استراتيجيات الهندسة الوراثية في إنتاج نباتات مقاومة للأمراض

مقدمة :

          نتيجة لاستخدام الطرق الحديثة في تربية النباتات والتوسع في استخدام الميكنة الزراعية تحسنت كمية ونوعية المحصول تحسناً كبيراً عما كانت عليه في الماضي. ومع ذلك فإن المحاصيل المحسنة مازالت مهددة بالعديد من الأمراض بل أنها أصبحت مرتعاً خصباً للعديد منها مقارنة بالنباتات البرية لاستمرار الانتخاب لصفات معينة (مثل كمية ونوعية المحصول) بدرجة أكبر من الانتخاب لمقاومة هذه الأمراض.

          استخدمت العديد من الكيماويات في مقاومة الأمراض الفطرية ومع ذلك عجزت عن مقاومة البكتريا والفيروسات. ونظراً لما لاستخدام الكيماويات في المقاومة من آثار ضارة على البيئة أو نظراً لصعوبة مقاومة الأمراض بالكيماويات يصبح إنتاج نباتات مقاومة للأمراض بالأساليب الحديثة أمراً لا بديل عنه. وبالرغم من أن استخدام تقنية الهندسة الوراثية قد بدأ حديثاً إلا أن هذا الأسلوب أصبح هاماً في مقاومة الأمراض.

  • استراتيجيات مقاومة الأمراض الفطرية باستخدام التعديل الوراثي:

يعد استخدام تقانات عزل الجينات والنقل الوراثي لإنتاج نباتات معدلة مقاومة للأمراض الفطرية هو أفضل ما حدث من تطوير في مجال تطوير النباتات. وقد أمكن تعريف الكثير من جينات المقاومة واستنساخها وكذلك التعرف على كثير من المركبات المضادة للفطريات والتي يعمد النبات على بنائها لتوقف الإصابات الفطرية وهذا ما دعا إلى تطوير عدة استراتيجيات لإنتاج نباتات معدلة وراثياً مقاومة للأمراض الفطرية. تقسم هذه الاستراتيجيات إلى:

  • إنتاج نباتات معدلة بالاعتماد على الجينات التي تتحكم في إنتاج البروتينات المضادة للفطريات:

تعتمد خاصية المقاومة في هذه الحالة على قدرة النباتات المعدلة وراثياً على إنتاج إنزيمات معينة تكون مدمرة للفطريات التي يمكن أن تهاجم تلك النباتات. حيث تستخدم لهذا الغرض الجينات المشفرة لكثير من البروتينات المضادة للفطريات ومن أهمها:

  • البروتينات المرتبطة بالأمراضية: Pathogenesis related proteins

تعرف البروتينات المرتبطة بالإمراضية PR proteins بأنها بروتينات مستحثة تتكون في مستخلصات أوراق نباتات التبغ المتفاعلة على شكل فرط التحسس HR ضد الإصابة بفيروس موزاييك التبغ. ويرمز لهذه البروتيناتPR1 وحتى PRn . وقد وجد أن PR2 ذات نشاط B-1-3-glucanase أي محللة للجلوكان أما PR3 فهي ذات نشاط Endochitinase أي محللة للكيتين. ومن أكثر الجينات أهمية في عمليات هندسة النباتات لمقاومة الفطريات هما المورثين المتحكمين في إنتاج كل من الكيتينيز والجلوكانيز chitinase and glucanase. ويعتمد نجاح إكساب النباتات صفة المقاومة لفطر ما بطريقة الهندسة الوراثية التي تعتمد على تعديلها وراثيا باستعمال إنزيم الكيتينيز على الاختيار المناسب للإنزيم الذي يكون فعالاً ضد الفطر المعني. فقد وجد أن نباتات التبغ والكانولا المعدلة وراثياً بجين كيتينيز الفاصوليا كانت أكثر مقاومة للإصابة بالفطر Rhizoctonia solani ويرجع ذلك إلى تحليل الأنزيم لكيتين الجدر الخلوية للفطر وبدا ذلك واضحا من خلال تأخير ظهور الأعراض على النباتات.

دراسات أخرى أجريت على نباتات التبغ المعدلة وراثيا للتعبير عن جين B1,3-gluconase فول الصويا وقد تحسنت مقاومتها ضد Phytophthora parasitica, Peronospora tabacina, Alternaria alternate ومع ذلك كان التعبير عن كل من chitinase and B-1,3-gluconase معا أعطى مقاومة معنوية ضد الفطريات.

وقد أمكن التعرف على خمس طرز من إنزيمات الكيتينيز (من I وحتى V) في النباتات وعلى ثلاثة طرز من إنزيمات B-1,3-glucanase . ولوحظ زيادة مقاومة نباتات البندورة للإصابة بالفطريات عندما حولت وراثياً بكل من طراز I من أنزيم الكيتينيز وطراز I من أنزيم بيتا 1 -3 جلوكانيز من التبغ بينما لم يؤدي التعديل الوراثي للبندورة بأي من الجينين منفرداً إلى حمايتها من الإصابة الفطرية. كذلك أمكن تحوير عدد من أصناف الخيار والجزر وراثياً بجينات مختلفة للكيتينيز حصل عليها من التبغ والفاصوليا والبيتونيا وقد تبين أن نباتات الخيار لم تظهر أي فروق معنوية عن النباتات غير المعدلة عند إصابتها بالفطريات Alternaria cucumerina, Botrytis cineria, Colletotrichum orbiculare, Rhizoctonia solani . بينما أظهرت نباتات الجزر المعدلة بجين كيتينيز التبغ مقاومة عالية ضد الفطر R. solani, Corticium rolfsii بينما لم تظهر تلك المقاومة في نباتات الجزر المعدلة وراثياً بجين الكيتينيز البيتونيا. وهذا يدل على أن كفاءة التعديل الوراثي بجينات الكيتينيز في مقاومة النباتات للفطريات تتأثر بكل من النوع النباتي المعدل وراثياً ومورث الكيتينيز المستخدم والفطر المستهدف مقاومته.

كذلك أمكن تحسين مقاومة النباتات للأمراض بتعديلها وراثياً بجينات من فطريات تستخدم في المقاومة الحيوية فعلى سبيل المثال أمكن نقل المورث المسؤول عن إنتاج إنزيم الكيتينيز من Trichoderma harzianum إلى كل من التبغ والبطاطا وظهرت مستويات عالية من الأنزيم المضاد للفطريات في الأنسجة النباتية المختلفة ولقد أظهرت النباتات المعدلة تحملا أو مقاومة تامة للفطريات Alternaria alternate, A. solani, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani .

وقد أمكن إنتاج نباتات أرُز معدلة وراثياً معبرة عن بروتينات PR حيث يمتاز الأرُز بسهولة النقل الجيني كما يحتل الترتيب الأول على البوب في عدد جينات بروتينات PR المستخدمة للحصول على نباتات أرز معدلة وراثياً. وضع جين الكيتينيزChi11 من rice genome library تحت تحكم المهيئ CaMV35S واستخدم في النقل لبروتوبلاست الأرز وأمكن الحصول على عدة نباتات معدلة مستقلة باستخدام الانتخاب على وسط غذائي يحتوي على المضاد الحيوي هيجروميسين وقد وجد أن النباتات تحتوي على ست نسخ من الكيتينيز وكانت هذه النباتات مقاومة للفطر R. solani.

  • بروتينات النبات المثبطة للريبوسومات:Plant ribosomes-inactivating proteins

لبروتينات النبات المثبطة للريبوسوم (RIPs) نشاط N-glycosidase وتعمل على منع الريبوسومات من القيام بعملها ومن ثم يتوقف تمثيل البروتين. ويمكن لهذه البروتينات أن تثبط الريبوسومات الغريبة ذات الأنواع بعيدة القرابة وكذلك حقيقيات النواة الأخرى ومنها الفطريات. ويعمل RIP المنقى من الشعير على تثبيط نمو كثير من الفطريات مخبرياً وقد وجد أن نباتات التبغ المعبرة عن RIP المشفر بواسطة تتابع DNA الشعير تبدي مقاومة أفضل للإصابة بفطر R.solani كما تبين أن المقاومة تكون أعلى إذا اقترن RIP مع استخدام PR2 أو PR3. كذلك وجد أن نباتات القمح المعدلة المعبرة عن RIP الشعير تبدي مقاومة متوسطة أو لا تبدي مقاومة للإصابة بالفطر Blumeria graminis.

  • البروتينات الصغيرة الغنية بالسيستائين:small cystein-rich protein

وهي عبارة عن ببتيدات صغيرة غنية بالسيستين مضادة للميكروبات ومن أهمها الدفنسينات والثيونينات defensins and thionins . فالثينونات ظهر بأنها ذات نشاط مضاد للفطريات ويعتمد الفعل المضاد للميكروبات على قابلية الثيونين لعمل ثقوب في الغشاء البلازمي للخلية مؤدياً لتحطيم الغشاء وموت الخلية. وأدى التعبير الفائق للثيونين الداخلي لنبات الارابيدوبسيس لزيادة مقاومة النبات للإصابة بالفطر Fusarium oxysporum . أما الفنسينات فتقسم لثلاث مجاميع: nonmorphogenic وهي ذات نشاط مضاد للفطريات ولا تحدث تغيرات مورفولوجية بها و morphogenetic تؤدي لزيادة تفريع الفطريات والمجموعة الثالثة تنتمي لمثبطات إنزيم ألف-أميلاز وليس لها أي تأثير على نمو الفطريات. وقد ثبت أن نباتات التبغ المعدلة المنتجة للـ Rs-AFP2 (Raphanus sativus antifungal protein-2) تزيد مقاومة النبات ضد الإصابة بالفطر Alternaria longips .

  • البروتينات المثبطة لإنزيم بولي جلاكتيورونيزPolygalacturonase inhibitor proteins

تعمل أنزيمات البولي جلاكتيورونيز (PGIPs) على تحليل معقدات الجدار البكتينية. وقد اتضح أن ثمار نباتات البندورة المعدلة المعبرة عن PGIPs الكمثرى تؤدي لتقليل استعمار فطر Botrytis cinerea للثمار حيث لوحظ اختزال عدد البقع واختزال حجم البقعة بمعدل 25% كما قللت من إصابات الثمار بأمراض بعد الحصاد.

  • انتاج نباتات معدلة بالاعتماد على جينات المقاومة الطبيعية:

يعد الاعتماد على جينات المقاومة الطبيعية التي تتوفر في مختلف الأنواع النباتية ضد العديد من مسببات الأمراض النباتية طريقة مؤكدة لتحقيق المقاومة لتلك المسببات في الأنواع النباتية المستهدفة بعملية التعديل الوراثي. حيث أن النبات يمتلك خط دفاعي تطلقه بروتينات تشفر بجينات خاصة تسمى جينات المقاومة (R) ويوصف هذا الخط الدفاعي بنموذج جين –مقابل-جين ، يتطلب لحدوث ذلك الدفاع أن يتعرف بروتين الممرض المشفر بواسطة جين عدم القدرة المرضية (Avr) على بروتين النبات المشفر بواسطة جين المقاومة (R) يؤدي التعارف بينهما إلى تنشيط آلية الدفاع المشتملة على تفاعل فرط التحسس. وقد أمكن خلال السنوات الماضية عزل أكثر من ثلاثين جين للمقاومة والتي تمنح النبات المقاومة ضد مدى واسع من الممرضات النباتية. يؤدي إدخال جين المقاومة من نبات مقاوم لآخر قابل للإصابة إلى جعل الأخير مقاوماً للممرض الحامل لجين عدم القدرة المرضية المقابل لجين المقاومة. فمثلاً وجد أن الجين cf-9 من البندورة يمنح النباتات المعدلة المقاومة للفطر Cladosporium fulvum .

شكل 5. تفاعلات جين مقابل جين بين العائل والممرض.

ومن أهم جينات المقاومة الطبيعية التي أمكن عزلها لاستخدامها في عمليات التعديل الوراثي لمقاومة الأمراض الفطرية مايلي:

الجين

النبات الحامل للجين

المسبب المرضي الذي يقاومه الجين

L

الكتان

Melampsora lini

M

الكتان

Melampsora lini

P

الكتان

Melampsora lini

RPP1

الأرابيدوبسيس

Peronospora parasitica

RPP5

الأرابيدوبسيس

Peronospora parasitica

Dm3

الخس

Brimia lactoca

I2

البندورة

Fusarium oxysporum

Pib

الأرز

Magnoporthe grisea

Pi-ta

الأرز

Magnoporthe grisea

Rp1

الذرة

Puccinia sorghi

Mla

الشعير

Blumeria graminis

Cf-2, Cf-4, Cf5, Cf-9

البندورة

Cladosporium fulvum

Rpg1

الشعير

Puccinia graminis

Rpw8

الأرابيدوبسيس

Erysiphe

Mlo

الشعير

Blumeria graminis

Vel

البندورة

Verticillium albo-atrum

Hml

الذرة

Cochliobolus carbonum

  • انتاج نباتات معدلة بالاعتماد على الجينات التي تتحكم في انتاج مركبات مضادة للفطريات:

  • الجينات التي تتحكم في إنتاج الفيتوألكسينات:

تلعب الفيتوألكسينات دوراً بارزاً في مقاومة النباتات للمسببات المرضية الفطرية والبكتيرية وقد أمكن تحوير البندورة وراثياً وجعلها قادرة على إنتاج فيتوألاكسين نبات العنب بهدف حمايتها من الإصابة ببعض الفطريات الممرضة فقد نقل جينين من جينات stilbene من العنب إلى البندورة حيث حدث التعبير عن كليهما في النباتات المعدلة وراثياً ونسلها لدى عدواها بالفطر Phytophthora infestans أو تجريحها أو تعريضها للأشعة فوق البنفسجية. وحدث تراكم قوي للmRNA الخاص بالإنزيم stilbene synthase لدى عدوى النباتات بكل من P. infestans, Botrytis cinerea حيث أمكن ملاحظته في الأوراق بعد 30 دقيقة من العدوى. وحدث تراكم قوي للمركب resveratol أدى إلى الحد من الإصابة بالفطر الممرض.

  • جينات المضادات الحيوية:

أحد الاتجاهات التي يفكر بها علماء الهندسة الوراثية لإنتاج نباتات مقاومة للأمراض هي تعديلها وراثياً لتحتوي على الجينات المتحكمة في إنتاج المضادات الحيوية المؤثرة في المسببات المرضية المعنية مثل المضاد الحيوي nikkomycin الذي ينتجه Streptomyces tendae .

  • الجينات التي تتحكم في إنتاج مركبات أخرى مضادة للفطريات :

  • أدى تحويل البندورة وراثياً بجين الخميرة المسؤول عن تكوين الإنزيم stearoyl-CoA desaturase إلى زيادة محتوى أوراقها من الأحماض الدهنية ولدى اختبار مقاومتها للفطر Erysiphe polygoni المسبب لمرض البياض الدقيقي وجد أن المستعمرات الفطرية التي ظهرت عليها كانت أصغر مساحة عما كانت عليه في النباتات غير المعدلة، كما احتوت النباتات المعدلة وراثيا على تركيزات عالية من أنزيمات البيروكسيديز أعلى مما هي عليه في النباتات غير المعدلة.

  • أدى تحويل نباتات البطاطا وراثياً بجين الفطر Aspergillus niger الذي يشفر لتمثيل أنزيم glucose oxidase الذي يعمل على إنتاج فوق أكسيد الأيدروجين H2O2 فعندما يتأكسد الجلوكوز فإنه يؤدي إلى زيادة مستويات H2O2 في كل من الأوراق والدرنات وأبدت النباتات المعدلة وراثياً مقاومة جيدة ضد الفطر Phytophthora infestans حيث تأخر ظهور البقع المميزة للإصابة بهذا الفطر.

  • استراتيجيات مقاومة الأمراض البكتيرية باستخدام التعديل الوراثي:

تلعب الهندسة الوراثية دوراً هاماً في رفع مقاومة النبات للأمراض البكتيرية وذلك بهندسة النباتات باستخدام جينات من الفطريات والحشرات والحيوانات وكذلك من نباتات أخرى والآن تستخدم جينات البروتينات المضادة للميكروبات والببتيدات والأنزيمات المحللة التي توجد طبيعياً في الحشرات والنباتات والحيوانات والإنسان في هندسة النباتات ضد الميكروبات.

  • تعبير البروتينات المضادة للميكروبات في النباتات المعدلة:

وتعرف هذه البروتينات باسم lytic proteins مثل السيكروبينات Cercopins والأتاسينات attacins والليزوزومات lysozomes ومن أهم الأمثلة التطبيقية على استخدام الجينات المشفرة لهذه البروتينات في هندسة النباتات لمقاومة الميكروبات:

  • أمكن تحويل البطاطا وراثياً بالجين cercopine B وكانت النباتات الناتجة أكثر تحملاً للسلالة 3 من البكتيريا Ralstonia solanacearum عن النباتات غير المعدلة وراثياً. كما وجد أن مشابهات الببتيدات Shiva-1 و SB-37 (سيركوبينات صنعية) الناتجة من نباتات البطاطا المعدلة تختزل الإصابات البكتيرية المتسببة عن Erwinia carotovora subsp. atroseptica . كما أن نباتات التفاح المعبرة عن SB-37 تظهر مقاومة عالية لبكتريا اللفحة النارية amylovora في الاختبارات الحقلية. يعود تأثير السيركوبينات إلى أنها تعمل على تكوين عدد كبير من قنوات الأيونات المؤقتة في الطبقة الخارجية لغشاء الفوسفوليبيد لكل من البكتريا موجبة وسالبة الجرام.

  • أمكن إنتاج نباتات بطاطا معدلة وراثياً بالجين attacin ذات مقاومة عالية للإصابة بالبكتريا         c. subsp. atroseptica . أيضاً نباتات التفاح والكمثرى المعدلة وراثياً بالجين attacin زادت مقاومتها للبكترياE. amylovora مخبرياً وتحت ظروف البيوت المحمية بينما لوحظ انخفاض ملحوظ في شدة الإصابة حقلياً حيث تعمد نباتات التفاح المعدلة للتعبير عن الأتتسين عن طريق تجمع البروتين في المسافات بين الخلوية فتقل الإصابة بالبكتريا. ويعود تأثير الأتتسين إلى تثبيط بناء بروتين الطبقة الخارجية للغشاء في البكتريا سالبة الجرام.

  • تم استنساخ جين ليزوزيم بياض بيض الدجاج HEWL وليزوزيم البكتريوفاج TUL وتم نقلها لرفع درجة المقاومة للأمراض البكتيرية فقد وجد أن نباتات البطاطا المعدلة وراثياً بجين TUL كانت مقاومة للبكتريا c. subsp. Atroseptica وكذلك نباتات التفاح ذات الجين TUL أظهرت مقاومة عالية للإصابة باللفحة النارية E. amylovora .

  • التعبير عن جينات المقاومة الطبيعية R genes:

من الأمثلة على استخدام R genes في إنتاج نباتات معدلة وراثياً مقاومة للأمراض البكتيرية:

  • نباتات التبغ المعدلة لجين pto (جين المقاومة في نبات البندورة ضد البكتيريا Pseudomonas) كانت مقاومة لبكتيريا Pseudomonas syringe pv tabaco المعبرة للجين avr pto. كما أن التعبير الفائق لجين pto في البندورة ينشط الاستجابات الدفاعية لمنح النبات مقاومة عريضة للبكتيريا Pseudomonas syringe , Xanthomonas campestres والفطر Cladosporium fulvum .

  • كذلك وجد أن Xa21 الذي يمنح المقاومة لنبات الأرُز ضد اللفحة البكتيرية المتسبب عن Xanthomonas oryzae المعزول من الأرز الهندي السلالة IRBB21 عندما أدخل في الصنف الحساس للإصابة IR72 أدى لمقاومة حقلية ممتازة ضد الممرض البكتيري.

  • يعمل جين Bs2 لنباتات الفلفل على التعرف تخصصياً ويمنح المقاومة ضد سلالات Xanthomonas campestris pv. Vesicatoria المحتوية على جين عدم القدرة المرضية الموافق avrBs2 .

  • ومن جينات المقاومة الطبيعية المستخدمة في عمليات التعديل الوراثي لمقاومة الأمراض البكتيرية مايلي:

الجين

النبات الحامل للجين

المسبب المرضي الذي يقاومه الجين

RPS4

الأرابيدوبسيس

Pseudomonas syringae

RPS2

الأرابيدوبسيس

Pseudomonas syringae

RPS5

الأرابيدوبسيس

Pseudomonas syringae

RPM1

الأرابيدوبسيس

Pseudomonas syringae

Prf

البندورة

Pseudomonas syringae

Bs2

الفلفل

Xanthomonas campestris

Xa1

الأرز

Xanthomonas oryzae

RPS1-R

الأرابيدوبسيس

Ralstonia solanacearum

Pto

البندورة

Pseudomonas syringae

PBS1

الأرابيدوبسيس

Pseudomonas syringae

Xa21

الأرز

Xanthomonas oryzae

  • التعبير عن الجينات المسؤولة عن تكوين إنزيمات إبطال السمية للسموم البكتيرية:

العديد من الأنواع البكتيرية وكذا الفطرية تمتاز بقدرتها على إنتاج العديد من التوكسينات التي تزيد من قدرتها المرضية ونظراً لأن المسببات المرضية تكون مقاومة للسموم التي تنتجها نتيجة إفراز أنزيمات معينة تبطل سمية هذه المركبات فقد أمكن نقل جينات هذه المسببات المسؤولة عن إنتاج الأنزيمات إلى النباتات للحد من الأعراض المرضية التي تسببها. ومن الأمثلة على ذلك أمكن إنتاج نباتات فاصوليا معدلة وراثياً بالجين المسؤول عن إنتاج الأنزيم OCTase (Ornithine Carbamoyl Transferase الذي يقوم بنزع سمية التوكسين المنتج بواسطة البكتيريا Pseudomonas syringae pv. Phaseolicola (phaseolotoxin) وكانت هذه النباتات مقاومة لمرض اللفحة الهالية المتسببة عن هذه البكتريا. أيضاً أمكن إنتاج نباتات تبغ معدلة وراثياً بالجين ttr الخاص بتنظيم المقاومة للـ tabtoxin في pseudomonas syringae pv. tabaci حيث أظهرت النباتات المعدلة مقاومة لكل من السم البكتيري والإصابة البكتيرية.

  • استراتيجيات مقاومة الأمراض الفيروسية باستخدام التعديل الوراثي:

يتحصل على الجينات التي تستعمل في إنتاج نباتات معدلة وراثياً مقاومة للأمراض الفيروسية من عدة مصادر ، فهي قد تكون من الفيروس نفسه أو من العائل النباتي أو الأنواع القريبة منه أو من مصادر نباتية راقية أخرى أو من الكائنات الدقيقة أو حتى من الثدييات بما فيها الإنسان.

  • التعديل الوراثي بجينات فيروسية: pathogen-derived resistance

أمكن إنتاج عدد من المحاصيل مقاومة للإصابات الفيروسية عن طريق نقل تتابع من جينوم الفيروس إلى النبات المستهدف وذلك عن طريق نقل جين غلاف بروتين الفيروس CP أو جين أنزيم التضاعف Rep كذلك استخدمت تتابعات جين بروتين حركة الفيروس MP لإنتاج نباتات مقاومة. إضافة إلى ذلك استخدمت satellite RNA لإنتاج نباتات معدلة وراثياً لمقاومة الفيروسات. ومن الأمثلة على ذلك:

  • CP gene: أظهرت نباتات البطاطا المعدلة المعبرة عن بروتين غلاف الفيروس PVX مقاومة عالية ضد الفيروس. كما تم إنتاج نباتات بندورة مقاومة لفيروس TMV وفيروس موزاييك البندورة ToMV وفيروس موزاييك الخيار CMV ونباتات خيار مقاومة للـ CMV ونباتات كانتالوب مقاومة لفيروس ZYMc وفيروس موزاييك البطيخ WMV2 وفيروس CMV. وثبت أن جين غلاف البروتين يعطي مقاومة ضد مدى واسع من الفيروسات القريبة من بعضها لكنها لا تكون مقاومة تامة.

  • استخدم جين Rep في انتاج نباتات تبغ مقاومة لفيروس TMV حيث ثبت أن نباتات تبغ المعدلة المحتوية على putative Rep gene أظهرت مقاومة عالية ضد TMV وأمكن بعد ذلك تطوير مقاومات مشابهة لعدة فيروسات مثل CMV و PVY و pea early browing virus. وثبت أن مقاومة النباتات المعدلة بواسطة Rep gene تكون تامة وشبه منيعة لكنها تكون فقط ضد السلالات المماثلة تماماً في تتابعات الحمض النووي لتلك التي حصل منها على الجين المستخدم في التعديل الوراثي.

  • MP gene: استخدمت جينات بروتين حركة الفيروس التي تعمل على تعديل مدخل البلازموديزماتا في هندسة المقاومة ضد الفيروس TMV في التبغ وذلك باستحداث MP معدل والذي يصبح نشطاً جزئياً كجين منقول وتعتمد المقاومة الممنوحة للنبات المعدل على التنافس بين بروتين الحركة الذي تشفره السلالة البرية المختبرة وعلى ما أظهره اختلال وظيفة MP بارتباطه مع مواقع البلازموديزماتا. وقد ثبت أن هذه المقاومة فعالة ضد الفيروسات بعيدة القرابة أو غير القريبة من بعضها.

  • Satellite RNA الحمض النووي الريبوزي التابع: وهو عبارة عن جزيء مفرد من RNA يستفيد من آلية تكاثر الفيروس ويغلف نفسه بالغلاف البروتيني للفيروس وقد استخدم هذا التطبيق في الهندسة الوراثية مع كل من فيروس موزاييك الخيار والتبقع الحلقي في تبغ حيث أظهرت النباتات المعدلة أعراض مرضية أقل شدة من تلك غير المعدلة عندما تعرضت للإصابة بالفيروس الأصلي وتفسر بأن تعرض النباتات المعدلة للإصابة بالفيروس الذي ينتمي إليه التابع يؤدي إلى زيادة أعداد التابع في النباتات وزيادة الوقاية التي يوفرها ضد الفيروس.

  • التعديل الوراثي بجينات من العائل تختص بمقاومة الفيروسات:

  • جينات المقاومة الطبيعية في العائل: أول جينات المقاومة الطبيعية للفيروسات التي تم عزلها لاستخدامها في عمليات التعديل الوراثي هو جين التبغ N الذي يوفر المقاومة لفيروس موزاييك التبغ ومعظم الفيروسات الأخرى من عائلة Tobamovirus. وقد أمكن إنتاج نباتات بندورة معدلة بهذا الجين كانت مقاومة لفيروس موزاييك التبغ TMV. كما أمكن استخدام الجين Rx جين المقاومة في البطاطا الذي يعطي مقاومة تقترب من المناعة ضد فيروس PVX حيث يوقف الجين تماماً تكاثر الفيروس. كما تم تعريف جينات مقاومة أخرى مضادة للفيروسات وهي Sw-5 و Tsw ضد فيروس TsWV من البندورة والفلفل على التوالي وكذلك جين RY ضد PVY وجين Va ضد فيروس TVMV (Tobacco Vien Mottling Virus) من tabacum وجين TuRBo1 من Brassica napus ضد TuMV والعديد من الجينات الأخرى.

  • الجينات المسؤولة عن حدوث المقاومة الجهازية المكتسبة SAR: من أهم الجينات التي تشترك في حدوث حالة المقاومة الجهازية المكتسبة تلك التي تكون مسؤولة عن إنتاج ما يعرف بالبروتينات المرتبطة بالمرضية PR protein . وقد وجد في نباتات التبغ أن المقاومة الجهازية المكتسبة التي تحدثها العدوى بفيروس موزاييك التبغ تكسب النبات حماية ضد لقاحات الفيروس ذاته إلى جانب العديد من الفيروسات الأخرى والعديد من المسببات المرضية الأخرى الفطرية والبكتيرية.

  • التعديل الوراثي بجينات البروتينات المثبطة لنشاط الريبوزوم:RIPs

يرجع دور هذه البروتينات إلى تثبيط خطوة الانتقال للترجمة عن طريق تحوير rRNA وقد أمكن عزل العديد من هذه الجينات من عدد من الأنواع النباتية وأهمها PAP من عشبة عنب الثعلب فقد تبين أن نباتات التبغ المعدلة المعبرة عن PAP تظهر مقاومة لمدى واسع من الفيروسات. كذلك تبين أن عدوى النباتات بفيروس PVX و PVY و CMV في آن واحد أدى إلى مقاومة النباتات للعدوى الميكانيكية بكل من فيروس PVX, PVY وارتبط مستوى المقاومة ايجابيا بمستوى PAP في السلالات المعدلة وراثياً.

  • التعديل الوراثي بجينات من الثدييات:

  • جينات تكوين الأجسام المضادة: سلكت البحوث العلمية اتجاهاً جديداً في مكافحة الفيروسات المسببة للأمراض النباتية وذلك بالتعبير عن أجسام مضادة نوعية مضادة للفيروسات في النبات والتي تعرف بـ Plantibodies. وقد ظهرت فعالية هذا الاتجاه تجريبياً ضد فيروس تبرقش الخرشوف Artichoke mottled crinkle virus في نباتات التبغ المعدلة وراثياً. حيث تم عمل monoclonal antibodies ضد فيروس AMCV ثم تم إدخال جين الجزء الفعال من الجسم المضاد وعبر عنه في نبات التبغ وقد أظهرت النباتات المعدلة والنسل الناتج منها انخفاضاً في تراكم الفيروس مع اختزال الإصابة وتأخير ظهور الأعراض مقارنة بتلك غير المعدلة وراثياً.

  • إنزيمات الثدييات: تفرز الخلايا الحيوانية مركبات تعرف باسم إنترفيونات interfeons أثناء تكاثرها استجابة لمؤثرات خارجية وخاصة الإصابات الفيروسية وهذه المركبات تستحث تمثيل بروتينات إضافية تقوم بتثبيط تكاثر الفيروس ومنها oligoadenylate synthetase 5َ-2َ حيث ينشط هذا الأنزيم في وجود RNA مزدوج يتكون أثناء تكاثر فيروسات RNA فيقوم بعمل بلمرة للـATP إلى صورة oligomeric تقوم بدورها بتنشيط ريبونكلييز معين ليقوم بتحليل RNA الفيروسي والخلوي. وقد أمكن تحويل البطاطا وراثياً بعزل الجين الخاص بإنتاج هذا الأنزيم من الفئران ونقله إلى البطاطا عن طريق Agrobacterium فكانت نباتات البطاطا المعدلة المعبرة عن الجين والمحقونة بفيروس PVX أقل احتواء على هذا الفيروس في كل من الأوراق والدرنات عما هو في النباتات غير المعدلة.

 

Tagged: , , , , , , , ,

2 thoughts on “استراتيجيات الهندسة الوراثية في إنتاج نباتات مقاومة للأمراض

  1. soso 2016/04/28 الساعة 6:47 ص Reply

    جزاككم الله خير

  2. Dr.Mohamed Elsawy 2016/10/18 الساعة 6:49 م Reply

    جزاكم الله عظيم الاجر و نفع بكم

أضف تعليقاً

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

%d مدونون معجبون بهذه: