Mutasyon ıslahı - Mutation breeding

Bazen " varyasyon ıslahı " olarak anılan mutasyon ıslahı , diğer çeşitlerle yetiştirilmek üzere arzu edilen özelliklere sahip mutantlar üretmek için tohumları kimyasallara , radyasyona veya enzimlere maruz bırakma işlemidir . Mutajenez kullanılarak oluşturulan bitkilere bazen mutajenik bitkiler veya mutajenik tohumlar denir.

1930'dan 2014'e kadar, doğrudan mutantlar (%70) veya onların soyundan (%30) türetilen 3200'den fazla mutajenik bitki çeşidi serbest bırakıldı. Mahsul bitkileri, salınan mutajenik türlerin %75'ini oluştururken, kalan %25'i süs bitkileri veya dekoratif bitkilerdir. Bununla birlikte, FAO / IAEA , 2014 yılında dünya çapında 1.000'den fazla mutant ana temel mahsul çeşidinin yetiştirildiğini bildirmesine rağmen, bu çeşitlerden kaçının şu anda dünya çapında tarım veya bahçecilikte kullanıldığı belirsizdir, çünkü bu tohumlar her zaman tanımlanmamıştır. veya mutajenik kökene sahip olarak etiketlenmiş.

Tarih

Bahçe tarihçisi Paige Johnson'a göre:

İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra, atom enerjisi için 'barışçıl' kullanımlar bulmak için ortak bir çaba vardı . Fikirlerden biri, bitkileri radyasyonla bombardıman etmek ve çok sayıda mutasyon üretmekti; bunlardan bazılarının daha ağır, hastalıklara veya soğuğa dayanıklı veya olağandışı renklere sahip bitkilere yol açması umuluyordu. Deneyler çoğunlukla ABD'deki ulusal laboratuvarlar temelinde, aynı zamanda Avrupa ve [o zamanki] SSCB ülkelerindeki dev gama bahçelerinde yapıldı.

süreçler

Etil metansülfonat ve dimetil sülfat gibi kimyasal mutajenler , radyasyon veya mutantlar oluşturmak için transpozonlar kullanmak gibi farklı mutajenik üreme türleri vardır . Mutasyon ıslahı, ekinlerde doğada bulunamayan veya evrim sırasında kaybolan daha büyük tohumlar, yeni renkler veya daha tatlı meyveler gibi özellikler üretmek için yaygın olarak kullanılır.

Radyasyon

Bitkileri radyasyona maruz bırakmak bazen radyasyon ıslahı olarak adlandırılır ve mutajenik ıslahın bir alt sınıfıdır. Zaman Radyasyon ıslah 1920'lerde keşfedildi Lewis Stadler ait Missouri Üniversitesi'nde kullanılan röntgen mısır ve arpa üzerine. Arpa durumunda, ortaya çıkan bitkiler beyaz, sarı, uçuk sarıydı ve bazılarının beyaz çizgileri vardı. 1928'de Stadler , bitkilerde radyasyonun neden olduğu mutajenez hakkındaki bulgularını ilk kez yayınladı . 1930-2004 döneminde radyasyona bağlı mutant çeşitler, temel olarak gama ışınları (%64) ve X-ışınları (%22) kullanılarak geliştirildi.

Radyasyon ıslahı atom bahçelerinde gerçekleşebilir ; ve tohumlar onları daha fazla kozmik radyasyona maruz bırakmak için yörüngeye gönderildi.

kimyasallar

İyonlaştırıcı radyasyondan kaynaklanan yüksek kromozom sapmaları ve buna eşlik eden zararlı etkiler, araştırmacıları mutasyonları indüklemek için alternatif kaynaklar aramaya yöneltti. Sonuç olarak, bir dizi kimyasal mutajen keşfedilmiştir. En yaygın olarak kullanılan kimyasal mutajenler alkilleyici ajanlardır . Etil metansülfonat (EMS), etkinliği ve kullanım kolaylığı, özellikle bertaraf için hidroliz yoluyla detoksifikasyonu nedeniyle en popüler olanıdır. Nitrozo bileşikleri yaygın olarak kullanılan diğer alkilleyici ajanlardır, ancak ışığa duyarlıdırlar ve daha yüksek uçuculukları nedeniyle daha fazla önlem alınması gerekir. EMS, gelişen TILLING popülasyonları gibi tarama için çok sayıda mutant geliştirmek için yaygın olarak kullanılan bir mutajen haline geldi . Pek çok kimyasal mutajen olsa da, dozların optimize edilmesi gerektiğinden ve ayrıca bitkilerde birçokları için etkinlik yüksek olmadığı için pratik ıslahta sadece birkaçı kullanılmıştır.

kısıtlama endonükleazları

Doksanların ortalarında bitki DNA'sındaki çift zincirli kırılmaları incelemek için bakteriyel kısıtlama endonükleazlarının (RE) - örneğin Fok1 ve CRISPR/ Cas9 - kullanımına ilgi başladı. DSB'ler olarak da bilinen DNA'daki bu kırılmaların, ökaryotlarda çok fazla kromozom hasarının kaynağı olduğu ve bitki çeşitlerinde mutasyonlara neden olduğu bulundu. RE'ler, bitki DNA'sında iyonlaştırıcı radyasyon veya radyomimetik kimyasallarınkine benzer bir sonuç indükler. DNA'daki künt uçlu kırılmaların, yapışkan uçlu kırılmaların aksine, kromozomal hasarda daha fazla varyasyon ürettiği ve bu da onları mutasyon ıslahı için daha kullanışlı bir kırılma türü haline getirdiği bulundu. RE'lerin kromozomal anormalliklerle bağlantısı çoğunlukla memeli DNA'sı üzerine araştırmalarla sınırlıyken, memeli araştırmalarındaki başarı, bilim adamlarının arpa genomları üzerinde RE'nin neden olduğu kromozomal ve DNA hasarı hakkında daha fazla çalışma yürütmesine neden oldu . Kısıtlama endonükleazlarının kromozomlarda ve DNA'da hasarı kolaylaştırma yetenekleri nedeniyle, RE'ler mutasyona uğramış bitki çeşitlerinin çoğalmasını teşvik etmek için yeni bir mutajenez yöntemi olarak kullanılma kabiliyetine sahiptir.

uzay üreme

Bitkilerin gelişme ve gelişme yeteneği, uzaydaki mikro yerçekimi ve kozmik radyasyon gibi koşullara bağlıdır . Çin, uzaya tohum göndererek bu teoriyi deniyor ve uzay uçuşlarının genetik mutasyonlara neden olup olmayacağını test ediyor. 1987'den beri Çin, uzay üreme programı aracılığıyla uzaydan 66 mutant çeşidi yetiştirdi. Tohumlar uzaya gönderildiğinde, dünyaya bağlı muadillerine kıyasla kromozomal sapmalar büyük ölçüde arttı. Uzay uçuşunun tohumlar üzerindeki etkisi, türlerine ve çeşitlerine bağlıdır. Örneğin, uzayda yetiştirilen buğday, Dünya'ya bağlı kontrolüne kıyasla tohum çimlenmesinde büyük bir büyüme gördü, ancak uzayda yetiştirilen pirincin kontrolüne kıyasla görünür bir avantajı yoktu. Uzay uçuşu tarafından pozitif olarak mutasyona uğrayan çeşitlerin büyüme potansiyelleri, yalnızca Dünya'da yetişen muadillerinin değil, aynı zamanda Dünya'daki ışınlanmış muadillerininkini de aştı. Geleneksel mutajenik tekniklerle karşılaştırıldığında, uzayda yetiştirilen mutasyonlar, ilk nesil mutasyonları üzerinde olumlu etkiler yaşadıkları için daha fazla etkinliğe sahipken, ışınlanmış mahsuller genellikle ilk nesillerinde avantajlı mutasyonlar görmezler. Çok sayıda deney, uzay uçuşunun tohum mutasyonu üzerindeki olumlu etkilerini gösterse de, havacılığın hangi yönünün bu tür avantajlı mutasyonlar ürettiğine dair net bir bağlantı yoktur. Kozmik radyasyonun kromozomal sapmaların kaynağı olduğu konusunda çok fazla spekülasyon var, ancak şu ana kadar böyle bir bağlantıya dair somut bir kanıt yok. Çin'in uzay yetiştirme programının çok başarılı olduğu gösterilmiş olsa da, program büyük bir bütçe ve diğer birçok ülkenin ya isteksiz olduğu ya da sağlayamadığı teknolojik destek gerektiriyor, yani bu program Çin dışında mümkün değil. Bu tür kısıtlamalar nedeniyle, bilim adamları, Dünya'da aynı amaca uygun uzay kaynaklı mutasyonları teşvik etmek için Dünya'daki uzay koşulunu kopyalamaya çalışıyorlar. Böyle bir çoğaltma, Dünya'nınkinden daha zayıf bir manyetik alana sahip bir alan üreten manyetik alan içermeyen bir alandır (MF). MF tedavisi mutajenik sonuçlar üretti ve yeni mutant pirinç ve yonca çeşitlerini yetiştirmek için kullanıldı. Uzay koşullarının diğer kopyaları, tohumların ağır bir 7 Li-iyon ışını veya karışık yüksek enerjili parçacıklar tarafından ışınlanmasını içerir. Bu uzayda yetiştirilen çeşitler zaten halka tanıtılıyor. 2011 yılında, Çin'deki Ulusal Lotus Çiçekleri Sergisi sırasında, çiçek gösterisinde "Uzay Güneşi" olarak adlandırılan mutant bir nilüfer gösterildi.

İyon ışını teknolojisi

İyon ışınları , genomdan çoklu bazları silerek DNA'yı mutasyona uğratır. Gama ışınları ve X-ışınları gibi geleneksel radyasyon kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, iyon ışınlarının DNA'da daha ciddi kırılmalara neden olduğu ve bu kırılmaların tekrar bir araya getirilmesi daha zor olduğu ve DNA'daki değişimin geleneksel radyasyonun neden olduğu değişikliklerden daha şiddetli olmasına neden olduğu gösterilmiştir. ışınlama. İyon ışınları, DNA'yı orijinal yapısından çok daha farklı gösterecek şekilde değiştirir, geleneksel ışınlama teknikleri kullanıldığında olduğundan daha fazla. İyon ışını teknolojisini kullanan çoğu deney Japonya'da yapılmıştır. Bu teknolojiyi kullanan önemli tesisler , Japonya Atom Enerjisi Ajansı'nın TIARA'sı , RIKEN Hızlandırıcı Araştırma Tesisi ve diğer çeşitli Japon kurumlarıdır. İyon ışını radyasyonu işlemi sırasında, tohumlar iki kapton film arasına sıkıştırılır ve yaklaşık iki dakika boyunca ışınlanır. Mutasyon frekansları, elektron radyasyonuna kıyasla iyon ışını radyasyonu için belirgin şekilde daha yüksektir ve mutasyon spektrumu, gama ışını radyasyonuna kıyasla iyon ışını radyasyonu için daha geniştir. Daha geniş mutasyon spektrumu, iyon ışınları tarafından üretilen büyük ölçüde değişen çiçek fenotipleri ile ortaya çıkarıldı . İyon ışınları tarafından mutasyona uğratılan çiçekler, çeşitli renkler, desenler ve şekiller sergiledi. İyon ışını radyasyonu sayesinde yeni bitki çeşitleri yetiştirildi. Bu bitkiler ultraviyole ışığa-B'ye dayanıklı, hastalığa dayanıklı ve klorofil eksikliği özelliklerine sahipti . İyon ışını teknolojisi, daha sağlam bitkilerin yaratılmasından sorumlu yeni genlerin keşfinde kullanılmıştır, ancak en yaygın kullanımı ticari olarak çizgili krizantemler gibi yeni çiçek fenotipleri üretmektir .

Gama radyasyonu ile tedavi edilen olgun polen

Gama radyasyonu , çaprazlama için kullanılan ana bitkileri üretmek için olgun pirinç poleninde kullanılır. Ana bitkilerdeki mutasyona uğramış özellikler, yavru bitkileri tarafından miras alınabilir. Pirinç poleni çok kısa bir ömre sahip olduğundan, araştırmacılar pirinç bitkilerinden kültürlenmiş sivri uçlarda gama ışınlarını patlatmak zorunda kaldılar. Deneyler yoluyla, ışınlanmış kuru tohumlardan ziyade ışınlanmış polende çok çeşitli mutasyonların olduğu ortaya çıktı. 46Gy gama radyasyonu ile tedavi edilen polen, genel olarak tane boyutunda ve diğer faydalı varyasyonlarda bir artış gösterdi. Tipik olarak, ışınlanmış ana pirinç bitkilerinin çaprazlanmasından sonra her bir tanenin uzunluğu daha uzundu. Pirinç nesli ayrıca daha az kireçli bir görünüm sergileyerek ana pirinç bitkilerinin görünümünü iyileştirdi. Bu teknik, Çin'de Jiaohezaozhan ve Jiafuzhan olmak üzere iki yeni pirinç çeşidi geliştirmek için kullanıldı . Bu iki pirinç çeşidinin yaratılmasını kolaylaştırmanın yanı sıra, olgun pirinç poleninin ışınlanması, kabaca iki yüz mutant pirinç hattı üretti. Bu hatların her biri, hem daha yüksek kalitede hem de daha büyük boyutta pirinç taneleri üretir. Bu tekniğin ürettiği mutasyonlar her nesilde değişiklik gösterir, yani bu mutasyona uğramış bitkilerin daha fazla üremesi yeni mutasyonlar üretebilir. Geleneksel olarak , gama radyasyonu yalnızca yetişkin bitkilerde kullanılır, polenlerde kullanılmaz. Olgun polenin ışınlanması, mutant bitkilerin gama radyasyonu ile doğrudan temas etmeden büyümesine izin verir. Bu keşif, daha önce gama radyasyonu hakkında inanılanın aksine: Polen değil, sadece bitkilerde mutasyona neden olabilir.

Diğer tekniklerle karşılaştırma

Genetiği değiştirilmiş gıdalarla ilgili tartışmalarda , transgenik süreçlerin kullanımı genellikle mutajenik süreçlerle karşılaştırılır ve karşılaştırılır. İnsan gıda sistemlerindeki transgenik organizmaların bolluğu ve çeşitliliği ve bunların tarımsal biyoçeşitlilik, ekosistem sağlığı ve insan sağlığı üzerindeki etkileri bir şekilde iyi belgelenmiş olsa da, mutajenik bitkiler ve insan gıda sistemlerindeki rolleri daha az bilinirken, bir gazeteci "Yine de az bilinen radyasyon ıslahı binlerce faydalı mutant ve dünya mahsulünün önemli bir kısmını üretti... pirinç, buğday, arpa, armut, bezelye, pamuk, nane, ayçiçeği, yer fıstığı, greyfurt, susam, muz, manyok da dahil ve sorgum." Kanada'da mutasyon ıslahı ile üretilen mahsuller, genetik mühendisliği ile elde edilen mahsullerle aynı düzenlemeler ve testlerle karşı karşıyadır. Kullanım koşulları , patentler ve önerilen genetik kullanıcı kısıtlama teknolojileri ve diğer fikri mülkiyet rejimleri ve uygulama biçimleri gibi kullanımları üzerinde giderek daha fazla kısıtlamaya sahip olan birçok ticari bitki çeşidi veya germplazmının aksine, mutajenik çeşitler, bitki ıslahı için ücretsiz olarak sağlanma eğilimindedir. .

Tipik olarak bir veya iki hedef genin eklenmesini içeren genetiği değiştirilmiş mahsullerin aksine , rastgele, çoklu ve spesifik olmayan genetik değişikliklere sahip mutajenik süreçlerle geliştirilen bitkiler bir endişe kaynağı olarak tartışılmıştır, ancak herhangi bir ülkenin organik standartları tarafından yasaklanmamıştır . ABD Ulusal Bilimler Akademisi'nden alınan raporlar, genetik mühendisliği yapılmış mahsulleri düzenlemek için, mutasyon üreme mahsulleri için düzenleme yapmamak için hiçbir bilimsel gerekçe bulunmadığını belirtmektedir.

Birkaç organik gıda ve tohum şirketi, hem kimyasal hem de nükleer mutajenez kullanılarak geliştirilen sertifikalı organik ürünleri teşvik eder ve satar. Şirketleri GDO ürünlerinde katı etiketlemeyi veya doğrudan yasakları destekleyen birçok sertifikalı organik marka, markalı buğday ve mutajenik süreçlerden türetilen diğer çeşit türlerini bu genetik manipülasyona atıfta bulunmadan pazarlamaktadır. Bu organik ürünler, organik biralarda kullanılan mutajenik arpa ve buğday içeriğinden, tüketicilere doğrudan organik olarak satılan mutajenik greyfurt çeşitlerine kadar uzanmaktadır.

Ülkeye göre yayın

2011 itibariyle, ülkelere göre küresel olarak salınan tüm mutajenik çeşitlerin yüzdesi:

Ülke başına dikkate değer çeşitler şunlardır:

 Arjantin
  • Colorado Irradiado yer fıstığı (X-ışınları ile oluşturulan mutant; yüksek yağ içeriği ve verim, 1980'lerde Arjantin'de yetiştirilen yerfıstığının %80'i Colorado Irradiado idi)
  • Puita INTA-CL pirinç mutantı (herbisit direnci ve iyi verim; ayrıca Bolivya, Brezilya, Kosta Rika ve Paraguay'da yetiştirilir)
 Avustralya
  • Amaroo pirinci mutant çeşidi (2001'de Avustralya'da yetiştirilen pirincin %60-70'i Amaroo'ydu)
 Bangladeş
  • Binasail, Iratom-24 ve Binadhan-6 pirinç mutantları
  • Binamoog-5 maş fasulyesi mutant çeşidi
 Küba
  • Maybel domates mutantı (mükemmel kuraklık direnci)
  • GINES pirinç mutantı (proton radyasyonu kullanılarak yaratılmıştır; tuzlu koşullarda iyi yetişir)
 Çin Halk Cumhuriyeti
  • Henong serisi soya mutantları
  • Jiahezazhan ve Jiafuzhan pirinci (polen ışınlaması ile elde edilen mutasyonlar; yüksek verim ve kalite, çok uyumlu, bitki hunisine ve patlamaya dayanıklı)
  • Lumian 1 numara pamuk
  • Purple Orchard 3 Tatlı patates
  • Tiefeng 18 soya fasulyesi
  • Yangdao 6 numaralı pirinç
  • Yangmai 156 buğday
  • Zhefu 802 pirinç mutantı (gama ışınları ile ışınlanmış; pirinç patlamasına dayanıklı, kötü koşullarda bile iyi verim, 1986-1994 yılları arasında en çok ekilen pirinç çeşidi)
  • 26Zhaizao indica pirinç mutantı (gama ışınlarıyla yaratılmıştır)

 Çek Cumhuriyeti

  • Diamant arpa (X-Işınları ile oluşturulan yüksek verimli, kısa boylu mutant)
 Mısır
  • Giza 176 ve Sakha 101 yüksek verimli pirinç mutantları
 Finlandiya
  • Balder J arpa mutantı (daha iyi kuraklık direnci, verim ve filizlenme)
  • Puhti ve Ryhti sert saman yulaf mutantları
 Fransa
  • Yüksek oleik ayçiçekleri (ayçiçeği ekim alanının %50'sinden fazlasını kaplar)
 Almanya
  • trüf arpa
 Gana
  • Tek bankye mutant manyok (iyi dövülebilirlik ve artan kuru madde içeriği)
 Hindistan
  • Co-4, Pant Mung-2 ve TAP maş fasulyesi mutantları
  • MA-9 pamuğu - 1948'de piyasaya sürülen dünyanın ilk mutant pamuğu (X-ışını radyasyonu; kuraklık toleransı , yüksek verim)
  • PNR-381 Pirinç
  • Pusa 408 (Ajay), Pusa 413 (Atul), Pusa 417 (Girnar) ve Pusa 547 nohut mutantları (Ascochyta yanıklığı ve solgunluk hastalıklarına dayanıklı ve yüksek verimli)
  • Sharbati Sonora buğdayı
  • Tau-1, MUM 2, BM 4, LGG 407, LGG 450, Co4, Dhauli (TT9E) ve Pant moong-1 blackgram (YMC, (Sarı mozaik virüsü) direnci )
  • TG24 ve TG37 yer fıstığı mutantları
 İtalya
  • Durum buğdayı (özellikle termal nötronlarla oluşturulan Creso mutantı)
 Japonya
  • Osa Altın Armut (hastalık direnci)
  • Japonya'da yetiştirilen çoğu pirinç çeşidi, Reimei pirinç çeşidinden sd1 mutant aleline sahiptir.
 Myanmar
  • Shwewartun pirinç mutantı (daha iyi verim, tane kalitesi ve daha erken olgunluk sağlamak için IR5 pirinci ışınlanarak yaratılmıştır)
 Pakistan
  • Basmati 370 kısa boylu pirinç mutantı
  • NIAB-78 pamuk mutantı (yüksek verimli, ısıya dayanıklı, erken olgunlaşan)
  • CM-72 nohut mutantı (150Gy gama ışınları ile oluşturulmuştur; yüksek verimli, yanıklara karşı dirençli)
  • NM-28 mungbean mutantı (kısa boy, üniform ve erken olgunlaşma, yüksek tohum verimi)
  • NIAB Masoor 2006 mercimek mutantı (200Gy radyasyonla oluşturulmuş; erken olgunlaşan, yüksek verim, hastalığa dirençli)
 Peru
  • UNA La Molina 95 arpa mutantı (1995'te 3.000 m'nin üzerinde büyümek için geliştirildi)
  • Centenario Amarinth "kiwicha" mutantı (yüksek kaliteli tahıl ve sertifikalı organik ürün olarak ihraç edilmiştir)
  • Centenario II arpa mutantı (yüksek verim, yüksek kaliteli un ve doluya karşı tolerans ile And dağlarında yetiştirmek için geliştirilmiştir)
 Sudan
  • Albeely muz mutantı (daha iyi kalite, yüksek verim ve daha iyi duruş)
 Tayland
  • RD15 ve RD6 aromatik indica pirinç mutantları (gama ışınları ile yaratılmış ve 1977-8'de piyasaya sürülmüştür; RD 15 erken olgunlaşmadır, RD6 değerli bir yapışkan endosperme sahiptir). Tayland dünyanın en büyük aromatik pirinç ihracatçısı
 Birleşik Krallık
  • Golden Promise arpa (gamma ışınları ile oluşturulmuş yarı bodur, tuza dayanıklı mutant) Bira ve viski yapımında kullanılır
 Amerika Birleşik Devletleri
  • Calrose 76 Pirinç ( gama ışınları ile indüklenen kısa boylu pirinç )
  • Luther ve Pennrad arpa (yüksek verimli mutant çeşitler; Pennrad da kışa dayanıklıdır)
  • Murray Mitcham Nane ( Verticillium solgunluk toleransı )
  • Sanilac fasulyesi (X-ışını radyasyonu; yüksek verimli mutant - ayrıca Gratiot ve Sea-way fasulye çeşitleri Sanilac'tan melezlenmiştir)
  • Stadler buğdayı (gevşek is ve yaprak pasına dirençli ve erken olgunluğa sahip yüksek verimli mutant)
  • Rio Star Greyfurt'un Star Ruby ve Rio red çeşitleri (termal nötron teknikleri kullanılarak oluşturulmuştur)
  • Todd's Mitcham Nane ( Verticillium solgunluk toleransı )
 Vietnam
  • VND 95-20, VND-99-1 ve VN121 pirinç mutantları (artan verim, iyileştirilmiş kalite, hastalık ve zararlılara karşı direnç)
  • DT84, DT96, DT99 ve DT 2008 soya fasulyesi mutantları (yılda üç ürün yetiştirmek için gama ışınları kullanılarak geliştirilmiştir, sıcağa ve soğuğa tolerans ve hastalığa karşı direnç)

2014 yılında, 17 pirinç mutantı çeşidi, 10 soya fasulyesi, iki mısır ve bir krizantem mutant çeşidinin resmi olarak Vietnamlı çiftçilere serbest bırakıldığı bildirildi. Mutant çeşitlerden pirincin %15'i ve soya fasulyesinin %50'si üretilmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar