دانلود تحقیق روشهای بیوتکنولوژی اصلاح گیاهان دارویی

روشهای بیوتکنولوژی اصلاح گیاهان دارویی
مقدمه
اگرچه کاشت گیاهان دارویی به هزاران سال پیش باز می‌گردد ولی باید گفت که در مورد اصلاح آنها تاکنون پیشرفت قابل ملاحظه‌ای صورت نگرفته است و در حال حاضر، تعداد کالتیوارهای مفید به‌دست آمده بر اثر اصلاح گیاهان دارویی اندک است.

هدف از اصلاح گیاهان دارویی، افزایش کمیت و کیفیت آن دسته از مواد مؤثره در این گیاهان است که در صنایع دارویی از اهمیت خاصی برخوردار هستند.

در سال‌های اخیر توجه خاصی از جانب سازمان‌های مختلف در کشورهای جهان در ارتباط با اصلاح این گیاهان صورت گرفته است.

در این راستا استفاده از تکنیکهای وابسته به کشت بافت و بیوتکنولوژی به منظور ارتقاء صفات کمی و کیفی و کاهش زمان اصلاح نباتات از اهمیت خاصی برخوردار است.

کشت بافت
با تکنیک کشت بافت می توان از یک سلول به یک گیاه کامل دست یافت.

در این تکنیک از روشهای جنین زایی ریزازدیادی و اندام زایی استفاده میگردد.استفاده از این تکنیک به همراه موتاسیون باعث سرعت بخشیدن به تکثیر انبوه تولید گیاهان عاری از بیماری انجام کار در تمام طول سال و کاهش هزینه خواهد شد.

اولین مرحله تکثیر قسمت مورد نظر در گیاه می باشد.پس از تعیین دز مناسب و انجام تیمار پرتوتابی و تکثیر دوباره گزینش درشرایط In-vitro با اعمال تیمار تنش صورت میگیرد .گیاهان گزینش شده بعد از انتقال به گلدان جهت سازگاری و تکثیر دوباره جهت سلکسیون انتهایی در مزرعه کشت شده و سپس مورد بررسی های تغییرات زنتیکی قرار خواهند گرفت.

یکی از بخش‌های مهم بیوتکنولوژی “کشت بافت” است که کاربردهای مختلف آن در زمینه گیاهان دارویی، از جنبه‌های مختلفی قابل بررسی است:
باززایی در شرایط آزمایشگاهی ( In-Vitro Regeneration )
تکثیر گیاهان در شرایط آزمایشگاهی، روشی بسیار مفید جهت تولید داروهای گیاهی باکیفیت است.

روش‌های مختلفی برای تکثیر در آزمایشگاه وجود دارد که از جمله ‌ آنها، ریزازدیادی است.

ریزازدیادی فواید زیادی نسبت به روش‌های سنتی تکثیر دارد.

با ریزازدیادی می‌توان نرخ تکثیر را بالا برد و مواد گیاهی عاری از پاتوژن تولید کرد.

گزارش‌های زیادی در ارتباط با بکارگیری تکنیک ” کشت بافت ” جهت تکثیر گیاهان دارویی وجود دارد.

با این روش برای ایجاد کلون‌های گیاهی از تیره لاله در مدت 120 روز بیش از 400 گیاه کوچک همگن و یک شکل گرفته شد که 90 درصد آنها به رشد معمولی خود ادامه دادند.

برای اصلاح گل انگشتانه، از نظر صفات ساختاری، مقدار بیوماس، میزان مواد مؤثره و غیره با مشکلات زیادی مواجه خواهیم شد ولی با تکثیر رویشی این گیاه از راه کشت بافت و سلول، می‌توان بر آن مشکلات غلبه نمود.

چنان‌که مؤسسه گیاهان دارویی بوداکالاز در مجارستان از راه کشت بافت و سلول گل انگشتانه موسوم به آکسفورد، توانست پایه‌هایی کاملاٌ همگن و یک شکل از گیاه مذکور به‌دست آورد.

باززایی از طریق جنین‌‌زایی سوماتیک (غیرجنسی)
تولید و توسعه مؤثر جنین‌های سوماتیک، پیش‌نیازی برای تولید گیاهان در سطح تجاری است.

جنین‌زایی سوماتیک فرآیندی است که طی آن گروهی از سلول‌ها یا بافت‌های سوماتیک، جنین‌های سوماتیک تشکیل می‌دهند.

این جنین‌ها شبیه جنین‌های زیگوتی (جنین‌های حاصل از لقاح جنسی) هستند و در محیط کشت مناسب می‌توانند به نهال تبدیل شوند.

باززایی گیاهان با استفاده از جنین‌زایی سوماتیک از یک سلول، در بسیاری از گونه‌های گیاهان دارویی به اثبات رسیده است.

بنابراین در این حالت با توجه به پتانسیل متفاوت سلول‌های مختلف در تولید یک ترکیب دارویی، می‌توان گیاهانی با ویژگی برتر نسبت به گیاه اولیه تولید نمود.

حفاظت گونه‌های گیاهان دارویی از طریق نگهداری در سرما
با تکیه بر کشت بافت و سلول می‌توان برای نگهداری کالتیوارهای مورد نظر در بانک ژن یا برای نگهداری طولانی مدت اندام‌های تکثیر گیاه در محیط نیتروژن مایع، اقدام نمود.

نگهداری در سرما، یک تکنیک مفید جهت حفاظت از کشت‌های سلولی در شرایط آزمایشگاهی است.

در این روش با استفاده از نیتروژن مایع (196- درجه سانتی‌گراد) فرآیند تقسیم سلولی و سایر فرآیندهای متابولیکی و بیوشیمیایی متوقف شده و در نتیجه می‌توان بافت یا سلول گیاهی را مدت زمان بیشتری نگهداری و حفظ نمود.

با توجه به اینکه می‌توان از کشت‌های نگهداری شده در سرما، گیاه کامل باززایی کرد، لذا این تکنیک می‌تواند روشی مفید جهت حفاظت از گیاهان دارویی در معرض انقراض باشد.

مثلاً بر اساس گزارشات منتشر شده، روش نگهداری در سرما، روشی مؤثر جهت نگهداری کشت‌های سلولی گیاهان دارویی تولیدکننده آلکالوئید همچون Rauvollfia serpentine , D.

lanalta , A.

belladonna , Hyoscyamus spp .

است.

این تکنیک، می‌تواند جهت نگهداری طیفی از بافت‌های گیاهی چون مریستم‌ها، بساک و دانه گرده، جنین، کالوس و پروتوپلاست به‌کار رود.

تنها محدودیت این روش، مشکل دسترسی به نیتروژن مایع است.

تولید متابولیت‌های ثانویه از گیاهان دارویی
از لحاظ تاریخی، اگرچه تکنیک ” کشت بافت ” برای اولین بار، در سال‌های 1940-1939 در مورد گیاهان به‌کار گرفته‌شد، ولی در سال 1956 بود که یک شرکت دارویی در کشور آمریکا ( Pfizer Inc ) اولین پتنت را در مورد تولید متابولیت‌ها با استفاده از کشت توده‌ای سلول‌ها منتشر کرد.

کول و استابو (1967) و هبل و همکاران (توانستند مقادیر بیشتری از ترکیبات ویسناجین ( Visnagin ) و دیوسجنین ( Diosgenin ) را با استفاده از کشت بافت نسبت به حالت طبیعی (استخراج از گیاه کامل) به‌‌دست آورند.

گیاهان، منبع بسیاری از مواد شیمیایی هستند که به‌عنوان ترکیب دارویی مصرف می‌شوند.

فرآورده‌های حاصل از متابولیسم ثانویه گیاهی ( Secondary Metabolite ) جزو گرانبهاترین ترکیب شیمیایی گیاهی ( Phytochemical ) هستند.

با استفاد از کشت بافت می‌توان متابولیت‌های ثانویه را در شرایط آزمایشگاهی تولید نمود.

لازم به‌ذکر است که متابولیت‌های ثانویه، دسته‌ای از مواد شامل اسیدهای پیچیده، لاکتون‌ها، فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌ها هستند که به‌صورت عصاره یا پودرهای گیاهی در درمان بسیاری از بیماری‌های شایع به‌کار برده می‌شوند.

راهکارهای افزایش متابولیت‌های ثانویه گیاهی از طریق کشت بافت
1- استفاده از محرک‌های ( Elicitors ) زنده و غیر زنده‌ای که می‌توانند مسیرهای متابولیکی سنتز متابولیت‌های ثانویه را تحت تأثیر قرار داده و میزان تولید آنها را افزایش دهند.

لازم به‌ذکر است که این محرک‌ها در شرایط طبیعی نیز بر گیاه تأثیر گذاشته و باعث تولید یک متابولیت خاص می‌شوند.

2- افزودن ترکیب اولیه ( Precursor ) مناسب به محیط‌کشت، با این دیدگاه که تولید محصول نهایی در نتیجه وجود این ترکیبات در محیط‌کشت، القاء شود.

3- افزایش تولید یک متابولیت ثانویه در اثر ایجاد ژنوتیپ‌های جدیدی که از طریق امتزاج پروتوپلاست یا مهندسی ژنتیک، به‌دست می‌آیند.

4- استفاده از مواد موتاژن جهت ایجاد واریته‌های پربازده 5- کشت بافت ریشه گیاهان دارویی (ریشه، نسبت به بافت‌های گیاهی دیگر، پتانسیل بیشتری جهت تولید متابولیت‌های ثانویه دارد) مثال‌های قابل ذکر آنقدر زیاد است که تصور می‌شود هر ماده‌ای با منشاء گیاهی، از جمله، متابولیت‌های ثانویه را می‌توان به‌وسیله کشت‌های سلولی تولید کرد: از جمله ترکیباتی که از طریق کشت سلولی و کشت بافت به تولید انبوه رسیده است،‌ داروی ضد سرطان تاکسول است.

این دارو که در درمان سرطان‌های سینه و تخمدان به‌کار می‌رود از پوست تنه درخت سرخدار ( Taxus brevilifolia L.

) استخراج می‌گردد.

از آنجایی‌که تولید تاکسول به‌دلیل وجود 10 هسته استروئیدی در ساختار شیمیایی آن بسیار مشکل است و جمعیت طبیعی درختان سرخدار نیز برای استخراج این ماده بسیار اندک است، لذا راهکار دیگری را برای تولید تاکسول باید به‌کار گرفت.

در حال حاضر، برای تولید تاکسول از تکنیک کشت بافت و کشت قارچ‌هایی که بر روی درخت رشد کرده و تاکسول تولید می‌کنند،‌ استفاده می‌گردد.

سولاسودین ( Solasodine ) نیز از ترکیبات دیگری است که از طریق کشت سوسپانسیون سلولی گیاه Solanum eleganifoliu به‌دست می‌آید.

از جمله متابولیت‌های دیگری که از طریق تکنیک کشت بافت و در مقیاس تجاری تولید می‌شود، شیکونین ( Shikonin ) (رنگی با خاصیت ضد حساسیت و ضد باکتری) است.

مثال‌های زیر گویای کارایی تکنیک کشت بافت در تولید متابولیت‌های ثانویه است.

تولید آلکالوئید پیرولیزیدین ( Pyrolizidine ) از کشت بافت ریشه Senecio sp ، سفالین ( Cephaelin ) و امتین ( Emetine ) از کشت کالوس Cephaelis ipecacuanha ، آلکالوئید کوئینولین ( Quinoline ) از کشت سوسپانسیون سلولی Cinchona ledgerione و افزایش بیوسنتز آلکالوئیدهای ایندولی با استفاده از کشت سوسپانسیون سلولی گیاه Catharanthus roseus .

استفاده از بیورآکتورها در تولید صنعتی متابولیت‌های ثانویه تولید متابولیت ثانویه گیاهی با خصوصیات دارویی در شرایط آزمایشگاهی، فواید زیادی در مقایسه با استخراج این ترکیبات از گیاهان، تحت شرایط طبیعی دارد.

کنترل دقیق پارامترهای مختلف، سبب می‌شود که کیفیت مواد حاصل در طول زمان تغییر نکند.

درحالی که در شرایط طبیعی مرتباٌ تحت تأثیر شرایط آب و هوایی و آفات است.

تحقیقات زیادی در زمینه استفاده از کشت‌های سوسپانسیون و سلول گیاهی برای تولید متابولیت‌های ثانویه صورت گرفته است.

از جمله ابزارهایی که برای کشت وسیع سلول‌های گیاهی به‌کار رفته‌اند، بیورآکتورها هستند.

بیورآکتورها، مهمترین ابزار در تولید تجاری متابولیت‌های ثانویه از طریق روش‌های بیوتکنولوژیک، محسوب می‌شوند.

مزایای استفاده از بیورآکتورها در کشت انبوه سلول‌های گیاهی عبارتند از: 1- کنترل بهتر و دقیق‌تر شرایط خاص مورد نیاز برای تولید صنعتی ترکیبات فعال زیستی از طریق کشت سوسپانسیون سلولی 2- امکان تثبیت شرایط در طول مراحل مختلف کشت سلولی در بیورآکتور 3- جابجایی و حمل‌ونقل آسان‌تر کشت (مثلاً، برداشتن مایه‌کوبه در این حالت راحت است) 4- با توجه به اینکه در شرایط کشت سوسپانسیون، جذب مواد غذایی به‌وسیله سلول‌ها افزایش می‌یابد، لذا نرخ تکثیر سلول‌ها زیاد شده و به‌تبع آن میزان محصول (ترکیب فعال زیستی) بیشتر می‌شود.

5- در این حال، گیاهچه‌ها به آسانی تولید و ازدیاد می‌شوند.

سیستم بیورآکتور برای کشت‌های جنین‌زا و ارگانزای چندین گونه گیاهی به‌کار رفته است که از آن‌جمله می‌توان به تولید مقادیر زیادی سانگئینارین ( sanguinarine ) از کشت سوسپانسیون سلولی Papaver somniferum با استفاده از بیورآکتور، اشاره کرد.

با توجه به اینکه بیورآکتورها، شرایط بهینه را برای تولید متابولیت‌های ثانویه از سلول‌های گیاهی فراهم می‌آورند، لذا تغییرات زیادی در جهت بهینه‌سازی این سیستم‌ها، برای تولید مواد با ارزش دارویی (با منشأ گیاهی) همچون جینسنوساید ( ginsenoside ) و شیکونین صورت گرفته است.

نشانگرهای مولکولی بخش مهم بعدی دارای کاربرد فراوان در حوزه گیاهان دارویی، “نشانگرهای مولکولی” است.

قبل از اینکه به موارد کاربرد نشانگرهای مولکولی پرداخته شود، لازم است دلایل لزوم استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینه گیاهان دارویی ذکر شود: دلایل استفاده از نشانگرهای مولکولی در زمینه گیاهان دارویی فاکتورهایی همچون خاک و‌ شرایط آب و هوایی، بقای یک گونه خاص و همچنین محتوای ترکیب دارویی این گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

در چنین حالاتی علاوه بر اینکه بین ژنوتیپ‌های مختلف یک گونه تفاوت دیده می‌شود از لحاظ ترکیب دارویی فعال نیز با هم فرق می‌کنند.

در هنگام استفاده تجاری، از این گیاه دو فاکتور، کیفیت نهایی داروی استحصالی از این گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند: 1- تغییر محتوای یک ترکیب دارویی خاص در گیاه مورد نظر 2- اشتباه گرفتن یک ترکیب دارویی خاص با اثر کمتر که از گیاهان دیگر به‌دست آمده است.

به‌جای ترکیب دارویی اصلی که از گیاه اصلی به‌دست می‌آید.

چنین تفاوت‌هایی، مشکلات زیادی را در تعیین و تشخیص گیاهان دارویی خاص، با استفاده از روش‌های سنتی (مرفولوژیکی و میکروسکوپی)، به‌دنبال خواهد داشت.

برای روشن‌شدن موضوع به مثال زیر توجه کنید: کوئینون یک ترکیب دارویی است که از پوست درخت سینکونا ( cinchona ) به‌دست می‌آید.

پوست درختان سینکونا که در جلگه‌ها کشت شده‌اند، حاوی کوئیونی است که از لحاظ دارویی فعال است.

گونه‌های مشابهی از این درخت وجود دارند که به‌روی تپه‌ها و زمین‌های شیبدار رشد می‌کنند و از لحاظ مرفولوژیکی (شکل ظاهری) مشابه گونه‌هایی هستند که در جلگه‌ها رشد می‌کنند، اما در این گونه‌ها کوئیون فعال وجود ندارد.

در طول دهه‌های گذشته، ابزارهایی که برای استانداردسازی داروهای گیاهی به‌وجود آمده‌اند، شامل ارزیابی ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک و همچنین تعیین نیمرخ شیمیایی ( Chemoprofiling ) مواد گیاهی بوده‌اند.

قابل ذکر است که نیمرخ شیمیایی، الگوی شیمیایی ویژه‌ای برای یک گیاه است که از تجزیه عصاره‌ آن گیاه به‌وسیله تکنیک‌هایی چون TLC و HPTLC و HPLC به‌دست آمده است.

ارزیابی ماکروسکوپیک مواد گیاهی نیز بر اساس پارامترهایی چون شکل، اندازه، رنگ، بافت،‌ خصوصیات سطح گیاه، مزه و غیره صورت می‌گیرد.

علاوه بر این، بسیاری از تکنیک‌های آنالیز، همچون آنالیز حجمی ( Volumetric Analysis )، کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography )، کروماتوگرافی ستونی ( Column Chromatography ) و روش‌های اسپکتروفتومتریک نیز برای کنترل کیفی و استانداردسازی مواد دارویی گیاهی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گرچه در روش‌های فوق، اطلاعات زیادی در مورد یک گیاه دارویی و ترکیبات دارویی موجود در آن فراهم آید، ولی مشکلات زیادی نیز به‌همراه دارد.

مثلاً برای اینکه یک ترکیب شیمیایی به‌عنوان یک نشانگر ( Marker ) جهت شناسایی یک گیاه دارویی خاص، مورد استفاده قرار گیرد، باید مختص همان‌گونه گیاهی خاص باشد، در حالی‌که همه گیاهان دارویی، دارای یک ترکیب شیمیایی منحصربه‌فرد نیستند.

همچنین بین بسیاری از مولکول‌های شیمیایی که به‌عنوان نشانگر و یا ترکیب دارویی خاص مدنظر هستند، هم‌پوشانی معنی‌داری وجود دارد؛ این موضوع در مورد ترکیبات فنولی و استرولی حادتر است.

یکی از عوامل مهم دیگری که استفاده از نیمرخ شیمیایی را محدود می‌سازد، ابهام در داده‌های حاصل از انگشت‌نگاری شیمیایی (Chemical Fingerprinting) است.

این ابهام، در اثر تجمع مواد مصنوعی در پروفیل شیمیایی حادث می‌شود.

علاوه بر این، فاکتورهای دیگری، پروفیل شیمیایی یک گیاه را تغییر می‌دهند.

که از جمله این فاکتورها می‌توان فاکتورهای درونی چون عوامل ژنتیکی و فاکتورهای برونی چون کشت، برداشت، خشک‌کردن و شرایط انبارداری گیاهان دارویی را ذکر نمود.

مطالعات شیموتاکسونومیکی (طبقه‌بندی گیاهان بر اساس ترکیبات شیمیایی موجود در گیاه) که به‌طور معمول در آزمایشگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند، تنها می‌توانند به‌عنوان معیار کیفی در مورد متابولیت‌های ثانویه، مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای تعیین کمی این ترکیبات، استفاده از نشانگرهای ویژه (شیمیایی) که به‌کمک آن به آسانی بتوان گونه‌های گیاهان دارویی را از یکدیگر تشخیص داد، یک الزام است.

در این رابطه، همان‌طور که در فوق ذکر شد، در هرگیاه یک نشانگر منحصر به فرد را نمی‌توان یافت.

مشکلی که در شناسایی گونه‌های گیاهان دارویی با استفاده از صفات مرفولوژیک وجود دارد، وجود نام‌های گیاهشناسی متفاوت در مورد یک گیاه در نواحی مختلف جهان است.

در این حالت ممکن است گونه‌های گیاهان دارویی نادر و مفید، با گونه‌های دیگری که از لحاظ مرفولوژیکی به گیاه اصلی شبیه‌اند، اشتباه فرض شوند.

بنابراین، با توجه به مشکلات موجود در زمینه شناسایی گیاهان دارویی با استفاده از روش‌های سنتی و با توجه به پیشرفت محققین در زمینه ایجاد نشانگرهای DNA ‌،‌ استفاده از این تکنیک‌های نوین می‌تواند ابزاری قدرتمند در استفاده کارا از گونه‌های مؤثر دارویی محسوب شود.

از جمله مزایای این نشانگرها، عدم وابستگی به سن و شرایط فیزیولوژیکی و محیطی گیاه دارویی است.

پروفیلی که از انگشت نگاری DNA یک گیاه دارویی به‌دست می‌آید، کاملاً به همان گونه اختصاص دارد.

همچنین برای استخراج DNA به‌عنوان ماده آزمایشی در آزمایشات نشانگرهای مولکولی، علاوه بر بافت تازه، می‌توان از بافت خشک نیز استفاده نمود و از این رو، شکل فیزیکی نمونه برای ارزیابی آن گونه، اهمیت ندارد.

نشانگرهای مختلفی بدین منظور ایجاد شده‌اند که از آن جمله می‌توان به روش‌های مبتنی بر هیبریداسیون (مانند RFLP )، روش‌های مبتنی بر RCR (مانند AFLP ) و روش‌های مبتنی بر توالی‌یابی (مانند ITS ) اشاره کرد.

برخی موارد کاربرد نشانگرهای DNA در زمینه گیاهان دارویی ارزیابی تنوع ژنتیکی و تعیین ژنوتیپ (Genotyping) تحقیقات نشان داده است که شرایط جغرافیایی،‌ مواد دارویی فعال گیاهان دارویی را از لحاظ کمی و کیفی، تحت تأثیر قرار می‌دهد.

بر پایه تحقیقات انجام شده، عوامل محیطی محل رویش گیاهان دارویی در سه محور زیر بر آنها تاثیر می‌گذارد: 1- تاثیر بر مقدار کل ماده مؤثره گیاهان دارویی 2- تاثیر بر عناصر تشکیل دهنده مواد مؤثره 3- تاثیر بر مقدار تولید وزن خشک گیاه عوامل محیطی که تاثیر بسیار عمده‌ای بر کمیت و کیفیت مواد مؤثره آنها می‌گذارد عبارتنداز نور، درجه حرارت، آبیاری و ارتفاع محل.

بنابراین نیاز است که به‌دقت این موضوع مورد بررسی قرار گیرد.

به این خاطر، بسیاری از محققین، تأثیر تنوع جغرافیایی بر گیاهان دارویی را از لحاظ تغییرات در سطوح مولکول DNA (ژنتیک) مطالعه نموده‌اند.

این برآوردها از تنوع ژنتیکی می‌تواند در طراحی برنامه‌های اصلاحی گیاهان دارویی و همچنین مدیریت و حفاظت از ژرم‌پلاسم آنها به‌کار رود.

شناسایی دقیق گیاهان دارویی از نشانگرهای DNA می‌توان برای شناسایی دقیق گونه‌های گیاهان دارویی مهم، استفاده کرد.

اهمیت استفاده از این نشانگرها، به‌ویژه در مورد گونه‌ها و یا واریته‌هایی که از لحاظ مرفولوژیکی و فیتوشیمیایی به هم شبیهند، دوچندان می‌شود.

گاهی ممکن است بر اثر اصلاح گیاهان دارویی کالتیوارهایی به‌وجود آید که هر چند از نظر ظاهر با سایر افراد آن‌گونه تفاوتی ندارد ولی از نظر کمیت و کیفیت مواد مؤثره اختلاف‌های زیادی با آنها داشته باشد.

در این حالت اصلاح‌کنندگان چنین گیاهانی باید تمام مشخصات آن کالتیوار را از نظر خصوصیات مواد مؤثره ارایه دهند که شناسایی و معرفی خصوصیات مذکور مستلزم صرف هزینه و زمان زیاد از نظر کسب اطلاعات گسترده درباره فرآیندهای متابولیسمی گیاه مربوطه است.

به‌علاوه امکان تغییرپذیری وضعیت تولید و تراوش مواد مؤثره در مراحل مختلف رویش گیاه همواره باید مورد نظر اصلاح‌کننده قرار داشته‌باشد.

به‌عنوان مثال، از نشانگرهای RAPD و PBR برای شناسایی دقیق گونه P.ginseng در بین جمعیت‌های جینسنگ ( ginseng ) استفاده شده است.

همچنین برخی از محققین از یک راهکار جدید به‌نام DALP ( Direct Amplification of Length Polymorphism ) برای شناسایی دقیق Panax ginseng و Panax quinquefolius استفاده کرده‌اند.

انتخاب کیموتایپ‌های (Chemotypes) مناسب به‌کمک نشانگر علاوه بر شناسایی دقیق گونه‌ها، پیش‌بینی غلظت ماده شیمیایی فعال گیاهی (Active Phytochemical) نیز برای کنترل کیفی یک گیاه دارویی مهم است .

شناسایی نشانگرهای (DNA QTL) که با مقدار آن ترکیب دارویی خاص همبستگی دارند، می‌تواند جهت کنترل کیفی و کمی مواد خام گیاهی، مؤثر واقع شود.

لازم به‌ذکر است که تنها تفاوت بین کیموتایپ‌های مختلف، مقدار ماده شیمیایی فعال آنها است.

همچنین، پروفیل‌های حاصل از نشانگرهای DNA می‌توانند جهت تعیین روابط فیلوژنتیکی (خویشاوندی) بین کیموتایپ‌های مختلف یک گونه گیاه دارویی به‌کار روند.

در سال‌های اخیر مطالعات زیادی به‌منظور تعیین رابطه بین نشانگرهای DNA و تنوعات کمی وکیفی ترکیبات فعال دارویی در بین گونه‌ها و خویشاوندان نزدیک گیاهان دارویی، صورت گرفته و یا در حال انجام است.

از طرفی، به‌کارگیری توأم تکنیک‌های مولکولی و تکنیک‌های آنالیزی دیگر، چون TLC و HPLC ، می‌تواند شناخت ما را نسبت به یک گونه دارویی خاص و به تبع آن کنترل کیفی و کمی ترکیب دارویی مورد نظر در سطح صنعتی، افزایش دهد.

به‌عنوان مثال بررسی تنوع ژنتیکی Artemisia annua ، به‌عنوان منبع ترکیب ضد ملاریای آرتمیزینین (artemisinin)، نشان می‌دهد که ژنوتیپ‌های این گیاه در سراسر هند، از لحاظ محتوای این ترکیب (مقدار ماده مؤثره آرتمزینین)، تنوع نشان می‌دهند.

این بررسی با استفاده از نشانگر RAPD (یک نوع نشانگر DNA ) صورت گرفته است.

مهندسی ژنتیک شاخه بعدی بیوتکنولوژی که در زمینه گیاهان دارویی کاربردهای فراوانی دارد، “مهندسی ژنتیک” است.

پیشرفت‌های اخیر در زمینه ژنتیک گیاهی و تکنولوژی DNA نوترکیب، کمک شایانی به بهبود و تقویت تحقیقات در زمینه بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه کرده است.

قسمت اعظمی از تحقیقات در زمینه متابولیت‌های ثانویه، به‌روی شناسایی و دستکاری ژنتیکی آنزیم‌های دخیل در مسیر متابولیکی سنتز یک متابولیت ثانویه، متمرکز شده‌است.

ابزار طبیعی که در فرآیند مهندسی ژنتیک و در اکثر گونه‌های گیاهی و بخصوص گیاهان دولپه به‌کار می‌رود، یک باکتری خاکزی به‌نام آگروباکتریوم (Agrobacterium) است.

گونه‌های مختلف این باکتری، مهندسان طبیعی هستند که بیماری‌های‌ تومور گال طوقه‌ (Crown Gall Tumour) و ریشه مویی (Hairy Root) را در گیاهان سبب می‌شوند.

تحقیقات نشان داده‌است که ریشه‌های مویی تولید شده به‌وسیله گونه‌ای از این باکتری به‌نام‌ A.

rhizogenes ‌، بافتی مناسب برای تولید متابولیت ثانویه هستند.

به علت پایداری و تولید زیاد این بافت‌ها در شرایط کشت عاری از هورمون، تاکنون گونه‌های دارویی زیادی با استفاده از این باکتری تغییر یافته‌اند.

که از آن جمله می‌توان به کشت ریشه‌ مویی گیاه دارویی Artemisia annua به‌منظور تولید ترکیب دارویی فعال، اشاره کرد.

تحقیقات نشان داده است که شرایط جغرافیایی،‌ مواد دارویی فعال گیاهان دارویی را از لحاظ کمی و کیفی، تحت تأثیر قرار می‌دهد.

بنابراین می‌توان دید که مهندسی ژنتیک می‌تواند به‌عنوان ابزاری قدرتمند جهت تولید متابولیت‌های ثانویه جدید و همچنین افزایش مقدار متابولیت‌های ثانویه موجود در یک گیاه به‌کار رود.

گیاهان تراریخته (Transgenic Plants) و اهمیت اقتصادی آن‌ها: فنون دست‌ورزی ژنتیکی گیاهان در اوایل دهه 80 میلادی ابداع گردید و نتایج کاربردی آن از اوایل دهه 90 با ایجاد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات، بیماری‌ها و علف‌کش‌ها به ثمر نشست.

اکنون حدود دو دهه از پیدایش فنون دی‌ان‌‌آی نوترکیب و مهندسی ژنتیک گیاهی می‌گذرد.

در این مدت سرمایه‌گذاری‌های هنگفت و تلاش فراوانی در نقاط مختلف دنیا برای توسعه و بهبود این فنون جهت دستیابی به اهداف موردنظر به‌عمل آمد.

مهندسی ژنتیک، انقلاب سبزی را برای بهبود کمی و کیفی محصولات کشاورزی و غلبه بشر بر گرسنگی و فقر غذایی بنیان نهاده است.

دانشمندان با دست‌کاری ژن‌های یک گیاه، جانور و میکروارگانیسم، نژادهای تراریخته‌ای از آن را به وجود می‌آورند که نسبت به نژاد طبیعی، به آفات و بیماری‌ها و یا سموم مقاوم بوده، ‌‌یا برخی عناصر غذایی و ویتامین‌ها را که نوع طبیعی فاقد آن است، تولید می‌نماید.

لذا این قبیل گیاهان یا جانوران، محصول بیشتر و با کیفیت بهتری تولید می‌کند.

در دهه آینده امید می‌رود با استفاده از گیاهان زراعی تراریخته، افزایش عملکرد از 10 به 25 درصد برسد.

از سال‌های‌ 1982 و 1983 که‌ اولین‌ انتقال موفقیت‌آمیز ژن‌ها به سلول‌های گیاهی انجام شد، سرعت پیشرفت ایجاد گیاهان تراریخته افزایش یافت‌.

اولین آزمایش مزرعه‌ای گیاهان تراریخته در سال 1986 در کشور فرانسه انجام گرفت.

اما استفاده عملی از گیاهان تراریخته، زمانی آغاز شد که کشور چین تنباکو و گوجه‌فرنگی تراریخته مقاوم به ویروس را در پایان‌ سال‌ 1992 برای عرضه در بازار تصویب نمود و سپس گوجه‌فرنگی با قابلیت انبارداری بیشتر توسط شرکت کالگن آمریکا در سال 1994 معرفی شد.

امروزه تولید گیاهان تراریخته از عمده‌ترین کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی می‌باشد.

در حال حاضر، انتقال ژن از طریق مهندسی ژنتیک و تولید گیاهان تراریخته در مواردی همچون مقاومت به آفات، بیماری‌ها، علف‌کش‌ها، بهبود کیفیت پروتئین و روغن و غیره در بیش از 60 گیاه زراعی، باغی و زینتی حاصل شده است و تعداد آن‌ها با سرعت زیادی روز به روز افزایش می‌یابد.

سطح زیرکشت این قبیل گیاهان در جهان طی سال‌های اخیر با روند تصاعدی افزایش یافته و از سال 96 تا 2001 حدود 30 برابر شده است (جدول 1).

اکنون بیش از 25 درصد سطح‌کشت جهانی گیاهان تراریخته در کشورهای در حال توسعه قرار دارد.

شمار کشورهایی که گیاهان زراعی تراریخته را کشت می‌کنند، از یک کشور در سال 1992 به چهارده کشور در سال‌ 2002 افزایش یافته ‌است.

میزان فروش محصولات گیاهان تراریخته طی سال‌های 1995 تا 2000 به‌سرعت افزایش یافت (جدول 2).

بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال 2001 از مرز سه میلیارد دلار گذشت و پیش‌بینی می‌‌شود که در سال 2005 و 2010 به ترتیب تا حد 6 و 20 میلیارد دلار افزایش یابد.

سود حاصل از گیاهان تراریخته طی سال 1999 حدود 700 میلیون دلار بود که بیش از دو میلیون کشاورز از آن بهره‌مند شده‌اند.

در سال 2001 حدود پنجونیم میلیون کشاورز از کشت این قبیل گیاهان بهره برده‌اند.

لذا اکنون مقبولیت گونه‌های جدید زراعی، باغی و حتی دام‏های تراریخته نزد کشاورزان افزایش یافته است و این خود موضوعی است که دانشمندان را به سوی تولید فرآورده‏های نوین و با قابلیت‏های بیشتر سوق می‏دهد.

پیش‌بینی می‌‌شود که در سال 2025 حدود 1،6 میلیارد نفر در جهان از طریق مهندسی ژنتیک غلات تغذیه خواهند نمود.

شرکت زنکا (Zeneca) معتقد است که بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال 2020 به 75 میلیارد دلار خواهد رسید، لذا سرمایه‌گذاری در این زمینه را از 20 میلیون دلار در سال 97 به 60 میلیون در سال 98 افزایش داد.

شرکت نوارتیس سوئیس نیز حدود 20 میلیون دلار طی سال‌های 99 و 2000 برای گسترش ساختمان موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی خود هزینه نمود.

کاهش هزینه کشاورزان از طریق کنترل بهینه آفات، بیماری‌ها، علف‏های هرز، کاهش مصرف سموم و افزایش کمیت و کیفیت محصول، از جمله مزیت‌های حاصل از کاربرد گیاهان تراریخته (تغییریافته ژنتیک) می‌باشد.

گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و بیماری‌های شایع و خسارت‌زا قادرند خسارات سالیانه 30 درصدی محصولات کشاورزی را کاهش دهند؛ در نتیجه امروزه شاهد رویکرد کشاورزان در کشورهای صنعتی به سوی کاشت و بهره‏برداری از این قبیل گیاهان هستیم.

کاشت این‌گونه گیاهان، هزینه‌های مبارزه شیمیایی و کاربرد سموم دفع آفات نباتی را کاهش می‌دهد.

از سوی دیگر صدمات وارده به منابع زیستی مثل خاک و آب‌های زیرزمینی را به حداقل می‌رساند.

برای روشن شدن مطلب به ذکر چند مثال زیر بسنده می‌شود: مثالهایی از کاهش خسارات آفات 1- خسارت ناشی از کرم برگ‌خوار ذرت، سالیانه معادل 40 میلیون تن است که این میزان قادر به تامین کالری لازم برای 60 میلیون نفر می‌باشد.

به‌کمک مهندسی ژنتیک می‌توان این‌گونه خسارت‌ها را به حداقل ممکن کاهش داد.

2- تنباکو تراریخته مقاوم به ویروس در چین باعث شد تا عملکرد برگ آن 5 تا 7 برابر افزایش یابد و تعداد دفعات سمپاشی (بر علیه شته‌های ناقل) 3-2 بار کاهش یابد.

3- در آمریکا طی سال 1996 متوسط خسارت کرم اروپایی ذرت برابر 9 درصد بود و در بعضی مناطق به بیش از 30 درصد می‌رسید و متوسط ارزش خسارت برابر 1 میلیارد دلار بود.

سود خالص از ذرت Bt مقاوم به این آفت (بدون احتساب هزینه‌های علف‌کش) برابر با 27.25 دلار در هر ایکر (واحد سطح) محاسبه شد.

کل سود خالص حاصل از کاشت ذرت Bt در سال 1996 و 1997 در آمریکا به ترتیب 19 و 190 میلیون دلار بود.

4- سال 1996 در آمریکا کاشت سیب‌زمینی Bt (مقاوم به سوسک کلرادو) به طور متوسط تعداد سمپاشی را به 1.2 دفعه کاهش داد که متوسط پس‌انداز هزینه سمپاشی 5 دلار در هر ایکر (12 دلار در هکتار) بود.

در مجموع با صرفه‌جویی در مصرف حشره‌کش، ‌متوسط افزایش بازده کشاورزان با استفاده از سیب‌زمینی Bt (در مقایسه با شاهد) برابر 14 دلار در ایکر بود (35 دلار در هر هکتار با احتساب افزایش عملکرد و کیفیت غده).

5- یک بررسی بر روی پنبه تراریخته Bt مقاوم به کرم غوزه طی سال 1996 در آمریکا نشان داد که عملکرد در مقایسه با شاهد به طور متوسط 7 درصد افزایش می‌یابد و حتی بسته به تراکم آفت این افزایش تا 20درصد نیز می‌رسید.

همچنین میزان مصرف حشره‌کش 20000 گالن کاهش یافت.

میزان صرفه‌جویی ناشی از عدم به کارگیری حشره‌کش در هکتار معادل 140 تا 180 دلار در هکتار بود و افزایش هزینه خرید بذر در هر هکتار معادل 80 دلار بود.

بنابراین متوسط سود خالص در هر هکتار حدود 80 دلار (33 دلار در هر ایکر) محاسبه گردید.

بنابراین سود حاصل از کاشت 1.8 میلیون ایکر پنبه Bt در سال 1996 برای کشاورزان آمریکایی برابر 60 میلیون دلار بود.

6- کل سود حاصل از کشت گیاهان پنبه ، ذرت و سیب زمینی Bt در آمریکا طی سال 1996 برابر 80 میلیون دلار بود و در سال 1997 میلادی برای ذرت Bt به تنهایی معادل 190 میلیون دلار بود.

7- سال 1996 در کانادا متوسط عملکرد کلزای متحمل به علف‌کش مقدار 9درصد بیشتر از تیمارهای شاهد (روش‌های دیگر کنترل علف هرز) بود و حتی به بیش از 20درصد نیز می‌رسید.

از طرفی میزان مصرف سم از طریق کاهش تعداد دفعات سمپاشی (80 درصد کشاورزان تنها یک بار سمپاشی نمودند) از 570 گرم به 160 گرم ماده فعال در هر ایکر (1400 گرم در هر هکتار به 400 گرم) کاهش یافت.

سود خالص حاصل در یک برآورد متوسط محافظه‌کارانه حدود 20 دلار در هر ایکر (50 دلار در هر هکتار)‌ تخمین زده شد.

بنابراین کل سود حاصل در 300 هزار ایکر کلزای مقاوم به علف‌کش در کانادا برابر 6 میلیون دلار بود.

8- سویا مقاوم به علف‌کش نیز باعث کاهش 40-10 درصد از مصرف علف‌کش می‌‌شود.

9- در استرالیا، کشاورزان برای مبارزه با شپشک‌های نخود فرنگی هر ساله حدود 16 میلیون دلار حشره‌‌کش‌‌های شیمیایی خرید می‌‌نمایند.

این آفت مهمترین عامل کاهش در محصول 100 میلیون دلاری نخودفرنگی استرالیا می‌‌باشد.

سازمان تحقیقات علمی و صنعتی این کشور با انتقال یک ژن از لوبیا قرمز توانسته است نخود فرنگی تراریخته‌‌ای ایجاد نماید که حدود 99.5 درصد در برابر حمله شپشک‌‌ها مقاومت دارد.

زمینه‌های مختلف کاربرد گیاهان تراریخته: 1- مبارزه با آفات و بیماری‌ها یکی از رویکردهای بیوتکنولوژی برای مبارزه با آفات و بیماری‌های گیاهی، مقاوم نمودن گیاه از طریق دست‌کاری ژنتیک و انتقال ژن می‌باشد.

تولید گیاهان تراریخته حاوی ژن‌های تولیدکننده پروتئین‌های سمی، که در مقابل آفات خاصی بسیار سمّی و مؤثر بوده و در عین حال برای انسان، گیاه، حیات‌وحش و حشرات مفید، زیانی ندارند، از مثال‌های کاربردی مهندسی ژنتیک می‌باشد.

استخراج ژنBt از باکتری Bacillus Thuringiensis و انتقال آن به ذرّت، پنبه و سیب‌زمینی باعث مقاومت آنها در مقابل حشرات شده است.

اکنون میلیون‌ها هکتار از این قبیل گیاهان در تعدادی از کشورهای صنعتی و در حال توسعه جهان کشت می‌شود.

واضح است که این فناوری با از بین بردن نیاز به استفاده از سموم شیمیایی، چه خدمتی به حفظ محیط‌زیست و صرفه‌جویی اقتصادی کشاورزان می‌نماید که در بخش قبلی نیز چند مثال ذکر شد.

در دانشگاه دیویس کالیفرنیا، انتقال ژن mi به گوجه‌فرنگی و ابراز آن در برگ‌‌ها موجب مقاومت به نماتد گره‌‌زای ریشه (Root knot) و شته می‌‌شود، ولی این ژن در درجه حرارت‌‌های بالاتر در مناطق گرمسیری غیرفعال می‌‌شود و نیاز به مطالعات بیشتر دارد.

نتقال ژن Bt به باکتری خاکزی سودوموناس فلوئورسنس (Pseudomonas fluorescence) که با ریشه غلات و سویا همزیست می‌‌باشد و اضافه‌کردن این باکتری به خاک می‌‌تواند خسارت کرم اگروتیس یا شب‌پره زمستانی (Agrotis ipsilon or Black cutworm) در غلات را کنترل کند.

محققان آمریکایی با انتقال ژن Pin2 به گیاه برنج باعث مقاوم شدن آن در برابر حشرات شده‌اند.

منابع 1 - FAO : Non wood forest production in the near east country Report Iran ( INT) 2 - مطالعات سازمان بهداشت جهانی WHO شامل هاسنا 1997 و طب سنتی 3 - سازمان پژوهش های علمی صنعتی ( بخش بیوتکنولوژی ) خانم دکتر نسرین معظمی 4 - جایگاه اقتصاد گیاهان دارویی در ایران و جهان ، علی ابراهیمی ، همایش بین المللی طب سنتی و مقررات پزشکی پزشکی سال 79 5 - ضرورت نگرش سیستمیک در مدیریت توسعه پایدار گیاهان دارویی ، علی ابراهیمی ، همایش ملی گیاهان دارویی 1380 6 - مطالعات میدانی و تحقیقاتی نگارنده به عنوان مجری طرح های تحقیقاتی گیاهان دارویی و خلاصه مذاکرات علمی با متخصصین ذیر بط در امور گیاهان دارویی و گزارش ساماندهی تحقیقات گیاهان دارویی به کمیسیون شورایعالی تحقیقات وزارت جهاد سازندگی ، علی ابراهیمی ، 1379 7 - گزارشات مرکز توسعه صادرات 8 - مرکز اطلاعات و مدارک علمی کشور 9 - سایر منابع اینترنتی ( شرح پیوست )