تنوع سوماکلونال
اختلاف و تنوع صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی حاصل از یک ریزنمونه یا سلول منفرد در شرایط درون شیشه ای، تنوع سوماکلونال نامیده می شود که به علت ناپایداری ژنتیکی رخ می دهد. این اصطلاح برای اولین در سال ۱۹۸۱ توسط اسکوکرافت و لارکین معرفی شد. این پدیده در کشت بافت گیاهی، معمولا بر اثر واکشت های متوالی بوجود می آید و صفاتی مانند: قابلیت باززایی، جنین زایی، رنگ، عملکرد فتوسنتزی و …. را تحت تاثیر قرار می دهد. به بیان دیگر، تنوع سوماکلونال به تنوع ژنتیکی اشاره دارد که در گیاهان طی فرآیند کشت بافت و باززایی در شرایط آزمایشگاهی ایجاد می‌شود. این تنوع می‌تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند در بهبود گیاهان، افزایش مقاومت به بیماری ها، بهبود ویژگی های کیفی و کمی محصولات کشاورزی و همچنین کشف جهش های مفید به کار رود.
منابع تنوع سوماکلنونال
همان طور که گفته شد تغییرات پلوییدی و عدم ثبات کروموزومی مهمترین منابع تنوع سوماکلونال هستند اما عوامل دیگری مانند تغییرات سیتوپلاسمی، عناصر ترانسپوزونی، تنوع موجود در پایه های مادری که ممکن است در زمان کشت و نگهداری ریزنمونه ها در شرایط درون شیشه ای بوجود آیند نیز باید در نظر گرفته شود. این پدیده، همچنین از طریق فرآیندهای مختلفی در کشت بافت گیاهی ایجاد می‌شود که شامل:
- کشت سلول‌ها و بافت‌ها در شرایط آزمایشگاهی: طی این فرآیند، سلول ها و بافت های گیاهی در محیط های کشت مصنوعی با ترکیبات غذایی خاص و هورمون های گیاهی قرار می‌گیرند. تغییرات در این شرایط می‌تواند منجر به ایجاد تنوع ژنتیکی شود.
- جهش‌های ژنتیکی: در طی تکثیر سلولی در شرایط کشت بافت، جهش های تصادفی در ژنوم گیاهان رخ می‌دهد که می‌تواند منجر به بروز صفات جدید و متنوع شود. این جهش های ژنتیکی در گیاهان معمولا برای گیاهان زینتی مثبت و برای گیاهان مثمر منفی و خطرناک است.
- تنوع کروموزومی: تغییرات در تعداد و ساختار کروموزوم‌ها می‌تواند منجر به ایجاد تنوع ژنتیکی در گیاهان شود. این تغییرات می‌تواند شامل پلی‌پلوئیدی، تغییرات ساختاری کروموزومی و دیگر ناهنجاری‌های کروموزومی باشد.
انواع تغییرات درون شیشه ای
تغییرات درون شیشه ای در اغلب موارد اپی ژنتیکی هستند که به دلیل تغییر در بروز ژن اتفاق افتاده و کاملا برگشت پذیرند مانند تغییرات Verification یا شیشه ای شدن، تغییرات مورفولوژیکی که در اثر هورمون های اکسین و سیتوکینین بوجود می آیند و همچنین تغییراتی که به دلیل شرایط درون شیشه مانند رطوبت بالا در روزنه ها و ترکیبات کوتیکولی اتفاق می افتد.
رفتار گیاهان در کشت درون شیشه ای می تواند با یکدیگر کاملا متفاوت باشد، برای مثال در ژنوتیپ های مختلف جو مشخص شد طولانی شدن زمان کشت سبب بالا رفتن میزان پلی پلوییدی و آنیوپلوییدی در گیاه می شود در حالی که ژنوتیپ هیچ تاثیر معنا داری بر تنوع سوماکلونال ندارد.
تنوع سوماکلونال می تواند ابزار مفیدی برای انتخاب صفات مفید و مطلوب در اختیار اصلاحگران قرار دهد. ریز نمونه های باززایی شده معمولا تنوع مورفولوژیکی بالایی دارند، این تنوع در همه طیف از صفات ممکن است بروز کند، بنابراین لزوما همه این تغییرات مفید نیست و فقط لاین های ارزشمند انتخاب، جدا سازی و تکثیر می شوند.
مرحله مناسب تولید تنوع سوماکلونال
بر طبق بررسی های انجام شده کشت های طولانی مدت، تعدد واکشت ها و نگهداری ریزنمونه های والدینی برای طولانی مدت سبب تغییرات غیر طبیعی کروموزوم ها شده که در نهایت موجب بروز جهش و تنوع ژنتیکی در ریز نمونه ها می شود، از آنجایی که این تغییرات بطور عمده در نخستین تقسیم های سلولی رخ می دهند، فاز کالوسی برای ایجاد و القای این تنوع بسیار مناسب است.
کاربردهای تنوع سوماکلونال
تنوع سوماکلونال دارای کاربردهای گسترده‌ای در بهبود گیاهان و کشاورزی است. این کاربردها را می توان در چهار عنوان به شرح ذیل خلاصه کرد:
- بهبود مقاومت به بیماری ها: از طریق انتخاب و تکثیر گیاهانی که در شرایط کشت بافت مقاومت بیشتری به بیماری ها نشان می‌دهند، می‌توان به گیاهانی با مقاومت بالاتر دست یافت.
- بهبود ویژگی‌های کمی و کیفی محصولات: تنوع سوماکلونال می‌تواند به تولید گیاهانی با ویژگی های بهبود یافته مانند افزایش عملکرد، بهبود طعم و مزه، افزایش مقاومت به شرایط محیطی سخت و بهبود ظاهر میوه‌ها و سبزیجات منجر شود.
- اصلاح نژادی: این روش می‌تواند به عنوان یک ابزار اصلاح نژادی برای ایجاد گیاهانی با صفات جدید و مفید مورد استفاده قرار گیرد.
- حفظ تنوع زیستی: از طریق تنوع سوماکلونال می‌توان به حفظ و افزایش تنوع ژنتیکی در گیاهان کمک کرد که این امر برای پایداری اکوسیستم‌ها و جلوگیری از کاهش تنوع زیستی بسیار مهم است.
چالش‌ها و محدودیت‌ها
هرچند که تنوع سوماکلونال دارای مزایای زیادی است، اما چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز وجود دارد که شامل:
- جهش‌های غیر مفید: بسیاری از تغییرات ژنتیکی ایجاد شده ممکن است غیر مفید یا حتی مضر باشند که نیاز به غربالگری و انتخاب دقیق دارد.
- پایداری صفات: برخی از صفات جدید ممکن است در نسل‌های بعدی پایدار نباشند و از بین بروند.
- هزینه و زمان: فرآیند کشت بافت و انتخاب گیاهان مناسب می‌تواند هزینه‌بر و زمان‌بر باشد.
تنوع سوماکلونال به عنوان یک ابزار قدرتمند در بهبود گیاهان و کشاورزی دارای پتانسیل‌های فراوانی است. با این حال، نیاز به تحقیقات بیشتر برای بهینه سازی این فرآیند و غلبه بر چالش های موجود وجود دارد. استفاده از تکنیک‌های پیشرفته تر و ترکیب آن ها با روش های سنتی اصلاح نژادی می‌تواند به دستیابی به نتایج بهتر و کارآمدتر در این زمینه کمک کند.
نویسنده: محمد خیاط تهرانچی، کارشناس ارشد بیوتکنولوژی
