موتاسيون

فصل اول :

-كليات
-تاريخچه موتاسيون
-جهش (موتاسيون)
-ماهيت جهش

كليات :
مقدمه : محققين اصلاح نباتات از طريق شناخت عواملي كه موجب تكامل طبيعي گياهان شده است در امر به نژادي استفاده مي كنند . گياهان اصولاً به يكي از روشهاي زير تنوع پيدا كرده اند .
۱-جهش ژني ( موتاسيوني )
۲-دورگ گيري بين گونه اي
۳-پلي پلوئيدي
۴-رانده شدن ژنتيكي
موتاسيون يكي از عوامل مهم ايجاد تنوع و تكامل در گياهان مي باشد . موتاسيون ممكن است باعث مرگ ، عقيمي و يا ايجاد خصوصيات جديد و صفات عالي و مطلوب گردد ، تعداد زيادي از گياهان زراعي از جمله چغندر قند ، ذرت ، كتان ، سويا ، جو برنج و لوبيا و گوجه فرنگي از اين طريق تنوع يافته است . براي مثال تنها تفاوت ميان جو وحشي H . spontanneun و جو معمولي H . vulgare حاصل در منطقه جرمو اين است كه ساقه و سنبله جو جرمو محكمتر از جو وحشي بوده و داراي ريزش كمتري است .

تاريخچه موتاسيون :
واژه موتاسيون يا جهش اولين بار در سال( ۱۶۵۰ م ) در مورد بروز و ظهور تغييرات ساختماني مشهود در موجودات زنده بكار برده شد . اما چون استقبال چنداني از اين واژه نشد و به زودي به فراموشي سپرده شد . در اوايل قرن بيستم (۱۹۰۱ م ) يك گياه شناس هلندي به نام هوگو دووريس ( Hvgo Deveries ) ضمن مطالعه بر روي گياه پامچال نظرات و كشفيات ژرژ مندل ( G.mendel ) زيست شناس مشهور قرن نوزدهم در زمينه وراثت مورد مطالعه مجدد قرار داد و توانست اهميت و عمق تحقيقات مندل را بار ديگر در ابعاد جديد نشان دهد . وي در ارائه و بررسي نظرات مندل واژه موتاسيون را براي انواع جديد تغيير يافته بكار برد و از آن پس اين واژه به طور گسترده اي مورد استفاده زيست شناسان قرار گرفت . هوگو دووريس در تجربيات خود پي برد كه گاهي افراد يك گونه صفاتي از خود بروز مي دهند كه در جد آنها وجود نداشته اند و نيز اين صفات پس از ظهور موروثي مي گردند ، وي پديده مذكور را موتاسيون ناميد .

جهش ( موتاسيون ) :
جهش يكي از پديده هاي مهم طبيعت است . اين پديده در تحول موجودات زنده نقش به سزائي دارد . اساس جهش تغييرات ساختمان شيميايي ژنهاست . اين تغييرات به صورت صفات ارثي جديد در مي آيند و در ميان افراد يك جامعه منتشر مي شوند .
جهش يكي از اساسي ترين مقولات در زيست شناسي مخصوصاً زيست شناسي مولكولي و اختصاصاً در ژنتيك مولكولي و رشته هاي عملي وابسته به آن در پزشكي ، دامپروري و كشاورزي مي باشد ، (( تغيير در ساختار ژنتيكي (ژنوتيپي) )) موجودات زنده اعم از اينكه بروز خارجي ( فتوتيپي ) پيدا بكند يا نكند تغيير جهشي يا mutation و محصول چنين جهش و تغييري جهش يافته يا mutant خوانده مي شود . واژه موتاسيون (mutation) از لفظ لاتين mutatio به معناي يك تغيير عمده و اساسي و ناگهاني مشتق شده است . در فارسي واژه جهش به معناي جستن ، جهيدن ، جست و خيز معادل واژه موتاسيون توسط بعضي محققين ايراني بكار برده مي شود و معمولاً يك يا چند تغيير ناگهاني فتوتيپي مشهود در سطح ارگانيسم ها را شامل مي شود . در ابتداي كشف موتاسيون اين واژه براي تغييراتي به كاربرده مي شد كه عموماً ظاهري و يا فتوتيپي بودند و لزوماً موروثي نبودند ، اما بعد از كشفيات جديد در قلمرو زيست شناسي مولكولي واز جمله ژنتيك مولكولي ، امروزه اين واژه كمتر براي تغييرات ظاهري محدود و يا گسترده بكار مي رود ، بلكه صرفاً بر آن تغييراتي اطلاق مي شود كه قابل انتقال از يك نسل به نسل بعدي در همان موجود مي باشد .
به طور كلي عليرغم تعاريف متعدد و بحث هاي فراوان پيرامو.ن موضوع جهش هنوز تعريف جامع براي آن ارائه نشده است و نظر به اينكه يك تعريف مشخص از پديده جهش براي فهم بهتر در ساير موضوعات و مقولات مربوط به اين بحث از قبيل جهش پذيري ، جهش زايي و غيره ضروري است . با توجه به مطالب ذكر شده و با در نظر گرفتن حداقل شرايط ويژگيهاي تغييرات جهش شايد بتوان گفت كه : (( جهش فرآيند يا پوششي است كه موجب تغيير مجموعه وراثتي سلول و نهايتاً ايجاد يك موجود زنده اي با ويژگيهاي جديد ژنتيكي مي گردد )) و به تعبير ديگر جهش يك تغيير قابل وراثت است كه به كروموزوم اثر دائم مي گذارد كه به ايجاد يك موجود جهش يافته منجر مي گردد . جهش ها تغييرات ژنوتيپ يعني تغييرات ارثي مي باشند كه خود را در معيار واكنش تغيير يافته گياه موتاسيون يافته در مقايسه با اجداد موتاسيون نيافته نشان مي دهند . اين موتاسيون ها هم شامل شكل گيري صفات مورفولوژيك و هم شامل رفتار فيزيولوژيك گياه در رابطه با عوامل محيطي مي گردد . پديده تغييرات ارثي را اصطلاحاً موتاسيون و فردي را كه در آن تغييرات حاصل گرديده ( موتانت ) مي نامند .

ماهيت جهش :
همان طور كه ذكر شد ، جهش يك تغيير ناگهاني در ماده ارثي يك سلول است . جهش ممكن است ژني باشد كه شامل حذف ها يا تغييرات مولكولي داخل محدوده يك ژن مي شود و يا كروموزوني باشد كه از تغيير ساختمان كروموزوم مثل از دست رفتن يا مضاعف شدن قطعه اي از كروموزوم ناشي گردد . موتاسيون به معناي اعم از دست رفتن يا مضاعف شدن كروموزوم را نيز شامل مي شود . اغلب موتاسيونها مضر و زيانبار بوده و بسياري از آنها كشنده هستند . براي اينكه جهش قابل شناسايي باشد بايد موجب تغيير فتوتيپي در گياه گردد . تغيير قابل مشاهده در صفات ظاهري ( قامت گياه رنگ پوسته بندر ، علايم برگي ، نقص كلروفيلي ، اعضاي بافت آندوسپرم ، تراكم سنبله و غيره ) ، ساده ترين طريقه شناسايي جهش است . در ميان گياهان بيشترين مطالعه موتانهاي قابل مشاهده در ذرت صورت گرفته است ، جهش هايي كه سبب تغييرات جزئي در صفات كمي گياه از قبيل اندازه ، فعاليت فيزيولوژيك ، محتواي شيميايي يا عملكرد بشود ، مشكلتر تشخيص داده مي شود . آثار آنها نياز به اندازه گيري دقيق در جامعه گياهي دارد . در صورتي كه تغيير فتوتيپي ناگهاني در نتايج يك لاين يكنواخت به وجود آيد ، ميتوان به وقوع جهش خود به خودي ظنين شد . با وجود اين يافتن گياهي با فتوتيپ متفاوت به تنهايي دليل كافي براي وجود جهش نيست . فتوتيپ جديد ممكن است از طريق تفكيك و نوتركيبي ژنها ايجاد شده باشد . در گياهان زراعي دگر گرده افشان تشخيص بين جهش خود به خودي و نوتركيبي ژني بسيار مشكل است ، زيرا ژنهاي مغلوب كه با آلل غالب در گياهان هتروزيگوت پوشيده مي شود بعداً بر اثر آميزش با آلل مغلوب ديگر ظاهر خواهد شد . در گياهان زراعي خودگشن ، دگر گشني طبيعي و نوتركيبي ژني متعاقب آن موجب ايجاد فتوتيپ هاي جديدي مي شود كه ممكن است به نظر جهش آيد . به منظور شناسايي جهش ها ميتوان نتايج موتانتهاي مظنون را كشت نموده و مشاهده اينكه آيا تفكيك رخ مي دهد يا اينكه موتانت مظنون را با والد يا تلاقي آن با گياهي داراي ژنوتيپ مشخص تلاقي برگشتي داده و سپس با خود گشني و يا خواهر گشني نتايج و مشاهده تفكيك مورد تائيد قرار داد . تفكيك در نتايج موتانت مغلوب خالص صورت نمي گيرد . در آزمايشهاي به نژادي به طريقه موتاسيون لازم است ، مواد اصلاحي براي صفت مورد آزمايش از لحاظ ژنتيكي يكسان باشند و گرده افشاني آن قبل و در طي آزمايش كنترل شود تا از گرده افشاني و تفكيك متعاقبت آن ممانعت به عمل آيد .

فصل دوم
انواع موتاسيون
-انواع جهش
-موتاسيونهاي كروموزمي
-ناهنجاري در تعداد كروموزوم ها
-ناهنجاري ساختماني كروموزوم ها
-موتاسيونهاي نقطه اي يا ژني
-عوامل به وجود آورنده جهش
-جهش هاي خود به خودي
-جهش هاي القايي يا ايجادي
-القاي جهش
-جهش هاي كشت سلول سوماتيكي

انواع موتاسيون
انواع جهش :
تغييرات جهشي را ميتوان بر حسب شاخص هاي متعدد تقسيم كرد ، جهش ها را به طور كلي به دو دسته بزرگ تقسيم مي كنند : موتاسيونهاي كروموزومي و ژنتيكي يا ژني اين موتاسيون ها را با نام ناهنجاريهاي كروموزومي نيز مي خوانند .

۱-موتاسيونهاي كروموزومي : جهش هايي كه بخش يا همه كروموزوم را شامل شده و تحت عنوان جهش هاي كروموزومي يا جهش هاي بزرگ شناخته مي شوند . عموماً به دو دسته تقسيم مي شوند كه يا باعث ايجاد ناهنجاري در تعداد كروموزوم ها مي شوند و يا در ساختمان كروموزوم ها تغيير ايجاد مي كنند . موتاسيونهاي كروموزومي شامل حذف يا افزايش و قطع وصل و جابجايي قسمتهايي از يك يا تمامي يك يا چند ژن و كروموزوم است و به صورت زير بروز مي كنند :
الف . ناهنجاري در تعداد كروموزوم ها : در اين حالت كه بدون بريدگي و شكشتگي كروموزوم بروز مي كند و شامل : پلي پلوئيدي و آنوپولوئيدي است .
ب-ناهنجاريهاي ساختماني كروموزوم ها : اين موتاسيون همراه با شكستگي كروموزوم است و شامل جابجايي ، وارونگي ، حذف شدن ( كاهش كروموزومي ) و مضاعف شدن ( افزايش كروموزومي ) است .
۲-موتاسيونهاي نقطه اي يا ژني : انواع تغييرات ساختماني ژنتيكي كه درسطح كروموزوم ها صورت ميگيرند در ژنها منفرد و در سطوح مولكولي نيز وجود دارند و جهش نقطه اي يا Point mutation ناميده مي شوند . اين جهشها به شكل واژگون ، كاهش ، افزايش ، جابجايي بازها در ژن و مضاعف شدن كه تكرار يك ژن منفرد است ، صورت مي گيرد . با توجه به اينكه پيام ژنتيكي توسط ترادف بازها در پلي نوكلئوتيد تعيين مي گردد ، لذا مي توانيم نتيجه بگيريم كه هر گونه تغييري در ترادف بازهاي يك ژن به جهش منجر مي گردد . هر گاه آسيب وارده بر ماده ژنتيك فقط به قسمت بسيار محدودي از كروموزوم و بر يك يا تعداد كمي از نوكلئوتيدهاي ، اسيدنوكلئيك اثر بگذارد تغيير يا تغييرات حاصله جهش محدود محسوب ميشود . اين قبيل جهش ها تنها در يك نقطه از كروموزوم تغييراتي ايجاد مي نمايند . جهش ژني ممكن است مغلوب ( a به A ) يا غالب (A به a ) باشد . جهش ژني مغلوب معمول تر است . اگر جهش ژني مغلوب دربافت سوماتيكي يك گياه هموزيگوت به وقوع بپيوندد ، آثار آن در نسل بعد روي بذري كه در روي بخشي از گياه شامل آلل موتانت تشكيل مي شود ، ظاهر خواهد گرديد ، زيرا فقط يك ژن در هموزيگوت جهش يافته
(AA به Aa ) و آلل غالب ديگر در هتروزيگوت اثر ژن مغلوب موتانت را مي پوشاند ، با خود گشي تفكيك رخ داده و بوته هاي موتانت ( aa ) در نسل بعد ظاهر مي گردد ، در حاليكه هر دو آلل يك ژن به طور همزمان جهش يابند ، ژن مغلوب موتانت خواهد شد كه اين حالت به ندرت به وقوع مي پيوندد ، در ضمن ژن موتانت غالب ( a به A ) بلافاصله قابل مشاهده خواهد بود ، زيرا بافت سوماتيكي در حال نمو (Aa ) صفت غالب را ظاهر خواهد ساخت با خود گشتي تفكيك صورت گرفته(AA:2Aa:aa) و بوته هاي موتانت هموزيگوت در نتاج توليد خواهد شد . هنگامي كه در بافت سوماتيكي جهش رخ دهد فقط بخش كوچكي شمير (‌chimera) از گياه ، مانند يك پنجه يا يك شاخه كه از نمو سلول جهش يافته به وجود آمده ، حامل ژن موتانت مي باشد و ساير قسمتهاي گياه تحت تاثير قرار نخواهد گرفت . اگر جهش مغلوب در گامتي رخ دهد و اين گامت با گامت حامل آلل غالب تركيب شود ، بذر حاصل گياه هتروزيگوت را توليد نموده و تفكيك اين ژن در نتاج آن ظاهر خواهد شد .
جهش ها را مي توان بر اساس منشا آنها كه خود به خودي ( spontaneous ) و يا القايي باشد . شناسايي نمود . جهش خود به خودي آن است كه در طبيعت رخ داده ، در حاليكه جهش القايي در نتيجه عمل يك عامل جهش زا يا (mutagenic agent ) به وجود آيد . جهش خود به خودي مكانيسمي است كه با آن صفات جديد در طبيعت ايجاد مي شود ، سپس جهش يافته هاي قادر به حيات با انواع موجود تلاقي يافته و يا اينكه بر اثر تغيير پلوئيدي دو برابر شده و در فرآيند تكاملي طبيعت شركت مي نمايند . تمايز واضحي بين جهش خود به خودي و القايي وجود ندارد . آنچه به نظر يك جهش خود به خودي مي آيد ، ممكن است القايي باشد ، زيرا تمامي گياهان در طبيعت در معرض پرتو تابي طبيعي با دز پاييني مي باشند . همچنين جهشي كه پس از تيمار مواد گياهي با يك عامل جهش زا شناسايي مي شود ، ممكن است به طور اتفاقي يك جهش خود به خودي باشد . در سال ۱۹۲۸ استدلر (L.J.stadler ) گزارش نمود كه ميزان جهش در گياه جو پس از اينكه بذور در معرض پرتوتابي اشعه x يا راديوم قرار گرفتند ، افزايش يافت . سال قبل از آن مولر ( H.J.muller ) اشعه x را براي افزايش فراواني جهش در مگس سركه Drosophila به كار برد . اين يافته ها بلافاصله اين نظر را به وجود آورد كه ممكن است استفاده از جهش هاي القايي موجب شتاب در بهنژادي گياهان با گسترش تنوع ژنتيكي گونه گياهي گردد . اين دستاورد در اصلاح نباتات اغلب بهنژادي جهشي mutation breeding ناميده ميشود .

عوامل به وجود آورنده جهش :
هر ماده اي كه بتواند جهش ايجاد كند ، ماده جهش زا ناميده مي شود و به اين فرآيند جهش زايي ( mutagene sis ) گفته ميشود . دو رده عمده مواد جهش زا در محيط ما وجود دارند كه عبارتند از اشعه و مواد مختلف شيميايي در هر رده ، بعضي طبيعي و عده اي مصنوعي هستند . تغييرات جهشي بر حسب منشا وقوع به دو دسته تقسيم مي شوند . دسته اول تغييرات وحشي كه ممكن است بدون تاثير عوامل خارجي خود به خود صورت مي گيرند و دسته دوم تغييرات جهشي كه ممكن است بر اثر عوامل خارجي فيزيكي و شيميايي ايجاد شوند .

جهش هاي خود به خودي (spontaneus mutation ) :
در اينكه چه نوع تغييراتي در ماده ژنتيك جهش خود به خودمحسوب ميشود . اختلاف نظر وجود دارد . برخي اصولاً واژه جهش خود به خود را بي معنا دانسته و آنرا صرفاً به خاطر ارزش تاريخي اش بكار مي برند و برخي متعقدند كه تغييرات جهشي در مواد ژنتيك كه با بكارگيري تعمدي عوامل جهش زا ( mutagen ) و يا تحت تاثير آنها بوجود نيامده باشد ، جهش خود به خودي محسوب مي شود . جهش هاي خود به خودي كه معمولاً براي ايجاد آنها از عوامل جهش زاي خارجي استفاده نشده باشد يا موجود تحت تاثير آنها قرار نگرفته باشد . در تمام موجودات و در تمام ژنها به وقوع مي پيوندد ، معنا و مفهوم جهش خود به خودي اين نيست كه جهش ها پديده هاي تصادفي هستند و عوامل جهش زا كه الزاماً در تمام موارد خارجي نيستند در به وجود آمدن آنها نقش ندارد .
مقدار وقوع جهش هاي خود به خودي كم است . تناوب وقوع آن بر اساس بعضي محاسبات براي هر جفت باز در هر نسل همانند سازي DNA حدود يعني احتمال يك درصد ميليون جفت باز است . اين آمار نشان مي دهد كه جهش هاي خود به خودي حوادث نادري هستند كه در صورت اتفاق افتادن براي موجود پيامدهائي دارند ، اندازه گيري تغييرات جهشي در چنين سطح نازلي آسان نيست و نياز به سيستم خيلي دقيق و كاملاً انتخابي مهار شده دارد . با وجود اين شناسايي جهش هاي خود به خودي و اندازه گيري ضريب وقوع آنها ضروري است .

جهش هاي القايي يا ايجادي Induced mutation :
علاوه بر تغييرات جهشي خود به خود نشات گرفته از درون خود سلول و فرآيندهاي مختلف آن عوامل خارجي نيز اعم از عوامل شيميايي يا فيزيكي بر ماده بر ماده ژنتيك اثر گذاشته و تغييرات محدود و گسترده اي را سبب مي شوند . جهش هاي القا شده جهش هايي هستند كه اگر سلول در معرض عوامل غير طبيعي نظير اشعه سلاحهاي هسته اي و يا ايزوتوپهاي راديواكتيو قرار گيرد به وجود مي آيند . دسته ديگري از مواد جهش زا كه موجب تغيير ژنتيكي دائمي مي شوند ، مواد شيميايي متراكم شونده اي هستند كه از طريق محيط اطراف خود در معرض آنها قرار مي گيريم .
پرتو تابي هاي يونيزه و مواد شيميايي جهش زا عناصر عمده مورد استفاده براي افزايش فراواني جهش در گياهان مي باشند . پرتوتابي شامل اشعه x ، نوترونها ، گاما ، ماورا بنفش و ليزر مي گردد . اشعه x در آزمايشهاي قديمي به طور وسيعي به كار مي رفت. زيرا ابزار اشعه x همه جا در دسترس بوده و به سادگي اجرا مي شده است . با اين روش ميتوان بذرها ، گياهان ، يا دانه گرده را با دزهاي نسبتاً دقيق تيمار نمود . با ايجاد راكتورهاي اتمي امكان استفاده از پرتوتابي نوتروني فراهم گرديد . پرتوتابي نوترون در مقايسه با اشعه x خسارت شديد تري به كروموزوم ها وارد مي سازد و اصولاً براي بذرها به كار مي رود . اشعه گاما كه از كوبالت راديواكتيو يا ايزوتوپ هاي راديو اكتيو خارج مي گردد . خسارت كمتري به سلولهاي گياهي وارد ساخته و تقريباً براي پرتوتابي تمام گياهان و يا تمام قسمت هاي گياهي از قبيل دانه گرده به كار مي رود . استفاده از اشعه ليزر اخيراً مطرح شده است ، تمام انواع پرتوتابي ها بايد با احتياط زياد و به دست افرادي كه در به كارگيري دستگاه با تجربه اند . مورد استفاده قرار گيرد . دز اشعه با شدت پرتوتابي و طول مدتي كه در معرض قرار گرفتن تعيين مي گردد . دز اشعه بر حسب واحد رنتگن ® Roentgen نشان داده شده ، r مقياسي از تعداد يونيزاسيوني است كه اعمال مي گردد . در صورتيكه يونيزاسيون در نزديكي يك كروموزوم اعمال شود ، نيروي آن قادر به شكستن پيوندهاي شيميايي و ايجاد تغييرات ساختماني مختلفي در داخل DNA نظير تغيير يك باز نوكلئوتيدي در ژن
( جهش نقطه اي ) Point mutation جايگزيني يك باز نوكلئوتيدي توسط بازديگر و حذف يك يا تعداد باز در توالي DNA مي باشد . جهش ژني ناشي از تغيير DNA داخل ساختمان ژن است . جهش هاي كروموزومي از حذف ژنها ، تغيير در توالي ژنها ، اتصال مجدد قطعات كروموزومي شكسته شده به طور واژگونه و ساير ناهنجاريهايي كروموزومي ايجاد مي شود . از آنجا كه عوامل جهش زاي شيميايي كاربرد ساده تري داشته و آثار زيان بخش كمتري توليد مي كنند . نسبت به پرتوتابي برتر مي باشند . معمول ترين ماده شيميايي جهش زا اتيل متان سولفانات (EMS) Ethyl methane sulfonate است كه ماده اي آلكالوئيدي است . اتيل متان سولفانات سرطان زاي قوي است و بايد با احتياط زياد مورد استفاده قرار گيرد . بذرها ، جوانه ها ، ريشه ها و قلمه ها را مي توان با غوطه ور نمودن در محلول شيميايي جهش زا تيمار نمود . تيمار با EMS نسبتاً ساده بوده و مانند اشعه x پرهزينه نيست و نيازي هم به دستگاه ندارد . غلظت و مدت با محلول شيميايي بسته به بخش گياهي مورد استفاده متغير است . عوامل جهش زاي شيميايي در مقايسه با پرتوتابي يونيزه آثار زيانبار كمتري دارند و جهش هاي ژني بيشتر و ناهنجاريهاي كروموزومي كمتري را به وجود مي آورند . با وجود اين ، هدايت فرايند جهش به طوري كه نوع خاصي از جهش را بتوان توليد نمود ، امكان پذير نمي باشد .

القاي جهش :
براي ايجاد جهش در آزمايشهاي بهنژادي جهشي ، معمولاً بذر تيمار مي گردد ، تيمار با پرتوتابي بذرها داراي خواب ، در مقايسه با تيمار ساير اندام هاي گياهي چندين مزيت دارد ، كنترل عوامل محيطي از قبيل ميزان رطوبت دما و سطح اكسيژن كه اثر تيمار را تحت تاثير قرار مي دهد ، با به كارگيري بذر راحت تر صورت مي گيرد . تعداد زيادي بذر را ميتوان در هر دفعه تيمار نمود و بذرهاي تيمار شده را ميتوان بدون اينكه خسارتي به آنها يا كساني كه آنرا مي برند ، وارد شود ، انبار نمود . دز عامل جهش زا بايد در حدي باشد كه حدود ۵۰% بذرها را از بين ببرد ، تا حداكثر تعداد جهش را موجب گردد . براي تيمار با مواد شيميايي جهش زا ، بذرها در محلول جهش زا خيسانده شده و بلافاصله كشت مي گردند . قواعد مختلفي براي نشان دادن نسلهاي پس از تيمار با عامل جهش زا به كار گرفته مي شود .
براي مثال يك علامت براي عامل جهش زاي خاص ، مثال x براي اشعه ايكس ، R براي پرتوتابي يونيزه يا C براي جهش زاي شيميايي ممكن است استفاده شود . در اينجا واك M را براي نوع عامل جهش زا به كار مي بريم ، براي مثال نشان دهنده اولين نسل پس از تيمار با عامل جهش زا ، دومين نسل مي باشد و ساير واكها نيز به همين ترتيب خواهند بود . گياهان كه از كاشت بذرهاي تيمار شده به دست مي آيند از بنيه كاهش يافته ايي برخوردار است و بسياري از آنها كه تا بلوغ زنده مي مانند عقيم بوده و بذر توليد نمي كنند .
در بذرهاي غلات مثل گندم سلولهايي در جنين در حال خواب وجود دارد كه از آنها پنجه ها به وجود مي آيند . در صورتي كه جهش در يكي از اين سلولها رخ دهد ، ژن جهش يافته فقط در پنجه اي كه با اين سلول به وجود مي آيد ، موجود خواهد بود ، جهش غالب بلافاصله در اين پنجه تظاهر خواهد يافت . جهش مغلوب اثر قابل مشاهده اي در پنجه ايجاد نخواهد نمود ، اما نتايج اين پنجه براي صفت جهش يافته ، تفكيك خواهد نمود . از آنجا كه اكثر جهش ها مغلوب هستند ، نسل همان نسل تفكيك مي باشد . ساير پنجه ها در اين گياه تحت تاثير قرار نخواهد گرفت ، مگر اينكه جهش ديگري رخ دهد . علاوه بر بذر ساير اندام هاي گياه مثل دانه گرده و گياه زنده و غيره نيزممكن است تحت تيمار عناصر جهش زا قرار گيرند . اگر دانه گرده ، مورد تيمار قرار گرفته و جهش مغلوب القا گردد تمام اجزا يا شاخه هاي گياه براي جهش به صورت ناخالص خواهد بود ، لذا برداشت بذرهاي گياه به طور جداگانه ، ضروري خواهد بود .
مضراتي براي تيمار دانه گرده وجود دارد . در برخي از گونه ها تهيه دانه گرده كافي براي تيمار مشكل است ، يا دوام گرده به قدري كوتاه خواهد بود كه عمر آن در زمان تيمار تمام شده و براي مدت تيمار زنده نخواهد ماند . گرده را ميتوان هم با پرتوتابي و هم با عناصر شيميايي تيمار نمود . دز تيمار گرده پايين تر از تيمار بذر است . جهش را مي توان در گياهاني كه به طور رويشي تكثير مي يابند مثل نيشكر ، موز ، سيب زميني ، علف برمودا ، درختان ميوه و گلهاي زينتي نيز القا نمود . بهنژادي به طريقه جهش در خلق تنوع ژنتيكي جديد براي گياهاني كه به طور رويشي و يا آپوميكسي تكثير مي يابند ، حائز اهميت است .
در گونه هاي با تكثير رويشي استفاده از پرتوتابي معمول تر از مواد شيميايي جهش زا است . هر قسمتي از گياه قادر به ايجاد جوانه است . مثل غده ها ، ريزوم ها ، قلمه ها ، پيوندها . مريستم انتهايي ساقه يا انتهاي دمبرگ را كه پس از جدا شدن جوانه
مي دهد ، را مي توان با عوامل جهش زا تحت تيمار قرار داد . همه اين بخش هاي گياهداراي بافت مريستمي چند سلولي هستند كه از يك سلول مريستمي منشا يافته اند. جهش در اين سلول معمولاً در تمام معمولاً‌ در تمام ساختار گياه حاصل از آن انتقال مي يابد در حالي كه در يك سلول ، در بافت مريستمي ايجاد ميشود در قسمت ها و يا شيمرها تكثير خواهد يافت . لذا تيمار با يك عامل جهش زا بايد تا حد امكان در مراحل اوليه تشكيل جوانه انجام گيرد تا احتمال ايجاد شمير كاهش يابد . با استفاده از مزرعه پرتوتابي گاما ميتوان به راحتي همه گياهان را تيمار نمود ، اگر چه نهال ها يا گياهچه ها با عنصر جهش زاي شيميايي تيمار مي گردد . در گونه آپوميكسي معمول اين است كه بذرها را پرتوتابي مي نمايند .

جهش هاي كشت سلول سوماتيكي :
كاشت سلول سوماتيكي كه از ساقه ، برگ ، اندام هاي گل يا بافت مرسيتم منشا يافته باشد ، منبع جديد تنوع ژنتيكي است . بافت سلولي جدا شده و در يك محيط غذايي ضدعفوني شده ، قرار و با اعمال تغييرات لازم ، سلول ها به تقسيم و ايجاد گياه مي پردازند . در ابتدا به وجود اختلاف در كلون هاي نيشكر بازيابي شده ، در محيط كشت بافت به كلونهاي والدي براي صفات ظاهري ، مقاومت به بيماري و عملكرد پي برده شد . از آن زمان به بعد جهش در كشت بافتهاي جو، گندم ، برنج ، يولاف ، توتون ، ذرت و سيب زميني گزارش شده است . جهش هاي القا شده در كشت بافت را تنوعات سوما كلوني somaclonal Variation مي نامند . ممكن است فراواني جهش بالا باشد ، ولي متاسفانه بسياري از تنوعات سوماكلوني وراثت پذير نبوده كاربرد اندكي در بهنژادي به طريقه جهش دارند .

فصل سوم
كاربرد موتاسيون در اصلاح نباتات
-اصلاح گياهان با استفاده از موتاسيون
-انتخاب والدين
-نامگذاري نسل هاي موتاسيون
-اندازه جمعيت
-جمعيت ونسل بعدي
-اصلاح موتاسيوني از طريق بذر
-بازيافت و دستيابي به موتان
-روشهاي اصلاحي بعد از ايجاد موتاسيون
-مزايا و معايب انواع روشهاي اصلاحي بعد از ايجاد موتان
-تغييرات ژنتيكي حاصل از موتاسيون در طول دوره حفاظت رژم پلاسم در بانك ژن
-تنوع سما كلونال
-برخي از جهش هاي مفيد در اصلاح نباتات
-جهش در سورگرم
-موتانتهاي برنج
-جايگزيني ژني از كروموزوم هاي بيگانه
-نقش بهنژادي با جهش

كاربرد موتاسيون در اصلاح نبات :
اصلاح گياهان با استفاده از موتاسيون : به نظر مي رسد تنوع ژنتيكي حاصل از موتاسيون مصنوعي با تنوع حاصل از موتاسيون طبيعي يكسان باشد ، بنابراين اصول اساسي استفاده از تنوع حاصله از موتاسيون مصنوعي با تنوع حاصل از موتاسيون طبيعي يكسان است .
تعريف دقيق اهداف اصلاحي ، شناخت گياه مورد نظر ، انتخاب والدين مناسب ، بكارگيري صحيح اصول اصلاح نباتات ، بكارگرفتن معيارهاي مناسب براي انتخاب و ارزيابي لاين هاي حاصل از برنامه اصلاحي از اصول اساسي در هر برنامه اصلاحي است . بعلاوه اصلاح كننده بايستي با عوامل موتاژن كاربرد آنها و نحوه موتاسيون آشنا بوده و به تشخيص گياهان موتانت قادر و امكانات و وسايل لازم را دارا باشد .

 

انتخاب والدين : بعد از مشخص كردن اهداف برنامه اصلاحي و ضرورت استفاده از موتاسيون مصنوعي براي مشكلي به خصوص ، لازم است والدين مناسب است انتخاب گردند . معمولاً از ارقام با سازگاري مناسب و عملكرد بالا استفاده مي شود . به ويژه زماني كه آن واريته براي يك صفت خاص نظير مقاومت به بيماري ، آفات يا بلوغ زودرس در كمبود باشد . از آنجا كه موتاسيون به صورت تصادفي ايجاد مي شود و به ندرت موتاژن فقط سبب تغيير در يك ژن خاص مي گردد ، اثرات،عوامل موتاسيون زا روي خصوصيات توارثي كمي بايستي مورد ملاحظه قرار گيرد . تمام مواد موتاژن معروف در آن سطحي كه براي ايجاد مقدار قابل قبول موتاسيون قابل مشاهده استفاده مي شوند تغييرات قابل ملاحظه اي در صفات توارث كمي ايجاد مي كنند . بنابراين اگر چه هدف گز ينش صفت مطلوب موتانت مي باشد ، زمينه ژنتيكي ژنوتيپ نيز به طريق ديگري دچار تغييرات مي گردد . اين اثرات ثانويه ناشي از موتاسيون ممكن است گاهي مهم و در بعضي از موارد مهم نباشد .

اگر گزينش اعمال نشود اثر تصادفي تيمارهاي موتاژن و كثرت موتاسيون هاي مضر سبب كاهش عملكرد نتاج مي گردد و علاوه بر اين ميانگين صفت مطلوب ممكن است كمتر از مقدار آن در گزينش قبلي شود . معذالك زماني كه براي انتخاب گياهان با بنيه قوي و تطابق يافته كه حاوي تغيير مطلوب در يك صفت مي باشند منشا و گزينشي اعمال شود ممكن است بتوان بدون استفاده از برنامه هاي تلاقي واريته هاي برتري را اصلاح كرد . با اين وجود ممكن است هميشه انتخاب ژنوتيپهاي با سازگاري مناسب و عملكرد بالا در ابتدا نياز نباشد .

اگر هدف توليد منابع متنوع ژنتيكي به منظور استفاده از آنها در برنامه هاي اصلاحي است ميتوان باژنوتيپهائي كه امكان تشخيص سريع موتاسيون در آنها وجود دارد كار را شروع كرد . زماني كه جهت ايجاد زودرسي در ارقام ديررس از موتاسيون استفاده مي شود تشخيص موتانت هاي زودرس است و همين طور انتخاب موتانت هاي پا كوتاه در بين ارقام پا بلند بسيار راحت است . در انتخاب بذور والدين در گونه هاي خود گشن براي ايجاد موتاسيون ، خلوص ژنتيكي بذر بسيار مهم است ، چون مخلوط بودن آن با بذور ديگر يا گرده افشاني آنها با ارقام يا ژنوتيپ هاي ديگر سبب بروز مشكلاتي در تشخيص موتانت ها ميگردد . بدين منظور لازم است كه از بذور خالصي كه در شرايط ايزوله تكثير شده اند استفاده گردد .

نامگذاري نسل هاي موتاسيون : در نامگذاري نسل هاي حاصل از موتاسيون جهت تمايز آنها با نسل هاي حاصل از هيبريداسيون آنها را با ، ، ،…نشان
مي دهند نسل با جوانه زدن بذر تيمار شده شروع مي شود . در نسل فقط موتاسيون هاي غالب ظهور مي كند . گياهان براي ژنهاي موتاسيون يافته هتروزيگوس مي باشند . در نسل حاصل از خود گشني ظاهري مي شوند . براي تشخيص و ايزوله كردن گياهان موتانت در گونه هاي گياهي دگرگشن در زمان توليد نسل نياز كنترل گرده افشاني مي باشد . در گونه هاي خود نا سازگار ، موتاژنها كه سبب ايجاد خسارت يا صدمه هاي فيزيولوژي ، به بذر يا اندام هاي گياهي مي گردند ، نيز غالباً سبب كاهش قابلف ملاحظه جوانه زني ، رشد كند

گياهچه و كاهش باروري گياهان مي گردند . بنابراين با در نظر داشتن اين موضوع لازم است كه تا حد ممكن گياهان بارور زيادي را توليد كرد كه بتوان جمعيت گياهي بزرگي را بدست آورد ، تا انتخاب جهت موتاسيونهاي مفيد موثر واقع گردد .

اندازه جمعيت : اندازه جمعيت به عبارتي تعداد بذر تيمار شده تا حدودي بستگي به ميزان تاثير راندمان عوامل موتاژن دارد . نتايج بدست آمده نشان ميدهد كه اين موضوع به گونه هاي مختلف گياهي بستگي دارد . حتي درون يك گونه واريته ها عكس العمل هاي متفاوتي به موتاژنها نشان مي دهند .

مثلا هنگامي كه دو واريته جو در مدت زمان و غلضت يكسان تحت تاثيرEMS قرار گرفتند. از بين ۱۰۰۰ گياهچه يك رقم داراي ۶۸ و رقم ديگر ۱۱ گياه موتانت بود . بر اساس نسبت هاي تفكيك در موتانت هاي مختلف و احتمال بروز موتانتهاي هموزيگوس، انازه جامعه مورد نياز تخمين زده شده است . با فرض ۵۰ درصد كشندگي در نسل حاوي ۵۰۰۰ گياه ، ۲۵۰۰ گياه بارور باقيمانده در نسل آزمون مي شوند . چنانچه هر گياه بتواند ۲۰ نتاج توليد نمايد در نسل

۵۰۰۰۰ (۵۰۰۰۰=۲۰*۲۵۰۰ ) گياه وجود خواهد داشت .

جمعيت و نسل هاي بعدي : موفقيت در كشف ژنوتيپ هاي موتانت در و نسل هاي بعدي نه تنها به موفقيت در اعمال صحيح تيمار و ساير عوامل فوق مربوط
مي شود ، بلكه به نحوه نمونه برداري از گياهان نيز بستگي دارد . متدهاي متعددي مورد استفاده قرار مي گيرند كه بيشتر به روش گزينش و الگوي ژنتيكي گونه دارد ، ولي در عمل اغلب متد اصلاحي با توجه به امكانات موجود شامل فضا ، ماشين آلات ، كارگر و وقت انجام مي گيرد . در اينجا روشهاي متفاوتي وجود دارد . در روش اول ميتوان كليه گياهان نسل را برداشت و كشت كرد . در روش ديگر ميتوان گياهان مطلوب نسل را انتخاب كرد . روشي كه معمولاً استفاده مي شود انتخاب پنجه هاي اوليه ، ساقه هاي اصلي يا اولين خوشه ها در گياه مي باشد كه معمولاً بيشترين تعداد موتانت را نتيجه مي دهند . جهت يافتن بيشترين تعداد موتانت مغلوب در نياز به استفاده از جمعيت بزرگ در و فاميلهاي كوچك مي باشند .

موفقيت در تشخيص موتانت در جوامع و بستگي زيادي به روش تعيين موتانت دارد . تكنيك هايي كه با استفاده از آنها ميتوان فشار گزينشي شديدي را ايجاد كرد ، نظير در معرض قرار دادن جامعه در حال تفكيك به عوامل بيماري زا يا آفت بسيار معمول است . به هر حال موفقيت در برنامه بستگي به انتخاب موثر و حذف مواد نامطلوب دارد .

مطالعات عملي و اساسي در ايجاد موتاسيون در گياهان عالي نشان مي دهد كه هيچكدام از جنبه هاي مرفولوژي گياه از عوامل موتاژن ايمن نبوده زيرا از نظر اصولي امكان القا موتاسيون در هر ژن وجود دارد به طوري كه ميتوان موتاسيونهايي را كه تا كنون در طبيعت اتفاق نيافتاده و يا اينكه اتفاق افتاده ولي در جامعه كنوني از دست رفته است را ايجاد كرد .

اصلاح موتاسيون از طريق بذر : در اصلاح موتاسيون براي اصلاح صفات يك وارتيه بذور مورد آزمايش و يا والدين بايستي از يك واريته باشد و براي پرهيز از ابهام از اينكه تيپ غير عادي موتان است يا نتيجه اختلاط مكانيكي بذر ، بذور مورد آزمايش بايستي هموژن باشند . تشخيص ميان موتاژن و تفرق صفات كار مشكلي است نكته قابل ملاحظه ديگر وجود شاهد در تيمارهاي بذري براي ارزيابي تاثير تيمار در هر نسلي است كه مساله بسيار مهمي به شمار مي رود . بذور شاهد بايد به همان روش بذور مورد تيمار استفاده شوند جز اينكه تحت تاثير اشعه يا مواد شيميايي قرار نمي گيرند . وقتي موتان ايجاد شد براي بازيابي آن موارد زير ضروري است :‌

 

بازيافت و دستيابي به موتان : اولاً : موتاسيون بايد در سلولهايي رخ دهد كه در دستگاه توليد مثل بوده و بذر از آن بدست آيد – ثانياً : بذور حاوي موتاسيون بايستي از گياهان نسل اول موتان برداشت شده و به عنوان كشت شوند و همين طور در نسلهاي بعدي عمل شود – ثالثاً : هر نوع موتاسيون مغلوبي بايستي هموزيگوت بوده و فنوتيپ آن بروز نمايد .

روش هاي اصلاحي بعد از ايجاد موتاسيون : اين روش در طول نسلهاي خود گشني مانند روش هايي است كه در توده هاي هيبريد به كار برده ميشود و عبارتند از پديگري ، بالك ، نتاج حاصل از تك دانه و ارزيابي نسلهاي در حال تفرق . آنچه در اين خصوص مهم است اينكه از نظر مقايسه ژنتيكي نسلهاي و مشابه بوده و در يك مقر ژن ناخالص ( هتروژن ) مي باشند . اما توده هاي گياهي و كاملاً با هم تفاوت دارند چون گياهان يك توده از نظر ژنتيكي مي توانند با هم اختلاف داشته باشند يعني تعدادي داراي موتان و پاره اي فاقد آنست . در حاليكه همه گياهان از دورگ گيري دو والد اينبرد بدست آمده مشابهند انتخاب موتانها و ارزيابي آنها در نسلهاي مختلف و روشهاي مختلف اصلاحي به استثناي پاره اي موارد اختلاف تقريباً مشابه اجرا آنها در عمليات اصلاح شده پس از دورگ گيري است .

 

مزايا و معايب انواع روشهاي اصلاحي بعد از ايجاد موتان :
۱٫ پديگري : برتري پديگري نسبت به روشهاي ديگر آن است كه با رشد نتايج از هر گياه مي توان موتانت مطلوب را به شرطي كه در بوته هاي وجود داشته باشند ، بازيابي نمود اما زحمت سلكسيون در پدگيري بيش از ساير روشهاست .

۲٫بالك : در روش بالك سلكسيون توده اي در و بعد از آن كم خرج تر است و ميتوان موتاسيونها را در نسلهاي بعد بازيافت . اما اشكال عمده روش بالك اين است كه ممكن است گياهان حاصل از موتاسيون بذر كمتري نسبت به گياهان غير موتان توليد كنند در نتيجه بذرگيري از گياهان موتان با اشكال مواجه مي شود .

۳٫نتايج حاصل از تك دانه ( S.S.D ) : سودمندي S.S.D ( SINGLE SEED DESCENT ) نسبت به روشهاي ديگر اينست كه گياهان بيشتر قابل استفاده خواهند بود زيرا در روشهاي ديگر فقط تعدادي از نتاج بعنوان نمونه انتخاب ميشوند و اين عمل ممكن است زيان آور باشد اما در روش S.S.D بار وري مساله اي نيست چون از هر گياه حداقل يك بذر انتخاب ميشود . مگر اينكه اختلاف در قدرت رويش و رشد بذرها وجود داشته باشد .

تغييرات ژنتيكي حاصل از موتاسيون در طول دوره حفاظت ژرم پلاسم در بانك ژن : از آنجا كه هدف از نگهداري ژرم پلاسم در بانكهاي ژن علاوه بر افزايش طول عمر آن حفظ خواص ژنتيكي آن نيز مي باشد ، بنابراين بايد به اين تغييرات توجه جدي داشت . بديهي است روشهاي حفاظت ژرم پلاسم مختلف بوده و از انواع مهم آن مي توان حفاظت در رويشگاه اصلي ، باغهاي قرق شده ، حفاظت بذر و حفاظت به صورت كشت بافت را نام برد . در هر دو شيوه نگهداري بصورت بذر و كشت بافت موتاسيون ميتواند نقش موثري در ايجاد تغييرات ژنتيكي در طول

دوره حفاظت داشته باشد كه از ديدگاه بانك ژن هم مفيد است و هم مضر . اگر تنها هدف از حفاظت نگهداري ژرم پلاسم به مفهوم تنوع ژنتيكي كه دستمايه برنامه اصلاحي متخصص اصلاح نبات است باشد ، بنابر اين تغييرات ناشي از موتاسيون ميتواند مفيد باشد . اگر در برنامه نگهداري ، هدف حفظ خلوص يك واريته يا ژنوتيپ باشد ، به خصوص در مبادلات مواد ژنتيكي وقوع موتاسيون مضر بوده و بايد با شيوه هايي خاص در هر مورد از آن جلوگيري نمود در در مورد تغييرات ژنيتيكي حاصل از موتاسيون در بذز و تغييرات در شرايط آزمايشگاه ذيلا به اختصار بحث ميشود .

تنوع سما كلونال Tsomaclona variation
تنوع سما كلونال يا كلن سوماتيكي تنوعي است ژنتيكي كه در كشت آزمايشگاهي بافت گياهي ايجاد ميگردد . تنوع سما كلونال بر آثر كشت بافت موضوع جديدي در تحقيقات ژنتيكي است ثابت شده كه تغييرات ژنتيكي فراواني در طي دوره كشت بافت اتفاق مي افتد كه بسياري از اين تغييرات به عنوان موتاسيونهاي قابل وراثت در بين نتاج گياهان حاصل بدست آمده است . طبق برسي و مطالعات Edallo و همكاران در سال ۱۹۸۱ تعداد ۱۷ موتان از ۷۷ از حاصل از كشت بافت در ذرت داراي موتانهاي در آندوسپرم ناقص بودند .

مطالعات انجام شده بر روي ذرت ثابت كرد كه علاوه بر موتانهاي هسته اي ، موتانهاي غير هسته اي (در ژنوم ميتو كندري ) نيز تحت تاثير ژنتيكي حاصل از كشت سلول قرار مي گيرد . در گندم اين نوع تغييرات قابل وراثت در واريته yaga 50Eدر نمونه هاي double/dwarf از ۱۴۲ نتايج حاصل از تفرق صفاتي در مورد افزايش و كاهش طول بوته ، تاريخ خوشه رفتن ،وجود يا عدم وجود ريشك ،رنگ كلوم ، رنگ دانه و غيره نشان داده شده است .

در گوجه فرنگي نيز طبق مطالعات Evans و Sharp در سال ۱۹۸۳ در ميان ۲۳۰ نتاج حاصله خود گشني كلن هاي بدست آمده از انتقال كشت سلولهاي برگ ۱۳ موتان با ژن هسته اي بدست آمده كه عبارتند از رنگ ميوه ، آلبونيسم ، نر عقيمي و عادت رشد ، تغييرات حاصل از كشت بافت ممكن است تحت تاثير عوامل مانند : گونه، نوع تكثير ، ژنو تيپ ، مدل كشت ،زمان كشت و نوع ريز نمونه باشد مبداء بي ثباتي كشت بافت و تنوع سما كلونال ممكن است بر اثر تغييرات كروموزومي، تغييرات DNA (افزايش قطعات تكراري DNA ) عوامل قابل انتقال ( در ذرت و مگس سركه ) و كراسنيگ اور ميتوزي باشد .

برخي از جهش هاي مفيد در اصلاح نباتات :
آزمايشهاي به نژادي به طريقهء جهش در بسياري از گونه هاي گياهي اجرا شده است ، مثالهايي كه در اينجا ذكر مي شود چگونگي كاربرد موفق جهش هاي خود به خودي و القايي را شرح مي دهد .

جهش در سور گوم :
ژنهاي موتانت پا كوتاهي در سورگوم ، مثالي از جهش خود به خودي است كه به طور وسيعي در اصلاح نباتات به كار گرفته شده است .يك بوتهء موتانت پاكوتاه در مزرعه سور گوم رقم استاندارد ميلو پيدا شد . بذر اين گياه پا كوتاه ، تكثير شده و به عنوان رقم پاكوتاه ميلو معرفي گرديد .

گياه موتانت پاكوتاه ديگري در يك ميلو پاكوتاه پيدا شده و از آن پا كوتاه دوبل ايجاد گرديد . اين دو موتانت پاكوتاه و موتانت پاكوتاه ديگري كه بعدا در ارقام ديگر ميلو و كفير پيدا شد ، ذخيره اصلاحي يا استوك براي ايجاد ارقام كوتاه را كه به طور مكانيزه قابل بر داشت بوده و همچنين ايجاد هيبريدهاي را كه به طور وسيعي در ايالات متحده كشت مي شوند ، تشكيل داد . از اين ذخيرهء اصلاحي سور گوم هاي پاكوتاه براي هندوستان ، آفريقا ، آمريكاي مركزي ، آرژانتين و ساير مناطق سور گوم خيز دنيا ايجاد گرديد .

اشكال موتانت پاكوتاه سورگوم استثنايي هستند ، زيرا قدرت حيات و توليد زياددارد و بر داشت مكانيزهء دانه را امكان پذير مي سازد .