اصلاح گیاهان

اصلاح گیاهان \eslāh-e giyāhān\، یا بهنژادی گیاهان، دانش و هنر تغییر ساختار ژنتیکی گیاهان به‌منظور افزایش سودمندی آنها برای انسان. 
اصلاح گیاهان از این جهت هنر به شمار می‌آید که اصلاحگر باید بتواند اختلافات میان گیاهان را تشخیص دهد و بهترینها را برگزیند. انسانهای اولیه با انتخابهای غیرهوشمندانه، اما هنرمندانۀ خود بسیاری از گیاهان را اهلی کردند. با پیشرفتهایی که در علم ژنتیک و سایر علوم وابسته به آن صورت گرفت، دیگر هنر و مهارت فردی در انتخاب کافی نبود و اصلاحگران براساس اصول علمی، به انتخاب واریته‌های برتر اقدام کردند. شروع اصلاح گیاهان با آغاز کشاورزی هم‌زمان بوده است، چراکه کشاورزان برای کشت سال بعد خود نیاز به بذر داشته‌اند و طبعاً به‌دلخواه خود گیاهان قوی‌تر و بهتر را انتخاب می‌کرده‌اند (بریتانیکا، ذیل «اصلاح گیاهان»). 
در اواخر سدۀ 17 م، کامراریوس (1665-1721 م) به سازوکار تولید مثل در گیاهان پی برد و به اهمیت دانۀ گرده در فرایند لقاح اشاره کرد (پروو، جم‍ ؛ بریتانیکا، ذیل «کامراریوس، رودلف یاکوب»). 
پس‌از آن، دورگ‌گیری در گیاهان معمول شد و به‌تدریج انواع جدیدی به همین روش به وجود آمدند. با وجود این، پیشرفتهای به‌دست‌آمده چندان چشمگیر نبود، زیرا تلاقیها بر پایۀ اصول ژنتیکی نبود و نتایج، بیشتر مبتنی بر شانس و تصادف بود. 
پس‌از انتشار مقالۀ مشهور مِندِل دربارۀ قوانین وراثت در گیاهان، با عنوان «تجاربی در دورگ‌گیری گیاهان»، در 1865 م ــ که البته تا زمان انتشار ترجمۀ انگلیسی آن در 1901 م مورد توجه قرار نگرفت ــ و کشف دوبارۀ این قوانین در اوایل سدۀ 20 م (در این‌باره، نک‍ : فیشر، 115-126)، مبانی علمی اصلاح گیاهان پایه‌گذاری شد. اصلاح گیاهان با ابداع تلاقیهای بین گونه‌ای، تولید ارقام هیبرید از 1930 م، کشت بافت و سلول از 1960 م، و تکنیکهای DNA نوترکیب از 1980 م پیشرفت چشمگیری کرد. دورۀ اصلاح هوشمند از 1990 م، با به‌کارگیری نشانگرهای مولکولی، نقشه‌یابی و توالی‌یابی ژنومی آغاز شد (لاسر، 19). 
به‌واسطۀ افزایش جمعیت جهانی و ضرورت حفظ محیط زیست، بایستی منابع محدود اراضی کشاورزی و آب با حداکثر کارایی مورد استفاده قرار گیرند. براساس آمارهای منتشرشده توسط سازمان خواربار و کشاورزی جهانی (فائو)، تولید غذا در فاصلۀ سالهای 2000 تا 2050 م باید دو برابر شود. از طرفی تقاضا برای غذاهای سالم و دارای ارزش غذایی بالا نیز در حال افزایش است. بنابراین، ضرورت توسعۀ محصولاتی با ویژگیهای مطلوب، ازجمله مقاومت در برابر آفات، بیماریها، علف‌کشها و تنشهای محیطی و نیز دارای ارزش غذایی بالا، احساس می‌شود. در اصلاح گیاهان، با بسیاری از این چالشها مقابله شده است، ازجمله، می‌توان به افزایش چشمگیر متوسط عملکرد بسیاری از گیاهان زراعی (120 کیلوگرم در هکتار به‌ازای هر سال، در طول 20 سال گذشته) اشاره کرد (همانجا). 

اصلاح گیاهان کلاسیک

در اصلاح گیاهان کلاسیک، از تلاقی گونه‌های خویشاوند دور به‌منظور تولید واریته‌های جدید با صفات و ویژگیهای جدید استفاده می‌شود. همچنین، از تلاقی برای واردکردن یک صفت مطلوب از یک گونه به گونۀ دیگر که فاقد صفت مورد نظر است، ولی ویژگیهای مطلوب دیگری دارد (مانند عملکرد بالا)، استفاده می‌شود. برای مثال، یک واریتۀ گندم با عملکرد خوب و صفات مطلوب زراعی نسبت به بیماری قارچی سیاهک حساس است و درعوض، ارقام وحشی گندمی وجود دارند که مقاومت بالایی به بیماری سیاهک دارند، ولی فاقد صفات مطلوب زراعی‌اند. اصلاحگر با انجام تلاقی گونه‌های وحشی با رقم زراعی و گزینش، ارقامی را ایجاد می‌کند که هم مقاومت بالایی به بیماری سیاهک، و هم صفات مطلوب زراعی دارند. برای این منظور، اصلاحگر می‌باید بعد از انجام اولین تلاقی، نتایج به‌دست‌آمده را بار دیگر با والدِ دارای ویژگیهای مطلوب زراعی تلاقی دهد (= تلاقی برگشتی) تا بتواند ارقام مقاوم و دارای عملکرد مطلوب را شناسایی و انتخاب کند. 
تولید ارقام هیبرید نیز یکی دیگر از روشهای اصلاح کلاسیک است. در این روش، دو والد را، که خود از طریق خودگشنی متوالی تکثیر شده‌اند، تلاقی می‌دهند. نتایج حاصل از این تلاقی، جمعیتی را تشکیل می‌دهند که نسبت به هر دو والد بنیۀ بالاتری دارد و از عملکرد بیشتری برخوردار است. از این روش به‌طور گسترده در تولید ارقام دارای عملکرد بالا در ذرت استفاده شده است. در اصلاح کلاسیک، بسته به نوع سیستم تولید مثلی گیاه (خودگشن یا دگرگشن)، روشهای اصلاحی متفاوتی به کار می‌رود. ازجمله روشهای اصلاحی‌ای که برای اصلاح گیاهان خودگشن استفاده می‌شود، می‌توان به روش شجره‌ای و یا بالک، و در مورد گیاهان دگرگشن می‌توان به انتخاب دوره‌ای اشاره کرد. اصلاحگران کلاسیک برای ایجاد تنوع ژنتیکی و بهره‌برداری از آن برای تولید ارقام دارای عملکرد بهتر و صفات مطلوب از روشهای درون‌شیشه‌ای مانند کشت بافت و موتاسیون‌زایی نیز استفاده می‌کنند (بریتانیکا، ذیل «اصلاح گیاهان»). 

اصلاح گیاهان مدرن

 دورۀ اصلاح گیاهان مدرن با پیشرفتهایی در زمینۀ مهندسی ژنتیک و فناوری DNA نوترکیب آغاز شد. مهندسی ژنتیک این امکان را فراهم کرد که اصلاحگر بتواند ژن کنترل‌کنندۀ یک صفت خاص را از گونه‌های دور، که امکان تلاقی با گیاه مورد نظر ندارند، و یا از موجودات دیگر، به گیاه هدف انتقال دهد. برای مثال، اصلاحگران با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک، ژنهای Cry را که سمیّت بالایی برای حشرات دارنـد، از باکتـری باسیلوس تـورینگینسیس بـه گیاهان مختلف ازجمله برنج، انتقال داده‌اند و برنجهای مقاوم به آفت کرم ساقه‌خوار تولید کرده‌اند (فوجیموتو، 1151-1155). 
از روشهای مهندسی ژنتیک و یا اصلاح گیاهان مولکولی، برای تولید گیاهان با خواص انبارداری طولانی‌تر نیز استفاده شده است. برای مثال، با دست‌کاریهای ژنتیکی، گوجه‌فرنگیهایی تولید شده‌اند که دو هفته نسبت به گوجه‌فرنگیهای معمولی ماندگاری بیشتری دارند (شیهی، 8805-8809). 
با توسعۀ روشهای اصلاح گیاهان مولکولی و پیشرفتها در زمینۀ توالی‌یابی ژنومی و نقشه‌یابی ژنتیکی، اصلاح گیاهان وارد مرحلۀ تازه‌ای شده است، به‌طوری که روشهای مختلفی برای اصلاح صفات کمی (صفاتی که به‌وسیلۀ تعداد زیادی ژن کنتـرل می‌شوند) ابـداع شده است. گاهـی شناسایی گیاهان دارای یک صفت مطلوب از روی فنوتیپ ظاهری (شکل ظاهری) آنها امکان‌پذیر نیست. اصلاح گیاهان مولکولی این امکان را فراهم کرده است تا بتوان از نشانگرهای مولکولی برای شناسایی گیاهان مورد نظر در یک جمعیت بزرگ بهره بـرد (نک‍ : چاولا، فصل 22).

مآخذ

Britannica, 2010; Chawla, H. S., Introduction to Plant Biotechnology, Enfield, 2004; Fisher, R. A., «Has Mendel's Work Been Rediscovered?», Annals of Science, 1936, vol. I, no. 2; Fujimoto, H. et al., «Insect Resistant Rice Generated by Introduction of a Modified δ-endotoxin Gene of Bacillus Thuringiensis», Nature Biotechnology, 1993, vol. XI(10); Lusser, M. et al., New Plant Breeding Techniques, State-of-the-Art and Prospects for Commercial Development, Luxembourg, 2011; Prévost, A. M., «Camerarius, Rudolph Jacob (1665-1721)», Encyclopaedia Universalis, 2013; Sheehy, R. E. et al., «Reduction of Polygalacturonase Activity in Tomato Fruit by Antisense RNA», Proceedings of the National Academy of Sciences, 1988, vol. LXXXV (23). 

جواد قره‌چاهی