ژن ها قطعاتی از یک کروموزوم هستند که اطلاعات مورد نیاز برای یک مولکول DNA یا یک پلی پپتید را دارند. علاوه بر ژنها، انواع مختلفی از توالی های مختلف تنظیمی در روی کروموزوم ها وجود دارد که در همانندسازی، رونویسی و غیره شرکت دارند. کروموزوم های یوکاریوتی دارای دو توالی مهم تکراری DNA می باشند که عمل اختصاصی را انجام میدهند؛ سانترومرها که نقاط اتصالی برای دوک تقسیم هستند و تلومرها که در دو انتهای کروموزوم وجود دارند.
کروماتین در یوکاریوت ها به صورت واحدهای نوکلئوزومی قرار دارد. در متابولیزم DNA، سلامت DNA بیشترین اهمیت را برای سلول دارد که آن را می توان از پیچیدگی و کثرت سیستم های آنزیمی شرکت کننده در همانندسازی، ترمیم و نوترکیبی DNA دریافت. همانندسازی DNA با صحت بسیار بالا و در یک دوره زمانی مشخص در طی چرخه سلولی به انجام می رسد. همانندسازی نیمه حفاظتی است، به طوری که هر رشته آن به عنوان قالبی برای تولید رشته جدید DNA مورد استفاده قرار می گیرد. سلول ها دارای سیستم های متعددی برای ترمیم DNA هستند. توالی های DNA در طی واکنشهای نوترکیبی، در فرآیندهایی که شدیدا هماهنگ با همانندسازی یا ترمیم DNA هستند، نو آرایی می شوند.
متابولیزم RNA رونویسی توسط آنزیم RNA پلی مراز وابسته به DNA کاتالیز می شود. رونویسی در چندین فاز، شامل اتصال RNA پلی مراز به یک جایگاه DNA به نام پروموتور، شروع سنتز رونویسی، طویل سازی و خاتمه، روی می دهد. سه نوع RNA ساخته می شود؛ RNA پیک که برای ساختن پلی پپتیدها مورد استفاده قرار می گیرد RNA ناقل که در انتقال اسیدهای آمینه بر روی ریبوزوم ها برای پروتئین سازی، شرکت دارند و RNA ریبوزومی که در ساختار ریبوزوم شرکت دارند. این RNAها به صورت پیش ساز ساخته می شوند که طی فرآیندهای آنزیمی بالغ می شوند. متابولیزم پروتیین ها در یک کمپلکس RNAik پروتیینی به نام ریبوزوم، با یک توالی اسید آمینه های خاص در طی ترجمه اطلاعات کد شده در RNA پیک، سنتز می گردند. اسیدهای آمینه ای که توسط کدون های RNA پیک مشخص می گردند، از کلمات سه حرفی نوکلئوتیدی تشکیل شده اند. برای ترجمه نیاز به مولکول های RNA ناقل می باشد که با شناسایی کدون ها، اسیدهای آمینه را در موقعیت های متوالی مناسب خود در داخل زنجیر پلی پپتیدی قرار می دهند. بعد از سنتز بسیاری از پروتیین ها به موقعیت های خاص خود در داخل سلول هدایت می شوند.
تنظیم بیان ژنها توسط فرآیندهایی تنظیم می شود که بر روی سرعت تولید و تخریب محصولات ژنی اثر می گذارند. بیشتر این تنظیم در سطح شروع رونویسی و به واسطه پروتیین های تنظیمی رخ می دهد که رونویسی را از پروموتورهای اختصاصی مهار یا تحریک می کنند. اثر مهار کننده ها را تنظیم منفی و فعال شدن را تنظیم مثبت گویند. پروتیین های تنظیمی، پروتیین های اتصالی DNA هستند که توالی های اختصاصی از DNA را شناسایی می کنند. هورمون ها بر روی تنظیم بیان ژن تأثیر دارند. موجودات یوکاریوت و پروکاریوت دارای مکانیزم های متفاوتی برای تنظیم بیان ژن های خود دارند. فناوری DNA نوترکیبی با استفاده از فناوری DNA نوترکیبی مطالعه ساختمان و عمل کرد ژن بسیار آسان شده است. جداسازی یک ژن از یک کروموزوم بزرگ نیاز دارد به روش هایی برای برش و دوختن قطعات DNA، وجود ناقلین کوچک که قادر به تکثیر خود بوده و ژنها در داخل آنها قرار داده می شوند، روش هایی برای ارائه ناقل حاوي DNA خارجی به سلولی که در آن بتواند تکثیر یافته و کلنی هایی را ایجاد کند و روش هایی برای شناسایی سلول های حاوی DNA مورد نظر. پیشرفت های حاصل در این فناوری، در حال متحول نمودن بسیاری از دیدگاه های پزشکی، کشاورزی و سایر صنایع می باشد.
در قانون ژنتیک استثنائات زیادی وجود دارد یکی از این استثنائات این است که همه صفات توارثی توسط ژن های درون هسته تعیین نمی شوند. تعداد معدودی از صفات توسط ژن های موجود در اندامک های سلولی داخل سیتوپلاسم یعنی ژن های سیتوپلاسمی کنترل می شوند و البته این ها، استثنائات تئوری کروموزومی وراثت می باشند چون این ژنها خارج از کروموزوم ها هستند، چنین ژن هایی تابع قوانین معمول توارث مندلی نمی باشند.
یکی از قدیمی ترین و شناخته شده ترین مثال های توارث سیتوپلاسمی توسط کورنز در واريته ابلق گیاه لاله عباسی کشف شد، در گیاهان ابلق بعضی از شاخه ها دارای برگ های سبز و نرمال و بعضی دارای برگ های ابلق( متشکل از لکه های سبز و سفید) و بعضی از شاخه ها فقط دارای برگهای سفید می باشند. کورنز پی برد که بذر تولید شده توسط گل های روی شاخه های سبز هم تولید نتاج نرمال سبز می نمودند و فنوتیپ شاخه حامل گل هایی که باید گرده افشانی می شدند در فنوتیپ نتاج تاثیری نداشت به همین ترتیب بذور حاصل از شاخه های سفید، بدون توجه به فنوتیپ شاخه گرده دهنده نتاج نداشت،
به عبارت دیگر فنوتیپ های نتاج همیشه شبیه والد مادری بودند و والد پدری اصلا نقشی در خصوصیت مربوطه نداشت این اثر به وضوح در تفاوتی که کورنز در بین تلاقی های معکوس به دست اورده دیده می شود. توضیح این الگوی توارثی غیر معمول این است که ژن های مربوطه در کلروپلاست ها درون سیتوپلاسم قرار دارند و نه در هسته، و بنابراین فقط از طریق والد مادری منتقل می شوند در موجودات با هسته حقیقی (یوکاریوت ها) زیگوت معمولا قسمت عمده سیتوپلاسم را از سلول تخم دریافت می کند و گامت نرفقط هسته را به اشتراک می گذارد. بنابراین هر ژنی که در اندامک های سلولی سیتوپلاسم وجود داشته باشد توارث مادری نشان خواهد داد. رنگ ابلق برگ، ناشی از دو نوع کلروپلاست سبز نرمال و کلروپلاست ناقص و فاقد رنگدانه کلروفیل می باشد. کلروپلاست ها از نظر ژنتیکی خود کنترل هستند و والدین توارثی مخصوص به خودشان به فرم کروموزوم های کلروپلاستی می باشند. اینها مولکولهای DNA حلقوی بدون پوشش اند که حامل ژن های کنترل کننده بعضی از ساختارها و اعمال کلروپلاست می باشند. بنابر این اگر موتاسیونی در هر یک از این ژنها که سنتز کلروفیل را مثل گیاه لاله عباسی متاثر می سازند رخ بدهد از طریق کلروپلاست منتقل خواهد شد و توارث آن مثل توارث ژن هسته ای نخواهد بود. نکته مهم دیگری که درباره توارث کلروپلاست ها باید به آن توجه کرد این است که کلروپلاست ها مثل کروموزوم ها در میتوز که به صورت برابر بعد از تقسیم، بین سلول های دختری تقسیم می شوند دارای توزیع منظمی نیستند.
گیاهانی که زندگی را با زیگوت شروع می نمایند حاوی مخلوطی از کلروپلاست های نرمال و موتان می باشند که بنابراین نمی تواند در تمام سلول ها چنین ترکیبی را حفظ نماید. دو نوع پلاستید به صورت تصادفی در خلال تقسیم سلولی، بر اساس محل قرار گرفتن در داخل سیتوپلاسم در موقع تقسیم، بین دو سلول حاصله توزیع می شوند. بنابراین بعضی از شاخه های گیاهان ابلق ممکن است موزاییک باقی بمانند در حالی که بقیه شاخه ها به صورت تصادفی ممکن است در همه سلول هایشان دارای کلروپلاست سبز ویا سفید باشند. به همین طریق گیاه روی شاخه ابلق ممکن است ۳ نوع باشند. بعضی دارای سلولهای تخمی هستند که کلروپلاست هایشان سبز می باشد و بعضی از سلولهای تخم فقط کلروپلاست های سفید خواهند داشت و بقیه به صورت مخلوط باقی خواهند ماند.
در گیاه لاله عباسی تفاوت تنوع خصوصیات رنگ برگ توسط ژن های سیتوپلاسمی موجود در کلروپلاست (کروموزوم) کنترل می شود. کلروپلاست ها، اندامکهای سلولی خود کنترلی کننده هستند و در طی تولید مثل جنسی فقط از طریق سیتوپلاسم سلول تخم، به صورت پلاستیدهای تمایز نیافته منتقل می شوند. این ها از طریق دانه گرده به ارث نمی رسند. بنابراین نتاج تلاقي ها دارای خصوصیات والد مادری و توارث مادری را نشان می دهد.
علم ژنتیک در اواخر قرن ۱۹ با آزمایشات مندل در نخود فرنگی، شروع گردید. با این که پیشرفت در اوایل کند بود، ولی در اوایل قرن ۲۰، جایگاه مهم خود را در علوم جدید پیدا کرد. آزمایشات متعددی که در این قرن ابتدا در مگس سرکه توسط مورگان و ذرت و سپس میکروارگانیزم ها انجام گرفت، طیف این دانش را به حدی وسیع نمود که امروزه در بیشتر شاخه های علوم، از سطح مولکولی گرفته تا محاسبات پیچیده ریاضی، مورد بررسی قرار می گیرد. با کمک مهندسی ژنتیک انتقال صفات بین گونه ها و جنس ها امکان پذیر شده و این شاخه جدید ژنتیک گره گشای بسیاری از مسائل پزشکی و کشاورزی گردیده است.
نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبيت ناقص، هم بارزی، ژنهای کشنده، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند اللى قرار می گیرد که نسبت های مندلی را تغییر می دهد. آشنایی با قوانین علم احتمالات، از نظر درک چگونگی انجام پدیده های ژنتیکی، پیش بینی فنوتیپی، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم، با یکی از مکانیزم های ژنتیکی دارای اهمیت فوق العاده ای می باشد.
مبنای ژنتیکی تکثیر رویشی گیاهان
برای تکثیر رویشی و غیر جنسی گیاهان می توان از قسمتهای رویشی مثل غده، ریشه، ریزوم ها، ساقه خزنده، برگ و یا ساقه استفاده کرد. گیاهان حاصل از یک کلون، مشابه و دارای ساختمان ژنتیکی شبیه گیاه مادری هستند. اگر چندین پاجوش از یک گیاه گرفته شوند که در حال تکثیر رویشی هستند، گیاهان حاصل و نتاج بعدی آنها نیز از نظر ژنتیکی مشابه خواهند بود. هدف از تکثیر کلونی به دست آوردن حداکثر تعداد ژنوتیپ برتر بوده که تولید نتاج مشابه و یکنواخت می کنند و نمی توان آنها را از طریق تکثیر جنسی در یک واریته به دست آورد. تنوع موجود در گیاهان حاصل از یک کلون، به خاطر اثرات محیطی است و لذا وراثت پذیر نبود. می توان آن را به عنوان تنوع محیطی در نظر گرفت. اگر تغییراتی وجود داشته باشند کار از طریق ارثی به نتاج منتقل می شوند.
این تغییرات جهش های سوماتیکی بوده و فقط از طریق تکثیر رویشی به ارث می رسند. علاوه بر تکثیر مستقیم رویشی توسط غده، ریشه، ریزوم و یا شاخه بعضی از گیاهان باغبانی مثل میوه جات، انگور، گل سرخ و غیره از طریق پیوند زدن یا قلمه زدن نیز تکثیر می یابند. در عمل پیوند، گیاه گیرنده را پایه و عضو رویشی مورد استفاده برای پیوند را پیوندک می گویند. هدف از پیوند زدن تولید واریته جدید نیست بلکه تکثیر ژنوتیپ های برتر برای به دست آوردن نتاج مشابه گیاهی است که پیوندک از آن گرفته شده است. بعد از پیوند زدن تنوع بیشتری حاصل می شود یعنی تكثیر رویشی با پیوند را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
- تغییرات تبدیلی
- تغییرات شیمری
- تغییرات جهشی
مهمترین تغییراتی که در کلون ها روی می دهد و منجر به تغییر وضعیت آنها می شود مربوط به موتاسیون است. تغییرات ممکن است مربوط به ژنها باشد و یا کل یک کروموزوم تغییر یابد و یا بخش مهمی از یک کروموزوم تغییر کند. این تغییرات ممکن است از سلولی به سلول دوم که زاده می شود منتقل گردد. تغییرات ژنی و یا کروموزومی انواع و اقسام دارد. ممکن است خواص شیمیائی و یا بیوشیمیائی بخش کوچکی از کروموزوم تغییر کند، و یا اینکه بخش مهمی از یک کروموزوم تغییر یابد، ممکن است یک کروموزوم بر تعداد کروموزوم های یک دسته اضافه و یا کم شود و یا اینکه یک باره تعداد کروموزوم دو برابر گردند. به ندرت یک موتاسیون در یک سلول اتفاق می افتد، لیکن در گیاه میلیونها سلول در حال نشو و نما و تکثیر می باشند و گیاهان در کلونها که از طریق غیرجنسی سالها تکثیر یافته اند غالبا به صورت کاملا هتروزیگوت درآمده و در آنها امکان موتاسیون در ژن های غالب بیشتر می گردد و تظاهر ژن های مغلوب را سبب می شود. اگر سلول های موتاسیون یافته در یک جوانه باشند جوانه رویشی تبدیل به شاخه ای می شود که می تواند کلا وضعیت و شکل جدیدی را به خود گیرد.
مثلا در یک گلخانه میخک که تمامی گلها به رنگ قرمز می باشند غالبا مشاهده می شود که در یک گیاه شاخه ای روییده است که رنگ گلهای آن یک شاخه با دیگران متفاوت است. همچنین در گل داوودی این موتاسیون جوانه ای به کرات اتفاق می افتد و منجر به تشکیل رقمها و یا کلون های جدید در گل کاری می گردد.
در این گیاهان موتاسیون در بخشی روی داده است که مشخصات خارجی گیاه را تحت تاثیر قرار داده است و شناخت آن آسان است. لیکن موتاسيون دیگری همواره در گیاه رخ می دهد که صفات دیگر از جمله مقاومت آنها در مقابل عوامل محیط و غیره را تحت تاثير قرار می دهد. بعضی مواد نظیر کلشی سین که یک آلکالویید بسیار سمی بوده و از گیاه کوشیک به دست می آید، در صورت ورود با غلظت معین و شرایط معین به دانه ها و یا اعضای در حال رشد گیاه تعداد کروموزوم از 2n به 4n افزایش می یابد. پلی پلوئیدی و استفاده از آن در به نژادی یکی از سیستم های مهم بوده و توسط کلشی سین و یا از طریق اشعه X و Y مصنوعا تعداد کروموزوم های گیاهان را به دو برابر افزایش می دهند. معمولا در مقایسه با همان گیاه دیپلویید، ساقه ها کلفت تر و محکم تر، برگها بزرگتر، ضخیم تر، عریض تر و سبز تیره، گل ها درشت تر، پر رنگ تر، دانه های گرده درشت تر و بالاخره میوه ها حجیم تر می باشند. کلیه تغییرات در عمل مقرون به صرفه نیستند، در نتیجه بسیاری از به نژادگران از این روش بیشتر به نژادی کولتیوارهایی از گیاهان زینتی می نمایند که دارای گل های درشت تر هستند. روش اخیر در بسیاری از گل ها به کار رفته و ارقام تتراپلوئید آنها دارای گل هائی به مراتب مرغوب تر و برتر از گیاهان دیپلوئید بوده است.
از این گیاهان گل های میمون، ابری، فلوكس، گلوکسینیا و لیلیوم را می توان نام برد. به طور کلی کلشی سین در موقع تقسیم سلولی از مرحله دوکی شدن سلول ها جلوگیری کرده و موجب جدا شدن دو ذخیره کروموزومی بعد از کلیواژ می گردد. این محلول هایی از یک صدم تا یک هزارم مورد استفاده قرار می گیرد و کافی است که بذرها و قلمه ها را با آن آغشته نمود. اگر نوک پایین فلس های لیلیوم اونژی فلوروم که به آسانی با قلمه فلس تکثیر می شوند در محلول ۲ درصد کلشی سین فور برده شود، تعداد پیازهای تولید شده در نوک فلس چندین برابر خواهد شد، در مرحله جوانه زدن نیز این محلول را می توان در روی جوانه هایی که در حالت کوتیلی دونر هستند به کار می رود. در مورد گیاهان بالغ کافی است که قبل از استعمال محلول، آنها را خوب هرس کرده و بعدا جوانه های جوان را با آن آغشته نمود. در گلایل نوعی موتاسیون باعث تغییر رنگ گل های قرمز به سفید شده است. در نتیجه این موتاسیون به تدریج پیازهای توپر گلایل سفید نسبت به آنهائی که گل قرمز تولید می کنند فزونی یافته است. به طور کلی عقیم بودن نسبی، دانه های حجیم ولی اکثرا به تعداد خیلی کم، پایه های قوی با شاخه های قطور و گل های بسیار درشت با رنگهای تند و بالاخره مقاومت به تغییرات جوی از مشخصات گیاهان تتراپلویید به شمار می روند. ولی گل دهی این گیاهان دیرتر از گیاهان دیپلویید است.
پس موتاسیون یا جهش به عنوان تغییر ناگهانی در مواد ژنتیکی تعریف شده است. جهش با ایجاد تنوع در موجودات سبب سازگاری آنها به شرایط مختلف می گردد. جهش ممکن است به صورت خود به خودی و یا القایی صورت گیرد. جهشی که توسط انسان و با به کار بردن مواد شیمیایی در موجودات ایجاد می شود جهش القایی نامیده می شود.
جهش هایی که در آن یک جفت باز نیتروژن دار به یک جفت باز نیتروژن دار دیگر تبدیل می شود این نوع جهش در اثر یک جهش ثانوی قابل برگشت است. جهش هایی که در آن یک جفت بازی جدید به رشته DNA اضافه یا از آن حذف می شود. احتمال وقوع این نوع جهش از نوع اول کمتر است ولی مانند نوع اول برگشت پذیر است. جهش هایی که در آن تعداد زیادی باز از مولکول DNA حذف یا به آن اضافه می شود، تعداد این بازها گاه به صدها و هزاران می رسد و در نتیجه قطعه بزرگی از DNA تغییر می کند این نوع جهش برگشت پذیر نیست. علل وقوع جهش گرچه جهش به طور تصادفی انجام می گیرد ولی می توان امکان وقوع جهش را با استفاده از مواد جهش زا افزایش داد. جهش آنی یا خود برانگیخته این جهش به طور تصادفی صورت می گیرد. در فرایند رونویسی از DNA و تکثیر آن، امکان خطا و اشتباه کمتر از یک در ۵۰۰۰۰۰ است. ولی از آنجا که این نوع جهش به نسبت یک در ۱۰۸ تا ۱۰۹ باز آلی در مولکول DNA رخ می دهد گاه تصادفا چنین اشتباهی صورت می گیرد و یک باز جدید وارد یکی از دو رشته تازه می شود و مدتی طول می کشد تا نتیجه آن در مقایسه با یاخته مادر که دارای DNA کامل است روشن شود. جهش به دلیل شباهت بازی با استفاده از بازهای همانند بازهای موجود در رشته DNA و افزودن آنها به محیط کشت می توان میزان این گونه اشتباهات و این نوع جهش را افزایش داد. مثلا باز ۵- برمو اوراسیل که همانند تیمین است، می تواند به جای آن در رشته DNA قرار گیرد و موجب جهش شود. ۵- برمو اوراسیل با آدنین جفت می شود و به ندرت به جای آدنین با گوانین جفت می شود. در این صورت در نسل بعد، به جای جفت بازی A-T، جفت بازی G-C در رشته DNA وجود خواهد داشت.
تغییرات شیمیایی DNA تعدادی از مواد جهش زا هستند که بر یک یا چند باز در رشته DNA اثر می گذارند و آنها را چنان تغییر می دهند که جفت شدنشان با باز مکمل خود به درستی انجام نشود. اسید نیترو از جمله این مواد است. اسید نیترو باعث تبدیل آدنین به هیپوگزانتین میشود که در طول تقسیم DNA با سیتوزین جفت می شود و بدین ترتیب جفت بازی A-T به G-C مبدل می گردد و یا در رشته DNA می تواند موجب تبديل سیتوزرین به اوراسیل شود و از آن جا که اوراسیل با آدنین جفت می شود، جفت بازی G-C به A-T تبدیل می شود.
جهش ناشی از تغییر یا جابه جایی در رونویسی کد ژنتیکی آکریدین ها گروهی از رنگها هستند که به ویژه می توانند موجب این نوع جهش ها شوند. این نوع رنگها مولکول هایی دارند که می توانند بین دو جفت بازی در رشته DNA وارد شوند و به این ترتیب تمامی کدهای سه تایی بعد از خود را مختل سازند. از سوی دیگر، حضور آکریدین ممکن است مانع شرکت یک باز در رشته DNA شود. بنابراین DNA به اندازه یک باز کوتاه تر شده و در این صورت نیز رونویسی تمامی کدهای سه تایی بعدی مختل می گردد. جهش ناشی از پرتوها پرتو فرابنفش عامل جهش زای بسیار موثر است پرتوهای فرابنفش با طول موج حدود ۲۶۰ نانومتر، به وسیله بازهای DNA به شدت جذب می شوند و این امر به ایجاد تغییرات شیمیایی در رشته DNA می انجامد.
معروف ترین و شناخته شده ترین اثر پرتو فرابنفش بر روی بازهای رشته DNA این است که موجب پیوندهای دوتایی بین دو مولكول تیمین مجاور هم می شود. نسخه برداری غیر طبیعی از این قسمت ها که حاوی تیمین دیمر است موجب جهش می شود. بسیاری از ارگانیسم ها دارای آنزیم هایی هستند که می توانند آسیب های ناشی از پرتو را ترمیم کنند.
پرتوهای یونیزه کننده مانند پرتو ایکس و پرتوهای اتمی نیز جهش زا هستند و باعث تغییرات شیمیایی در بازهای DNA و یا باعث شکسته شدن DNA یا حذف یک یا چند باز از رشته DNA می گردند. جدا کردن و تشخیص جهش یاخته ها هر یک از خواص میکرو ارگانیسم ها در اثر جهش قابل تغییر است و کلیه این تغییرات با تغییرات آنزیمی سایر پروتیین های یاخته ای ارتباط دارند. هر چند شناخت رابطه موجود بین تغییر فنوتیپ میکروبی و تغییرات حاصل در پروتیین یاخته ای دشوار است. یکی از انواع موتانت های میکروبی به سادگی قابل شناخت است. موتانت های غیر متحرک باکتری های متحرک است. باکتری های متحرک می توانند بر اثر جهش های مختلف قدرت تحرک خود را از دست بدهند. کلنی باکتری های موتانت فاقد کپسول نسبت به انواع کپسول دار بر روی سطح محیط کشت جامد کوچکتر و خشن تر هستند و می توان آنها را نیز به سادگی از انواع وحشی باز شناخت. جهشی که منجر به از دست رفتن قدرت هاگ زایی می شود بسیار فراوان است. این مونت ها را از طریق فقدان رنگدانه های هاگ که رنگ کلنی را باعث می شوند، باز می شناسند.
موتانت هایی که فاقد قدرت تولید آنزیم های مختلف یاخته هستند نیز بسیار فراوانند. یکی از روش های متداول برای جدا کردن موتانت های جدید استفاده از روش انتخابی پنی سیلین است. به این ترتیب می توان موتانت هایی را که برای رشد خود به آمینو اسیدهایی خاص یا عوامل رشد ویژه ای نیاز دارند جدا کرد. افزودن پنی سیلین به محیط کشت فاقد این مواد ضروری برای رشد، یاخته های اجدادی جهش نیافته که بر روی این محیط قادر به رشد هستند از بین می روند در حالی که یاخته های جهش یافته ای که در این محیط رشد نمی کنند همچنان باقی می مانند. استفاده از صافی نیز برای جدا کردن موتانت های قارچی مولد هاگ متداول است. در میان باکتری ها موتانت های بسیاری یافت می شوند که قادر به تولید آنزیم های کاتابولیسمی یا تجزیه کننده نیستند، شناسایی این موتانت ها از دو طریق امکان پذیر است. به طریق کشت باکتری ها در محیطی که تنها منبع کربن آن لاكتوز است که در این صورت موتانت های لاکتوز رشد نمی کنند. استفاده از محیط کشت مایع لاکتوز دار است انواعی که قدرت تجزیه لاکتوز را ندارند رشد نمی کنند. روش های شناسایی موتانت های مقاوم به دارو این روش ها نسبتا ساده و عملی هستند به این ترتیب که با کشت تعداد زیادی یاخته بر روی محیط کشت جامدی که حاوی مقداری داروی معین است و تنها موتانت های مقاوم به آن دارو در آن محیط رشد می کنند می توان موتانت ها را شناسایی و جدا کرد. استفاده از ویروسها موتانت های مقاوم در برابر ویروس نیز از انواعی هستند که مورد بررسی قرار گرفته اند. جدا کردن این موتانت ها از طریق قرار دادن یاخته های باکتری در محیط حاوی مقدار زیادی ویروس انجام می گیرد. در این صورت تنها موتانت هایی که نسبت به ویروس مقاوم اند می توانند در چنین محیطی رشد کنند. استفاده از گرما از انواع دیگر موتانت ها، موتانت های حساس به گرما هستند. این موتانت ها پروتیین هایی دارند که از آمینو اسیدهای حساس به گرما ساخته شده اند. این موتانت ها نیز مانند موتانت های تغذیه ای در شرایط نامساعد از بین می روند.
کاربرد مواد جهش زا در صنایع میکروبی ایجاد موتانت و جدا کردن انواع جدید میکروبی دارای کاربردهای زیادی در صنایع میکروبی و کلیه صنایعی است که در آنها به گونه ای از میکروارگانیسم ها استفاده می شود شاید یکی از مهم ترین و بزرگترین موفقیت در استفاده صنعتی از موتانت ها، تولید آنتی بیوتیک باشد. قارچ پنی سیلیوم که در ابتدای کشف این آنتی بیوتیک جدا شده بود، قادر به تولید مقدار کمی پنی سیلین بود (در حدود یک تا ۱۰ میکروگرم در هر میلی لیتر محیط کشت)، ولی با ایجاد موتانت های جدید این قارچ به کمک عوامل جهش زا به تدریج توانستند میزان تولید پنی سیلین را حداقل ۱۰۰۰ بار افزایش دهند. البته باید توجه داشت که ترکیب محیط کشت نیز در میزان تولید آنتی بیوتیک بسیار موثر است و موتانتی که در این محیط کشت قادر به تولید مقدار زیادی آنتی بیوتیک باشد، می تواند در محیط کشت دیگر پنی سیلین کمی را تولید کند. بنابراین، تامین شرایط محیطی مناسب و ایده آل برای هر موتانت، به منظور بهره برداری حداکثر از آن ضروری است.
مقداری که ماده جهش زا به کار برده می شود، و مدت کاربرد آن را میزان مصرف می گویند. یک تیمار شدید در مدت کوتاهی، مثلا در چند دقیقه یا ساعت انجام می گیرد. یک تیمار ملایم، شامل قرار دادن طولانی مدت در معرض مواد جهش زا، مثلا هفته ها، ماهها یا سالهاست. میزان مصرف متغیر اولیه در برنامه تولید جهش است. زمانی که تغییر ژنتیکی مورد نظر شامل تنها یک واحد خاص مانند تغییر در یک نوکلئوتاید در میوتیشن نقطه ای یا گم شدن قسمتی از یک کروموزوم در کمبودها باشد، یک بار قرار دادن در معرض ماده جهش زا برای مدت کوتاهی بسیار موثر می باشد. زمانی که دو یا چند واحد هم زمان باید تحت تاثیر قرار بگیرند، مانند شکسته شدن دو کروموزوم برای ایجاد یک جابه جایی، در معرض قرار دادن چندباره، یا در معرض قرار دادن بلند مدت معمولا ترجیح داده می شود. میزان مصرف مناسب باید توسط آزمایش مشخص شود. برای تیمار بذور، هدف عموما به کار بردن میزان مصرفی است که ٪50 از بذور جوانه زده و تولید گیاهی با بذرهای زنده بکند. عموما به این میزان مصرف LD50 گفته می شود، موثرترین راه برای معلوم کردن LD50 بذرها تیمار کردن رقم های مورد نظر با اندازه های متفاوت در شرایط خاصی از حرارت و رطوبت و رشد گیاهان در محیطی که در تیمارهای بعدی مورد استفاده قرار خواهد گرفت و شمارش گیاهان زنده می باشد.گیاهان زنده برای معلوم کردن LD50 را می توان از طریق مقادیر جوانه زدن های استاندارد تخمین زد. این گونه آزمایش ها می تواند گمراه کننده باشند، زیرا مرگ گیاه می تواند در تمام طول فصل رشد اتفاق بیفتد. زنده بودن به صورت توانایی یک گیاه برای تولید حداقل یک بذر زنده اندازه گیری می شود. درصد جوانه زدن، اغلب برای تخمین LD50 مواد شیمیایی جهش زا به کار می رود.
تنوع ها و تفاوتهایی که به واسطه اختلاف در یک جایگاه نوکلئوتیدی (به علت جای گزینی، حذف یا ازدیاد) اتفاق می افتند تفاوت تک نوکلئوتیدی (SNP) نامیده می شود و شامل یک تغییر تک نوکلئوتیدی در توالی DNA است، که می توان SNPها را شناسایی کرد. اگر چه با ردیف یابی مستقیم DNA می توان به وجود SNPها در موجودات مختلف پی برد، ولی روش هایی وجود دارند که به کمک آنها می توان SNPها را مورد بررسی قرار داد.
انواع جهش در سطح یک ژن
تغییرپذیری ماده ژنتیکی یکی از خواصی بود که دانشمندان همواره برای ماده ژنتیک فرض می کردند. جهش پدیده ای تصادفی است یعنی تغییر در تمام نوکلئوتیدهای ژنوم، کم و بیش یکسان است. بر اثر انتخاب طبیعی جهش یاخته های زیان بار کمتر تولید مثل می کنند یا اصلا تولید مثل نمی کنند. جهش یافته هایی با جهش سودمند بیشتر تولید مثل می کنند و در نسل های بعد فراوان تر می شوند. جهش یاخته ها مهمترین ابزار ژنتیک بوده اند. میزان جهش در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها یک نوکلئوتید در هر نوکلئوتید در هر چرخه سلولی است.
برای موجودات زنده ای که از راه جنسی تولید مثل می کنند تنها جهش هایی که در سلول های جنسی رخ داده اند به نسل های بعد منتقل می شوند.
جهش در سلول غیر جنسی فقط در دودمان همان سلول در فرد جهش یافته تاثیر می گذارد. تقسیم بندی جهش ها یک نوع تقسیم بندی جهش ها بر حسب خود به خود بودن یا القایی بودن آنهاست. جهش خودبه خودی جهش های خودبه خودی بر اثر عوامل و شرایط روزمره زندگی جاندار رخ می دهند. جهش های خود به خودی میزان زمینه ای جهش را تعیین می کنند. مثلا جهش های که بر اثر تابش های فرابنفش که از خورشید به زمین می رسد یا بر اثر کیفیت عمل کرد DNA پلی مراز در همانندسازی، DNA یکی از جهش های معمول خود به خود، حذف گروه آمین از با سیتوزین و تبدیل آن به یوراسیل است.
جهش القایی در اثر استفاده از مواد جهش زا به وجود می آید و باعث افزایش مقدار زمینه ای جهش می شوند. بعضی مواد شیمیایی، تابش های فرابنفش و اشعه ایکس از عوامل جهش زا به شمار می آیند. جهش القایی بر رابطه مکملی نوکلئوتید تاثیر می گذارد پرتو ایکس و گاما در DNA شکستگی ایجاد می کند تابش فرابنفش باعث پیوند و کووالان بین دو تیمین مجاور در یک رشته DNA می شوند و مسیرهای تیمین اشکالاتی را در همانندسازی DNA به وجود می آورند.
از دیدگاه دیگر جهش ها را به جهش های بزرگ و کوچک تقسیم کرد. جهش های بزرگ جهش هایی هستند که با میکروسکوپ نوری می توان تاثیر آنها را بر ماده ژنی تشخیص داد، این جهش باعث تغییر در تعداد یا شکل کروموزوم ها می شوند، و بر فنوتیپ تاثیر دارند و این جهش ها اساس مولکولی دارند. جهشهای کوچک جهش هایی هستند که بر فنوتیپ تاثیر می گذارند و تشخیص تغییر ایجاد شده در آنها تقریبا دشوار است و اساس مولکولی دارند. جهش های کوچک خود به چند دسته تقسیم می شوند.
- موتاسیون خاموش: زمانی رخ می دهد که یک تغییر نقطه ای در محل سومین نوکلئوتید یک کدون رخ داده و کدون را تغییر میدهد. جهش خاموش یا ساکت اثری بر توالی اسیدهای آمینه فرآورده ژن ندارد و فنوتیپ جهش یافته تولید نمی کند.
- موتاسیون دگر معنی: یک نوع تغییر نقطه ای بوده که اسید آمینه نیز تغییر داده میشود.
- موتاسیون بی معنی: این یک جهش نقطه ای است که یک کدون تعیین کننده یک اسید آمینه را به کدون پایان تغییر می دهد.
جهش را می توان با استفاده از روش های شیمیایی یا فیزیکی انجام داد. برای انجام جهش با استفاده از مواد شیمیایی، از ماده شیمیایی مناسبی مانند NTG یا MMS برای شکستن ماده ژنتیکی سلول استفاده می شود. حتی در صورت استفاده از دوش های فیزیکی برای جهش زایی (مانند اشعه UV) ، افزودن ماده ای شیمیایی مانند نالیدیکسیک یا کافیین به محیط کشت به منظور جلوگیری از بازگشت DNA به حالت اول ضروری است. پس از مرحله جهش زایی، جداسازی موجود جهش یافته با خواص مورد نظر صورت می گیرد. در چنین وضعیتی، با افزودن مواد مهار کننده به محیط کشت از رشد قسمت های نامطلوب جلوگیری می شود.
ایجاد موتاسیون در بذور توسط EMS بذر، رایج ترین ماده گیاهی است که برای تیمار کردن با اشعه یا مواد شیمیایی جهش زا در گونه هایی که با بذر تکثیر می شوند به کار برده می شود. بذور معمولا به این علت ترجیح داده می شوند که شرایط فیزیکی را که تنها توسط مولکولهای غیرحیاتی تحمل می شوند، مانند خشک شدن، خیس بودن، گرم شدن، یخ زدن و نگهداری در سطوح مختلف اکسیژن یا گازهای دیگر تحمل می کنند. یکی از مواد خانواده آلكاليتينگ ها ماده ای به نام اتیل متیل سولفونات است که معمولا در حد ۱۰۰ تا ۳۰۰ ppm(میلی مولار) برای مدت نیم ساعت استفاده می شود. از مواد دیگری مثل دی اتیل سولفات نیز می توان استفاده کرد. هم چنین اتیلین آیومین هم هست که با غلظتهایی حدود ۲۵-۱۰ میلی مولار به مدت ۱ ساعت استفاده می شوند. به طور کلی موتاژن های شیمیایی موتاسیون های ژنی بیشتری را نشان داده و تغییرات کروموزومی آن کم است LD50 این موتاژنها به فاکتورهایی مثل مدت تیمار و pH محلول بستگی دارد و حلال این مواد برای تیمار گیاه ماده ای به نام DMSO است که بسیار استفاده می شود. کلشی سین هم موتاژن می باشد، که آن را به صورت مقطعی مثل نوک مریستم، نوک جوانه، طوقه می زنند یا ریشه که ممکن است گاهی گیاه جدید کلا دچار جهش شود. نوع موتاسیون در کلشی سین از نوع پلوییدی است که سطوح پلوییدی را بالا می برد. ماده ای به نام Oryzalin است که برای ایجاد تتراپلوییدی جانشین کلشی سین شده است. مقدار مصرف آن ۱۵ مولار به علاوه ۲ درصد DMSO و به مدت ۷ روز تیمارها انجام شده است تا سبب تتراپلوییدی سیب و هگزاپلوییدی گیلاس شده است. میزان مرگ و میر جنین جهت تخمین فراوانی موتاسیون ها استفاده می شود.
در سالهای اخیر استعمال کلشی سین برای تولید گیاهان پوپلوئید توسط متخصصین سریعا رایج گردیده و منجر به تولید تعداد زیادی ارقام جدید گرده است. کلشی سین در ابتدا به عنوان کیمیای رشد و نمو مورد توجه قرار گرفت و بسیاری مدعی گردیدند که پاشیدن آن برای گیاه موجب افزایش سریع محصول می شود ولی در حقیقت کلشی سین بر عکس هورمون های گیاهی یک ماده موثر در رشد و نمو نمی باشد و بالعکس چنان چه به روش صحیح استفاده نشود موجب نقصان رشد و یا حتی مرگ و میر گیاه می شود. اما اثر اقتصادی این دارو در اصلاح نباتات غیرقابل انکار است؛ زیرا با تاثیر از طریق چند برابر کردن تعداد کروموزوم ها نقش موثری در تحولات گیاهی ایفا می نماید.
تاثیر مستقیم کلشی سین مضاعف نمودن تعداد کروموزوم های گیاه می باشد. این پدیده به نام یوپلوئیدی خوانده می شود و بدین ترتیب گیاه دیپلوئید به گیاه تتراپلوئید تبدیل می شود. یوپلوئیدی می تواند تغییرات بیولوژیکی مهمی در گیاه ایجاد نماید. تغییر شکل و اندازه گل، افزایش میزان ویتامین ها، سخت و خشن نمودن گیاه و تغییر در آدابتاسیون گیاه از سری این تغییرات می باشند. مشخصات ظاهری گیاه در اکثر موارد تغییر می کند و این تغییرات در برگها، کاسبرگها، گلبرگها، گرده و میوه دیده میشود. اندازه و ضخامت این اعضا اكثرأ افزایش می یابد. این افزایش در برخی گیاهان به معنی ایجاد گیاهی است که دارای ساقه های ضخیم تر، گلهای بزرگتر و مواد غذایی بیشتر است. در نباتات زمینی اکثرأ گل های بزرگتر و با دوام تر تولید می گردد. مقدار بذر تولیدی در بیشتر موارد کاهش می یابد که در برخی موارد صفتی مطلوب محسوب می گردد. افزایش اندازه میوه در بسیاری از درختان مانند سیب، گلابی و انگور دیده شده است و یکی از طریق معمول اصلاح این گیاهان به شمار می آید.
کلشی سین الکالوئیدی قوی با ساختمان شیمیایی پیچیده نزدیک به ساختمان شیمیایی مورفین و کدئین است. در دزهای خیلی پایین خاصیت دارویی داشته و در دزهای بالاتر سمی کشنده است. تاثیر آنی آن حتی در دزهای پایین موجب کوتولکی بافتهای گیاهی و اختلالات بسیار می شود. کلشی سین به سهولت در الكل و آب حل می شود.
این دارو از طریق استخراج عصاره بذر و ساقه زیرزمینی گیاه Culciucia.autawara در الکل به دست می آید. میزان آلكالوئید موجود در بذر حدود 8/0 درصد و در ساقه زیرزمینی حدود 5/0درصد می باشد. گیاه کلشی سین نباتی است وحشی بومی اروپا و آفریقا که در پاییز گل کرده و زعفران چمنی نامیده می شود و غده های آن را می توان در بهار کشت نمود. تولید آلكالوئید از گیاه کشت شده تحت تاثیر شرایط اقلیمی بوده و از فصلی به فصل دیگر و یا از سالی به سال دیگر متفاوت می باشد.
با مقدار کمی کلشی سین می توان تعداد زیادی گیاه بذر و یا قسمتهای گیاه را آغشته نمود. در روش قطره ای می توان از مازاد کلشی سین مجددا استفاده نمود. مگر آن که به شدت آلوده شده و کپک زده باشد.
یکی از متداول ترین فرم های به کار بردن کلشی سین استفاده از آن در امولسیون لانولین است. استعمال این امولسیون موجب جلوگیری از چکیدن آن و در نتیجه کاهش مصرف می شود.
کلشی سین محلول در آب در سلولهای گیاهی در حال تقسیم موثر است ولی در سلول هایی که به مرحله پیری رسیده و تقسیم نمی شوند تاثیری ندارد. در تقسیم معمولی میتوز هر کروموزوم از طریق طولی به دو نیمه تقسیم شده و هر نیمه به یک قطب سلول می رود، سپس دیواره سلولی در قسمت استوایی سلول تشکیل شده و دو سلول مستقل به وجود می آید. به این ترتیب هر سلول دختری دارای همان تعداد کروموزوم سلول مادری است. وجود کلشی سین در سلول در حال تقسیم فعالیت دوکی را مختل نموده و بدین ترتیب مانع مهاجرت نیمه کروموزوم ها به قطبهای مخالف میشود و بالنتيجه سلول های مادری تشکیل نمی گردد و بدین ترتیب سلولی به وجود می آید با دو برابر تعداد کروموزوم سلول مادری. ظاهرا تاثیر کلشی سین در همین مرحله متوقف می شود و سلول های جدید از این پس به صورت نرمال تقسیم می شود و سلولهای دختری پوپلوئید به وجود می آورند.
تضاعف کروموزوم ها به طور تصادفی و به ندرت در طبیعت نیز انجام می گیرد و این امر موجب پیدایش نباتات جدید گشته است. کلشی سین معمولا به صورت محلول در آب با غلظت های بین 01/0 تا ۲ درصد به کار می رود. میزان مورد استفاده برای هر گیاه متفاوت می باشد.
بهتر است که در شروع کار از غلظتهای ضعیف محلول استفاده شود. مخصوصا در نشاهای کوچک و یا گیاهان علفی سریع الرشد بهتر است که حداقل غلظت موثر به کار برده شود. گیاهان باید در مرحله رشد سریع در اولین فرصت آغشته شده و مدت استفاده از کلشی سین کوتاه باشد (معمولا بین ۱ تا ۱۲ ساعت). برای گیاهان علفی سریع الرشد معمولا غلظت 1/0 درصد کفایت می کند. استعمال غلظت های بیشتر مثلا ۱ درصد و یا به کار بردن دارو برای مدت بیشتر می تواند موجب توقف رشد و گیاه و یا از بین رفتن آن شود.
موفقیت در استعمال کلشی سین بستگی به آن دارد که محلول در سلول های در حال تقسیم وارد شود و لذا باید با توجه به مواد آزمایشی تکنیک مناسبی را پیدا نمود.
آغشتن بذر: بذور ارقام مختلف گیاهان در محلول 2/0 درصد تا 6/1 درصد کلشی سین برای مدت ۱ تا ۱۰ روز قبل از کاشت خیسانده می شوند. عمل خیساندن باید در ظروف کم عمق صورت گیرد تا بذر بتواند اکسیژن مورد نیاز را نیز در اختیار داشته باشد. چنانچه میزان استعمال و مدت زمان مورد لزوم معین نباشد باید رفتارهای مختلفی را مورد آزمایش قرار داد و رفتار اپتیمم را تعیین نمود. بذوری که سریعا جوانه می زنند (۲ تا ۴ روز) می توانند مستقیم در معرض کلشی سین قرار گیرند ولی در بذور بطى الرشد فقط پس از شروع فعالیت جوانه زنی می توانند مورد استفاده قرار گیرند.
آغشتن نشاء: نشاهای کوچک در محلول حدود 2/0 درصد کلشی سین برای مدت ۲ تا ۲۴ ساعت خیسانده می شوند. عمل خیساندن در ظروف کم عمق و یا بین فیلترهای کاغذی صورت می گیرد و زمان خیساندن به سرعت رشد نشاء و یا گیاهچه، حجم و میزان آنها و حساسیت ارقام بستگی دارد. در موقعی که فیلترهای کاغذی به کار می رود باید فیلترها در تمام مدت آزمایش کاملا خیس باشند.
یکی از روشهای معمول در بسیاری گیاهان آن است که ریشه گیاهچه های جوان را به صورت نواری روی پنبه ای مرطوب از آب قرار داده شود و نوار را می پیچانند تا به صورت بسته ای مدور در آید. این بسته را وارونه در لیوانی قرار میدهند به طوری که بسته می تواند در داخل لیوان به سهولت حرکت کند. بسته نشاء در لیوان طوری قرار داده می شود که فقط برگها داخل محلول کلشی سین قرار گیرند. در این روش ریشه ها در طول مدت آزمایش کاملا مرطوب بوده و در عین حال عملا در معرض كلشی سین قرار ندارد و به این ترتیب در صد تلفات گیاهچه ها به حد قابل توجهی کاهش می یابد.
روش فوق در گیاهان دو لپه کاملا موثر است ولی در گیاهچه های گیاهان تک لپه مانند گندم و ذرت و غیره تاثیری ندارد. در گیاهان اخیر باید از روش های تزریق استفاده نمود.
آغشتن غده ها و ریزوم ها: در این موارد باید تکنیک کار را تغییر داده، زیرا که جوانه انتهایی فعال معمولا در بین لایه های ذخیره ای قرار دارند (پیازها) که دسترسی کلشی سین بدان ها از طریق خیساندن بسیار مشکل است. در این موارد می توان از طریق تزریق کلشی سین به جوانه مورد نظر به کمک یک آمپول معمولی استفاده نمود. در برخی ساقه های زیرزمینی مانند گلایولها وجود شرایط خلاء نسبی نیز ضروری می باشد.
آغشتن جوانه ها و شاخه های در حال رشد: قسمت انتهایی شاخه های جوان سریع الرشد و یا جوانه های در حال باز شدن را نیز می توان برای تولید سلولهای پوپلوئید مورد استفاده قرار داد. در این موارد این قسمت ها به وسیله یک برس با محلول کلشی سین (1/0 تا ۱ درصد) آغشته می شوند. هم چنین می توان چند قطره از محلول مورد نظر را در طول مدت آزمایش یک یا دو بار در محل مورد نظر قرار داده در آغشتن شاخه ها باید برگهای ریز و کوچک را که جوانه انتهایی را می پوشانند حذف نمود. چنانچه شاخه قابل انعطاف باشد می توان آن را خم نمود و نوک آن را برای مدت لازم در داخل محلول کلشی سین قرار داد.
می توان از ژلاتین آغشته به خمیر کلشی سین نیز استفاده نمود و نوک شاخه ها یا جوانه ها را برای مدت معین با آن پوشاند و یا از پنبه آغشته به کلشی سین برای پوشانیدن این قسمت ها استفاده نمود.
خیساندن شاخه ها و جوانه های در حال رشد با امولسیون لانولین یکی از متداول ترین روش ها می باشد. این امولسیون به خوبی به نقاط در حال رشد چسبیده و کلشی سین به طور کاملا موثری نفوذ می کند. فرمول تهیه امولسیون لانولین، کلشی سین به قرار زیر است:
- یک قاشق غذاخوری لانولین را در یک قوطی ذوب نموده و آن را گرم نگه دارید.
- یک تا ۵ گرم کلشی سین خالص به لانولین اضافه نمایید.
- در ظرف دیگری یک قاشق غذاخوری پودر رختشویی را در یک چهارم تا نیم لیتر آب تقریبا جوشان حل کنید. میزان آب بستگی به غلظت مورد نظر دارد.
- محلول پودر را در داخل یک مخلوط کن برقی ریخته و خوب مخلوط کنید.
- در حالی که مخلوط کن در حال گردش است محلول لانولین کلشی سین داغ را به آن اضافه کنید.
- مدت ۲ تا ۳ دقیقه به هم زده و سپس مخلوط را سرد نمایید.
اکنون امولسیون قابل استفاده می باشد ولی برای افزایش قابلیت چسبندگی آن می توان از مواد مرطوب کننده استفاده نمود. برای این منظور می توان مقداری گلیسیرین به امولسیون اضافه نمود و خوب مخلوط کرده و سپس مورد استفاده قرار داد.
در تهیه کلشی سین باید نکات ایمنی را کاملا رعایت نمود. پاشیده شدن قطرات محلول به چشم خطرناک بوده و دستها را پس از استعمال کلشی سین باید کاملا با آب و صابون شستشو داد.
به منظور آگاهی از تاثیر کلشی سین آزمایش و مطالعه دقیق مواد مورد استفاده ضروری میباشد. ایجاد پوپلوئیدی در مواد را معمولا میتوان با مشاهده برگهایی که طویل تر از حد معمول هستند و یا قسمتهایی از آنها تغییر شکل داده است تشخیص داد. معمولا قسمتی از رگبرگ میانی ضخیم تر از قسمت دیگر شده و دارای بافت ضخیم تری نیز می باشد. این قبیل برگها در قسمتی از گیاه که فوق جوانه انتهایی آغشته شده به وجود می آیند مشاهده می نمایند.
مشاهده تغییرات برگها مانند رگبرگها، کرک ها و غده های برگ خواص با ارزشی هستند که در تشخیص احتمال ایجاد پوپلوئیدی و حذف مواد تغییر نیافته کمک شایانی می نمایند.
گیاه تتراپلوئید معمولا دارای ظاهر خشن و رشد غیرعادی است. معمولا نرخ رشد در سلول های بزرگ تر پایین می آید، لذا ممکن است گیاه تتراپلوئید به اندازه دیپلوئید مربوطه رشد نکند. ارقام تتراپلوئید معمولا بذور درشت تری تولید می کند در حالی که در غالب موارد باروری گیاه کاهش می یابد (تعدا كمتری بذور درشت تر تولید می شود). بذور تولیدی اکثرا دارای سطح ناصاف و برآمده بوده و تغییر رنگ نیز یکی از صفات معمول این بذور می باشد.
در بسیاری موارد میوه تتراپلوئید بین ۱۰ تا ۱۰۰ درصد درشت تر از میوه دیپلوئید مربوطه است ولی این امر عمومیت ندارد. علاوه بر اندازه میوه، شکل آن، عدم تقارن و لرز اتصال آن به شاخه از نکاتی است که در تشخیص گیاه تتراپلوئید کمک می کند.
در برخی موارد تشخیص ظاهری با چشم مسلح امکان پذیر نبوده و احتیاج به استفاده از میکروسکوپ می باشد.
به منظور تعبیر نتایج حاصله از به کار بردن کلشی سین باید به نکات زیر توجه نمود:
- خصوصیات نمو و شرایط اقلیمی گیاه دیپلوئید باید دقیقا مطالعه شود.
- ساختمان گیاه دیپلوئید کاملا شناخته شده باشد.
- آشنایی اصول ژنتیک و سیتولوژی برای تشخیص موارد استثنایی ضروری می باشد.
- تجربه در شناخت و ارزشیابی تغییرات احتمالی بسیار مهم می باشد.
استعمال ذره بین دستی در خیلی موارد می تواند تغییرات اندازه روزنه ها را در گیاه تتراپلوئید مشخص نماید. هم چنین کرک های برگ و غدد موجود در آن اکثرا با بزرگ نمایی قابل رویت می باشند.
تعیین اندازه دانه گرده با میکروسکوپ می تواند در تعیین تتراپلوئید کمک نماید (معمولا دانه های گرده گیاه تتراپلوئید حدود ۵۰ درصد بزرگتر از دانه گرده گیاه دیپلوئید مربوطه می باشد).
چنانچه هیچ یک از طرق و خصوصیات فوق نتوانند بین گیاه دیپلوئید و تتراپلوئید تمیز دهند، تنها راه باقی مانده شمردن تعداد کروموزوم ها می باشد.
نباید انتظار داشت که با استعمال کلشی سین صفات مطلوب مورد نظر در همه گیاهان به وجود آید. مخصوصا در مواردی که گیاه به طور طبیعی پولیپلوئید می باشد مضاعف شدن تعداد کروموزوم ها می تواند تاثیرات سوء داشته باشد.
از گلیسرول یا دی متیل سولفوکساید به عنوان عاملی برای محافظت سلول ها در برابر سرما در خلال انجماد محافظت می کند. عوامل محافظت کننده در برابر سرما به دو نوع تقسیم می شوند؛ نوع اول نفوذ کننده، مانند گلیسرول و DMSO که به راحتی از غشای سلولی عبور می کنند و محافظت را هم به صورت داخل سلولی و هم به صورت خارج سلولی انجام میدهند و عوامل غیر نفوذ کننده، مانند ساکارز، لاكتوز، گلوکز، مانیتول، سوربیتول، دکستران و پلی وینیل پیرولیدون که عمل محافظت را از خارج از غشای سلولی انجام میدهند.
دانه های گرده: دانه های گرده، می توانند توسط تابش اشعه یا مواد جهش زا تیمار شوند. مزیت تیمار کردن گرده، این است که تخم یا گیاهی که از آن به دست می آید، برای هر تغییر ژنتیکی که در دانه گرده اتفاق افتاده باشد، ناخالص خواهد بود. بر عکس تیمار کردن بذر یا گیاهان کامل منجر به تولید شیمرها می شود، به گونه ای که قسمتی از گیاه از نظر ژنتیکی با قسمت دیگر متفاوت می باشد. اشکال تیمار کردن گرده در این است که در بعضی از گونه ها تهیه مقدار کافی گرده زنده مشکل است.
اکثر تغییراتی که در اثر پیوند در باغبانی و گل کاری حاصل می شود از نوع تغییرات غير ارثی است. برای مثال می توان رشد کم و بیش قوی میوه های کوچک تر یا بزرگتر، زودتر رسیدن بر روی پایه تا بر روی چیزهای دیگر و غیره نام برد.
این تغییرات در سلولهای جنسی تثبیت نشده وارثی نیستند. اگر تغییرات ارثی حاصل از پیوند زدن کرارا اتفاق بیفتد در آن صورت باید وسایل جلوگیری از آنها را فراهم آورد؛ زیرا صفات واریته های پیوند شده بر روی پایه های ریشه نامطلوب یا وحشی ناقص خواهد بود. تغییرات حاصل از پیوند زدن در نتیجه مخلوط شدن بافت ها هم از نوع تغییرات غیر ارثی است اما نظر به این که با تغییرات تبدیلی تفاوت دارند لذا آنها را تغییرات شیمری می گویند. تغییرات شیمری که در طول دوره تکامل واقع می شوند گاهی اوقات چنان برجسته و غیر عادی هستند که مشکل می توان آنها را به عنوان تغییرات غیر ارثی در نظر گرفت. اما گاهی اوقات که لزوم حفظ این تغییرات در نتاج توسط تولید مثل جنسی وجود داشته است ناچارا نتیجه غیر از آن را شیمر بوده است. شیمرها را فقط از طریق تکثیر رویشی می توان نگهداری کرد و از این پدیده در بسیاری از گونه های باغبانی مورد استفاده قرار می گیرد. پس شیمر نوعی جهش در کلروپلاست است که سبب دو رنگ شدن در گیاهان می شود، مثلا در فیکوس بنجامین سبب ایجاد حاشیه زرد و سفید بر روی برگ های سبز می شود و گیاه را به حالت ابلق می برد.
موضوع شیمر یا بافت ناهمسانی: موتاسیونی که در گیاه رخ می دهد غالبأ بخشی از مریستم ها را در بر می گیرد. با تکثیر سلولها، بالاخره بافتی را در گیاه تشکیل می دهد که همان بافت یا لایه یا بخش موتاسیون يافته در گیاه است. گیاهی که از یک چنین مریستمی ازدیاد غیرجنسی می شود شامل دو یا چند بافت است که از نظر ژنتیکی این بافت ها با هم دیگر یکسان نیستند به این گیاهان شیمر می گویند. نوع ابلق بسیاری از گیاهان زینتی گلخانه ای نوعی شیمر است. در گلها در شمعدانی، داوودی، هورتانسیا، کوکب و در بسیاری از گیاهان دیگر این نوع شیمر مشاهده شده است. در گلخانه ها این نوع شیمر را روی سانسوریا، شمشاد پیچ، کاملیا و در یک نوع گل سرخ و بعضی گیاهان دیگر می توان مشاهده کرد. در این گیاهان پلاستیدهای بخشی از برگ قادر به تولید کلروفیل نمی باشند در حالی که بقیه سلولهای برگ معمولی می باشند. شیمرها دارای انواع و اقسام می باشند (شیمر سکتوریال، پری کلینال، مری کلینال). این جا جدا از شیمر مخصوص پیوند می باشند.
علاوه بر مسائل ذکر شده در بالا موضوعات دیگری نیز وجود دارد که تغییراتی را در کلون ها سبب می شوند مثل عوارض و تغییر شکل یافتگی های ژنتیکی که در بسیاری از گیاهان رخ می دهند و گیاه علائمی نظیر بیماری های ویروسی بروز می دهد در حالی که پایه های تغییر شکل یافته این عارضه را به سایر گیاهان منتقل نمی کنند و در حقیقت این عوارض جنبه ژنتیکی داشته و غیرمسری می باشند. تکنیک های به وجود آوردن شیمر در رقم های ابلق به خصوص در گیاهان گلخانه ای مخصوصأ بنت القنسول در سال های جدید اهمیت زیادی یافته اند.
در شیمر تغییرات ژنتیکی در بافت ها صورت می گیرد و ژنوتیپ های مختلف در یک گیاه به وجود می آید. در محصول نامبرده شیمر می تواند به صورت طبیعی به خصوص در مورد رنگ براکته ها منظمأ و هر ساله حادث شود و در صورتی که از طریق کشت بافت بنت القنسول تکثیر شود با تابانیدن اشعه X و یا Y می توان به صورت مصنوعی در این محصول شیمر را در مورد رنگ گل ها و برخی دیگر از خصوصیات گیاه به وجود آورد. یکی دیگر از فنون مربوط به ایجاد شیمر در گیاهان استفاده از قلمه ریشه در بعضی از محصولات گل کاری مثل رز و شمعدانی است. کلون هائی که منشاء آنها یک قلمه از این محصولات است می توانند از نظر مرفولوژیکی با قلمه هائی که از بالای سطح خاک برداشته می شوند متفاوت گردند این به دلیل منشاء شاخه هائی است که روی ریشه رشد می کنند. و از سه لایهL1 ،L2 وL3 که طبیعتا در جوانه های انتهایی گیاهان دیده می شود فقط لایه های L2 و L3 رشد می نمایند. و بدین طریق به دلیل نبود ژنوتیپ L1 رنگ گل های این کلون ها می تواند متفاوت باشد. این چنین بررسی ها بسیار محدود در باغبانی صورت گرفته است و به جاست برای به دست آوردن رقم های جدید گلها از این تکنیک ها استفاده به عمل آورند.
گل های کوکب، داوودی و میخکی که کاشته می شوند در بسیاری از موارد هتروزیگوت بوده و از چندین دورگ گیری پی در پی آنها به طور تصادفی جوانه ای به وجود می آید. به عنوان مثال از یک گیاه شاخه ای رشد کرده و به گل می نشیند که رنگ گل آن شاخه کاملا با رنگ گل شاخه های دیگر متفاوت است. این حالت یک جهش جوانه ای نامیده می شود. به طوری که از سال ۱۹۰۱ تا ۱۹۴۸ واریته ای از آزالیا به نام مادام پتریک موجب تولید ۲۵ نوع جهش گردیده است. از واریته ویلیام سیم میخک حدود ۱۲ جهش و از داوودی واریته ژان کوت نیز چندین جهش به دست آمده است. جهش های سوماتیک بر روی برگها نیز تاثیر کرده و باعث تغییراتی در برگها از جمله در رنگ، نوع بریدگی و اندازه آنها می گردد به طوری که گاهی برگها حالت ابلق در می آیند، به علت ارثی نبودن مبدا این تغییرات، تثبیت آنها حتما باید با استفاده از طریق ازدیاد غیر جنسی به عمل آید. قبل از توصیه آن به عنوان یک گیاه جدید، ازدیاد و مشاهدات مربوطه چندین سال باید ادامه یابد تا از تثبیت تغییرات اطمینان کافی حاصل شود.
مبدا تغییرات گیاهان برگ ابلقی که به طور فراوان در بین گیاهان زینتی دیده می شوند بسیار متفاوت است. در ابلق شدن با مبدا ارثی مربوط به مشخصات ژنتیکی گونه و یا واريته می باشد و مثل سرخس، Petris ensifofmis و بعضی گیاهان تیره بروملیاسه مثل؛ آكمنا فاسیاتا، Vriesea hieroglyphica. این گیاهان به روش جنسی هم تکثیر می شوند، مانند بسیاری از سرخسها و گیاهان تیره آناناس که دارای برگهای ابلق هستند.
ابلقی بسیاری از گیاهان هتروزیگوت که در اثر دورگ گیری متوالی ایجاد می شوند ثابت نبوده و در نتیجه با روش جنسی قابل تکثیر نیستند. بنابراین انتقال این تغییرات حتما باید از طریق قلمه زدن و یا خوابانیدن به وقوع بپیوندد. مثل کالادیوم و کوردیلین.
در تعداد زیادی از سرخس ها مانند سرخسهای Scoiopendrium vulgare و Nepnrolepis exaitata جهش در برگها تظاهر نموده و برگها فریزه، بریده و یا پیچیده می گردند. این حالت در سایر گیاهان به صورت تغییرات در رنگ برگها و گلها ایجاد می شود، نظیر بگونیا رکس و حسن یوسف که فقط به طریق غیر جنسی قابل تکثیر هستند.
در واریته مادام سالرون از شمعدانی معمولی یک لایه سلول سفید، روی بافت سبز را پوشانده و در نتیجه برگها به رنگ سفید دیده می شود. گاهی نیز این حالت از بین رفته و پایه هایی با برگ های کاملا سبز دیده می شوند. واریته واریته Laurentii از گونه Sanseviria trifasciata دارای برگهایی با لکه های زرد طلایی می باشند. در صورت تهیه قلمه از برگ و کاشت آن، بافت داخلی برگ گیاه جدید مجددا ظاهر شده و به رنگ سبز تیره با لکه های سفید در می آید که از نظر تزیینی اهمیتی کمتر از اهمیت نوع اول دارد. همین حالت در گیاه Peperomia magnooaeeflia، بدین ترتیب که اگر از نوع ابلق قلمه تهیه شود گیاه به دست آمده دارای برگ های سبز خواهد بود. برخی از واریته های فلوکس دایمی که دارای برگ های ابلق می باشند اگر با قلمه ریشه تکثیر شوند گیاهان تولید شده دارای برگهای کاملا سبز خواهند بود. در صورتی که اگر قلمه از شاخه های علفی تهیه شود گیاهان تولید شده دارای برگهای ابلقی کاملا شبیه برگهای گیاه اصلی خواهند بود.
ابلقی بعضی از گیاهان زینتی به دلیل مبتلا بودن آنها به بیماریهای ویروسی میباشد. به عنوان مثال لکه های زرد طلایی بر روی برگهای گیاهی به نام Abutiion striatum به دلیل مبتلا بودن آن به نوعی بیماری ویروسی است؛ زیرا در حالت عادی برگ گیاه مزبور کاملا سبز می باشد. انتشار این نوع ابلقی بیشتر با زخم و نیش حشرات به وقوع می پیوندد.
به دست آوردن جورهای جدید گل
امروزه در فن گل کاری، به دست آوردن جورهای تازه، رل مهمی را بازی می کند. بعضی گیاهان به آسانی و خود به خود جور جدیدی را به وجود می آورند. خواه از نظر بزرگی بوته مانند؛ جعفری فرنگی و خواه از لحاظ رنگ آمیزی گل مانند داودی هندی، یا از نظر پر پری که عموما نتیجه تبدیل پرچم به گلبرگ است مانند: گل سرخ و گل کاملیا. ولی بعضی اقسام گیاهان به ندرت ممکن است جور جدیدی را خود به خود به وجود آورند. در مواردی که خود گیاه جور جدیدی را به وجود می آورد، گل کار باید با دقت آنها را انتخاب و جدا نماید. به این معنی که تخم آنها را گرفته و در محل مخصوصی دور از اقسام قدیمی بکارد، که از آنها غالبا گیاهان جدید و کاملا قابل توجه و کم و بیش قوی به دست می آید. کارشناسان، انتخاب جورهای جدید از هر قسم را مداومت می دهند تا از بین آنها یک جور کاملا متمایز و مورد توجه که تاکنون در دسترس نبوده به دست آورند و یکی از صفاتی را که بیشتر گل کاران دوست دارند، درشتی قابل توجه گلهاست. متخصصان این فن در سالهای اخیر موفق به کشف هورمونهائی که سبب بزرگی گلها می شوند شده اند و برای عاشقان گل در دسترس عموم گذاشته شده که با مصرف آنها می توان نتایج قابل ملاحظه به دست آورد.
گلهای پرپر و نیمه پرپر
گلهای پرپر که تعداد آنها بسیار متنوع است طبیعتا دارای مبدا پیدایش متفاوت است. برخی، از تبدیل کاسبرگ به گلبرگها تبدیل شده اند. مثلا در انواع گل استکانی، پریمولا گل ها به صورت دو ردیفه بوده و ردیف دوم به ردیف اول متصل گردیده است. در انواع گل آویز و سنبل زیاد شدن گل برگها و در آرابيس آلبيدا دو تا شدن کاسه ی گل موجب پرپر شدن می گردد. پیشرفت و تبدیل پرچمها به قطعات گلبرگ در اکثر واریته های گل صدتومانی، میخک، آلاله پیازی، آزاله ها و غیره نیز منجر به نوعی پرپر شدن می گردد. در بگونیای پیازی که نژادی مونوییک است، گلهای نر تا آخر مرداد ماه به گل برگ تبدیل گردیده و همان پایه در آخر تابستان گل های نر عادی تولید می کند. تبدیل کارپل به گلبرگ بسیار نادر بوده و این حالت فقط در شقایق پیازی و اطلسی دیده شده است. بالاخره مضاعف شدن براکته ها و رنگ گرفتن برگها در مرحله گلدهی، در بعضی واریته های بنت القنسول قابل ذکر می باشد.
گاهی در اثر تغییراتی که در عوامل پرورش گلها داده می شود، مثل مصرف خاکهای قوی، به دست آمده و بیشتر اوقات طبیعت با تغییر پرچم گل های ساده به گلبرگ تولید می نماید. هر وقت یک قسمت از پرچم ها تبدیل به گلبرگ شود، گل نیمه پرپر و اگر تمام پرچم ها تبدیل به گلبرگ شد، گل پرپر کامل درست می شود.
طبیعی است که هر چه تعداد پرچمهای گل بیشتر باشد گل آن پر پرتر می گردد (مانند گل سرخ، کاملیا، گل بگونیای تکمه دار و غیره). اگر گل فاقد پرچم باشد یا اگر مادگی گل در گلبرگ ها پوشیده شده و به آسانی گرد پرچم به آن نرسد گل باردار نمی شود. در گل های کم پر که گرد پرچم به آسانی در اثر عوامل طبیعی مانند باد یا حشرات بر روی مادگی می نشیند، به زودی باردار شده و گلبرگها پلاسیده، گل از بین می رود. ولی در گل های پرپر یا نیمه پرپر که عمل گشن گیری به واسطه نبودن پرچم صورت نمی گیرد، دوام بیشتر شده و مدتی لطافت خود را نگه می دارد. بعضی گل ها به جای آن که پرچم شان تبدیل به گلبرگ شده و به این طریق پرپر گردند، جام گل دوتا شده و یکی در دیگری جا می گیرد (مانند گل پامچال باغی یا خرزهره هندی یا یاس خوشه ای) یا آن که کاسه گل تبدیل به جام شده و همان شکل و رنگ را به خود می گیرد (مانند گل استکانی پرپر).
هیبریداسیون
ترکیب ژن های مختلف و به دست آمدن پایه ها با ژنوتیپ های مختلف در نتیجه ازدیاد جنسی گیاهان میسر است که در آن موضوع تلقیح و باروری گامت های نر و ماده منجر به تشکیل بذر و میوه می شود و در نتیجه تغییرات ژنتیکی اتفاق می افتد.
در برنامه به نژاد گیاهانی که از طریق غیر جنسی تکثیر می شوند، نیز این متغیرهای ژنتیکی از طریق دورگ گیری بین دو یا چند کلون که قبلا به دقت انتخاب شده اند حاصل می شود و بدین طریق اجتماع جدیدی حاصل می گردد که پایه های اولیه و اصلی در حقیقت همان کلون ها می باشند، نسل های هیبرید حاصله از تلاقی دو كلون مجددأ مورد دقت قرار گرفته و کلون های مناسب و برتر از میان توده گیاهی حاصله انتخاب، حفاظت و از طریق غیر جنسی تکثیر می شوند.
کلون ها معمولا گیاهان کاملا هتروزیگوت می باشند و در F1 تفرق صفات مشخص وجود داشته و فنوتیپ های جدید به دست می آید. هر یک از پایه های F1 می تواند خود منشاء یک کلون جدید باشد. بدین طریق عقیم سازی بسیاری از کلون ها صورت نمی گیرد؛ زیرا نتایج یک تلقیح خودی در این گیاهان کاملا هتروزیگوت تقریبا به همان اندازه مختلف اند که نتایج حاصله از یک دورگ گیری متفاوت می باشند.
در صورتی که تشخیص داده شود که کلون هایی از یک محصول برای صفاتی کم و بیش به صورت هموزیگوت می باشند و منظور از دورگ گیری به دست آوردن هیبرید با مشخصات معینی می باشد در این صورت مسئله جداسازی ارقام و موضوع عقیم سازی پایه ها و دورگ گیری و تمامی مسائلی که در مورد گیاهانی که از طریق جنسی تکثیر می شوند در این جا نیز مطرح می شود.
