کشف ژن شگفت‌انگیز برنج

در شرایطی که جهان با سومین بحران غذایی در نیم‌قرن اخیر روبه‌روست و هر لحظه اخبار ناامیدکننده‌ای از ناامنی غذایی و افزایش گرسنگان جهان به گوش می‌رسد، پنجشنبه گذشته (۳۰ تیرماه)، ژورنال ساینس (Science) از کشف یک ژن خارق‌العاده و پربازده به نام OsDREB1C از سوی یک تیم تحقیقاتی در مؤسسه علوم زراعی، آکادمی علوم کشاورزی چین خبر داد که می‌تواند به‌ طور هم‌زمان با بهبود راندمان فتوسنتز و جذب نیتروژن عملکرد محصول برنج را حداقل بیش از ۳۰ درصد افزایش دهد. داوران مقاله پژوهشی ساینس معتقدند که این تیم کار خارق‌العاده‌ای را در انجام موفقیت‌آمیز تعداد زیادی آزمایش‌های مزرعه‌ای با محصولات مختلف در مکان‌های مختلف انجام داده و نتایج آزمایشی جامع و قابل اعتمادی را ارائه کرده است. نتایج این مطالعه بسیار تأثیرگذار و درخورتوجه و برای صنعت غذا در سطح جهان فوق‌العاده امیدبخش خواهد بود. این کشف می‌تواند تأثیر بسزایی در سطح و میزان تولید از طریق بهبود بهره‌وری داشته باشد. این خبر در حالی منتشر می‌شود که جهان با یکی از بحران‌های جدی در حوزه امنیت غذایی روبه‌روست، از یک‌ سو اثرات بیماری کووید بر اقتصاد جهان و از سوی دیگر تأثیرات مخرب تغییرات اقلیمی و جنگ اوکراین باعث شده است که تعداد گرسنگان جهان روند افزایشی یافته، به نحوی که براساس داده‌های سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد تعداد افراد مبتلا به گرسنگی در جهان به بیش از ۹۰۰ میلیون نفر رسیده. همه برآوردها از افزایش جمعیت جهان تا مرز 10 میلیارد تا سال ۲۰۵۰ حکایت داشته و این به معنی نیاز به 50 درصد افزایش غذاست. این در حالی‌ است که کره خاکی با محدودیت‌های جدی در برداشت از منابع پایه به‌خصوص آب و خاک روبه‌روست؛ بنابراین تنها دو راه‌حل برای نوع بشر باقی می‌ماند: اول افزایش بهره‌وری در عملکرد به ازای منابع محدودکننده تولید با تکیه بر فناوری‌های نوین و دوم کاهش و بهبود مصرف از طریق ارتقای الگوی مصرف و کاهش ضایعات. لازم به ذکر است که تغییرات اقلیمی در سال‌های اخیر باعث کاهش بهره‌وری و رشد عملکرد محصولات زراعی در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان شده است. تحول تولید در دوران انقلاب سبز متکی بر کودهای شیمیایی و بذرهای اصلاح‌شده و ماشین‌آلات کشاورزی بود؛ اما در پنج دهه گذشته این روند دچار اختلالات شدیدی شده است. استفاده از کود نیتروژن یکی از اقدامات مهم برای افزایش عملکرد محصول است؛ اما در سال‌های اخیر، مصرف بیش از حد مقدار زیادی کود نیتروژن نه‌تنها باعث بهبود مستمر عملکرد محصول نشده است؛ بلکه باعث ایجاد مشکلات جدی آلودگی زیست‌محیطی، مانند کاهش کیفیت و اسیدی‌شدن خاک و انتشار گازهای گلخانه‌ای شده و به‌کارگیری ماشین‌آلات کشاورزی نیز با محدودیت جدی روبه‌رو شده است. به‌همین‌دلیل نقش فناوری بیوتکنولوژی و بذور اصلاح‌شده بیش‌از‌پیش در فرایند امنیت غذایی نقش‌‌‌آفرین خواهد بود. تکیه بر تکنولوژی زیستی و بهبود راندمان و بهره‌وری ارقام زراعی یک امر راهبردی و در‌عین‌حال بسیار چالش‌برانگیز است. کربن و نیتروژن مهم‌ترین درشت‌مغذی‌های ضروری برای رشد و نمو گیاه و همچنین اجزای اصلی سلول‌ها هستند. یکی از راهبردهای جدید در اصلاح ژنتیکی بذور بهبود هم‌زمان عملکرد محصول و کارایی مصرف نیتروژن مورد نیاز است. گیاهان از یک‌ طرف با عمل فتوسنتز دی‌اکسیدکربن موجود در اتمسفر را جذب و به مواد آلی تبدیل می‌کنند و از طرف دیگر، با جذب نیتروژن از طریق ریشه‌های خود عملکرد محصول را افزایش می‌دهند. گیاهان برای تثبیت کربن به فتوسنتز متکی هستند و برای جذب نیتروژن به ریشه‌ها متکی هستند. این دو فرایند ارتباط نزدیکی با هم دارند و برای شکل‌گیری محصول بسیار مهم هستند. یکی از موضوعات مهم علمی در زمینه علوم کشاورزی برای بهبود راندمان محصولات و ارتقای هم‌افزایی متابولیسم کربن و نیتروژن محصولات به منظور دستیابی به عملکرد بالا و راندمان بالاست. توانایی ژن کشف‌شده در افزایش و بهبود هر دو عامل فوق‌الذکر یعنی تثبیت کربن و جذب نیتروژن است، با این حال، «توانایی» ژن  OsDREB1C به همین‌جا ختم نشده و همچنین می‌تواند گل‌دهی زودرس، زودباردهی و برداشت زودهنگام برنج را نیز افزایش دهد. اهمیت و نقش کشف این ژن نه‌تنها در برنج بلکه در دیگر غلات نیز مورد آزمون قرار گرفته است و به منظور راستی‌آزمایی «تأثیر» احتمالی ژن OsDREB1C در محصولات مختلف دیگری ازجمله گندم معمولی نیز تأیید شده و مشخص شده که این ژن باعث عملکرد بالا و زودرسی در گندم شده و می‌تواند عملکرد مزرعه گندم را 17.2 تا 22.6 درصد افزایش دهد و بلوغ آن را ۳ تا ۶ روز تسریع کند. این تیم تحقیقاتی پژوهش عمیقی را درمورد عملکرد و مکانیسم این ژن در دیگر محصولات غذایی اصلی از‌جمله ذرت و سویا نیز آغاز کرده‌اند تا بتوانند میزان مقاومت به تنش و ویژگی‌های عملکرد مزرعه را نیز ارزیابی کنند. سه فرایند فیزیولوژیکی فتوسنتز، استفاده از نیتروژن و گل‌دهی برای دستیابی به هم‌افزایی با عملکرد بالا، کارایی بالا و برداشت زودرس محصول مورد بررسی و مطالعه قرار می‌گیرد تا فرصت‌هایی را از طریق بهبود هم‌افزایی صفات فیزیولوژیکی متعدد فراهم کند. اهمیت فوق‌العاده این تحقیق فقط کشف ژن نیست که می‌تواند چندین امر فیزیولوژیکی مهم را به‌ طور هم‌زمان تنظیم کند؛ بلکه توانسته تضاد بلندمدت بین «بازده بالا» و «بلوغ زودرس» در تولید کشاورزی را مرتفع کند. در‌عین‌حال عملکردهای ژن OsDREB1C در محصولات مختلف باعث می‌شود که چشم‌انداز کاربردی و پتانسیل آن برای تولید پایدار و بهره‌ور را در سیستم فشرده کشاورزی و افزایش تولید غلات را بهبود و افق امیدوارکننده‌ای برای امنیت غذایی در سطح جهان ارائه دهد.