مهندسی ژنتیک برنج با انتقال ژن های Deeper Rooting1 و Phosphorus-Starvation Tolerance1

اصلاح ساختار ریشه با جذب کارآمد آب و استفاده موثر از مواد مغذی مرتبط است و استقرار بهتر گیاه در خاک را فراهم می کند. مهندسی ژنتیک برای بهبود ساختار ریشه می تواند منجر به حفظ عملکرد بالاتر در شرایط خشکی شود. این پژوهش با هدف اصلاح ساختار ریشه برنج به منظور تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب عناصر غذایی انجام گرفت. برای این منظور انتقال همزمان ژن های Deeper Rooting1 یا DRO1 که در تنظیم زاویه رشد ریشه ها برای انطباق با شرایط خشکی نقش دارد و Phosphorus-Starvation Tolerance1 یا PSTOL1 که در افزایش جذب فسفر و بهبود ساختار ریشه موثر است، به گیاه برنج طراحی و اجرا شد.

ژن های DRO1 و PSTOL1 برگرفته از ارقام وحشی برنج طی مراحلی به ترتیب تحت پیشبرنده مختص ریشه و پیشبرنده دایمی همسانه سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrDroPstol به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززاشده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس زایی، باززایی و ریشه زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) مختص سازه و مختص ژن مورد تایید قرار گرفتند و رخدادهای مستقل مشخص شدند.

در این پژوهش 12 رخداد احتمالی برنج تراریخته حاصل شد که 10 رخداد در آنالیز PCR حضور هر دو ژن OsDRO1 و OsPSTOL1 را نشان دادند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری شدند و خلوص آنها با آنالیز مولکولی در نسل های T1 و T2 مشخص شد.

در این تحقیق دو ژن کاندید موثر در تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی با استفاده از مهندسی ژنتیک به برنج رقم هاشمی منتقل شد. تاکنون انتقال همزمان این دو ژن کاندید گزارش نشده است. گیاهان تراریخته حاصل سیستم ریشه ای بهتری را نسبت به گیاه شاهد نشان می دهند. سازه چند ژنی حاصل را می توان با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب فسفر برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز مورد استفاده قرار داد. امید است تولید برنج تراریخته با بهبود کارایی استفاده از عناصر غذایی و با تغییر ساختار ریشه بتواند تحمل به خشکی و عملکرد را در این محصول مهم زراعی افزایش و سبب کاهش مصرف آب در کشت برنج شود.