ژنومیک و تکامل جدید کشاورزی

اخبار سبز کشاورزی؛ زمینه ژنومیکس نه تنها محصولاتی را که پرورش می دهیم و حیواناتی را که برای غذا پرورش می دهیم بهبود بخشیده است، بلکه به ما این امکان را می دهد که در همان مقدار زمین غذای بیشتری پرورش دهیم. ژنومیک جهان ما و علم کشاورزی را به روش های قابل توجهی متحول می کند.

DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) اساس زندگی است. این بلوک از چهار نوع مختلف بلوک ساختمانی بیولوژیکی به نام نوکلئوتید تشکیل شده است که با حروف A، C، G و T نشان داده می‌شوند. این بلوک‌های ساختمانی در زنجیره‌های بلندی با هم جفت می‌شوند که شبیه یک نردبان پیچ‌خورده هستند که به آن مارپیچ دوگانه می‌گویند.

مطالعه ژنوم ها: شکستن رمز زندگی

آرایش های خاص نوکلئوتیدها را ژن می نامند. ژن ها دستورالعملی برای ساخت پروتئین هایی هستند که رشد می کنند و ارگانیسم را زنده نگه می دارند. در موجودات زنده، این پروتئین ها هر کدام هدف خاصی دارند، مانند ساختن و ترمیم ماهیچه ها و استخوان ها، ارسال تکانه های عصبی یا حمل دستورالعمل های اساسی برای نحوه عملکرد سلول ها.

هر ویژگی منحصر به فرد هر موجود زنده نتیجه مستقیم آرایش DNA آن است. به عنوان مثال، چشم انسان می تواند از قهوه ای تیره تا آبی روشن متغیر باشد، در حالی که تن صدای شما می تواند عمیق و باریتون یا بلند یا ملایم باشد.

DNA شکل برگ و ارتفاع ساقه گیاه را تعیین می کند و همچنین پوشش سگ را از کوتاه و ضخیم گرفته تا بلند و نرم شبیه آن می کند. DNA همچنین نحوه انتقال صفات از نسلی به نسل دیگر است. "وراثت" نحوه توصیف ژن هایی است که از والدین به فرزندان منتقل می شوند.

ژنوم به مجموعه کاملی از ژن ها در یک موجود زنده اشاره دارد. هر موجود زنده ای (از باکتری ها تا دایناسورها تا درختان و انسان ها) دارای ژنوم منحصر به فردی است که تمام اطلاعات مورد نیاز برای رشد، رشد و عملکرد را در خود دارد.

ژنومیک مطالعه ژنوم ها و نحوه تعامل ژن های فردی با یکدیگر و محیط است. این یک زمینه بسیار هیجان انگیز است که تنها در چند دهه گذشته به لطف پیشرفت در فناوری ممکن شد.

توالی یابی DNA شامل خواندن توالی (یا ترتیب) دقیق نوکلئوتیدها در ژنوم است. دانشمندان با استفاده از ریاضیات ابتکاری و پیچیده می توانند میلیون ها قطعه کوچک DNA را به طور همزمان توالی یابی کنند. آنها همچنین توانسته اند کل ژنوم موجودات زنده را توالی یابی کنند!

در نوامبر سال 2020، محققان از سراسر جهان به سرپرستی دانشمندان دانشگاه ساسکاچوان مطالعه ای را منتشر کردند که در آن ژنوم 15 گونه گندم نقشه برداری شد. این یک مطالعه برجسته بود زیرا کامل ترین تجزیه و تحلیل را از توالی ژنوم گندم که تاکنون گزارش شده بود ارائه کرد. دانشمندان در سراسر جهان قادر خواهند بود از منبع ژنوم گندم برای کنترل دقیق‌تر اصلاح نژاد و بهبود صفات گیاهی استفاده کنند.

این نوآوری در حال حاضر منجر به گونه‌های گیاهی می‌شود که عملکرد بالاتری برای تولید غذای بیشتر دارند، در برابر آفات و بیماری‌ها مقاوم‌تر هستند و در برابر استرس‌های محیطی مانند خشکسالی یا دمای شدید مقاومت می‌کنند. در نهایت، این درک علمی تأثیر مستقیمی بر امنیت غذایی مردم در سراسر جهان خواهد داشت.

ویرایش ژن

این به تغییر ترتیب مولکول های DNA که یک ژن را می سازند اشاره دارد. این یک ابزار انقلابی است که می تواند ویرایش های دقیق ژنوم را خیلی سریع معرفی کند. گیاهان ژنتیکی شده از گیاهانی که به طور سنتی پرورش داده شده اند قابل تشخیص نیستند.

چرا این مفید است؟ اصلاح نباتات سنتی شامل تلاقی گیاهان با صفات مورد نظر است، سپس منتظر ماندن برای دیدن اینکه آیا این صفات در نسل‌های آینده ظاهر می‌شوند، که ممکن است چندین دهه طول بکشد. ویرایش ژن این روند را سرعت بخشیده است. نه تنها گونه‌های جدید را سریع‌تر در دسترس قرار می‌دهد، بلکه ژن‌هایی را با اثرات نامطلوب که به ژن‌هایی که می‌خواهید در گونه‌های جدید نشان داده شوند مرتبط هستند، جدا می‌کند.

ژنومیک در عمل: چگونه روش کشاورزی ما را تغییر می دهد؟

دانشمندانی که روی ژنومیکس تمرکز می‌کنند:

• گونه های گیاهی توسعه یافته که غذای بیشتری را تولید می کنند، سریعتر تولید می کنند و با فصول رشد کوتاه در کانادا سازگار هستند. نقشه برداری ژنتیکی برای افزایش عملکرد محصولات ویژه مانند خردل و شکستن محدودیت های چند دهه عملکرد استفاده شده است.
• یک رقم جدید خردل که در سال 2020 منتشر شد، 20 درصد عملکرد بالاتری نسبت به واریته های قدیمی دارد بدون اینکه کشاورزان مجبور به مصرف کود بیشتری باشند.
• نشانگرهایی کشف شد که به دامداران کمک می کند تا ژنتیک بهتری را برای حیوانات خود نسبت به روش های سنتی اصلاح نژاد انتخاب کنند. این باعث بهبود سلامت حیوانات، کمک به رشد موثرتر حیوانات و بسیاری از مزایای دیگر می شود.
• ارقام زراعی ایجاد کرد که در برابر حمله آفات و بیماری های مختلف مقاومت می کند. این امر نیاز کشاورزان را به استفاده از سموم کاهش می دهد. همچنین به این معنی است که آنها می توانند غذای بیشتری تولید کنند. به عنوان مثال، تحقیقات در غرب کانادا منجر به تولید محصولات ویژه ای مانند کاملینا شد که با مقاومت در برابر سفیدک کرکی، یک بیماری ویرانگر که می تواند محصولات را از بین ببرد و برای کنترل آن به قارچ کش نیاز دارد، پرورش داده می شود.
• تغییرات ژنتیکی در بیماری های دام یافت شد که می تواند بر سلامت انسان تأثیر بگذارد. این امر ردیابی و کنترل بیماری توسط دامپزشکان را سرعت می بخشد و میزان دارویی که کشاورزان برای مدیریت بیماری باید استفاده کنند را کاهش می دهد.

مانند بسیاری از پیشرفت‌های دیگر در فناوری، ژنومیک به ما این امکان را می‌دهد که مواد غذایی با کیفیت بالاتر و مقدار بیشتری از آن تولید کنیم. این تنها یکی از راه‌هایی است که کشاورزان و دانشمندان می‌توانند همگام با تغذیه جمعیت رو به رشد جهان باشند.