موفقیت دانشمندان درزمینه ویرایش ژنوم میتوکندری در گیاهان

وقتی درباره‌ی DNA فکر می‌کنید، احتمالا ساختار مارپیچ مضاعف آن به ذهنتان می‌آید؛ ولی این فقط بخشی از ماجرا است. یکی از بخش‌های مهم دیگر، DNA میتوکندریایی است که در گیاهان حتی از اهمیت بیشتری برخوردار است. این بخش از ژنوم کمپلکسی است که دانشمندان نمی‌توانستند ژن‌های آن را ویرایش کنند. اکنون، گروهی از پژوهشگران ژاپنی برای انجام این کار دست به کار شده‌ و موفقیت‌هایی به‌ دست آورده‌اند که می‌تواند به افزایش تنوع ژنتیکی محصولات کشاورزی کمک کند.

میتوکندری موتورخانه‌ی سلول است؛ زیرا با استفاده از مواد غذایی انرژی تولید می‌کند. این اندامک‌های سلولی DNA ویژه‌ی خود را دارند که جدا از DNA‌ هسته‌ای است. در حالی‌ که DNA میتوکندری در جانوران ژنومی کوچک‌تر و ساده‌تر است، در گیاهان خلاف این قضیه صادق است. شین ایچی آریمورا، یکی از پژوهشگران مطالعه می‌گوید:

ژنوم میتوکندری گیاهان بزرگ و ساختار آن بسیار پیچیده‌تر است و گاهی اوقات ژن‌ها در بیش از یک نسخه وجود دارند. مکانیسم‌های بیان ژن آن به‌خوبی درک نشده است و برخی از میتوکندری‌ها نیز اصلا ژنومی ندارند. در مطالعه‌ی گذشته‌ی خود، نشان دادیم این میتوکندری‌ها برای تبادل محصولات پروتئینی باهم ادغام و سپس، از هم جدا می‌شوند.

ما هنوز درمعرض خطر هستیم؛ زیرا تنوع ژنومی میتوکندری محصولات کشاورزی در جهان بسیار کم است. ما قصد داریم از این توانایی برای دست‌کاری DNA میتوکندری گیاهی به‌منظور افزایش این تنوع استفاده کنیم.

پژوهشگران در ابتدای کار از فرایندی استفاده کردند که برای ویرایش DNA میتوکندری در جانوران استفاده می‌شود. در این تکنیک که mitoTALENs نام دارد، از پروتئین برای بُرش و حذف ژن خاص از ژنوم میتوکندری استفاده می‌شود.

گیاه برنج نشان داده شده در سمت چپ که DNA میتوکندریایی آن برای حذف صفت ناباروری ویرایش شده، در مقایسه‌ با گیاه ویرایش نشده که در سمت راست نشان داده شده، بذرهای بیشتری دارد.

 پژوهشگران از تکنیک اصلاح‌شده‌ی mitoTALENs برای بُرش یکی از ژن‌های میتوکندری به‌نام ژن عقیمی سیتوپلاسمی (CMS) استفاده کردند که موجب می‌شود گیاهان نر عقیم شوند و نتوانند گرده تولید کنند. آن‌ها با استفاده از این روش، چهار لاین جدید از برنج و سه لاین جدید از کانولا ایجاد کردند. گیاهانی که میتوکندری آن‌ها ویرایش شده بود، بارور بودند و در مقایسه با گیاهان ویرایش‌نشده بذر بیشتری تولید می‌کردند.

پژوهشگران می‌گویند علاوه‌بر سودمندی این روش برای افزایش تولید، مزیت اصلی این کار آن است که به تنوع ژنتیکی محصولات کشاورزی می‌افزاید. پژوهش‌های بیشتری نیاز است تا مشخص شود برای رسیدن به این هدف کدام ژن‌های میتوکندری را باید ویرایش کرد.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature Plants منتشر شده است.