خطوط جدید برنج برای آفریقا محافظت از ویروس را ارائه می دهد

ویروس خال زرد برنج (به طور خلاصه: RYMV) مسئول تلفات بالای محصول در آفریقا، به ویژه در میان کشاورزان کوچک است. یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هاینریش هاینه دوسلدورف (HHU) و مؤسسه تحقیقات ملی فرانسه برای توسعه پایدار (IRD) اکنون خطوط برنج مقاوم در برابر بیماری را با استفاده از ویرایش ژنوم تولید کرده اند. گونه‌های برنج، که تیم توسعه آن‌ها را در مجله بیوتکنولوژی گیاهی توضیح می‌دهد ، گامی مقدماتی به سوی توانایی تولید گونه‌های نخبه سازگار محلی مقاوم برای تولیدکنندگان مواد غذایی در مقیاس کوچک در آفریقا است.

RYMV یک ویروس RNA است که توسط سوسک ها و تماس مستقیم برگ به برگ پخش می شود. در آفریقا، جایی که اکثر تولیدکنندگان زمین های کشاورزی به وسعت یک هکتار را ندارند، بین ده تا صد درصد برداشت برنج به طور منظم در اثر این ویروس از بین می رود. این باعث می شود که این مشکل برای فقیرترین کشاورزان تهدید کننده زندگی باشد.

هیچ محافظت موثری در برابر ویروس وجود ندارد. دکتر یوگاندر آرا، نویسنده اصلی این مطالعه که اکنون در نشریه بیوتکنولوژی گیاهی منتشر شده است، می گوید: «تنها محافظت واقعی، توسعه انواع برنج است که دارای ژن مقاومت در برابر RYMV هستند، که گیاه را آسیب ناپذیر می کند . یک تیم تحقیقاتی از مؤسسه فیزیولوژی مولکولی در HHU (به سرپرستی پروفسور دکتر ولف بی فرومر) و Institut de recherche pour le developpement (IRD) در مونپلیه، فرانسه، چنین خطوط برنج مقاومی را توسعه داده‌اند.

در حال حاضر سه ژن مقاومت شناخته شده است. جهش تنها در یکی از ژن ها به نام RYMV1 ، 2 و 3 برای رسیدن به مقاومت کافی است. شکل مقاوم rymv2 در گونه های برنج آفریقایی کم بازده ( Oryza glaberrima ) دیده می شود. RYMV2 ، همچنین به عنوان CPR5.1 شناخته می شود ، یک پروتئین مهم از منافذ هسته سلول را کد می کند. 

در گیاه مدل Arabidopsis thaliana ، از دست دادن تنها کپی ژن CPR5 منجر به طیف وسیعی از مقاومت نه تنها در برابر ویروس ها، بلکه در برابر باکتری ها و قارچ ها می شود. با این حال، رشد به شدت محدود است، گیاهان ضایعات خود به خودی را نشان می دهند و عملکرد کمی دارند. بنابراین مهم بود که آزمایش کنیم آیا مقاومت rymv2 می‌تواند به سایر گونه‌های برنج بدون عواقب منفی منتقل شود یا خیر.

در آفریقا، سایر واریته‌های برنج پرمحصول بر پایه گونه آسیایی Oryza indica عمدتاً استفاده می‌شوند و این گونه‌ها ژن مقاومت را ندارند. با این حال، قرار دادن ژن مربوطه رویکرد امیدوارکننده‌ای نیست، زیرا نوادگان این گونه هیبریدهای «بین گونه‌ای» بسیار عقیم هستند و بنابراین نمی‌توانند به راحتی تکثیر شوند و مقاومت را منتقل کنند.

با استفاده از روش ویرایش ژنوم CRISPR/Cas، گروه تحقیقاتی اکنون نشان داده است که جهش‌هایی در ژن RYMV2 می‌تواند در یک نوع برنج آسیایی تولید شود که آن را به روشی مشابه با شکل آفریقایی در برابر ویروس مقاوم می‌کند. در گام بعدی، هدف این است که گونه‌های نخبگان آفریقایی مربوطه را به همان شیوه ویرایش کنیم تا سپس در دسترس تولیدکنندگان آفریقایی در مقیاس کوچک قرار گیرند. کمک به این کشاورزان هدف کنسرسیوم تحقیقاتی بین المللی “Halthy Crops” است که توسط HHU اداره می شود.

زمینه و هدف: گیاهان دارای مکانیسم‌های ارثی هستند که در روزهای اولیه تکامل برای بقا مفید بودند، اما اکنون احتمال مضر بودن آنها بیشتر است. ذرت مثال خوبی برای این است: یک ژن باعث سقط هسته ها می شود که شرایط خشکسالی در زمان لقاح حاکم باشد. این صفت ایجاد شده توسط این ژن برای اجداد چند ساله وحشی گیاهان ذرت امروزی خوب بود، اما تأثیر مضری بر عملکرد گیاهان یک ساله دارد که اکنون در کشاورزی استفاده می شود.

در مورد برنج مورد بررسی در اینجا نیز وضعیت مشابه است. پروفسور فرومر: “این ویژگی مقاومتی مربوط به از دست دادن عملکرد ژنی است که ضروری نیست. اگر ژن را به طور کامل خاموش کنیم، گیاهان رفتار طبیعی دارند. اما در نتیجه از دست دادن عملکرد ژن، آنها مقاوم می شوند. به ویروس.”

دکتر الیزا لو، رهبر گروه محصولات سالم، می‌افزاید: «به اصطلاح یک کهن‌الگویی است که برای نیاکانش مفید بود، اما اکنون منجر به تلفات ویرانگر محصول در دوره‌های خشکسالی می‌شود. به نظر می‌رسد که این ژن خاموش شود. هیچ عوارض جانبی آشکاری ندارد.”

با کمال تعجب، نه خاموش کردن ژن CPR5.2 نزدیک به هم و نه دو ژن RYMV2 و CPR5.2 – حداقل در شرایط گلخانه – منجر به اختلال نمی شود. همچنین قابل توجه است که از دست دادن CPR5.2 منجر به مقاومت RYMV نمی شود . همه چیز نشان می دهد که ویرایش ژن RYMV2 یک رویکرد امیدوارکننده برای مبارزه با بیماری برنج در آفریقا است.

این تحقیق در چارچوب خوشه برتری برای تحقیقات گیاهی CEPLAS انجام شد و به عنوان بخشی از پروفسور فرومر الکساندر فون هومبولت پروفسور تامین مالی شد.