عرض كتاب مبادئ وممارسات الأوميكس وتصويب الجينوم لتحسين المحاصيل (الجزء الثاني)

عرض كتاب مبادئ وممارسات الأوميكس وتصويب الجينوم لتحسين المحاصيل (الجزء الثاني)
مصر:إيهاب محمد زايد

الفصل الثامن
تقنية الأومـــيكس: ثورة في بيولوجيا النبات

في عصر التطورات السريعة في مجال العلوم والتكنولوجيا ، هناك تحول كبير من التطورات الكلية إلى التطورات الدقيقة أو حتى على مستوى النانو. يعتبر القرن الحادي والعشرون قرن التطور النانوي ، حيث ظهرت الملايين من التقنيات النانوية ، مثل الأومـــيكس ، وحلت محل القديمة. تعد الأومـــيكس من بين تلك التقنيات الثورية التي تساعد في فهم وتغيير ورسم الخرائط وتشكيل التكوين الجيني للفرد ، بما في ذلك النباتات الفردية. من بين حوالي 391000 نوع نباتي متوفر على الأرض ، 94٪ نباتات مزهرة ولها أهمية كبيرة لاحتياجات الإنسان ، مثل الغذاء والمأوى والصحة وما إلى ذلك ، وكذلك للنظام البيئي بأكمله. لفهم علم الوراثة النباتية فيما يتعلق بتكيفها مع الخصوم البيئيين ، فإن مجال البحث البارز لتحسين المحاصيل هو علم الجينوم النباتي. من أجل استغلال أفضل للنباتات ، من الضروري توصيف أفضل للنباتات من حيث النمط الجيني والظاهري ؛ وهذا يعني أننا بحاجة إلى أدوات متقدمة جديدة. أحدثت التطورات في تقنيات تسلسل الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي ثورة في علم النسخ وعلم الجينوم. وبالمثل ، ساعدت التقنيات التحليلية مثل HPLC و LC-MS و GC-MS و MALDI-TOFF في تطوير المستقلبات والبروتيوميات والدهون. يرى العديد من الباحثين أنه إذا تم الجمع بين جميع تقنيات التكاثر المسبق ، فسيكون لدينا معلومات شاملة ومفصلة لشرح الاختلافات الفريدة في علم الوراثة. هناك ضغط مستمر لزيادة إنتاج المحاصيل الرئيسية ، مثل الذرة والأرز والقمح والقطن. علاوة على ذلك ، يتسبب تغير المناخ في مزيد من الانخفاض في الإنتاجية ، وهناك حاجة ملحة لتطوير أصناف عالية الإنتاجية ومقاومة لزيادة الإنتاج بمدخلات أقل باستخدام تقنيات جديدة مثل الأومـــيكس ، والتي قد تساعد في إطعام تسعة مليارات شخص في عام 2050. تساعد تقنيات مثل علم البروتينات ، وعلم الجينوم ، وعلم النسخ في تحديد الجينات والبروتينات والجزيئات ذات الصلة ، والتي تلعب أدوارًا مهمة في تحمل إجهاد النبات. يتم سرد التخصصات المختلفة لـ الأومـــيكس. تنيرنا تقنيات الأيض حول عمق آليات التمثيل الغذائي المعقدة ، وتنوع العمليات البيولوجية التي ينطوي عليها نمو النبات وتطوره ، ومقاومة الإجهاد ضد الضغوط الحيوية أو اللاأحيائية. تم تحليل عدد قليل من المستقلبات بشكل روتيني في النباتات باستخدام تقنيات القياس الطيفي. ومع ذلك ، ساعد GC-MS و LC-MS في تحليل المستقلبات الصغيرة إلى الكبيرة بكميات منخفضة أو عالية. علاوة على ذلك ، ساعدت أدوات المعلومات الحيوية المرتبطة في استكشاف شبكات التمثيل الغذائي المعقدة وطرق التخليق الحيوي المعقدة. تم بالفعل تطوير مجموعات بيانات كبيرة أو قواعد بيانات مرجعية لأنواع نباتية مختلفة لتحليل المعلوماتية الحيوية. أظهرت الأبحاث الحديثة تطورات كبيرة في مجال الأيض ، والتي فتحت الأبواب لمزيد من التحسينات في النباتات للزراعة التجارية. يتم سرد التطبيقات المتقدمة من الأومـــيكس في علوم النبات.
إن حفظ النباتات بالتبريد هو عملية معقدة للحفاظ على المواد الأم المانحة للجودة ، والتي عادة ما تتضمن الزراعة المسبقة ، والتكييف المسبق ، والحفظ بالتبريد ، والحماية بالتبريد ، وإعادة التدفئة ، وإعادة النمو. تعطينا كريوبيون الأومـــيكس معلومات حول الإصابات البردية على البلازما الجرثومية المخزنة ، وإشارات الخلية أثناء هذه العملية ، وآلية إعادة النمو ، بالإضافة إلى آثار الثبات الجيني في المواد المخزنة. البحث في الأومـــيكس سوف يتعمق في آلية الحفظ بالتبريد بالكامل ويساعد في معالجة مسألة تمرد البلازما الجرثومية. الأومـــيكس ، بشكل عام ، لها تطبيق غير محدود ليس فقط في أقسام النبات ولكن أيضًا في جميع أقسام الكائنات الحية. يتم سرد أنواع مختلفة من الأومـــيكس.يكشف هذا الفصل بشكل كبير عن مدى أهمية تخصصات الأومـــيكس في مساهمتها الثورية في جينوم علوم النبات وتطبيقها المفيد في سلامة الأغذية والأمن والاستدامة ورفاهية البشرية.

معلومة تهمك

الفصل التاسع
التكنولوجيا الحيوية النانوية وتطبيقاتها في بيولوجيا نظام النبات

تمت مناقشة التطبيقات المحتملة للتكنولوجيا الحيوية النباتية في ممارسات الزراعة الحديثة والمستدامة. يمكن للتكنولوجيا الحيوية النانوية للنباتات تحسين تحمل الإجهاد ، والاستشعار والاكتشاف المبكر ، والتسليم المستهدف لمبيدات الآفات والإطلاق المتحكم فيه ، والأحداث المعدلة وراثيًا لأنواع المحاصيل غير النموذجية ، والتقليم النانوي للبذور. معادن ثقيلة يجب تجنبها في المواد النانوية الزراعية ، ويجب أن تكون قابليتها للتشتت على أعلى مستوى ممكن. كما تم التأكيد سابقًا ، هناك حاجة إلى مزيد من البحث في الآثار البيولوجية للأنزيمات النانوية ، مثل Mn3O4 النانوية ، على النباتات المجهدة. من الضروري مواصلة النظر في الآليات التي تؤثر على امتصاص الجسيمات النانوية وتشتتها ومصيرها ، فضلاً عن تفاعلها مع البذور. بمساعدة المواد النانوية ، يمكن تحويل النباتات إلى مصانع البلاستيدات الخضراء ، مما يعزز وظائفها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمواد النانوية تحويل الضوء فوق البنفسجي والأشعة تحت الحمراء القريبة إلى ضوء مرئي ، مما يتيح استرجاع المزيد من الإلكترونات من أجل التمثيل الضوئي عند استخدامها في ظروف الإضاءة المنخفضة. ووفقًا للباحثين ، فإن فهم كيفية مساعدة الجسيمات النانوية للنباتات على التكيف مع الإجهاد يجب أن يسهل تطوير الأورام النانوية المفيدة على وجه التحديد في التطبيقات الزراعية. قد تساعد التشريعات والقيود التنظيمية في تقليل مخاطر السلامة الحيوية المرتبطة باستخدام الجسيمات النانوية في الزراعة وتهدئة مخاوف الجمهور بشأن المواد النانوية. تكنولوجيا النانو لديها القدرة على أن يكون لها تأثير كبير على الزراعة.

الفصل العاشر
التقدم في التطبيقات المتكاملة عالية الإنتاجية وعلم الظواهر في النباتات والزراعة

تطورت تربية المحاصيل من الأساليب التقليدية إلى الأنماط الظاهرية – التربية بمساعدة النمط الجيني من خلال التقدم في تسلسل الجيل التالي للمحاصيل. تدخل تربية النبات في العصر التالي من الظواهر التي تمكن المربين من أخذ عينات دقيقة للنمط الظاهري للسمات المختلفة. في العقود القليلة الماضية ، دخلت علم الظواهر في فترة جديدة من التقدم حيث دمجت التعلم الآلي والتعلم العميق والذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالخصائص المظهرية لمختلف مجموعات المحاصيل. تميل هذه المناهج البيانات المتأصلة من مصادر مختلفة إلى تسريع برامج تربية المحاصيل. بُذلت جهود كبيرة في الزراعة والأمن الغذائي العالمي للحفاظ على نمو وإنتاجية مستدامين للمحاصيل. تؤدي الزراعة المستدامة وإنتاج المحاصيل من خلال دمج الأدوات الوراثية إلى تقدم علم الظواهر ، لكن الطلب على الاستثمارات المالية يقلل من تنمية الزراعة. تركز دراسات النمط الظاهري على أجزاء النبات الهوائية وأجزاء النباتات الموجودة تحت الأرض ؛ ومع ذلك ، فقد تأثر الدور المتكامل للظواهر الجوية في الظواهر الجوفية ، ولكن يجب مراعاة العديد من الضغوط الحيوية واللاأحيائية. على سبيل المثال ، يحدد الجذر الأساسي لجذور النباتات قدرة النبات على تخزين المياه أو غيرها من المغذيات النباتية الأساسية في الساق. يمكن أن يرتبط النمط الظاهري المتكامل ، أي نسبة طول الجذر إلى ارتفاع الساق ، بإنتاجية المحصول. لمثل هذه الأنماط الظاهرية المتكاملة ، يلزم تطوير خوارزميات لحساب صور النبات.علاوة على ذلك ، من أجل الاكتشاف المبكر للضغوط البيئية ، بما في ذلك المياه والجفاف والملوحة ودرجة الحرارة وما إلى ذلك ، يجب بذل الجهود لفحص الأنواع الظاهرية لتوصيف إجهاد التكاثر وتصنيفها إلى مراحل مختلفة مثل معتدلة أو شديدة أو استثنائية. وبالمثل ، فإن التحكم في معدل نمو الجذر قد يساهم في سرعة التعافي.
إن تقدم الظواهر في “البيانات الضخمة” يمكن مجتمع علوم النبات من إنشاء نظريات جديدة في مناهج النمط الظاهري للنبات لدمج البحوث الاصطناعية والتعاونية على المستويات العالمية. يجب أن تركز معلومات النمط الظاهري للمحاصيل على تطوير الأدوات التي تدمج بشكل شامل الحجم متعدد المقاييس على النمط الوراثي للبيئة الظاهرية والمعلمات الفسيولوجية للحصول على معلومات الفينوم بشكل منهجي وكامل. المشكلة الحاسمة للظواهر الوظيفية هي تطورها وتطبيقها في النمط الظاهري. يساعد إدخال منهجيات جديدة مدمجة مع الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في تقليل التحديات البيئية. تجمع مناهج الإنتاجية هذه الميزات الرقمية بكفاءة. يستخرج التفسير الدقيق والقوي لهذه الميزات الصفات الظاهرية الكمية والنوعية لعلم الجينوم الوظيفي. تعمل مناهج الإنتاجية العالية أيضًا على تسهيل تكامل معلومات النمط الظاهري متعددة الأطراف لتطوير البيانات الضخمة وإدارتها وإمكانية مشاركتها والعالمية في تحليل واستخدام النمط الجيني والفيني للمحاصيل. باختصار ، من أجل مستقبل الظواهر ، نحن بحاجة ماسة إلى التآزر على المستوى العالمي. يوفر البحث عن أدوات ومنهجيات جديدة أدوات قوية لتشريح العمليات في نمو النبات ، وتطويره ، وإنتاج محاصيل عالية الإنتاج ومقاومة للمناخ.

الفصل الحادي عشر
فهم تحمل الإجهاد اللاأحيائي في النباتات من خلال النهج البروتيني

تمت مناقشة الضغوط اللاأحيائية الرئيسية في النباتات وآليات إنتاج البروتين في النباتات لتحمل هذه الإشارات غير المواتية. هناك ضغوط أخرى غير حيوية تتطور مع التقلبات المناخية التي لها آثار مدمرة على النباتات ، ولا سيما المحاصيل ، وتحتاج إلى أقصى قدر من الاهتمام العلمي. يجب أن نتحرى عن المحاصيل في مناطق جغرافية مختلفة حول العالم لفهم أهمية الضغوط اللاأحيائية في الأنظمة المتغيرة. علاوة على ذلك ، من الضروري أيضًا استخدام الاستراتيجيات البروتينية جنبًا إلى جنب مع علم الجينوم لتحديد البروتينات متعددة الاستخدامات التي يمكن أن توفر رؤية شاملة للتفاعل مع الإجهاد والتحمل في النباتات بحيث يمكن استغلال المحاصيل النقدية الرئيسية مع هذه البروتينات التي يمكن تحملها لتحقيق التوازن بين الزراعة. والاقتصاد.

الفصل الثاني عشر
توصيل المتجهات المستندة إلى تقنية النانو الجديدة في نظام CRISPRمن أجل التصويب الخالي من الجينات

يعد نظام تصويب الجينوم CRISPR / Cas9 أحد أقوى أدوات التصويب ، والتي من المحتمل أن تبسط استراتيجيات التصحيح بالجينات السابقة. في الآونة الأخيرة ، تم تطبيق هذا النظام على نطاق واسع لإيصال ناقلات لتحقيق تطبيقات تصويب الجينات الخالية من الجينات. إلى جانب ذلك ، يعد تعديل نظام توصيل النواقل أيضًا أحد الشواغل الجادة. أظهر التسليم من خلال ناقلات فيروسية مشاكل مختلفة خاصة بهم مثل التكلفة العالية والقيود في كفاءة التعبئة والتغليف. لذلك ، فإن بناء نواقل غير فيروسية هو نهج توصيل فعال وآمن مع تطبيقات مهمة. أظهرت النواقل غير الفيروسية عائقًا لإطلاق المزايا القيّمة المواقع الجينية CRISPR / Cas9 التي تشمل ثبات العديد من المواقع كبيرة الحجم ، وذات الاحتفاظ العالي ، ومنع الحفظ الآمن من التدهور من خلال الإنزيمات أثناء النقل إلي الأجيال القادمة. على الرغم من أن الدهون المركبة والبوليمر والجسيمات النانوية الذهبية قد أثبتت تقدمًا سريعًا لجميع أساليب العمل للمشاكل العامة بوساطة كريسبر ، من أجل التسليم المستهدف لمختلف مكونات تصويب الجينات ، فإن تطبيقات NP الجديدة حققت بشكل كبير لتحقيق الترجمة المرغوبة القابلة للتعديل لتصويب الجينوم. بشكل عام ، على الرغم من هذه العقبات ، فإن الإنجازات الجديدة والسريعة في مجال تصويب الجينات وتوصيل ناقلات النانو المصممة خصيصًا ستسهل بشكل كبير أوجه القصور لتسريع الترجمة السريرية للتصويب الخالي من الجينات المعتمد على كريسبر قريبًا في المستقبل القريب.

تنبيه هام، المنشور يعبر عن رأي الكاتب ويتحمل مسؤوليته، دون ادنى مسؤولية علي الجريدة

تنبيه

احصل على تحديثات في الوقت الفعلي مباشرة على جهازك ، اشترك الآن.

معلومة تهمك

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

%d مدونون معجبون بهذه: