دربــاره مــا
ژاتاک اولین شتابدهنده تخصصی حوزه کشت بافت و بهنژادی گیاهی است که به همت تیم پویای تحقیق و توسعه شرکت زیست فناوران نوین گیتی ژن در بهار 1400 تاسیس شده است. ژاتاک سعی دارد با پشتیبانی از تیم های نوپا و حمایت از مسیر تبدیل ایده به محصول، در توسعه و اعتلای کشاورزی کشور از طریق خلق دانش و کسب و کار فناورانه و نوآورانه در حوزه کشت بافت و بهنژادی گیاهی گام موثری در جهت تولید و خلق ارزش افزوده بردارد.
تکثیر رویشی گیاهان مختلف به روش کشت بافت نیازمند دانش فنی مناسب و اختصاصی برای هر گیاه به صورت مجزا می باشد تا تولید انبوه آن¬ها در مدت زمان بسیار کم میسر شود. در عین حال وجود تنوع ژنتیکی یکی از موانع و محدودیت¬های روش¬های تکثیر سنتی گیاه به حساب می¬آید که با روش کشت بافت (ریزازدیادی) نه تنها این مانع برطرف شده بلکه منجر به ایجاد محصولات بسیار با کیفیت نیز شده است. معمولا در فرایند تکثیر رویشی به روش کشت بافت، ایجاد دانش فنی تکثیر تجاری گیاهان مختلف، سخت، زمانبر و بسیار پر هزینه است؛ از این رو داشتن دانش فنی مناسب و متنوع مهمترین فاکتور تولید تجاری در حوزه کشت بافت می¬باشد. در شتاب دهنده ژاتاک، گیاهانی که قابلیت تکثیر به روش کشت بافت را دارند، مورد بررسی قرار گرفته و علاوه بر ایجاد دانش فنی مناسب تکثیر رویشی گیاهان، بازار مورد نظر نیز بررسی خواهد شد
روش هاي بهنژادي مدرن ابداع شده اند تا نياز به ايجاد تنوع در گل و گياهان زينتي را كه صنعتي جهاني است برطرف سازند. اين روش¬ها از یک طرف طول دوره اصلاحي را به طور قابل توجهي كاهش مي دهند و از طرف ديگر مي¬توانند در بهنژادي گياهاني كه با روش هاي سنتي اصلاح آن ها امكان پذير نيست نقش موثر داشته باشند. ايجاد تغييرات ژنتيكي براي بهبود كيفيت در هر برنامه اصلاحي لازم و ضروري است. استفاده از جهش هاي طبيعي و القايي در بهبود منابع ژني بسيار موثر بوده و بطور موفقيت آميزي به توسعه ارقام اصلاح شده و جديد گياهان زينتي كمك نموده است. یکی از راه¬های افزایش تنوع، القای جهش در شرایط درون شیشه ای است که با استفاده از این روش می توان به افزایش تنوع کمك کرده و بهره وری برنامه-های اصلاحی را افزایش داد. با بکارگیری این روش، علاوه بر بهبود صفات، به انواع جدیدی از صفات می توان دست یافت که در طبیعت وجود ندارند و یا احتمالا در روند تکاملی گیاهان از دست رفته اند.
در میان 3346 گیاه جهش یافته که به صورت رسمی در سراسر جهان به عنوان ارقام جدید معرفی شده¬اند، 669 رقم گیاه زینتی وجود دارد. جهش زایی شیمیایی شامل موادی شیمیایی چون اسید نترو، گاز خردل، N متیل-N نیترو- N نیتروزو گوانیدین (NTG)، دی اتیل سولفات، اتیدیوم برماید (Et Br)، متیل متان سولفانات، اتیل متان سولفونات (EMS)، اتیلن آمین می¬شود. عوامل موثر بر جهش¬زایی شیمیایی شامل pH، ترکیب درصد بافر، غلظت عامل جهش¬زا و فاز رشد سلول¬ها است. مطالعاتی در گیاهان زینتی در زمینه¬های مختلف از جمله غلظت بهینه، روش¬های تیمار با مواد جهش زا و استفاده تجاری از جهش زاها شده است. مواد جهش زا یا مستقیما بر روی الگوی DNA اثر می گذارند و یا با قرار دادن یک باز متفاوت در هنگام همانندسازی سبب بروز جهش می شوند. جهش زاهای فیزیکی شامل پرتوتابی با اشعه های یونیزه کننده همچون اشعه گاما، آلفا، بتا، ایکس و نوترون¬ها هستند. جهش اثرات متفاوت و تصادفی بر گیاه یا موجود تحت پرتودهی دارد. یکی از مهمترین مراحل پرتوتابی تعیین دوز مناسب پرتو به منظور کاهش تلفات و افزایش جهش های مطلوب است. در شتابدهنده ژاتاک، گیاهان زینتی که دارای ارزش اقتصادی بالایی هستند در اولویت برنامه های اصلاحی و تولید ارقام جدید با سایر روش¬های جهش¬زایی فیزیکی و شیمیایی قرار می-گیرند.
امنیت غذایی جهانی خواستار توسعه فناوری های جدید برای افزایش تولید محصولات کشاورزی امن و پر طرفدار در زمین-های زراعی محدود، آن هم بدون افزایش مصرف آب و کود است. به همین خاطر چندین گزینه برای تقویت این عملکرد مورد بررسی قرار گرفته و اخیرا نیز گسترش منابع ژنتیک و تکنولوژی¬ها، فرصت¬های جدیدی را برای غلبه بر این محدودیت¬ها فراهم کرده است. یکی از این فرصت¬های جدید، تولید بذرهای هیبریدی است که دارای توانایی بالایی برای افزایش این عملکرد هستند و طیف وسیعی از امکانات جدید را برای کشاورزان ایجاد می کنند. متاسفانه در حوزه بذور هیبریدی، کشور ما در بسیاری از محصولات بویژه سبزی و صیفی کاملا وابسته به واردات است. لذا بهره¬گیری از فناوری تولید بذر هیبرید با استفاده از کشت هاپلوئیدی و انتقال تکنولوژی به شرکت های تولید کننده بذر می¬تواند نقش بسیار مهمی در تولید بذور هیبرید ایفا نماید. ايجاد گياهان هاپلوئيد به طور قابل ملاحظه اي زمان لازم جهت توليد رگه¬هاي خويش آميخته براي بهنژادي دورگه¬هاي نسل اول را كوتاه نموده و از طرف ديگر انتخاب صفات مغلوب را تسهيل مي سازند. سیستم کشت هاپلوئید و دابل هاپلوئید سریعترین راه تولید انواع بذور هیبرید است و نقش مهمی در برنامههای اصلاح نژادی ایفا میکند.
متداول ترین روشهای القاء هاپلوئید، که منجر به رشد گیاهان هاپلوئید در شرایط آزمایشگاهی از طریق کشت بافت/سلول گیاهی میشود. این روشها در بسیاری از محصولات مهم مانند جو، فلفل، کلزا، برنج، چغندر قند و گندم ایجاد شده است. تحقیقات در حال انجام برای بهینه سازی و بهبود کارایی این روشها با تمرکز بر عوامل دخیل در مراحل القا و بازسازی وجود دارد. این عوامل عمدتاً شامل ژنوتیپ گیاه، محیط اطراف گیاهان والدین، اجزای محیط کشت، مرحله تکامل سلولهای اولیه گامتوفیتیک، تیمارهای فیزیکی (پیش تیمار سرد، شوک حرارتی) سلولهای گامتوفیتیک کشت شده است.
امنیت غذایی جهانی خواستار توسعه فناوری های جدید برای افزایش تولید محصولات کشاورزی امن و پر طرفدار در زمین-های زراعی محدود، آن هم بدون افزایش مصرف آب و کود است. به همین خاطر چندین گزینه برای تقویت این عملکرد مورد بررسی قرار گرفته و اخیرا نیز گسترش منابع ژنتیک و تکنولوژی¬ها، فرصت¬های جدیدی را برای غلبه بر این محدودیت¬ها فراهم کرده است. یکی از این فرصت¬های جدید، تولید بذرهای هیبریدی است که دارای توانایی بالایی برای افزایش این عملکرد هستند و طیف وسیعی از امکانات جدید را برای کشاورزان ایجاد می کنند. متاسفانه در حوزه بذور هیبریدی، کشور ما در بسیاری از محصولات بویژه سبزی و صیفی کاملا وابسته به واردات است. لذا بهره¬گیری از فناوری تولید بذر هیبرید با استفاده از کشت هاپلوئیدی و انتقال تکنولوژی به شرکت¬های تولید کننده بذر می¬تواند نقش بسیار مهمی در تولید بذور هیبرید ایفا نماید. ايجاد گياهان هاپلوئيد به طور قابل ملاحظه اي زمان لازم جهت توليد رگه¬هاي خويش آميخته براي بهنژادي دورگه¬هاي نسل اول را كوتاه نموده و از طرف ديگر انتخاب صفات مغلوب را تسهيل مي سازند. سیستم کشت هاپلوئید و دابل هاپلوئید سریعترین راه تولید انواع بذور هیبرید است و نقش مهمی در برنامههای اصلاح نژادی ایفا میکند. متداول ترین روشهای القاء هاپلوئید، که منجر به رشد گیاهان هاپلوئید در شرایط آزمایشگاهی از طریق کشت بافت/سلول گیاهی میشود. این روشها در بسیاری از محصولات مهم مانند جو، فلفل، کلزا، برنج، چغندر قند و گندم ایجاد شده است. تحقیقات در حال انجام برای بهینه سازی و بهبود کارایی این روشها با تمرکز بر عوامل دخیل در مراحل القا و بازسازی وجود دارد. این عوامل عمدتاً شامل ژنوتیپ گیاه، محیط اطراف گیاهان والدین، اجزای محیط کشت، مرحله تکامل سلولهای اولیه گامتوفیتیک، تیمارهای فیزیکی (پیش تیمار سرد، شوک حرارتی) سلولهای گامتوفیتیک کشت شده است.
از زمانهای بسیار قدیم، بشر از محصولات گیاهی به عنوان منابع دارویی، شیمیایی و تغذیه استفاده میکرده است. حتی امروز، تقریباً تمام جمعیت جهان به محصولات گیاهی بستگی دارند. اخیرا فرصتهای فوق¬العاده و جدیدی در حوزه بیوتکنولوژی برای تولید سیستمهای آزمایشگاهی گیاهی (به عنوان مثال کشت کالوس، کشت سوسپانسیون سلولی و کشت ارگان¬ها) در جهت تسهیل تولید گیاهان و محصولات گیاهی مورد نظر فراهم شده است. از آنجا که تعداد فزایندهای از زیستگاههای طبیعی به سرعت در حال نابودی است، روشهای بیوتکنولوژیکی در شرایط آزمایشگاهی ممکن است برای مقابله با انقراض گونههای در معرض خطر کمک کند.
گیاهان با استفاده از انعطاف پذیری حیرت انگیز خود برای بازسازی و تولید متابولیتهای ثانویه که توسط الیسیتورهای فعال شده و به عنوان پاسخهای دفاعی آزاد میشوند، با تنشهای غیر زیستی و زیستی سازگار میشوند. تولید ترکیبات شیمیایی از متابولیسم ثانویه میتواند به واسطه سیگنال¬های استرس بیرونی ایجاد شود (به عنوان مثال گیرندههای پاتوژن، استرس اکسیداتیو، زخمیشدن و غیره)، که به طور داخلی توسط یاسمنات، اسید سالیسیلیک و مشتقات آنها به عنوان مبدل سیگنال واسطه میشوند.
. این مولکولها باعث تحریک دفاع یا پاسخهای ناشی از استرس در گیاهان میشوند. اینها را میتوان از خود عوامل بیماری زا (الیسیتورهای برون زا؛ به عنوان مثال کیتین، کیتوزان و گلوکان ها) استخراج کرد و یا توسط گیاه از طریق پاتوژن آزاد میشود (الیسیتورهای درون زا؛ به عنوان مثال پکتین، اسید پکتریک، سلولز و سایر پلی ساکاریدها). در مقابل این الیسیتورهای زیستی، الیسیتورهای غیر زیستی نیز وجود دارند که به عنوان عوامل فیزیکی (یعنی سرما، گرما، نور ماورا بنفش و فشار اسمزی) و عوامل شیمیایی (به عنوان مثال اتیلن، قارچ¬کش¬ها، آنتی بیوتیک¬ها، نمکها و فلزات سنگین) عمل میکنند. الیسیتورها بیان ژن را در پاسخ به محرکهای شیمیایی و فیزیولوژیکی تعدیل میکنند. آن¬ها همچنین با القای سنتز آنزیم، باعث تولید متابولیتهای ثانویه متعددی مانند فلاونوئیدها، آلکالوئیدها، ترپنوئیدها، تیونین ها، فنیل پروپانوئید و پلی پپتیدها میشوند.
به طور تصادفی، بسیاری از متابولیتهای ثانویه علاوه بر عملکردهای محافظتی که برای گیاهان دارند؛ دارای ارزش دارویی برای انسانها نیز هستند از این رو کشت سلولهای گیاهی منابع جالبی برای تولید آسان و مقیاس¬پذیر متابولیتهای ثانویه است.
در میان رویکردهای مختلف، سیستم کشت بافت گیاهی یک روش جایگزین جذاب برای حفاظت و تولید ترکیبات فعال زیستی ارائه میدهد. علاوه بر این، به کمک این سیستم می¬توان بدون در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی و سایر عوامل محیطی، تکثیر سریع انواع گیاهان عالی را فراهم کرد. در عین حال تسهیل اجرای روش¬های مختلف بیوتکنولوژی به منظور افزایش متابولیتهای ثانویه مهم درمانی از دیگر مزیت¬های این سیستم است. در میان تکنیکهای مختلف کشت بافت گیاهی، کشت کالوس، با قابلیت کشت آسان و تکثیر سریع، این سیستم را برای تولید در مقیاس بزرگ متابولیتهای ثانویه مناسب میکند.
سال¬هاست که کشت سلولهای گیاهی به روشی امیدوار کننده برای تولید متابولیتهای دارویی گیاهی در شرایط کشت کنترل شده تبدیل شده است. کشت سلولی تولید متابولیت ثانویه را قادر میسازد تا از گیاهان منبع مستقل باشد، بنابراین از تناقض در تجمع بیوشیمیایی در گیاهان منبع به دلیل تغییر در محیط و ژنتیک جلوگیری میکند. علاوه بر این، کشت سلولهای گیاهی متابولیتهای گیاهان را متنوع میکند و اغلب ترکیبات زیست فعال بیشتری از آنچه به راحتی از گیاهان سالم بدست میآید، تولید میشود. محصولات ثانویه نقش مهمی در حفاظت و دفاعی در گیاهان دارند و میتوان تولید آنها را در شرایط آزمایشگاهی با ترکیبات و شرایطی که پاسخهای استرسی را القا میکنند، تحریک کرد. بنابراین، از کشت سلول گیاهی میتوان برای افزایش تجمع متابولیت ثانویه در شرایط آزمایشگاهی از کشت سلول با اصلاح شرایط کشت استفاده کرد. عوامل موثر در تولید بیوشیمیایی در کشت سلولهای گیاهی شامل ژنوتیپ، مرحله رشد گیاهان و شرایط محیط کشت مانند دما و نور است.
تقاضای بالا برای تولید متابولیتهای گیاهی منجر به یافتن روشهای جدیدی شده است. با توجه به اهمیت متابولیت¬های ثانویه و نیاز به افزایش تولید آن¬ها به دلیل کاربردهای دارویی و غذایی که دارند، به نظر میرسد روشهای بیوتکنولوژیکی در کنار روشهای کلاسیک، که در بسیاری از موارد جوابگوی نیازهای مصرفی نیستند، میتوانند در به ثمر رسیدن این اهداف مفید باشند. کشت سلولی و کشت ریشه مویین القاء شده به کمک آگروباکتریوم رایزوژنز (Agrobacterium rhizogenes) از مهمترین روشهای بیوتکنولوژی گیاهی هستند که در تولید متابولیتهای ثانویه با ارزش مورد استفاده قرار میگیرند.
مدیر شتابدهنده ژاتاک
دکتر پژمان آزادی
فارغ التحصیل رشته بیوتکنولوژی گیاهی از دانشگاه چیبا کشور ژاپن (بورس تحصیلی دولت ژاپن (مومبوکاگاکوشو) ) و دانشیار بخش پژوهشی کشت بافت و انتقال ژن پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران
سوابق اجرایی:
عضو هیأت مدیره شرکت دانش بنیان زیست فناوران نوین گیتی ژن (سال 1392 تا الان)
رئیس انجمن علمی گل و گیاهان زینتی ایران (1392 تا کنون)،
ریاست پژوهشکده ملی گل و گیاهان زینتی (1392 – 1395)
معاونت پژوهش و فناوری موسسه تحقیقات علوم باغبانی (1395-1396)،
قائم مقام فناوری پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران (1396 تا کنون)