ملخص كتاب التصميم الجينومي لمحاصيل البذور الزيتية المقاومة للإجهاد الحيوي ( الجزء الثاني)

مصر:إيهاب محمد زايد
الفصل الرابع
التصميم الجينومي للفول السوداني المقاوم للإجهاد الحيوي
الفول السوداني هو أحد محاصيل البذور الزيتية وهو ضروري لحماية الغذاء والتغذية في جميع أنحاء العالم. إنه مصدر رزق لصغار المزارعين في آسيا وأفريقيا جنوب الصحراء. ومع ذلك ، تستمر خسائر الإنتاج في الازدياد في ظل تغير المناخ الحالي المصحوب بارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون ، وعدم انتظام هطول الأمطار ، وارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي وتقلبها ، على الرغم من المكاسب الجينية الكبيرة في الإنتاج منذ الستينيات. علاوة على ذلك ، يؤدي تغير المناخ والاحترار العالمي إلى حدوث عدد من الضغوط الحيوية التي تؤثر بشدة على إنتاج المحاصيل وإنتاجيتها. علاوة على ذلك ، أدت الهندسة الجينية للفول السوداني المزروع والطبيعة الرباعية الصبغية إلى تنوع جيني منخفض للعديد من الصفات المهمة اقتصاديًا. تم تحقيق إنجاز كبير في الإنتاج والتحمل ضد الضغوط الحيوية من خلال الأساليب التقليدية ، على الرغم من أنها تستغرق وقتًا طويلاً وشاقا. أدت التطورات الأخيرة في علم الجينوم ، جنبًا إلى جنب مع استخدام الموارد الجينية المتاحة ، إلى رفع مستوى الفول السوداني إلى مستوى “محصول البذور الزيتية الغني بالموارد الجينومية”. ونتيجة لذلك ، فإن اتباع نهج شامل يتضمن تطبيق المعرفة والتقنيات الجينية في برامج تحسين المحاصيل أمر بالغ الأهمية لتعزيز تقدم إنتاجية الفول السوداني. الواسمات الجزيئية هي أكثر الأدوات الجينومية فائدة لتوصيف وتسخير المتغيرات الجينية القابلة للاستخدام. يتحرك الباحثون الآن بشكل أسرع نحو السمات ودراساتهم الجينية لرسم الخرائط. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود جينوم مرجعي سلف ثنائي الصبغة ، والنمط الجيني رباعي الصبغيات ، و إختيار 58 K SNPs ، وهو اختبار التنميط الجيني عالي الكثافة ، قد ساعد بشكل كبير في رسم الخرائط الجينية عالية الدقة. كان هناك أيضًا تقدم مهم في تطوير مجموعات رسم الخرائط الجينية متعددة الأباء ، وهي رسم خرائط الارتباط المتداخلة (NAM) والجيل المتقاطع متعدد الآباء (MAGIC) لرسم خرائط للسمات الكمية والمتعددة في وقت واحد بدقة عالية. ساعدت التكلفة المنخفضة للتسلسل في تطوير تقنيات رسم الخرائط على أساس التسلسل وخاصة تسلسل خريطة الصفات الكمية QTL لتشريح السمات المعقدة مثل مقاومة الأمراض. في الفول السوداني ، هناك عدد قليل من الأمثلة الواعدة للواسمات التشخيصية للضغوط الحيوية التي يتم تطويرها ونشرها في التحسين الوراثي. في هذا السياق ، يقدم هذا الفصل معلومات حديثة حول الضغوط الحيوية المختلفة التي يواجهها المحصول في جميع أنحاء العالم ، والتقدم المحرز من خلال برامج التربية التقليدية ، والنهج التحويلي ، والإنجازات في علم الجينوم مع التركيز بشكل خاص على اكتشاف خريطة الصفات الكمية QTL ، ورسم خرائط للسمات المرغوبة ونهج الاستيلاد بمساعدة الجزيئات. يقدم الفصل أيضًا نظرة عامة على أحدث الاكتشافات الجينية والأساليب والتقنيات المستخدمة ، بالإضافة إلى تطبيقاتها الممكنة لتحسين الفول السوداني.
افاق المستقبل
الفول السوداني هو محصول علف غذائي متعدد الأغراض ذو قيمة غذائية عالية وقد اكتسب أهمية عالمية. مفتاح الحفاظ على المنافسة وتلبية الطلب المستقبلي المحتمل هو التحسين الوراثي للفول السوداني لزيادة الإنتاج وتعزيز التحمل للضغوط الحيوية وغير الحيوية. مع العلم بوجود تنوع أعلى وتنوعات أليلية ووجود أليلات جديدة في أنواع الفول السوداني المقاومة بالاباء البرية ، يلزم بذل جهود أكثر تكثيفًا متعددة المؤسسات ومتعددة التخصصات مع استثمار أكبر للتقييم المكثف والتوصيف الصحيح للبحث المرغوب في المقاومة بالاباء البرية واستخدامه في برنامج التربية المدعوم بـ التقنيات الجينومية الحديثة. أعطت الابتكارات الجينية والجينية الجديدة تفاؤلاً هائلاً لتحقيق مكاسب وراثية أعلى بدقة عالية ودقة في وقت وموارد أقل. يحتوي الفول السوداني الآن على ما يكفي من الموارد الجينية والوراثية اللازمة لتسريع عملية تحسين الفول السوداني. يوجد حاليًا عدد قليل من الأمثلة الناجحة على منتجات التربية الجزيئية المتوفرة في الفول السوداني ؛ لكن في السنوات القادمة سيكون هناك المزيد من هذه الحكايات الناجحة. في أبحاث الجينوم ، لا يزال هناك حاجة إلى مزيد من الجهود لتشبع خريطة ربط الفول السوداني بحيث يمكن نشرالانتخاب علي أساس جزيئي MAS لتحسين الفول السوداني. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا تنفيذ تقنيات تربية جديدة مثل الإنتخاب الجيني وتصويب الجينوم لتطوير أصناف الفول السوداني النموذجية من الجيل التالي التي يمكن أن توفر أداءً أفضل في ظل الظروف المناخية المتغيرة. علاوة على ذلك ، للجمع بين أساليب التربية التقليدية والتربية الجزيئية ، هناك حاجة إلى نهج شامل لتحسين الصفات المعقدة التي تحكمها الجينات المتعددة والمشاكل الأخرى التي يواجهها الفول السوداني حاليًا..
الفصل الخامس
تصميم الجينوم لمقاومة الإجهاد الحيوي في االراب أو اللفت والخردل
تعتبر أنواع براسيكا البذور الزيتية (خاصة براسيكا نابوس وبراسيكا جونسيا) من المحاصيل المهمة اقتصاديًا ، وتُزرع في جميع أنحاء العالم لزيت الطعام وعلف الماشية الغني بالبروتين. تؤدي الأمراض الرئيسية التي تصيب محاصيل البراسيكا ، مثل بقع أوراق الكرنب ، والصدأ الأبيض ، والبلاكليج ، وتعفن الساق ، والجذر ، والعفن الزغبي ، والبياض الدقيقي إلى محصول كبير وخسائر اقتصادية في بلدان زراعة البراسيكا في جميع أنحاء العالم. لقد اشتد تواتر وشدة الضغوط الحيوية بسبب تغير المناخ العالمي الذي يتطلب جهودًا بحثية عاجلة لمعالجتها بشكل فعال. لتوفير المقاومة ضد الأمراض ، يتم استغلال الموارد الجينية باستخدام التقنيات التقليدية وتقنيات زراعة الأنسجة (إنقاذ الأجنة والتهجين الجسدي). مكنت تقنيات التسلسل المتقدمة من تسلسل جميع الأنواع الستة لمثلث التنوع في النبات U ، أي B. المقاومةapa و B. nigالمقاومةa و B. oleالمقاومةacea و B. napus و
B. juncea ، و B. caالمقاومةinata. لقد أوضحت تقنيات أوميكس الناشئة مثل علم الجينوم والبروتيوميات وعلم النسخ والأيض وظيفة الجينات والتعقيدات الجزيئية بين المضيف ومسببات الأمراض على مستوى أعمق. في هذا الفصل ، نناقش الموارد الوراثية ورسم الخرائط واستنساخ جينات المقاومة أو التحمل ، ونهج أوميكس ، وعلم الجينات ، وتصويب الجينات ، وأدوات المعلوماتية الحيوية في سياق الضغوط الحيوية في بذور اللفت الخردل. إن النهج الشامل الذي يتضمن علم الوراثة ، وموارد الجينوميات ، والهندسة الوراثية ، وتصويب الجينات ، وأدوات المعلوماتية الحيوية سيسهل تطوير محاصيل براسيكا التي يمكن أن تقاوم الضغوط الحيوية المختلفة.
الاستنتاجات
يمثل تغير المناخ العالمي ، الذي أدى إلى التطور السريع لمسببات الأمراض والآفات ، وتزايد عدد السكان تحديًا كبيرًا لمربي براسيكا بهدف تحسين إنتاج المحاصيل. نظرًا لحدوث خسائر كبيرة في الإنتاج بسبب الضغوط الحيوية المفروضة على المحصول ، فإن إدارة المرض وتحسين المقاومة هما أهم أولويات برامج التربية. على الرغم من أن طرق التربية التقليدية تشكل جزءًا لا يتجزأ من برنامج تحسين المحاصيل ، فإن التقدم في التكنولوجيا الوراثية والجينوميات قد أدى إلى تسريع التقدم في تطوير أصناف ذات مقاومة محسنة. تمت مناقشة أنواع البرسيكا ذات المقاومة المحسنة لمسببات الأمراض النباتية الفطرية الرئيسية في هذا الفصل. لقد سهلت أدوات أوميكس جنبًا إلى جنب مع سلالات أنابيب المعلوماتية الحيوية فهم تفاعلات براسيكا ومسببات الأمراض وفي تحديد السيليكو للجينات المرشحة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن توافر الجينومات وتجمعات pangenome للعديد من أنواع البرسيكا قد سهّل الدراسة الجينية لآليات مقاومة الأمراض وسمح باستنساخ جينات المقاومة. وقد أدى أيضًا إلى تحديد / التنبؤ بـ المقاومةGAs الجديدة وبالتالي توسيع ذخيرة جينات المقاومة التي يمكن تقييمها لمقاومة الحقل المستقرة والقوية واستخدامها في برامج التربية المقاومة للأمراض. سيؤدي إنشاء قواعد بيانات لجينات المقاومة بوظائفها إلى تسهيل نشر تقنيات تصويب الجينات لتحسين أصناف براسيكا لتحمل الإجهاد الحيوي. أيضًا ، المعرفة المكتسبة من الأنواع النموذجية -Aالمقاومةالاربودوبسس ، يمكن ترجمتها إلى Bالمقاومة لتصميم استراتيجيات مبتكرة لتربية المقاومة.
الفصل السادس
تصميم الجينوم لمقاومة الضغوط الحيوية في السمسم
السمسم (Sesamum indicum L.) هو محصول بذور زيتي مهم فريد من نوعه يحتوي على نسبة عالية من الأحماض الدهنية غير المشبعة ومضادات الأكسدة. نشأ السمسم في المناطق الاستوائية ولديه قدرة عالية على تحمل حالات الجفاف والعقم ، في حين أن مستوى المقاومة للإجهاد الحيوي (خاصة الأمراض الفطرية) منخفض نسبيًا. نصف هنا الأمراض والآفات الرئيسية التي تسبب أضرارًا جسيمة لإنتاج السمسم والتقدم المحرز في أبحاث الجينات والتربية لمقاومة الأمراض في السمسم. كما تم تداول تطبيق التربية بمساعدة الجينوم في السمسم. .
الآفاق المستقبلية وإمكانات زيادة إنتاجية السمسم في العقدين الماضيين ، سرّعت التقنيات البيولوجية الحديثة ومنصة التسلسل عالية الإنتاجية الجينات الجزيئية وأبحاث التربية في السمسم. ومع ذلك ، علينا أن نعرف أن كفاءة تقنيات التهجين والتحوير بين الأنواع في السمسم لا تزال منخفضة وتحد من ابتكار تقنيات التربية. تقنية التعديل الجيني غير ناضجة في السمسم. إن تحقيق التصميم الجزيئي للأصناف الجديدة ذات المقاومة العالية للظروف البيئية هو أيضًا مهمة ضخمة لمربي السمسم. قبل تنفيذ تقنية التربية الجزيئية الموجزة ، يجب إيجاد أو إنشاء المزيد من مواد التربية الجديدة ذات سمات النخبة المتعددة ؛ يجب تحديد الجينات والعلامات الجزيئية الأكثر دقة واستخدامها للفحص المستهدف. وفي الوقت نفسه ، يجب توضيح الشبكة التنظيمية لمواضع العلامات المتعددة والتفاعل في جينوم السمسم. لذلك ، لا يزال استنساخ الجينات على نطاق واسع وبحوث وظائف الجينات من المهام الرئيسية. مع تقدم أبحاث جينوم السمسم ، نعتقد أن تصميم الجينوم لتربية مقاومة السمسم وإنشاء سلالة المنتخبة الجديدة يجب أن يتم في المستقبل القريب.
الفصل السابع
الإجهاد الحيوي في نبات الخروع
المقاومة في الخروع icinus communis هو نوع من المحاصيل ذات قيمة اقتصادية عالية في العالم. لقد تم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام بسبب قيمته الاقتصادية العالية. في عملية النمو والتطور ، يتعرض لمجموعة متنوعة من الضغوط الحيوية ، وخاصة من الأمراض والآفات. في هذا الفصل ، تمت مناقشة الضغط على الخروع في ضوء الأمراض بما في ذلك الأمراض البكتيرية والفطرية والفيروسية ، ومجموعة متنوعة من الآفات. يُقترح إيلاء المزيد من الاهتمام لتحديد واستخدام الموارد المقاومة ، وبحوث الآلية الجينية المقاومة ، وتربية الأصناف المقاومة.
إنتخاب الجينوم وآفاق المستقبل
على الرغم من أن القليل من الجينات التي تتحكم في مقاومة الأمراض والآفات الحشرية قد تم استنساخها وتحديدها وظيفيًا في حبة الخروع ، فقد تم تحقيق بعض الإنجازات الممتعة. تم تحديد بعض مصادر المقاومة المفيدة ويمكن استخدامها في التربية. توجد بالفعل بعض السلالات الفطرية والهجينة التي تتمتع ببعض المقاومة للأمراض والآفات الحشرية. ما يقرب من المئات من الجينات المقاومة للأمراض تم تحديدها أو التنقيب عنها بواسطة تحليلات الجينوم والترنسكريبتوم ، والتي تحتوي على عائلات تناظرية جينات المقاومة ، وعوامل النسخ ذات الصلة بالاستجابة الدفاعية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من الواسمات الجينية المرتبطة بالجينات المقاومة للأمراض قد تم تأسيسها أيضًا والتي يمكن استخدامها في الانتقاء بمساعدة الواسمات والتكاثر الهرمي. إنه من المتوقع أن تكون مناهج التكنولوجيا الحيوية الحديثة مثل الجينوميات ، وعلم الترانسكروميكس ، والبروتيوميات ، وتصويب الجينوم قادرة على تعزيز مقاومة المرض في حبة الخروع. في الآونة الأخيرة ،l. قام أحد العلماء بتجميع الجينومات عالية الجودة لمدخلين بعد التسلسل الجيني للجيل الثاني والثالث (غير منشور). يبلغ حجم الجينوم 332.4 ميجا بايت و 305.5 ميجا بايت على التوالي ، ويحتوي كل جينوم على 21 كونتيجًا فقط في المجموع ، مقارنة بأكثر من 26000 كونتيغ في الجينوم المنشور سابقًا ، وهو ما حسم مخاوف التعليق التوضيحي لجين الخروع.

الفصل الثامن
التصميم الجيني للتحسين الجيني لمقاومة الإجهاد الحيوي في الكتان
تعتبر الضغوط الحيوية المنسوبة إلى مسببات الأمراض المختلفة مثل الفطريات والبكتيريا والفيروسات تهديدات خارجية لنمو النبات وتطوره وإنتاجيته في نهاية المطاف. حتى الآن ، لا يزال التحسين الوراثي للأصناف هو الطريقة الأقوى والمستدامة والصديقة للبيئة للتغلب على هذه التهديدات الحيوية المتطورة باستمرار في السلالة. إن تطوير الواسمات الجزيئية على مستوى الجينوم وتحديد مواقع السمات الكمية والجينات المرتبطة بمقاومة الإجهاد الحيوي لديها القدرة على تعزيز مقاومة الإجهاد الحيوي للأصناف بكفاءة ووراثة عن طريق الانتقاء بمساعدة الواسم ، والإنتخاب الجيني ، والتربية الدقيقة عبر تصويب الجينوم. البياض الدقيقي والذبول الفيوزاريوم والصدأ والصدأ من الأمراض الفطرية الرئيسية التي تهدد إنتاج الكتان. يستعرض هذا الفصل بإيجاز التصميم الجيني للتحسين الوراثي للسمات المرتبطة بالإجهاد الحيوي في الكتان ، مع التركيز بشكل خاص على الدراسات الجينية لمقاومة الباسمو ، بما في ذلك المنهجية والنتائج والتطبيق المحتمل في التربية. الآفاق المستقبلية مقاومة الأمراض مثل البازمو والذبول الفيوزاريوم والبياض الدقيقي هي سمة كمية معقدة في الكتان. لا يزال النهج التقليدي للتحسين الوراثي للكتان ينطوي على التهجين من خلال تهجين الأباء متبوعًا بفصل النسل وإنتخاب النمط الظاهري. في مثل هذا النهج التقليدي ، فإن طبيعة الوراثة الكمية لمقاومة هذه الأمراض تعيق التهرم السريع للأليلات / الجينات المرغوبة أو المقاومة من الآباء المكونين إلى نبات واحد ، مما يؤدي إلى تقدم بطيء في تكاثر المقاومة لهذه الضغوط الحيوية في الكتان. حتى الآن ، فإن غالبية أصناف الكتان المسجلة مقاومة بشكل معتدل للباسمو والذبول الفيوزاريوم والعفن البودرة. ومع ذلك ، فإن تعريف خريطة الصفات الكمية QTL على نطاق واسع من خلال رسم خرائط خريطة الصفات الكمية QTL القائم على الارتباط وقد حدد GWAS بالفعل عددًا كبيرًا من خريطة الصفات الكمية QTLsالمرتبطة بالإجهادات الحيوية في الكتان ، بما في ذلك خريطة الصفات الكمية QTLs ذات التأثير الكبير والثانوي. توفر علامات خريطة الصفات الكمية QTLالمحددة من مجموعة بذور الكتان القدرة على تعزيز دقة الإنتخاب وكفاءة التربية الخليطة من خلال الانتخاب الجينومي GS. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن دمج واسمات خريطة الصفات الكمية QTL للآباء مع المحاكاة الجينية لتوليد تهجينات افتراضية ومجموعات نسلهم. ثم يمكن تطبيق الانتخاب الجينومي GS للتنبؤ بـ GCA للآباء و SCA للتقاطعات الافتراضية ، مما يسهل إنتخاب الأباء وإجراء التهجين لتحقيق أفضل التهجينات. اقترح بيليمان وفورت (2003) “التربية عن طريق التصميم” ، بهدف جمع الأليلات المفضلة أو خريطة الصفات الكمية QTLsالمرتبطة بتربية سمات الهدف من الموارد الوراثية المحتملة لتطوير أصناف متفوقة. لقد حددنا مجموعة من QTNs ذات الصلة بسمات الاهتمام ، بما في ذلك الضغوط الحيوية ، وفكنا تشفير توزيع الأليلات المواتية على الموارد الجينية. وجدنا أيضًا أن QTNs المحددة كانت مضافة بشكل أساسي. لذلك ، يقدم هذا نهجًا جينوميًا لتقييم جميع الموارد الجينية بناءً على محتوى QTN على مستوى الجينوم. علاوة على ذلك ، بناءً على تكامل الأليلات المواتية بين الآباء ، يمكن إنتخاب الآباء المناسبين “لتصميم” الأصناف المتفوقة المحتملة. قد تحتوي هذه الأصناف. جميع الأليلات المفضلة في صنف واحد ويمكن تنفيذها من خلال التربية التقليدية ، MAS و الانتخاب الجينومي GS. تم التنبؤ ببعض الجينات المرشحة لبعض من QTNsالهامة ، لكن التحقق من صحة هذه الجينات المرشحة وتوصيفها عبر الأساليب الجينية الوظيفية لا يزال يمثل تحديًا. بمجرد التحقق من صحة وظائفها وتطوير العلامات الوظيفية ، من المتوقع أن تكون التربية الدقيقة من خلال تقنيات تصويب الجينات استراتيجية ثورية نحو هرم سريع ودقيق للجينات المقاومة المتعددة في أصناف الكتان النخبة. إن التطبيق الناجح الأول الوشيك لـ GE في الكتان لديه القدرة على تسريع نشر تقنيات التربية الدقيقة في التحسين الوراثي للكتان

معلومة تهمك

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: