معرفی موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی

مقدمه:

در سال 1378 در راستای تدوین و اجرای طرح های بزرگ ملی برای رشد و فعالیت در عرصه کشاورزی با هدف پیشرفت هدفمند تحقیقات در زمینه های  مربوط به بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک در کشاورزی، با تصویب شورای عالی سیاست گذاری وزارت کشاورزی، تحقیقات بیوتکنولوژی کشاورزی به یک پژوهشکده مستقل تبدیل شد.

این موسسه در سال 1379 مجوز رسمی خود را اخذ کرده و از سال 1382 به طور رسمی شروع به کار کرد.

این پژوهشكده در طول مدت كوتاه فعالیت خود از جایگاه ممتازی در عرصه تحقیقات كشاورزی برخوردار شده است.

این پژوهشکده دارای سیستم مدیریت خاص خود می باشد که هرکدام به نوبه خود دارای زیرمجموعه هایی هستند ولی اشاره به همه آنها در این بحث نمی گنجد، فقط کافی است بگوییم مدیریت این موسسه بر عهده دکتر سید مجتبی خیام نکویی بوده و معاون پژوهشی ایشان آقای دکتر مجیدی هروان هستند.

پژوهشکده  بیوتکنولوژی  کشاورزی در حال حاضر دارای 114 نفر عضو هیات علمی و کارشناس تحقیقاتی می باشد که در رشته های مختلف مانند ژنتیک، مهندسی ژنتیک، بیوتکنولوژی، فیزیولوژی، بیوشیمی، باغبانی، زیست شناسی سلولی و مولکولی و میکروبیولوژی دارای تخصص می باشند، که 20 نفر از آنها دارای مدرک دکتری و 39 نفر دارای مدرک کارشناسی ارشد هستند. حدود 55 نفر کارشناس دارای درجه لیسانس نیز به عنوان دستیار تحقیقاتی در طرح ها و پروژه های این موسسه مشغول فعالیت می باشند.

این موسسه دارای بخش های تحقیقاتی جداگانه ای است که اسامی آنها به شرح زیر می باشد:

بخش تحقیقات ژئومیکس:

در بخش تحقیقات ژنومیكس پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی با استفاده از روش های نوین بیوتکنولوژی، ژنوم گیاهان، آفات مهم مرتبط باکشاورزی مورد بررسی قرار می گیرد.

عمده‌ترین فعالیت‌های این بخش بررسی تنوع ژنتیكی گیاهان، سوش‌های مختلف عوامل بیماریزای گیاهی و حشرات، مکان یابی و نشان مند کردن ژنهای کنترل کننده تنشهای های زیستی و غیر زیستی، تبدیل نشانگرهای تصادفی به نشانگرهای اختصاصی، جداسازی، دست‌ورزی و همسانه‌سازی ژنهای مفید ،ساخت پلاسمید، آنالیز مولكولی گیاهان تراریخته و تهیه كیتهایی به منظور تسهیل و تسریع شناسایی عوامل بیماری‌زا در گیاهان می‌باشد.

بخش کشت و بافت و تحقیقات ژن:

فعالیت‌های اولیه تحقیقاتی در بخش كشت ‌بافت و انتقال ژن در مواردی همچون ریزازدیادی، ، گزینش واریانت‌ها در محیط كشت، تركیب پروتوپلاست‌ها و نجات جنین بوده‌است. با تاسیس مؤسسه تحقیقات بیوتكنولوژی كشاورزی در سال 1379، این بخش تحقیقاتی از آخرین تكنیكهای كشت بافت و انتقال ژن با تجهیزات كامل ، برخوردار گردید. در حال حاضر این بخش  تكثیر انبوه چندین گیاه مهم زراعی و باغی، ایجاد تنوع ژنتیکی، اصلاح گیاهان از طریق تكنیك كشت بافت را انجام می‌دهد.  انتقال ژن به گیاهان زراعی با استفاده از تكنیكهای آگروباكتریوم و تفنگ ژنی، در پروژه‌های اصلاح نباتات و تولید گیاهان مقاوم به آفات، امراض و تنش‌های محیطی از دیگر فعالیتهای این بخش است. هم‌اكنون عمده فعالیت‌های این بخش در سه زمینه ریزازدیادی، انتقال‌ژن و تولید گیاهان هاپلوئید  و دابل‌هاپلوئید  متمركز می‌باشد.

بخش ژنتیک، زیست شناسی سلولی و مولکولی:

مطالعه در زمینه رشد و نمو گیاهی تا سالهای 1980 محدود به تشریح مورفولوژیكی و فیزیولوژیكی فرآیندهای رشدی بود.  با ظهور زیست‎شناسی مولكولی و به ویژه كاربرد روشهای ژنتیكی، زیست شناسی نوین گیاهی مطالعات خود را درسطح ژن متمركزنموده است. امروزه پژوهشهای زیست شناسی برای پاسخ دادن به اینكه چه ژنهایی در فرآیندهای رشد و نمو نقش دارند و كاركرد آنها در سطح مولكولی چگونه است انجام می گیرد. با درك پدیده‎های رشد و نمو گیاهی در سطح بافت، سلول و مولكول كه به طور پایه ای به دنبال روشن نمودن چگونگی و نحوه كار سیستم های زیستی و اجزاء آن است، زمینه كاربرد های بعدی در بیوتكنولوژی به وجود می آید.

بخش فیزیولوژی، بیوشیمی و پروتومیکس:

بخش عمده ای از سرزمین ایران در اراضی خشك و نیمه خشك قرار گرفته و متوسط بارندگی آن كمتر از 250 میلی متر در سال می باشد و از طرف دیگر با توجه به تنوع اقلیمی ایران گیاهان به طور مستمر با عوامل مختلف طبیعی از قبیل سرما, خشكی و شوری آب و خاك مواجه می باشد. مقابله با این عوامل مستلزم به کارگیری راهکارهای مختلفی از جمله بهبود زیر ساخت ها، استفاده بهینه از منابع آب و خاک و اصلاح نبات نام برد. در این میان اصلاح گیاهان برای افزایش مقاومت به عوامل طبیعی یكی از موثرترین روشهای مقابله با تنش ها می باشد. با این وجود، روشهای اصلاحی سنتی برای رسیدن به این هدف با مشكلات بسیاری روبرو بوده و روند آن كند می‌باشد كه بخش عمده آن  به پیچیدگی مکانیسم های مقاومت و تعداد بسیار زیاد ژنهای دخیل در آن برمی‌گردد. بخش فیریولوژی، بیوشیمی و پروتئومیکس تلاش دارد که با بکارگیری راهکارهای مختلف و شناخت مكانیزم های دخیل در مقاومت, امكان اصلاح هدفمند, كارا, دقیق و سریع گیاهان زراعی را فراهم  آورد. همچنین به کارگیری امکانات پیشرفته بخش برای بیان ژن مهم در خارج از سلول، تولید پاد زهر و شناسایی عوامل بیماری زا از جمله اهداف بخش می باشد. عمده فعالیت بخش را می توان در دو آزمایشگاه فیزیولوژی و پروتئومیکس خلاصه نمود.

بخش زیست ایمنی و میکروارگانیسم ها:

بخش ریزسازواره‌ها و ایمنی زیستی یكی از بخشهای موسسه  تحقیقات بیوتكنولوژی كشاورزی می‌باشد كه در چهار زمینه عمده فعالیت دارد:

1-جمع آوری، شناسایی، حفظ و نگهداری میكروارگانیسم‌های مرتبط با بخش كشاورزی در بانك سلولی.

2-اجرای پروژه‌ها‌ و طرح‌های تحقیقاتی حول محورتولید فراورده های بیولوژیك مورد استفاده در بخش كشاورزی و صنایع وابسته به آن از جمله سموم بیولوژیك، كودهای بیولوژیك و فراورده های با ارزش مورد استفاده در صنعت غذا.

3- طراحی فرایندهای مربوط به تولید فراورده ای فوق الذكر در اشل های نیمه صنعتی و صنعتی.

4- زیست ایمنی در رابطه با تولید، آزمایش و مسایل ـ حقوقی موجودات تراریخته ((GMOs و همچنین مسایل مربوط به استفاده صحیح از میكروارگانیسم‌ها.

تاكنون تعداد قابل توجهی میكروارگانیسم‌ (شامل انواع گونه های قارچی،  باكتریایی و جلبكهای تك سلولی) از مناطق مختلف كشور و سایر كشورها جمع آوری شده است. این میكروارگانیسم‌ها یا دارای كاربرد در بخش كشاورزی و صنایع وابسته به آن هستند و یا از نقطه نظر فعالیت‌های مولكولی و تكنولوژی انتقال ژن و مهندسی ژنتیك دارای ارزش ویژه‌ای می‌باشند.

همچنین میكروارگانیسم‌های مختلف حاصل از تعدادی از طرح‌ها و پروژه‌های تحقیقاتی موسسه جمع‌آوری و نگهداری گردیده است. بر اساس توافقات بعمل‌آمده   با بعضی از موسسات تحقیقاتی تحت پوشش  سازمان تحقیقات و آموزش كشاورزی، قرار است برخی میكروارگانیسم‌های این موسسات نیز در پژوهشكده بیوتكنولوژی نیز نگهداری گردند.

بخش خدمات فنی و پشتیبانی تحقیقات:

بخش خدمات فنی و پشتیبانی تحقیقات با هدف پشتیبانی علمی و فنی سایر بخش‏های تحقیقاتی موسسه ایجاد شده است. در راستای این هدف، خدمات گوناگونی از سوی این بخش به سایر بخشهای تحقیقاتی و واحدهای دیگر موسسه ارایه می شود. همچنین فعالیتهای تحقیقاتی و مطالعاتی مختلفی مانند بررسی جنبه‏های مختلف اخلاقی، فرهنگی، مذهبی، اقتصادی و مدیریتی كاربرد بیوتكنولوژی در كشاورزی در کنار ارایه خدمات به بخشهای دیگر موسسه، در این بخش انجام می پذیرد.

تهیه و چاپ خبرنامه داخلی به صورت ماهانه با همکاری روابط عمومی و سایر بخشهای موسسه از دیگر فعالیتهای مهم این بخش می باشد.

کارهای مهم انجام شده توسط پژوهشکده تا کنون:

1. تولید اولین و تنها برنج تراریخته پایدار ایرانی در جهان

ساقه‌خوارها و برگ‌خوارها از آفات اصلی برنج در بسیاری از كشورها می‌باشند، كه برای كنترل آنها سالانه مبالغ هنگفتی صرف خرید سموم شیمیایی می‌شود. ضمن اینكه در اثر كاربرد بی‌رویه سموم شیمیایی بعضی از گونه‌های این آفات به سموم شیمیایی مقاوم شده‌اند. نكته قابل توجه دیگر زیان بار بودن كاربرد سموم شیمیایی برای  محیط زیست، به خصوص سلامت انسان و موجودات مفید موجود در طبیعت می‌باشد. با توجه به موارد ذكر شده، در جهت كاهش مخاطرات زیست محیطی و كاهش هزینه‌های تولید برنج در كشور، برای اولین بار در جهان محققان این پژوهشكده  ژن cry1Ab را از باكتری Bacillus thuringiensis (Bt) جدا نموده و با استفاده از روش بمباران ژنی به ارقام زراعی برنج طارم مولایی و خزر منتقل كردند. لازم به ذكر است كه این ژن،كد كننده پروتئینی می‌باشد كه فقط بر روی یك سری خاص از آفات سمیت داشته و برای انسان، سایر پستانداران و حتی حشرات دیگر هیچگونه اثر سوئی ندارد. ضمن اینكه برای تولید این سم در گیاه از سیستمی استفاده شده است كه باعث می‌شود سم مورد نظر فقط در قسمت‌های سبز گیاه تولید شود و در قسمت دانه كه مورد مصرف انسان می‌باشد, تولید نمی‌شود.

بذرهای گیاهان تراریخته نسبت به تغذیه توسط لاروهای مهم‌ترین آفات زراعت برنج در ایران یعنی كرم ساقه‌خوار نواری برنج، كرم ساقه‌خوار زرد برنج، كرم سبز برگ‌خوار برنج و كرم برگ‌خوار برنج، دارای ایمنی كامل هستند و تمام لاروهای مذكور كه بر روی این گیاهان قرار گرفتند در مدت كمتر از 3 روز و قبل از ایجاد هر نوع خسارتی مرده و  از بین رفتند و نیازی به سمپاشی نبوده است. در كنار این موارد كلیه آزمایشات ایمنی زیستی بر روی این رقم انجام شده است. نتایج این آزمایشات نشان دادكه كلیه خصوصیات آن شبیه ارقام طبیعی برنج بوده و تنها خصوصیت تولید سم در بافتهای سبز، آن را از دیگر ارقام متمایز می‌كند. در حال حاضر این رقم با ارزش، آماده كشت در سطح وسیع در مزارع می‌باشد، كه با رفع موانع و مشكلات قانونی كشت گیاهان تراریخته در دسترس كشاورزان قرار خواهد گرفت. به این ترتیب اكنون محصولی در اختیار كشاورزان كشورمان قرار گرفته است كه علاوه بر برتری علمی مطلق و منحصر بفرد بودن در سراسر جهان، بی‌نیاز از مصرف سموم بوده و ضمن حفظ محیط زیست و افزایش گونه‌های مفید جانوری در محیط، موجب كاهش هزینه‌های تولید و عرضه محصولی عاری از بقایای سموم نیز می‌شود.

2. تولید اولین گیاه پنبه تراریخته در کشور

در حال حاضر بیماری قارچی ورتیسیلیوم (Verticillium dahlia) از مشكلات اصلی زراعت پنبه در مناطق مرطوب می‏باشد. ضدعفونی خاك با گاز متیل بروماید موجب از بین رفتن بیماری می‌شود ولی هزینه این روش بسیار زیاد بوده و اثرات زیان باری نیز روی موجودات خاكزی دارد، همچنین آلودگی محیط زیست را نیز به همراه دارد. یكی از سازوكارهای مبارزه با این بیماری تولید ارقام مقاوم از طریق مهندسی ژنتیك است. بدین منظور پلاسمید حاوی ژن كیتیناز در پژوهشكده بیوتكنولوژی كشاورزی  تهیه و به پنبه منتقل شد.

آدرس اینترنتی سایت: www.abrii.ac.ir