تولید بذر بدون گرده‌افشانی؛ آیا بذرهای بدون جنسیت آینده کشاورزی را متحول خواهند کرد؟

تصور کنید کشاورزی آینده بدون نیاز به تولیدمثل جنسی گیاهان ممکن شود و هر بذر دقیقاً نسخه‌ای از والد خود باشد و کشاورزان بتوانند محصولاتی یکنواخت و با کیفیت بالا در هر فصل برداشت کنند. این آینده ممکن است با ظهور بذرهای بدون جنس که دانشمندان درحال توسعه آن هستند، به واقعیت تبدیل شود

از ماه آینده، قرار است آزمایش محصول مقاوم سورگوم (ذرت خوشه‌ای) زیر پوشش محافظ مشبکی در شرق استرالیا آغاز شود. این گیاهان ممکن است ظاهراً عادی به نظر برسند، اما در ژن‌هایشان چیزی انقلابی نهفته است. اگر این آزمایش موفق باشد، هر گیاه فرآیند تولیدمثل جنسی را دور زده و هزاران کلون (نسخه یکسان) در هر خوشه بذر تولید خواهد کرد.

آزمایش سورگوم های‌گین (Hy-Gain) نتیجه دهه‌ها کار آنا کولتونوف در دانشگاه کوئینزلند است که تحقیقات خود برای تولید «بذرهای بدون جنس» را از اوایل دهه ۱۹۹۰ آغاز کرد. این فناوری از ویژگی طبیعی نامیختگی یا اپومیکسیس (apomixis) بهره می‌برد.

بیش از ۳۰۰ گونه گیاه گلدار به‌طور طبیعی بذرهای کلونال تولید می‌کنند، اما هیچ‌کدام از آن‌ها از غلات مهم نیستند. پژوهشگران می‌گویند تلاش برای وارد کردن ویژگی اپومیکسی به گیاهانی مانند سورگوم، برنج و ذرت اکنون در آستانه دگرگون کردن کشاورزی است.

یکی دیگر از همکاران پروژه سورگوم های‌گین، شرکت چندملیتی Corteva Agriscience است. اپومیکسی می‌تواند برای شرکت‌های تولیدکننده بذر مفید باشد، زیرا زمان لازم برای تولید واریته‌های جدید را کاهش داده و صفات مطلوب را در گیاهانی که کلون خود را تولید می‌کنند، تثبیت می‌کند.

به گزارش نیچر، تولید بذر کلونال آماده بازار اکنون در تعداد کمی از گونه‌ها، ازجمله برنج در دسترس است. در چند سال گذشته، درخواست‌های ثبت اختراع متعددی برای انواع گیاهان دارای خصوصیت اپومیکسی به ثبت رسیده است. با‌این‌حال، پژوهشگران می‌گویند هنوز چند مانع کلیدی وجود دارد که باید پیش از کاربرد عملی برطرف شود.

ورود بذرهای بدون جنس می‌تواند کشاورزی، به ویژه تولید بذر هیبریدی را متحول کند. برای برخی از محصولات اصلی مانند ذرت، برنج و گوجه‌فرنگی، کشاورزان نسل‌هاست بذر هیبریدی می‌کارند.

وقتی دو گونه والد از طریق تولید مثل جنسی ترکیب می‌شوند، محصول هیبرید معمولاً بیشتر از هر دو والد رشد و عملکرد دارد. به این پدیده‌ قدرت هیبرید (hybrid vigour) می‌گویند. بین سال‌های ۱۹۳۰ تا اواسط دهه ۱۹۹۰، عملکرد ذرت در آمریکا هفت برابر شد که بخشی از آن به دلیل کاشت بذر هیبریدی بود.

به کمک اپومیکسی قدرت هیبریدی «تثبیت» می‌شود، زیرا هیبریدها خودشان کلون تولید می‌کنند و به پرورش‌دهندگان و کشاورزان منبع بی‌پایانی از گیاهان یکسان و با کیفیت بالا می‌دهند. این روش همچنین می‌تواند در تولید گندم و سویا که تولید هیبرید در آن‌ها دشوار است، مفید باشد و صفات ممتاز از نسلی به نسل بعد منتقل شوند.

در دهه ۱۹۴۰، پژوهشگران متوجه شدند اپومیکسی پایه ژنتیکی دارد. اما در دهه ۱۹۹۰، کولتونوف و دیگران متوجه شدند اپومیکسی یا تولید بذر بدون جنس، تولیدمثل جنسی گیاه را کاملاً حذف نمی‌کند، بلکه مسیر آن را تغییر می‌دهد.

اولی گروسنیکلاس، ژنتیکدان گیاهی دانشگاه زوریخ می‌گوید: «در این مسیر دو نوآوری لازم است: تقسیم سلولی در تشکیل سلول‌های تخمک و اسپرم باید مختل شود و جنین باید مستقل از لقاح شکل گیرد.» تیم او آزمایش‌های متعددی انجام داد تا گیاهان جهش‌یافته‌ای ایجاد کند که این تغییرات را نشان دهند.