دستاوردهای علمی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی
اين پژوهشكده در مدت زمان كوتاه فعاليت خود در راستاي انجام پروژه‌هاي تحقيقاتي، نتايج و موفقيت‌هاي قابل توجهي در زمينه حفظ محيط زيست و كاهش مصرف آلاينده‌هاي محيطي به دست آورده است، كه در زير به برخي از آنها اشاره شده است:
1. توليد اولين و تنها برنج تراريخته پايدار ايراني (طارم مولايي تراريخته) در جهان
ساقه‌خوارها و برگ‌خوارها از آفات اصلي برنج در بسياري از كشورها مي‌باشند، كه براي كنترل آنها سالانه مبالغ هنگفتي صرف خريد سموم شيميايي مي‌شود. ضمن اينكه در اثر كاربرد بي‌رويه سموم شيميايي بعضي از گونه‌هاي اين آفات به سموم شيميايي مقاوم شده‌اند. نكته قابل توجه ديگر زيان بار بودن كاربرد سموم شيميايي براي محيط زيست، به خصوص سلامت انسان و موجودات مفيد موجود در طبيعت مي‌باشد. با توجه به موارد ذكر شده، در جهت كاهش مخاطرات زيست محيطي و كاهش هزينه‌هاي توليد برنج در كشور، براي اولين بار در جهان محققان اين پژوهشكده ژن cry1Ab را از باكتري Bacillus thuringiensis (Bt) جدا نموده و با استفاده از روش بمباران ژني به ارقام زراعي برنج طارم مولايي و خزر منتقل كردند. لازم به ذكر است كه اين ژن،كد كننده پروتئيني مي‌باشد كه فقط بر روي يك سري خاص از آفات سميت داشته و براي انسان، ساير پستانداران و حتي حشرات ديگر هيچگونه اثر سوئي ندارد. ضمن اينكه براي توليد اين سم در گياه از سيستمي استفاده شده است كه باعث مي‌شود سم مورد نظر فقط در قسمت‌هاي سبز گياه توليد شود و در قسمت دانه كه مورد مصرف انسان مي‌باشد, توليد نمي‌شود.
بذور گياهان تراريخته نسبت به تغذيه توسط لاروهاي مهمترين آفات زراعت برنج در ايران يعني كرم ساقه‌خوار نواري برنج، كرم ساقه‌خوار زرد برنج، كرم سبز برگ‌خوار برنج و كرم برگ‌خوار برنج، داراي ايمني كامل هستند و تمام لاروهاي مذكور كه بر روي اين گياهان قرار گرفتند در مدت كمتر از 3 روز و قبل از ايجاد هر نوع خسارتي مرده و از بين رفتند و نيازي به سمپاشي نبوده است. در كنار اين موارد كليه آزمايشات ايمني زيستي بر روي اين رقم انجام شده است. نتايج اين آزمايشات نشان دادكه كليه خصوصيات آن شبيه ارقام طبيعي برنج بوده و تنها خصوصيت توليد سم در بافتهاي سبز، آن را از ديگر ارقام متمايز مي‌كند. در حال حاضر اين رقم با ارزش، آماده كشت در سطح وسيع در مزارع مي‌باشد، كه با رفع موانع و مشكلات قانوني كشت گياهان تراريخته در دسترس كشاورزان قرار خواهد گرفت. به اين ترتيب اكنون محصولي در اختيار كشاورزان كشورمان قرار گرفته است كه علاوه بر برتري علمي مطلق و منحصر بفرد بودن در سراسر جهان، بي‌نياز از مصرف سموم بوده و ضمن حفظ محيط زيست و افزايش گونه‌هاي مفيد جانوري در محيط، موجب كاهش هزينه‌هاي توليد و عرضه محصولي عاري از بقاياي سموم نيز مي‌شود.
2. توليد اولين گياه پنبه تراريخته در كشور
در حال حاضر بيماري قارچي ورتيسيليوم (Verticillium dahlia) از مشكلات اصلي زراعت پنبه در مناطق مرطوب مي‌باشد. ضدعفوني خاك با گاز متيل برومايد موجب از بين رفتن بيماري مي‌شود ولي هزينه اين روش بسيار زياد بوده و اثرات زيان باري نيز روي موجودات خاكزي دارد، همچنين آلودگي محيط زيست را نيز به همراه دارد. يكي از سازوكارهاي مبارزه با اين بيماري توليد ارقام مقاوم از طريق مهندسي ژنتيك است. بدين منظور پلاسميد حاوي ژن كيتيناز در پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي تهيه و توسط اگروباكتريوم به پنبه منتقل شد.
همچنين‌كرم غوزه نيز كه يكي از مهمترين آفات پنبه كشور محسوب مي‌شود و هر سال بطور متوسط براي مبارزه با اين آفت 400 تن سم مصرف مي‌شود مورد توجه بوده است. به منظور كنترل كرم غوزه ژن مقاومت به كرم غوزه تحت عنوان ژن cry1Ab از باكتري باسيلوس تورينجينسيس جدا و با استفاده از تكنيك آگروباكتريوم وارد گياه پنبه شد. تمام لاروهاي مذكور كه بر روي اين گياهان قرار گرفتند در مدت كمتر از دو روز قبل از ايجاد هر نوع خسارتي مرده و از بين رفتند. بنابراين با استفاده از اين رقم مقاوم تا حدود زيادي هزينه توليد كاهش مي‌يابد و از همه مهمتر به دليل كاهش مصرف آفت كش‌ها و قارچ كش‌ها باعث حفظ محيط زيست مي‌شود.
3. توليد نهال پسته با استفاده از روش كشت بافت براي اولين بار در كشور
در حال حاضر بالغ بر 380 هزار هكتار باغ پسته در كشور موجود مي‌باشد و اين محصول يكي از اقلام مهم صادرات غير نفتي كشور محسوب مي شود. پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي در مدت زمان كوتاه فعاليت خود به منظور توسعه سطح زير كشت ارقام كيفي، بالا بردن عملكرد و توليد گياهان سالم و يكنواخت پسته اقدام به اجراي پروژه توليد نهال پسته با استفاده از فن كشت بافت نموده و موفق به دستيابي به دانش فني توليد نهال پسته به روش مذكور شده است. با اين روش مي‌توان گياهان يكنواخت و عاري از هر نوع بيماري بدست آورد كه موجب كاهش معني دار استفاده از سموم شيميايي شده و در نتيجه ميزان هزينه توليد و مخاطرات زيست محيطي استفاده از سموم شيميايي را كاهش مي‌دهد. همچنين در اين پژوهشكده بمنظور تهيه و ايجاد پروتكل تكثير تعداد زيادي از گياهان به روش كشت بافت مانند گردو، پايه‌هاي مالينگ سيب و گلابي، سوسن، لاله واژگون، سيب زميني و رز نيز طرحهاي تحقيقاتي در دست انجام است.
4. استفاده از ريزسازواره‌ها به منظور توسعه كشاورزي پايدار در كشور
يكي از اهداف تحقيقاتي پژوهشكده در زمينه جمع آوري، شناسايي، ارزيابي و نهايتاً بكارگيري ريزسازواره‌هاي مفيد و مضر در بخش كشاورزي و صنايع وابسته به آن مي‌باشد. برخي از اين ريزسازواره‌ها مي‌توانند در كنترل آفات و بيماري‌هاي گياهي به عنوان سم بيولوژيك به كار رفته و با كمترين اثر روي محيط زيست، بيشترين كنترل را روي آنها داشته باشند. بخش ديگري از ريزسازواره‌ها مي‌توانند با همياري با گياهان در جذب مواد غذايي به اين گياهان كمك نمايند و به عنوان كود بيولوژيك و جايگزين كودهاي شيميايي استفاده شوند. بخش ديگري از ريزسازواره‌هاي مفيد نيز مي‌توانند در پساب‌هاي كارخانجات رشد نموده و علاوه بر حذف آلودگي‌هاي محيطي, مواد كم ارزش موجود در پساب‌ها را به مواد باارزش تبديل كنند. به طور كلي با توسعه و كاربرد اين نوع ريزسازواره‌ها به عنوان سم و كود بيولوژيك و يا در تبديل پسمانده‌هاي صنعتي به مواد با ارزش مي‌توان خطرات زيست محيطي سموم و كودهاي شيميايي و پسمانده‌هاي صنعتي را تا حد زيادي كاهش داده و محيط زيست سالمي را براي كشور ايجاد نمود.
بخش ريزسازواره‌هاي اين پژوهشكده بر روي هر سه محور فوق مشغول تحقيق و پژوهش بوده و تاكنون توانسته است دستاوردهاي زير را به بخش كشاورزي كشور ارائه نمايد: تثبيت همياري ازت بوسيله باكتري در برنج، تعيين تاثير تلقيح باكتري‌هاي هميار تثبيت كننده ازت در رشد گياه برنج، توليد كود بيولوژيك براي مزارع برنج از منبع جلبك‌هاي تثبيت كننده ازت، شناسايي و جداسازي نژادهاي مختلف Bacillus thuringiensis از خاكهاي زراعي كشور براي توليد سموم بيولوژيك براي كنترل آفات مهم گياهان زراعي و دستيابي به تكنولوژي توليد كود بيولوژيك از منبع آزواسپريلوم ايراني.
5. توليد بذور سيب زميني عاري از ويروسهاي بيماريزاي گياهي
سطح زير كشت سيب‌زميني در كشور حدود 167 هزار هكتار مي‌باشد. در كشت سيب‌زميني در تمامي اراضي كشور از غدههاي بذري استفاده مي‌شود.كيفيت غده بذري از نظر فيزيولوژيكي و سالم بودن آن تاثير بسزايي در افزايش ميزان محصول دارد. عمدهترين مشكل غدد بذري سيب‌زميني، آلودگي به ويروسهاي گياهي مي‌باشد. گسترش آلودگي‌هاي ويروسي به علت استفاده از بذر آلوده باعث افزايش ميزان خسارت وارده به مزارع سيب‌زميني مي‌شود. استفاده از بذر سالم حداقل باعث 30 درصد افزايش محصول مي‌شود، با اين افزايش، ميزان توليد در كشور از 3 ميليون تن به 5/4 ميليون تن افزايش خواهد يافت. پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي با اجراي پروژه اي توليدي اقدام به توليد بذر عاري از ويروس سيب‌زميني نموده كه با توليد بذور مذكور، قدم مهمي به سوي خودكفايي در تهيه بذر سيب‌زميني عاري از ويروسهاي گياهي برداشته خواهد شد.
6. شناسايي ژنهاي دخيل در مقاومت گياهان به تنشهاي شوري
تنشهاي شوري و خشكي از مهمترين عوامل محدود كننده توسعه و توليد گياهان زراعي در ايران هستند. اصلاح نباتات براي ايجاد گياهان مقاوم به تنشها يكي از راهكارهاي مقابله با شوري و خشكي مي‌باشد ولي متاسفانه به علت تعداد زياد ژنهاي دخيل در مقاومت و اثرات متقابل بين ژنها و محيط، كارآيي آن در حد مطلوب نبوده است. براي بهبود فرآيند اصلاح نباتات، شناسايي ژنهاي دخيل در مقاومت ميتواند نقش موثري داشته باشد. بخش فيزيولوژي، بيوشيمي و پروتئوميكس با به كارگيري فناوريهاي روز پروتئوميكس، اقدام به شناسايي ژنهاي مختلف دخيل در مقاومت به تنشهاي شوري و خشكي در گياهان زراعي و يا وحشي مقاوم نموده است. اميد است با به كارگيري اين ژنها به عنوان نشانگرهاي مولكولي و كاربرد آنها در اصلاح نباتات بتوان در جهت توليد گياهان مقاوم به شوري و خشكي گامي موثر برداشت.
7. بررسي چند جانبه جنس ساليكورنيا در ايران
به منظور تامين روغن نباتي مورد نياز صنايع غذايي كشور و همچنين كاهش واردات روغن، طرح بهره برداري از سواحل دريايي شور جنوب كشور، جهت كشت گياه روغني ساليكورنيا با استفاده از آب دريا مورد بررسي قرارگرفته است. گياه ساليكورنيا داراي خصوصيات برجسته اقتصادي و زراعي از جمله وجود مقادير بالايي از روغن (30%) و پروتئين (2/31%) در بذر و همچنين توانايي توليد ميزان قابل توجهي علوفه مي‌باشد. ساليكورنيا گياهي است كه ميتواند نمك بيش از 500 ميلي مول را به راحتي تحمل نمايد. در پروژه بررسي چند جانبه جنس ساليكورنيا، گياهان از مناطق مختلف كشور جمعآوري و با استفاده از نشانگرهاي مولكولي طبقهبندي و شناسايي شده‌اند. همچنين ساز و كار تحمل گياه به شوري و خشكي، بررسي و سپس ژنهاي دخيل در تحمل اين گياه در برابر شوري شناسايي شده است. در نهايت كيفيت علوفهاي اين گياه و چگونگي زراعي شدن آن در حال بررسي مي‌باشد.
8. مكان يابي ژنهاي كنترل كننده مقاوم به بلايت فوزاريومي سنبله در گندم
در ميان گياهان زراعي، گندم با دارا بودن مواد غذايي با ارزش مانند انواع پروتئينها، ويتامينها و مواد معدني، حدود 20 % كالري غذايي جهان را تامين مي‌نمايد. توليد گندم هم به عنوان اساسيترين محصول راهبردي و هم به لحاظ اهميت سهم آن در تغذيه خانوار ايراني و تامين بخش عظيم كالري و پروتئين جمعيت رو به تزايد كشور همواره مورد توجه خاص دولتمردان نظام جمهوري اسلامي ايران قرار داشته است. از عواملي كه باعث كاهش عملكرد در واحد سطح ميگردند، مي‌توان به تنشهاي زيستي مانند آفات و بيماريها اشاره نمود. بيماري بلايت فوزاريومي سنبله گندم (FHB)Fusarium Head Blight يكي از بيماري‌هاي مهم گندم در استان مازندران، گلستان، زنجان، فارس و اردبيل (دشت مغان) به شمار ميرود. از آنجا كه اصلاح براي افزايش مقاومت به FHB با استفاده از روشهاي متداول اصلاح نباتات مشكل و وقتگير مي‌باشد، نشانگرهاي مولكولي مي‌توانند در جهت تكميل روشهاي اصلاحي مفيد باشند. در اين تحقيق با مطالعه جمعيتهاي در حال تفكيك براي اين بيماري و همچنين مكانيابي ژنهاي كنترل كننده مقاومت، دو قطعه كروموزومي حامل ژنهاي مقاومت كه قادر هستند حدود 35 درصد مقاومت را افزايش دهند، شناسايي و هم اكنون انتقال اين قطعات كروموزومي به ارقام گندم زراعي حساس، در حال انجام مي‌باشد.
9- تهيه بانك اطلاعاتي مولكولي و مورفولوژيكي زيتون در ايران
در حال حاضر، باغهاي اقتصادي زيتون (Olea europea L.) در استانهاي گيلان (رودبار و منجيل)، زنجان (طارم عليا) و قزوين (طارم سفلي) متمركز شده‌اند. سطح زيركشت زيتون تا سال 1372 حدود 5 هزار هكتار بوده است و در پي توجه به خودكفايي روغن‌نباتي، افزايش سطح زير كشت اين محصول در دهه اخير، در سال 1381 به 5/71488 هكتار رسيده است. ميزان توليد روغن زيتون كشور ساليانه معادل 47252 تن مي‌باشد كه از اين مقدار 46864 تن در باغات آبي و 388 تن درباغات ديم توليد مي‌شود. از آنجايي كه هدف اصلي طرح توسعه احداث باغهاي زيتون با عملكرد بالا و استفاده از ارقام پر روغن است، لذا هر گونه اشتباه در كاشت گياهان غيرهدف، جبران ناپذير خواهد بود. در گذشته روشهاي شناسايي بر مبناي خصوصيات مرفولوژيكي استوار بوده است ولي محدوديت تعداد و تاثير شرايط محيطي بر خصوصيات مورفولوژيكي باعث شد كه امروزه استفاده از نشانگرهاي مبتني بر DNA مانند RAPD، SSR،AFLP به عنوان ابزاري قوي براي تشخيص ارقام زيتون به همراه نشانگرهاي مورفولوژيكي مورد استفاده قرار گيرند. در اين طرح به منظور طبقهبندي ارقام زيتون موجود در كلكسيونهاي كشور (رودبار، طارم، شيراز، اهواز، كازرون و دزفول) از دو نشانگر RAPD و SSR استفاده شد. نتايج نشان داد كه نشانگرهاي مبتني بر DNA به خوبي قادر به تفكيك ارقام با تكرارپذيري بالا بودهاند. همچنين نشانگرهاي اختصاصي در بعضي ژنوتيپها مي‌توانند به عنوان كليد تشخيص آنها استفاده گردند.
10. علاوه بر موارد فوق، اختراعات زير توسط اين پژوهشكده به ثبت رسيده اند:
- شناسايي مكانيسم‌هاي جديد پاسخ به تنش شوري از جمله افزايش بيان سيانيز در گياه هالوفيت سوئدا از طريق روشهاي پروتئوميكس
- بيوراكتور يكپارچه جهت كشت و تكثير انبوه مواد گياهي (شماره ثبت29650 مورخ 19/2/83)
- تكنولوژي استخراج و خالص سازي تاكسول (داروي ضد سرطان)- شماره ثبت 31258 مورخ 12/12/83
- دستگاه توزيع كننده مايعات آزمايشگاهي با استفاده از فشار هوا (شماره ثبت 30732 مورخ 17/9/83)
- تكنولوژي توليد كود بيولوژيك براي مزارع برنج از منبع جلبك‌هاي تثبيت كننده ازت (شماره ثبت 001876 مورخ 19/1/83)
- ثبت اختراع تكنولوژي توليد كود بيولوژيك از منبع آزواسپريلوم ايراني (شماره ثبت 001877 مورخ 19/1/83 )
- جداسازي ژن كانديداي مقاومت به بيماري بلايت فوزاريومي سنبله در گندم و ثبت در بانك اطلاعاتي NCBI
- شناسايي و ثبت بيش از ده ژن در بانك اطلاعات ژن NCBI
11. از اجرای 41 طرح تحقيقاتي علاوه بر چاپ، ارائه و انتشار40 مقاله در ژورنالهاي معتبر بين‌المللي، 46 مقاله در ژورنالهاي تخصصي ملي و بيش از 220 مقاله در همايش‌هاي علمی تخصصی داخلي و خارجي منتشر شده است، و از نظر توليد علم و انتشار مقالات در حال حاضر اين پژوهشكده يكي از موسسات تحقيقاتي ممتاز كشور مي باشد.
12. برگزاري حدود 36 كارگاه آموزشي در زمينه‌هاي مختلف علوم كشاورزي، در سطوح ملي و بين‌المللي با همكاري مراكز و موسسات معتبر علمي و سازمانهاي جهاني ، كه از اين ميان مي‌توان به برگزاري كارگاههاي آموزشي پروتئوميكس، انتقال ژن به برنج، كشت بافت و كاربرد آن در باغباني، چهار دوره كاربرد نشانگرهاي مولكولي در شناسايي گياهان زراعي، بيوانفورماتيك، ايمني‌زيستي، وهمچنين برگزاري همايشها، كنگره‌ها و گرد‌ه‌همايي‌هاي متعدد مرتبط با بيوتكنولوژي كشاورزي اشاره نمود.
13. تاكنون بالغ بر 65 نفر دانشجو در دوره‌هاي كارشناسي ارشد و دكتري پايان نامه‌هاي خود را به اتمام رسانده‌اند و فارغ التحصيل شده اند. ضمناً در حال حاضر در اين پژوهشكده بالغ بر 36 دانشجوي دوره دكتري و كارشناسي ارشد مشغول انجام پايان نامه خود مي باشند.
اين پژوهشكده از جوان‌ترين مراكز تحقيقات كشاورزي كشور بوده و اغلب طرح ها و پروژه‌هاي تحقيقاتي آن در سالهاي اخير شروع شده و هم اكنون در حال اجرا مي‌باشند. با توجه به سالهاي اندكي كه از تاسيس اين پژوهشكده ميگذرد، هنوز يافته‌هاي تحقيقاتي زيادي به طور تجارتي به بازار معرفي نشده است ولي به طور مثال مي‌توان به «برنج تراريخته Bt» كه بزرگترين دستاورد و يكي از افتخارات بزرگ ملي و بين‌المللي در اين عرصه است، اشاره نمود. بديهي است كه در چند سال آينده بايد منتظر ورود نتايج و دستاوردهاي بيشتر تحقيقاتي اين پژوهشكده به بازار باشيم.
هم اكنون پژوهشكده بيوتكنولوژي كشاورزي به عنوان دبيرخانه شوراي ملي ايمني زيستي فعاليت نموده و با حضور دو عضو حقيقي در ستاد ويژه توسعه نانوتكنولوژي كشور و يك عضو حقيقي در شورايعالي زيست فناوري كشور نقش به سزايي را در توسعه علوم و فنون نوين در كشور ايفاد مي‌نمايد.
منبع: مرکز مقالات کشاورزی