كشت سلول‌‌ها و بافت‌هاي گياهي

كشف پديده توتي پوتنسي (Totipotency) يا توانايي يك سلول در ايجاد يك موجود كامل باعث شد تا در اواخر دهه 1960 ميلادي روش‌هاي كشت سلول، بافت‌‌ها و اندام‌‌هاي گياهي توسعه يابند. اين روش‌ها به نام كشت بافت موسوم مي‌‌باشند. فنون كشت سلول و بافت در اواخر دهه 70 توسعه يافتند و تكثير گياهان با روش مذكور از اوايل دهه 80 ميلادي رايج شد. همچنين توسعه روش‌هاي انتقال ژن و مهندسي ژنتيك و ايجاد گياهان و جانوران تراريخته بدون فنون كشت سلول و بافت امكان‌پذير نبود. شناخت سريع كاربردهاي وسيع فنون كشت بافت توسط متخصصين موجب گرديد تا اين فنون به‌سرعت گسترش يابند. به طوري كه شايد امروزه از فعاليت‌‌هاي ساده و معمول بيوتكنولوژي به‌خصوص براي به‌نژادي گياهان به‌شمار مي‌‌آيند.استفاده از فن آورى کشت بافت براى تکثير رويشى گياهان يا ريزازديادى مهمترين کاربرد تجارى اين فناورى است. با اين فن آورى مى توان از يک گياه ميليونها گياه جديد، با کيفيت خوب و در زمان کوتاه توليد کرد.

برخي از كشورها از كشت بافت و روش Cryopreservation (نگهداري بافت‌‌هاي زنده گياهي در شرايط سرماي زياد) براي استفاده در بانك ژن نگهداري طولاني مدت جهت حفظ ذخاير ژنتيكي گياهاني كه از طريق غيرجنسي تكثير مي‌‌شوند و يا نگهداري بذور آن‌ها به روش‌‌هاي معمول در بانك ژن مشكل و پرهزينه مي‌‌باشد، استفاده نموده‌اند

 به طور کلى امتيازهاى روش ريزازديادى را مى توان در موارد زير خلاصه کرد:

-         گياهان تکثير شده به روش کشت بافت از قدرت رشد بالايى نسبت به گياهانى که به روش هاى سنتى تکثير مى شوند برخوردارند.

-         ازدياد آن گروه از گياهانى که با روش هاى سنتى به سختى تکثير شده و يا از نظر اقتصادى مقرون به صرفه نيستند.

-         تکثير و توليد تعداد زيادى از کلون هاى با ژنتيک معين.

-         بذور از ريسک کمترى براى جوانه زدن برخوردارند.

-         آزاد شدن از قيود اقليمى موجود از نظر فصل و زيستگاه و در تمام طول سال مى توان گياه توليد کرد.

-         حمل و نقل مواد گياهى را راحت تر مى کند.

-         نگهدارى دراز مدت و ميان مواد گياهي.

-     تکنيک هاى کشت بافت در توليد گياهان عارى از ويروس، دستکارى ژنتيکى، هيبريداسيون سوماتيکى، اصلاح نباتات و مطالعات پايه استفاده مى شوند.

برخي كاربردهاي كشت بافت گياهي

- توليد گياهان دابل‌‌هاپلوئيد

لاين‌‌هاي دابل‌‌هاپلوئيد (Double haploids) از طريق كشت اندام‌‌هاي هاپلوئيد (دانه گرده، بساك، پرچم و غيره) و يا توسط تلاقي‌‌هاي بين‌گونه‌‌اي و بين‌جنسي (روش حذف كروموزومي) توليد مي‌شوند.

2- ريزازديادي و تكثير انبوه گياهان

ريزازديادي (Micropropagation) و تكثير سريع و انبوه ژنوتيپ‌‌هاي مطلوب و توليد گياهان يكسان (Clone propagation) عاري از بيماري (به‌خصوص عاري از ويروس‌‌ها) از طريق كشت بافت و اندام‌هاي مختلف گياهي در بسياري از گياهان مهم اقتصادي امكان‌پذير مي‌باشد. به‌عنوان مثال مي‌توان به توليد سريع و انبوه سيب‌زميني، خرما، موز، نخل روغني، توت‌فرنگي، سيب، مارچوبه و نيشكر از گياهان زراعي و باغي؛ اوكاليپتوس و سپيدار، از درختان جنگلي و رز، اركيده، ميخك، داودي، شمعداني، ژربرا، ديفن‌باخيا، دراسنا، بنفشه آفريقايي، آنتوريوم، كوكب، انجيرزينتي (فيكوس)، فيلودندرون و سينگونيوم از گل‌ها و گياهان زينتي اشاره نمود.

3- تنوع سوماكلونال

القاي تنوع رويشي يا سوماتيكي (Soamaclonal variation) با هدف ايجاد تنوع جديد و يا انتخاب تنوع موجود و گزينش ژنوتيپ‌هاي مطلوب ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌(مقاومت به تنش‌‌هاي زنده و غيرزنده، كيفيت بهتر و غيره) در درون

از ايجاد رقم‌هاي جديد تجاري توسط تنوع سوماكلونال مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

- گوجه‌فرنگي داراي رنگ، طعم و بافت عالي كه مي‌تواند 14-10 روز پس از برداشت (بدون آسيب) نگهداري شود.

- فلفل شيرين با اندازه ريز، بدون دانه، تغيير درجه شيريني و رنگ قرمز تيره از طريق كشت بساك به مرحله تجاري رسيده است.

- رقم‌هاي هويج و كرفس تردتر و شيرين‌تر به بازار عرضه شده است.

- يك رقم برنج ديررس و يك رقم پاكوتاه در ژاپن بدست آمده است.

- لاين‌هاي متحمل به شوري در برنج ايجاد شده است.

- توليد رقم‌هاي تجاري داراي صفات مطلوب در سيب‌زميني، نيشكر، برنج، ذرت، جو، گندم، تنباكو، شبدر، يونجه، كلزا، يولاف و گوجه‌فرنگي نيز از اين روش گزارش شده است. 

4- دورگ‌گيري سوماتيكي و امتزاج پروتوپلاست

دورگ‌‌گيري سوماتيكي (Somatic hybridization) و امتزاج پروتوپلاست (Protoplast Fusion) در جنس‌ها و گونه‌هايي انجام مي‌شود كه تلاقي‌پذيري ندارند. اين كار به منظور دستكاري گونه‌‌هاي گياهي و در جهت افزايش تنوع ژنتيك و ايجاد صفات و يا گياهان جديد و توليد سيبريدها (دورگ‌‌هاي سيتوپلاسمي) استفاده مي‌شود. اين فنون با رفع محدويت تلاقي‌‌هاي بين‌گونه‌‌اي و بين‌جنسي از طريق كشت تخمك نارس يا بالغ، گرده‌افشاني در محيط مصنوعي (Invitro Pollination) و يا بكارگيري فنون نجات (يا كشت) جنين (Embryo rescue) مي‌توانند به عنوان مكمل روش‌‌هاي اصلاح سنتي عمل نمايند.

5- توليد متابوليت‌‌هاي ثانويه (Secondary metabolites)

گياهان در طول زندگي خود برخي از مواد آلي شيميايي پيچيده توليد مي‌‌كنند كه در رشد و نمو و فعاليت‌‌هاي حياتي گياه نقشي ندارند و به آن‌ها متابوليت‌‌هاي ثانويه گفته مي‌‌شود. مواد معطر، مواد موثره دارويي، فرمون‌‌ها، حشره‌‌كش‌‌ها‌، علف‌‌كش‌‌ها، قارچ‌‌كش‌‌ها‌، هورمون‌‌هاي گياهي و مواد آللوپاتيك (ايجاد كننده انواع مقاومت‌‌ها و يا بازدارنده رشد و نمو) از اين جمله هستند (جدول4). توليد انبوه و سريع اين مواد پيچيده در مقياس زياد از روش‌‌هاي شيميايي آزمايشگاهي، مشكل و يا غيرممكن مي‌‌باشد. از سوي ديگر، به دليل گسترش مصرف مواد دارويي و صنعتي، نياز به مواد جديد با تاثيرات بيشتر از منابع متنوع تجديدشونده شيميايي با عوارض زيست محيطي كمتر و روش‌‌هاي استخراج آسان و اقتصادي ضروري مي‌‌باشد. بيوتكنولوژي و از جمله كشت بافت‌‌هاي گياهي براي توليد آسان و انبوه متابوليت‌‌هاي ثانويه، يك راه‌حل مناسب و ارزان‌‌تر براي اين مشكل مي‌‌باشد.

.

قيمت متابوليت‌‌هاي ثانويه نيز بسيار گران مي‌‌باشد، به طوري كه فروش محصولات دارويي مانند شيكونين (Shikonin) يا ديجي‌‌توكسين (Digitoxin) و يا عطرهايي همچون روغن جاسمين (Jasmin) از چند دلار تا چند هزار دلار به ازاي هر كيلو تغيير مي‌‌كند. به عنوان مثال قيمت هر كيلو از داروهاي ضد سرطان مانند وين‌بلاستين (Vinblastin)، وين‌كريستين (Vincristin) و تاگزول (Taxol) به چند هزار دلار مي‌‌رسد. جدول 5 ميزان فروش جهاني برخي از متابوليت‌‌هاي ثانويه را بيان مي‌‌نمايد و هر كدام مبالغ هنگفتي را به خود اختصاص داده‌‌اند.