميتوكندري موتورخانه‌ي سلول است؛ زيرا با استفاده از مواد غذايي انرژي توليد مي‌كند. اين اندامك‌هاي سلولي DNA ويژه‌ي خود را دارند كه جدا از DNA‌ هسته‌اي است. در حالي‌ كه DNA ميتوكندري در جانوران ژنومي كوچك‌تر و ساده‌تر است، در گياهان خلاف اين قضيه صادق است. شين ايچي آريمورا، يكي از پژوهشگران مطالعه مي‌گويد:

ژنوم ميتوكندري گياهان بزرگ و ساختار آن بسيار پيچيده‌تر است و گاهي اوقات ژن‌ها در بيش از يك نسخه وجود دارند. مكانيسم‌هاي بيان ژن آن به‌خوبي درك نشده است و برخي از ميتوكندري‌ها نيز اصلا ژنومي ندارند. در مطالعه‌ي گذشته‌ي خود، نشان داديم اين ميتوكندري‌ها براي تبادل محصولات پروتئيني باهم ادغام و سپس، از هم جدا مي‌شوند.

ما هنوز درمعرض خطر هستيم؛ زيرا تنوع ژنومي ميتوكندري محصولات كشاورزي در جهان بسيار كم است. ما قصد داريم از اين توانايي براي دست‌كاري DNA ميتوكندري گياهي به‌منظور افزايش اين تنوع استفاده كنيم.

پژوهشگران در ابتداي كار از فرايندي استفاده كردند كه براي ويرايش DNA ميتوكندري در جانوران استفاده مي‌شود. در اين تكنيك كه mitoTALENs نام دارد، از پروتئين براي بُرش و حذف ژن خاص از ژنوم ميتوكندري استفاده مي‌شود.

گياه برنج نشان داده شده در سمت چپ كه DNA ميتوكندريايي آن براي حذف صفت ناباروري ويرايش شده، در مقايسه‌ با گياه ويرايش نشده كه در سمت راست نشان داده شده، بذرهاي بيشتري دارد.

 پژوهشگران از تكنيك اصلاح‌شده‌ي mitoTALENs براي بُرش يكي از ژن‌هاي ميتوكندري به‌نام ژن عقيمي سيتوپلاسمي (CMS) استفاده كردند كه موجب مي‌شود گياهان نر عقيم شوند و نتوانند گرده توليد كنند. آن‌ها با استفاده از اين روش، چهار لاين جديد از برنج و سه لاين جديد از كانولا ايجاد كردند. گياهاني كه ميتوكندري آن‌ها ويرايش شده بود، بارور بودند و در مقايسه با گياهان ويرايش‌نشده بذر بيشتري توليد مي‌كردند.

پژوهشگران مي‌گويند علاوه‌بر سودمندي اين روش براي افزايش توليد، مزيت اصلي اين كار آن است كه به تنوع ژنتيكي محصولات كشاورزي مي‌افزايد. پژوهش‌هاي بيشتري نياز است تا مشخص شود براي رسيدن به اين هدف كدام ژن‌هاي ميتوكندري را بايد ويرايش كرد.

نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Nature Plants منتشر شده است.