در چین، دو نوع برنج به نام‌های ژاپنیکا و ایندیکا با ویژگی‌ها و توزیع جغرافیایی متفاوت، به طور گسترده‌ای کشت می‌شود. هیبریدهای این دو گونه برنج در برابر آفات، بیماری‌ها و خشکسالی قوی‌تر و مقاوم‌تر هستند، اما به دلیل جداسازی تولید مثلی یا ناباروری نسلی (مجموعه‌ای از مکانیسم‌ها که مانع تولید نسل حاصل از لقاح دو گونه مختلف است)– قادر به تولید بذر نیستند.
تیمی از مؤسسه تحقیقات علوم زراعی آکادمی علوم کشاورزی چین (CAAS) و دانشگاه کشاورزی نانجینگ، که زیر نظر وان جیان‌مین از اعضای آکادمی اداره می‌شود، پس از سیزده سال تحقیق بر این چالش در زمینه پرورش برنج فائق آمدند و یافته‌های آنها در مجله معتبر “Cell” منتشر شد.
این تیم ابتدا سری ژنهایی که باعث ناباروری گرده در هیبریدهای برنج ژاپنیکا-ایندیکا می شود را شناسایی کرد. آنها دریافتند که دو ژن نزدیک به هم و با هم عمل می‌کنند – یکی به عنوان ژن ” کشنده ” و دیگری به عنوان ژن”نگهبان”.
تمام دانه‌های یک نسل هیبریدی، ژن کشنده را به ارث می‌برند که به گرده آسیب می‌رساند و باعث ناباروری می‌شود، در حالی که تنها برخی از دانه‌ها ژن نگهبان را به ارث می برند که از ایجاد آسیب توسط ژن قاتل، جلوگیری می‌کند.
وو چوان‌یین، پروفسور CAAS و هم‌نویسنده این مقاله، در این خصوص گفت: این کشف به منزله فاش کردن نحوه عملکرد ژن کشنده است. ژن کشنده عملکرد تولید انرژی یک پروتئین اصلی در میتوکندری (کارخانه انرژی سلولی) را مختل کرده و به تولیدگرده‌های عقیم منجرمی‌شود. ژن نگهبان باژن کشنده تعامل دارد و آن را به میتوکندری دیگری هدایت می‌کند که در آنجا، ژن کشنده شکسته شده و از بین می‌رود و رشد طبیعی گرده را تضمین می‌کند.
با استفاده از روش‌های ژنومی برای مسدود کردن ژن کشنده، می‌توان از ناباروری گرده جلوگیری نموده و برنج هیبریدی با مزایای هر دو زیرگونه ژاپنیکا و ایندیکا را تولید کرد.
وان به خبرگزاری دولتی شین‌هوا گفت “در کل، هر چه خویشاوندی بین واریته‌ها بیشتر باشد، مزیت هیبریدی بیشتر است. چنین پیش‌بینی می‌شود که اگر بتوان یک برنج فوق هیبریدی را بین زیرگونه‌های ژاپنیکا و ایندیکا پرورش داد، بیش از ۱۵ درصد بیشتر از برنج هیبریدی موجود محصول تولید کند.
این مکانیسم به اثری که به عنوان “محرک ژن” شناخته می‌شود و به معنای کمک به رفتاری است که به سرعت یک ژنوتیپ را در یک جمعیت پخش می‌کند. در طی تکثیر طبیعی، هنگامی که برنج حامل ژن‌های کشنده و نگهبان با گیاهانی که فاقد این دو ژن هستند آمیخته می‌شوند، گرده هیبریدهای بدون این ژن‌ها نابارور می‌شوند. پس از چندین نسل، نسل حامل این جفت ژن افزایش یافته و در نهایت غالب می‌شوند.
محققان می‌توانند با پیوند زدن ژنهایی که موجب بهبودکیفیت محصول می‌شوند به جفت ژن کشنده-نگهبان، ژن‌های مطلوب را به سرعت در نسل هیبریدی گسترش داده و به طور قابل‌توجهی کارایی این اصلاح ژنتیکی را بهبود بخشند.
به گفته وو چوان‌یین، این برنج هیبریدی برای سلامت انسان مفید است زیرا به سموم آفت‌کش کمتری نیاز دارد. تیم وان در سال ۱۹۹۱ مطالعه برنج هیبریدی را آغاز کرد. در طول بیش از ۳۰ سال گذشته، این تیم ۲۷ ژن مرتبط با ناباروری را شناسایی و نامگذاری کرده و بیش از نیمی از کل تحقیقات در این زمینه را به خود اختصاص داده است.
وان در این مقاله آورده است: دیدن اینکه چگونه می‌توان از این مکانیسم به طور کامل برای اهداف بیوتکنولوژی و زیست پزشکی استفاده کرد، هیجان انگیز خواهد بود.
منبع: scmp
