التكنولوجيا الحيوية الزراعية: تحرير الجينات مقابل تعديل الجينات
التكنولوجيا الحيوية الزراعية ، تحرير الجينات ، تحرير الجينات مقابل تعديل الجينات ، تحرير الجينات ، تحرير الجينات في المزارع ، تحرير جينات المحاصيل ، المحاصيل المعدلة وراثيا ، التعبير الهندي
زيادة الإنتاج الزراعي والأمن الغذائي المستدام لهما أهمية قصوى بالنسبة لعدد السكان المتزايد ، على مستوى العالم وفي الهند. يعتبر الأرز أحد المحاصيل الغذائية الرئيسية التي يعتمد عليها أكثر من نصف سكان العالم و 80٪ من الآسيويين لتلبية احتياجاتهم اليومية من الطاقة. تعد الهند ثاني أكبر مستهلك (حوالي 100 مليون طن) أيضًا كمنتج (115 مليون طن) من الأرز المطحون بعد الصين.
يتعرض الأرز ، شأنه شأن المحاصيل الأخرى ، لضغوط بيولوجية وغير أحيائية متنوعة خلال دورة حياته. تسبب العديد من الأمراض مثل الآفة الجرثومية والانفجار ، والآفات الحشرية مثلها مثل بلانثوببر البني ، أضرارًا كبيرة تؤدي إلى تخفيضات كبيرة في الغلة. غالبًا ما تصل خسائر المحاصيل الناتجة عن عدد من هذه الضغوط الحيوية إلى 50٪ وحتى تصل إلى 90٪ في الظروف الوبائية. كما أن الأرز يمثل نصف المياه العذبة المستخدمة في الزراعة. أصبح توافر المياه للزراعة بشكل عام عائقًا كبيرًا الآن ، وذلك بفضل متطلبات الاستهلاك المحلي والحضري والصناعي المتزايدة باستمرار. ستصبح الأمور أكثر تعقيدًا مع انخفاض توافر الأراضي الصالحة للزراعة أيضًا ، حتى لا نتحدث عن تأثير التغير المناخي العالمي على إنتاجية المحاصيل.
يمكن أن يوفر التطوير الناجح لخطوط الأرز ، والذي يتضمن سمات مهمة مقاومة للتوتر الحيوي وغير الأحيائي ، حلولًا لتقليل خسائر الغلة التي تؤثر على المستهلكين (بسبب انخفاض التوافر) والمنتجين (من الدخول المنخفضة) على حد سواء. ومع ذلك ، قد يتطلب ذلك اعتماد تقنيات مبتكرة ، لأن تقنيات التربية الحالية التي تدعم التقاطع المادي للنباتات الوالدية قد لا تكون كافية. يتمثل أحد هذه الأساليب في "تحرير الجينوم" المستهدف لنباتات المحاصيل ، والذي يمكن أن ينتج أنواعًا ذات سمات مرغوبة خلال فترة وجيزة مقارنة بطرق التربية التقليدية. لهذا الغرض ، يجب أولاً تحديد أنواع الأرز التي يتم زراعتها بالفعل على نطاق واسع في جغرافية مختارة وتطوير استراتيجيات لتحسين السمات مثل مقاومة الأمراض والآفات وتحمل الجفاف ، إلخ.
في السنوات الست الماضية ، أسرت عملية تحرير الجينوم المستهدفة باستخدام "كريسبر / كاس 9" انتباه مجتمع الأبحاث. اكتسبت تطبيقات هذه التقنية - وهي اختصار لـ "التكرارات المتكررة ذات التجاعيد القصيرة المتقطعة بانتظام / البروتين المرتبط بـ CRISPR 9" - قوة جذب كبيرة في مختلف مجالات العلوم ، بما في ذلك الزراعة.
تم تحديد كريسبر / كاس 9 في الأصل وتكييفها من آلية المناعة التي تحدث بشكل طبيعي في البكتيريا ، والتي تستخدم ضد الفيروسات الغازية. تلتقط البكتيريا مقتطفات من الحمض النووي من الفيروسات وتستخدمها لصنع مصفوفات كريسبر. تسمح شرائح الدنا هذه للبكتيريا بـ "تذكر" الفيروسات. في حالة مهاجمة الفيروسات ، تنتج البكتيريا الحمض النووي الريبي (الرسول الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي) من صفائف كريسبر. ثم تستخدم البكتيريا إنزيم Cas9 ، الذي يعمل كزوج من "المقص الجزيئي" ، لتقطيع الحمض النووي إلى جانب تعطيل الفيروس.
وقد صمم الباحثون نفس النظام لتزويد الحمض النووي الريبي المكمل لتسلسل الحمض النووي المستهدف المحدد داخل جينوم الكائن الحي. يربط هذا الحمض النووي الريبي "المرشد" نفسه تسلسل الهدف فقط ولا يوجد مناطق أخرى من الجينوم. سيقوم إنزيم Cas9 ، بدوره ، باتباع دليل الحمض النووي الريبي (RNA) ويقطع خيوط الحمض النووي (DNA) في الموقع المستهدف. في هذه المرحلة ، تعرف الخلية أن الحمض النووي مكسور ويحاول إصلاحه. يمكن للباحثين الآن استخدام آلية إصلاح الحمض النووي الطبيعي لإدخال تغييرات ، بما في ذلك عن طريق إضافة أو حذف المواد الجينية.
لمتابعة الموضوع اضغط على التالي
↚
يمكن إجراء تحرير الجينوم هذا باستخدام CRISPR / Cas9 من خلال ثلاث طرق مختلفة: Nuclease (SDN) 1 و 2 و 3. توجيه SDN1 ينتج كسرًا مزدوجًا داخل جينوم النبات ويعدّل سمة حالية دون إدخال أي سمة الحمض النووي الأجنبي أو ربما التحرير في موقع الاهتمام. يقوم SDN2 بتعديل سمة الاهتمام من خلال إنتاج استراحة مزدوجة تقطعت بهم السبل ، وفي الوقت الذي يتم إصلاحه بواسطة الخلية ، يقوم بتحرير تسلسل بسيط في الموقع المستهدف. يستخدم SDN3 إدخال موقع محدد لشظية DNA أجنبية كبيرة الحجم لإدخال سمة بديلة مهمة.
تستمر القصة
في حالة نهوج SDN1 و SDN2 ، لن يتم بسهولة إزالة مكونات CRISPR لتحرير الجينات الأصلية المختارة لسمة مرغوبة عن طريق الفصل بين ذرية النبات خلال الأجيال التالية واللاحقة. خلال هذه الطريقة ، يمكن للمرء إنتاج نباتات محررة خالية من الجينات (وبعبارة أخرى ، لا معدلة وراثيا أو غير معدلة وراثيا) لا يمكن تمييزها عن مواد التربية التقليدية. ولكن هذه الطريقة أسرع وأرخص من العبور التقليدي ، والذي ينتهي خلال مجموعة من السمات غير المرغوب فيها والتي يتم نقلها أيضًا ، وبالتالي ، تتطلب عدة دورات تكاثر حتى يتسنى للذرية امتلاك السمات المحددة فقط. تم إثبات استخدام تقنية كريسبر / كاس 9 بنجاح ، على سبيل المثال ، في تطوير خطوط الأرز المحصنة ضد الانفجار (عن طريق ضرب الجينات القاتلة التي تكبت المناعة ضد الفطريات) واللفات الجرثومية (عن طريق تحرير مواقع الربط الخاصة بالمرض) -تسبب الجينات).
على المستوى العالمي ، فإن السياسات التنظيمية للمحاصيل التي يتم تحريرها بواسطة الجينوم ، في مقابل الكائنات المحورة وراثيا أو الكائنات المحورة وراثيا ، هي في مراحل متعددة من التنفيذ. البلدان التي لديها عمليات تنظيمية متاحة لخطوط تحرير الجينوم تشملنا وكندا والأرجنتين وإسرائيل وشيلي والبرازيل وأستراليا واليابان. لا تزال الوكالات التنظيمية في الهند تتداول بشأن مدى التنظيم اللازم لنباتات المحاصيل التي يتم تطويرها من خلال تحرير الجينات ، والتي لا تنطوي على إضافة الحمض النووي من الأنواع غير ذات الصلة تمامًا.
عندما تتضمن تقنيات جديدة لتحرير الجينات ، نود إجراء تحليلات عقلانية للمخاطر والفوائد التي تقدمها التكنولوجيا في كل سيناريو ؛ نود أن نعزز جهودنا البحثية في التقنيات العلمية التي توفر الفائدة الأولى للمجتمع من خلال التمويل الاستراتيجي أو التعاون أو ربما الشراكات بين القطاعين العام والخاص ؛ وأننا بحاجة إلى أطر تنظيمية واضحة لأجهزة تلك التقنيات. كل خطوة نتخذها يمكن أن تساعد في الحد من الجوع وتحسين مستوى الحياة لأنفسنا والأجيال القادمة.
