آفات و بیماری هادیدگاهمهار زیستینانوبیوتکنولوژی کشاورزی

کاربردهای RNAi در گیاهان

بهره‌وری RNAi و روش‌های جدید انتقال آن برای کنترل حشرات آفت

یکی از کاربردهای مهم RNAi در کشاورزی، حوزه کنترل آفات و بیماری‌ها است. پژوهش‌­های سال‌های اخیر، در مورد پتانسیل استفاده از RNA مداخله‌گر (RNAi) در جهت سرکوب آفات کشاورزی رشد چشمگیری داشته است. بااین‌حال، با توجه به متغیر بودن کارایی RNAi در بسیاری از حشرات، ابتدا نیاز به کشف عوامل مؤثر در خاموش کردن ژن به‌وسیله dsRNA است.


کاربرد فن‌آوری RNAi در مدیریت آفات در حال حاضر به واقعیت نزدیک شده است. اثر مکانیسم RNAi عمدتاً به انتقال، تثبیت و جذب dsRNA توسط گونه‌های هدف بستگی دارد. ظاهراً، برای برخی از حشرات ژن‌های Sid-1 در جذب dsRNA دخیل هستند، اما این ژن به‌طور گسترده‌ در بین گونه‌های حشرات وجود ندارد.

انتشار سیستمیک RNAi هنوز در حشرات در دست بررسی است و تاکنون هیچ اجماعی در مورد این که چه مکانیسم‌هایی در گسترش سیگنال‌های خاموش‌کننده نقش دارند، وجود ندارد. درک جامع از خواص سیستمی dsRNA و همچنین پیشرفت در روش‌های انتقال در حال انجام است. این موضوع در سال‌های آینده برنامه‌های ابتکاری جدیدی را برای کنترل حشرات آفت فراهم می‌کند.

RNA مداخله‌گر، معمولاً یک ژن واحد را هدف قرار می‌دهد و به همین خاطر از همه سموم دفع آفات که در حال حاضر وجود دارد، ایمن‌تر است. این ویژگی، تأثیر منفی ناشی از حشره‌کش‌ها را کاهش می‌دهد و دشمنان طبیعی و جانوران مفید را در منطقه زراعی حفظ می‌کند. جانوران مفید به فرآیندهایی مانند گرده‌افشانی کمک می‌کنند و دشمنان طبیعی، جمعیت حشرات آفت را در زیر آستانه‌های اقتصادی نگه می‌دارند.

انتقال dsRNA با استفاده از مولکول‌های شیمیایی اصلاح‌شده، نانو ذرات پلیمری، لیپوزوم­ها، ویروس‌ها یا باکتری‌ها، می‌تواند در دستیابی به یک پاسخ قوی از RNAi نقش داشته باشد و تأثیر آن را افزایش دهد. انتخاب روش انتقال و انتخاب فرمولاسیون البته به شرایط، حشره هدف و دلیل اختلال در بهره‌وری (بازده-کار آیی) RNAi بستگی دارد. به‌عنوان‌مثال، از لیپوزومها و پلیمرها می‌توان درجایی استفاده کرد که جذب سلولی محدود است و ممکن است باعث ایجاد حشرات مقاوم به RNAi شود. یا هنگامی‌که ثبات dsRNA در بدن حشرات مسئله اصلی است، می‌توان از نانو ذرات پلیمری یا لیپوزوم و باکتری‌ها استفاده کرد. انتقال dsRNA با ویروس می‌تواند یک‌راه حل برای جذب سلولی یا تولید اندک باشد؛ چراکه dsRNA بلافاصله در داخل سلول‌های حشرات آلوده به ویروس، تولید می‌شود.

گیاهان تراریخته که dsRNA را بیان می‌کنند، می‌توانند روشی قدرتمند برای سرکوب حشرات آفت به‌صورت انتخابی باشند. بااین‌حال، با توجه به روند نظارتی شدیدی که برای گیاهان تراریخت وجود دارد، می‌توان از استراتژی‌های دیگر با بازده مشابه استفاده کرد. بیان dsRNA از طریق گیاهان transplastomic (گیاهانی که کلروپلاست آن‌ها مهندسی شده است) یک استراتژی ارجح برای دستیابی به نتایج بهتر است. تأمین dsRNA از طریق آب آبیاری، خراش ریشه یا تزریق در تنه می‌تواند یک راهکار عالی برای حشرات آفت مانند کرم سفید ریشه و طوقه باشد که در حال حاضر هیچ روش کنترلی کارآمدی برای آن‌ها در دسترس نیست. علاوه بر این، انتقال dsRNA از طریق آب آبیاری یا تزریق تنه دارای خطرات زیست‌محیطی کم است چراکه dsRNA در طی 2-3 روز در خاک و بقایای گیاهان سریع تجزیه می‌شود.

تولید dsRNA برای اهداف تحقیقاتی می‌تواند با استفاده از کیت‌های زیست‌شناسی مولکولی تجاری در دسترس باشد. بااین‌حال، قیمت هر میکروگرم از dsRNA سنتز شده در شرایط آزمایشگاهی بیش‌ازحد بالاست و به لحاظ تجاری به صرفه نیست. از آن‌جا که مقادیر زیادی dsRNA موردنیاز است، روش‌های مقرون‌ به‌ صرفه‌تری برای تولید انبوه در حال‌ توسعه هستند. این روش­‌ها شامل تولید باکتری‌ها و نوکلئوتید تری فسفات (NTP) سنتز و اصلاح‌شده است. باکتری تولیدشده برای انتقال dsRNA یکی از مقرون‌ به‌ صرفه‌ترین روش‌ها به‌حساب می‌آید و شرکت‌های بیوتکنولوژی در حال سرمایه‌گذاری روی آن هستند. این باکتری یک E.Coli است که نمی‌تواند RNAase تولید کند. این روش برای تولید مقادیر زیاد مقرون‌ به‌ صرفه و برای مزارع کوچک و بزرگ قابل‌ استفاده است.

چندین شرکت کشاورزی در تلاش هستند تا محصولات RNAi را با کمترین هزینه تولید کنند. در این راه به‌جای ایجاد ارگانیسم‌های اصلاح‌شده ژنتیکی که میلیون‌ها دلار هزینه‌ دارند و توسعه آن‌ها سال‌ها طول می‌کشد، روش‌های دیگر مدنظر است. از طرف دیگر موانع نظارتی از سوی سازمان‌های دولتی و مردم بسیار فراتر است. در حال حاضر، یک آژانس نظارتی مجوز انتشار یک محصول تراریخته حاوی یک رویداد کنترل حشرات مبتنی بر RNAi را اعلام کرده است. در تاریخ 26 سپتامبر 2016، آژانس بازرسی مواد غذایی کانادا (CFIA) اعلام کرد که آن‌ها رویداد ذرت مونسانتو MON87411، حاوی یک سازه D. virgifera dsSnf7 را در ترکیب با دو سازه Bt، برای تجاری‌سازی و انتشار تصویب کرده‌اند.  بااین‌حال، هیچ چارچوب مشخصی برای تنظیم کنترل آفات مبتنی بر RNAi توسط سایر سازمان‌های نظارتی تا آنجا که ما می‌دانیم ایجاد نشده است. فقط آژانس حفاظت از محیط‌زیست (EPA) یک دستورالعمل در مورد ارزیابی خطر محصولات زراعی مبتنی بر RNAi، منتشر کرده است؛ اما آژانس‌های دیگر، مانند سازمان ایمنی مواد غذایی اروپا (EFSA) در حال حاضر هنوز در حال جمع‌آوری اطلاعات در قالب مقاله مروری سیستماتیک هستند.

EPA در گزارش خود ذکر می‌کند که پروتکل‌های ارزیابی ریسک پروتئین (PIPs) موجود در گیاهان حاوی باکتری BT می‌تواند برای فن‌آوری RNAi در محصولات تراریخته کافی باشد، اما پیش‌فرض‌های محافظه‌کارانه و آزمایش‌های اضافی برای پیش‌بینی خطر لازم است.

درنهایت مشکل اصلی این است که موضوع RNAi نسبتاً جدید است و سؤالات بسیاری در مورد ویژگی، سرنوشت dsRNA در محیط، تأثیرات بر موجودات غیر هدف، استفاده از بیوانفورماتیک در پیش‌بینی خطر، همسانی توالی موردنیاز siRNA به آن منطقه هدف و غیره وجود دارد که تا این لحظه هنوز بی‌پاسخ‌ مانده است.

منبع
frontiers in physiology
برچسب‌ها
نمایش بیشتر

نوشته‌های مشابه

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
EnglishIran
بستن
بستن