پویش ژنومی تحمل به تنش خشکی و سازگاری محیطی در گردو

این پژوهش منجر به انتشار ۲ مقاله Q1، 2 مقاله همایشی بین‌المللی، یک فصل کتاب بین‌المللی، و انجام دو طرح پژوهشی با همکاری دانشگاه تهران شده است. دکتر عرب برگزیده جایزه‌های تحصیلی بنیاد ملی نخبگان در سال‌های ۹۴ و ۹۵ و همچنین برگزیده جایزه فرصت مطالعاتی خارج از کشور بنیاد ملی نخبگان در سال ۱۳۹۶ می‌باشد. بخش‌های مختلف رساله ایشان با حمایت دانشگاه تهران، دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، قطب علمی به نژادی، به زراعی و فناوری پس از برداشت گردو، پارک علم و فناوری دانشگاه تهران، ستاد توسعه زیست فناوری معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و بنیاد ملی نخبگان انجام شده است.
یلدا آرایی، دانشجوی ارتباطات دانشگاه تهران، با این منتخب بیست و نهمین جشنواره پژوهش و فناوری دانشگاه تهران، در خصوص اهمیت و چیستی رساله ایشان به گفت‌وگو نشسته است.
 

• مساله یا سوال اصلی رساله شما چیست و چه شد که این موضوع را انتخاب کردید؟

تغییر اقلیم و تنش‌های غیر زیستی، مهمترین عوامل کاهش تولید محصولات زراعی و باغی در سراسر جهان می‌باشند. از آنجایی که میانگین بارندگی کشور ۲۴۷ میلی‌متر است که ۲۵ درصد آن در فصل رویش و مابقی آن در خارج فصل رویش اتفاق می‌افتد، در نتیجه قسمت چشمگیری از ایران را مناطق خشک و نیمه خشک در برگرفته و رشد گونه‌های گیاهی به ویژه درختان میوه را با مشکل روبه‌رو کرده است.
در بین بخش‌های مختلف کشاورزی، بخش باغبانی و بویژه میوه کاری نقش بسزایی در ارز آوری و صادرات غیرنفتی دارد. گردو جز سه خشک میوه پر مصرف جهان است و طی بیست سال گذشته تولید آن در سراسر جهان تقریباً ۲۵۰% رشد داشته است، احتمالاً دلیل افزایش تقاضای گردو، ارزش غذایی و فواید آن بر سلامتی انسان می‌باشد . بر اساس آخرین آمار سازمان خواروبار جهانی (FAO) اکثریت سطح زیرکشت گردو متعلق به چین، ایالات متحده آمریکا، ایران و ترکیه است. همچنین چهار کشور برتر از نظر تولید گردو با پوست چین، آمریکا، ترکیه و ایران می‌باشند. علیرغم اینکه ایران از نظر تولید جایگاه چهارم دنیا را داراست، اما سهم ناچیزی از تجارت جهانی را به خود اختصاص داده است. از دلایل مهم این امر میزان بالای تقاضا در داخل کشور می‌باشد ولی از دیدگاه صاحبنظران و به نژادگران گردو، دلیل اصلی این موضوع عدم وجود پایه‌ها و ارقام تجاری سازگار با شرایط آب و هوایی کشور می‌باشد. علاوه بر عدم وجود ارقام و پایه‌های تجاری در کشور، تنش‌های محیطی بویژه خشکی هر ساله خسارت سنگینی به بخش عمدهای از محصولات باغبانی کشور از جمله باغات گردو وارد می‌کند.
معرفی یک رقم یا پایه درخت میوه با خصوصیات مدنظر، گاهاً نیازمند صرف بیش از ۲۰ سال زمان می‌باشد؛ همین امر سبب شده تا تمایل برای انجام برنامه‌های به نژادی در درختان میوه به‌ویژه از طریق روش‌های به نژادی سنتی به‌شدت کاهش یابد. خوشبختانه با استفاده از دانش بیوتکنولوژی، و پیشرفتهای اخیر در روش‌های توالی یابی ژنوم امکان اصلاح برای برخی صفات در درختان میوه در کوتاه مدت فراهم گردیده است. از طرف دیگر وجود جمعیت طبیعی گردو با تنوع ژنتیکی بسیار بالا، یک فرصت طلایی برای اصلاح ارقام و پایه‌های گردو در کشور می‌باشد. با این وجود، اصلاح برای دستیابی به ارقام برتر و پایه‌های مقاوم به تنش‌های غیرزیستی به‌ویژه تنش خشکی، نیاز به یک برنامه چندین ساله دارد. در رساله حاضر سعی شد با بهره‌گیری از ژرم پلاسم گردو موجود در کشور و استفاده از روش‌های اصلاحی نوین مبتنی بر ژنوم با کمک متخصصین برجسته به نژادی گردو در دنیا در مدت زمان کوتاه نشانگرهای فیزیولوژیک و مولکولی مرتبط با تحمل به خشکی در گردو شناسایی شود که در تسریع برنامه اصلاح پایه‌های متحمل به خشکی گردو در آینده نقش مهمی ایفا خواهند نمود.
 

• مهم‌ترین نتایج حاصل از تحقیق شما چه بوده است؟

رساله حاضر در چهار بخش؛

1. جمع‌آوری ژرم پلاسم از استان‌های گردو خیز ایران؛
2. ارزیابی فنوتایپی و فیزیولوژیک تحت تنش خشکی؛
3. ژتونیپ سنجی نمونه‌ها از طریق ریزآرایه نانویی تعیین ژنوتیپ گردو و ژنوتیپ سنجی ترادف مبنا (GBS)؛
4. مطالعه پویش ژنومی (GWAS) جهت شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با تحمل به خشکی، انجام شده است.

عمده بخش ارزیابی فنوتایپی در دانشگاه تهران و بخش‌های ارزیابی کارایی مصرف آب و ژنوتیپ سنجی نمونه‌ها با همکاری دانشگاه کالیفرنیا، دیویس انجام شد.
از مهمترین دستاوردهای این رساله؛

1. شناسایی ۱۰ ژنوتیپ امیدبخش متحمل خشکی و استقرار آنها در باغ تحقیقاتی خشک میوه‌های پردیس ابوریحان دانشگاه تهران جهت بررسی‌های تکمیلی (برهمکنش پایه و پیوند) و همچنین تهیه ریزنمونه برای ریزافزایی؛
2. شناسایی نشانگرهای فیزیولوژیکی و مولکولی مرتبط با تحمل به تنش خشکی است.

نشانگرهای مولکولی شناسایی شده در این پژوهش سبب تسریع برنامه اصلاح پایه‌های مقاوم به خشکی خواهند گردید.
 

• مهم‌ترین دستاوردهای تحقیق شما چیست و در کدام قسمت صنعت و یا حتی جامعه کاربرد دارد؟

فلات ایران از اصلی‌ترین مراکز اولیه اهلی شدن گردو می‌باشد. همچنین جمعیت‌های طبیعی که در نقاط مختلف کشور رشد کرده‌اند نقش اساسی در اقتصاد و فرهنگ کشور دارند. ژرم پلاسم گردو بومی سازگار شده با شرایط آب و هوایی مختلف کشور، دارای تنوع ژنتیکی عظیمی می‌باشد که می‌تواند به عنوان یک منبع با ارزش در برنامه‌های اصلاح گردو کشور مورد استفاده قرار گیرد. با این حال، عدم وجود برنامه‌های حفاظت منابع ژنتیکی و به نژادی سبب شده تا این ژرم پلاسم غنی موجود در کشور نادیده گرفته شده و هر ساله حجم این ژرم پلاسم به دلیل مواجه به تنش‌های زیستی و غیرزیستی به طور معناداری کاهش یابد. کمبود آب از جمله شایع‌ترین عوامل محیطی است که باعث کاهش تولید گردو در مناطق کنونی کشت و کار گردو که بسیاری از آنها خشک یا نیمه خشک می‌باشند، شده است. از طرف دیگر هر چند وجود ژرم پلاسم غنی در کشور، از نظر برنامه‌های اصلاحی بسیار حائز اهمیت بوده و یک پتانسیل بزرگ در بخش باغبانی مطرح می‌باشد، اما همین تنوع بالا و نبود باغ‌های تجاری یکنواخت سبب شده است تا امکان عرضه محصول یکدست با کیفیت بالا در عرصه جهانی وجود نداشته باشد و ایران نتواند جایگاه اصلی خود را در تجارت جهانی گردو بدست آورد. میانگین عملکرد باغ‌های گردو کشور، حدود ۲ تن در هکتار است در حالی که در برخی باغ‌های تجاری دنیا عملکرد به بیش از ۱۰ تن در هکتار رسیده است. به عبارت دیگر با معرفی ارقام و پایه‌های مناسب و استفاده از فناوری‌های نوین، می‌توان ظرفیت تولید کشور و درآمدزایی را تا چند برابر افزایش داد.
با توجه به توضیحات فوق مهمترین دستاورد کاربردی رساله حاضر ارزیابی فنوتیپی و مولکولی بخشی از ژرم پلاسم بزرگ گردو کشور در جهت حفظ این منابع ژنتیکی ارزشمند و همچنین به‌کارگیری این ژرم پلاسم در برنامه اصلاح گردو جهت دستیابی به پایه‌های مقاوم به خشکی مناسب با شرایط آب و هوایی کشور می‌باشد. دستیابی به پایه‌های مقاوم به خشکی گردو در آینده نزدیک می‌تواند نقش مهمی در احداث باغات صنعتی گردو با عملکرد بالا، اشتغال، ارزآوری و در نهایت تحقق اقتصاد غیرنفتی ایفا کند. از طرف دیگر بسیاری از پایه‌ها و ارقام تجاری درختان میوه از جمله گردو از کشورهای دیگر وارد می‌شوند که اولاً با شرایط آب و هوایی کشور کاملاً سازگار نبوده و ثانیاً سبب خروج ارز از کشور می‌شوند. با دستیابی به پایه‌های مقاوم به خشکی گردو در آینده نزدیک نه تنها از خروج ارز از کشور جلوگیری می‌شود بلکه با صادرات این محصولات به کشورهای دیگر از جمله کشورهای آسیای میانه که با مشکل خشکی مواجه هستند، برای کشور ارزآوری خواهد شد.
 

• آیا برای تداوم و پیگیری دستاورد پژوهش شما در آینده، به سرمایه گذار و حمایت سازمانی احتیاج است؟

اگرچه رساله حاضر یکی از بزرگترین پروژه‌های بررسی فیزیولوژیکی و مولکولی تحمل تنش خشکی در جمعیت‌های طبیعی گردو در ایران و دنیا می‌باشد ولی با توجه به داشتن ژرم پلاسم بزرگ و ارزشمند گردو در کشور، پیشنهاد می‌شود در کارهای پژوهشی آینده نمونه‌های بیشتری بویژه از مناطق خشک و نقاطی که ژنوتیپ های امید بخش این پروژه از آنجا منشأ گرفته است، جمع‌آوری گردد. همچنین همکاری سه جانبه وزارت جهاد کشاورزی (مراکز جهاد کشاورزی در استان‌های گردو خیز ایران)، مراکز تحقیقاتی در نقاط گردو خیز مختلف کشور و محققین دانشگاهی می‌تواند در روند غربالگری ژرم پلاسم گردو کشور و تسریع دستیابی به پایه‌ها و ارقام مناسب با شرایط آب و هوایی کشور بسیار مؤثر واقع گردد. با توجه به مشکلات مراکز دولتی در فراهم نمودن بودجه و امکانات، حمایت بخش خصوصی از این پروژه در تسریع دستیابی به پایه‌های مقاوم به خشکی گردو در ایران می‌تواند بسیار کمک کننده باشد.
 

• پیشنهاد شما برای تداوم و پیگیری پژوهش شما در آینده چیست؟

ادامه این پژوهش توسط دانشجویان تحصیلات تکمیلی گروه باغبانی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران در راستای برنامه اصلاح پایه‌های مقاوم به تنش‌های غیرزیستی، قطب به نژادی، به زراعی و فناوری پس از برداشت گردو جهت دستیابی پایه‌های مقاوم به خشکی در حال انجام می‌باشد. از آنجایی که تحمل به خشکی یک صفت پیچیده است و توسط تعداد زیادی ژن کنترل می‌شود، انجام بررسی‌های ترنسکریپتوم، پروتئوم و متابولوم ژنوتیپ های امیدبخش شناسایی شده برای تکمیل مطالعات ژنومیکس در رساله حاضر در راستای شناسایی مکانیسم‌های درگیر تحمل خشکی در گردو مؤثر خواهد بود. نتایج مطالعات تکمیلی به همراه نتایج رساله حاضر در تسریع دستیابی به پایه مقاوم به خشکی گردو در آینده نزدیک راهگشا خواهد بود.

خبر مرتبط:
معرفی رساله‌ی برگزیده ۲۹ مین جشنواره پژوهش و فناوری:
مطالعه اثر متقابل تنش خشکی، کلسیم و پنکونازول بر پاسخ‌های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی گیاه کلزا