Table of Contents
دور الهندسة الوراثية في زراعة البيوت
وقد كثف التحول العالمي نحو مصادر الطاقة المتجددة البحث عن مواد وسيطة فعالة ومستدامة لإنتاج الوقود الأحيائي، ومن بين أكثر المرشحين واعدة، التقلبات العلمية (]) والتحولات الهندسية الحيوية إلى إنتاج الوقود الأحيائي، مما يجعل من المحصول المحلي الدائم لمجموعات أمريكا الشمالية من حيث القدرة على تحمل المحاصيل، ونظامه الجذري العميق، ومتطلبات التخصيب المنخفضة، والقدرة على الازدهار بالأراض الهامشية، مما يجعله تتغلب على التقلبات.
لماذا "سويتشغراس" مهمات الطاقة الحيوية
وقد كانت شركة Switchgras جهة تنسيق للبحوث المتعلقة بالطاقة الأحيائية منذ التسعينات، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى سماتها الزراعية المفضلة، فخلافا للمحاصيل الغذائية مثل الذرة أو قصب السكر، لا تتنافس المفاصل مع إنتاج الأغذية مباشرة، ويمكن أن تنمو على التربة ذات الخصوبة المنخفضة التي لا تناسب المحاصيل المستديمة، مما يقلل الضغط على الأراضي الزراعية الرئيسية.
وتنتج هذه المحصولات الحيوية التي تتكون أساسا من الخلايا والهيكلولوز واللينين، وتُحوّل هذه الكتلة الحيوية إلى مادة الإيثانول أو الفول أو غيرها من أنواع الوقود الأحيائي المتطورة عن طريق عمليات كيميائية أو حرارية، وتُعدّ غلة كل هكتار من العوامل الاقتصادية الرئيسية: فالكتل الأحيائية المرتفعة يمكن أن تتحول مباشرة إلى زيادة في متوسط كميات الوقود التقليدية.
التقنيات الهندسية الوراثية المطبقة على شركة Switchgras
CRISPR-Cas9 Genome Editing
(أ) يؤدي ظهور " CRISPR-Cas9 " إلى إحداث ثورة في الهندسة الوراثية النباتية، مما يتيح الدقة والسرعة وفعالية التكلفة على نحو غير مسبوق، وقد استخدم الباحثون في التحول إلى إنتاج " CRISPR " (CRISL) لتصفيف الجينات التي تنظم النمو أو تحول الموارد بعيداً عن تراكم الكتلة الأحيائية، مثلاً، استهداف الجينات في .
النهج المغايرة
Before CRISPR, researchers primarily relied on transgenic methods to introduce new genes into exchangegras. Agrobacterium tumefaciens-mediated mullistic particle bombardment have been used to stably integrate foreign DNA. One of the most successful transgenic strategies involves overexpression of transcription factors that regulate bio
كما تم تصميم خطوط التبديل المتطورة لإنتاج منتجات مشتركة قيمة، ومن خلال إدخال جينات لتوليف البوليهيدروكسيالاكنايت، أنشأ الباحثون نباتات تجمع البلاستيك الأحيائي في كتلتهم الحيوية، وفي حين أن هذه المنتجات لا تزال تجريبية، فإن مثل هذه " 8220 " ، والصيدلة " 8221 " ، يمكن أن تزيد الاستراتيجيات القيمة الاقتصادية لكل زراع من مزارعي الكتلة الحيوية، مما يجعلها أكثر زراعية.
اختيار المعالم وفحصها
ومع أن الهندسة الوراثية الدقيقة، والاختيار المدفوع بالأعلام، والاختيار المغنمي هي أدوات تكميلية قوية، فبتحديد صفائح الكمي (QTL) المرتبطة بمحاصيل الكتلة الحيوية، وكفاءة استخدام المياه، وكفاءة استخدام النيتروجين، يمكن للمولدات أن تعجل في تطوير خطوط النخبة، وقد أدت التطورات الأخيرة في صفائف عالية الكثافة من الناتج القومي الإجمالي وبرامج الفرز المنخفضة التكلفة إلى تنفيذ هذه الدورة().
المسارات الرئيسية المستهدفة لتحسين الكتلة الأحيائية
الخلية والتركيب واللامركزية
Cellging walls constitute the bulk of altergras biomas. Their composition ' 8211; especially the ratio of cellulose to lignin and hemicellose ' 8211; directly affects both yield and conversion efficiency. Lignin provides structural rigidity but impedes enzymatic saccharification. Modifying lignin biosynthetic genes (eg.,[FLT alterv]
وعلى العكس من ذلك، فإن زيادة التليفزيون البيولوجي للخليل من خلال الإفراط في الضغط على جينات النسيج () CesA ]) أو من خلال خفض التنظيمات السلبية مثل ]PvKOR1) يمكن أن ترفع نسبة مئوية من التراكم البيولوجي المتاح في استراتيجيات تحويل الطاقة.
التسامح: الجفاف، والكولد، والملح
(ب) إن التحولات في المياه غير المباشرة هي عادة عوامل تسامح في الجفاف، ولكن تعويذات الجفاف المتكررة تحد من تراكم الكتلة الأحيائية في العديد من مناطق الإنتاج؛ ويمكن أن يؤدي تعزيز التسامح إزاء الجفاف إلى تثبيت العائدات عبر المناخات المتغيرة.
الكفاءة الفوتونسية وتجزئة الكربون
(أ) استخدامات التخدير الاصطناعي للأشعة السينية (C4) التي هي أكثر كفاءة من مسارات C3، ولكن لا يزال هناك مجال للتحسين، مما يزيد من الضغط على ثاني أكسيد الكربون (C4) الذي يُبلغ عنه ()
طول الوقت والنمو
ويأتي هذا الزهرة في محطة قصيرة الأجل، ويتسبب في تناقص طول النهار، ويمكن أن يحد الزهرة المبكرة من النمو النباتي ويخفض الكتلة الحيوية النهائية، ويسمح أيضاً بإسقاط أو الإفراط في الضغط على مجموعات من الزهرة في شمال البلد [(FLT:1)] أو )
دراسات الحالة الحقيقية في العالم والنتائج التجريبية
وقد أظهرت عدة دراسات بارزة إمكانات الهندسة الوراثية في البراغيث، وفي جامعة فلوريدا، استخدم فريق يقوده الدكتور فريدي ألتبيتر CRISPR لضرب جينات PvKO ، التي أكدت وجود أكسيدات حمض الكوارني، وهي مواقع رئيسية في ارتفاع نسبة الكبريت في ارتفاع متوسطات الكتلة الأحيائية(20).
At the US Department of Energy’s Joint BioEnergy Institute, researchers targeted the PvIRX10 gene involved in xylan biosynthesis. Reducing xylan content decreased biomass recalcitrance, leading to higher sugar yields after preTtreatment. Importantly, the modifications did not compromise standterability or disease resistance, as confirmed in small-ex
التحديات والنظر في المسألة
المخاطر البيئية والإيكولوجية
ومن المحتمل أن تكون الأنواع المُعدَّلة جينياً من السكان البرية أو المحمَّدة، كما أن خطر التدفق الجيني منخفض نسبياً لأن المُحَرَضات هي في المقام الأول من سمات التعقيم الذاتي والخروج، ولكن التشتت الملوَّث لا يزال مصدر قلق، ويقوم الباحثون بوضع استراتيجيات للاحتواء الأحيائي، مثل البروتوكولات الهندية للتعقيم بين الذكور أو التحوُّل في المواد الإجهادية (التي لا تُخفِّضُر).
الرقابات التنظيمية
وفي الولايات المتحدة، تخضع المحاصيل المصممة جينياً لمراقبة وكالة الفضاء الأوروبية، ووكالة حماية البيئة، وهيئة تنمية الغابات، تبعاً لطبيعة التعديل، ويمكن أن تخضع هذه المصانع التي لا تحتوي على حمض نووي أجنبي (مثلاً، الخريف الصغير أو التحولات) لضوابط أقل صرامة إذا كان يمكن تطويرها من خلال التوالد التقليدي، غير أن المشهد التنظيمي لا يزال يتطور، وكثيراً ما تكون الخطوط العامة للخليات الجينية المضحكة.
التحديات التقنية والبيولوجية
(ب) إن المناشير المُتَعَدِّدة هي عبارة عن مُنَعٍ مُتَعَقَّد (المعَدَّد 1-6 غب)، مما يجعل التلاعب الوراثي أكثر صعوبة من التعاطي في الأنواع المُنَقَّلة، ولا تزال كفاءة التحويل منخفضة نسبياً، كما أنَّ التعبير الثابت عن النسيجات المتعددة على مدى أجيال متعددة يمكن أن يكون متغيراً، ويعمل الباحثون على تحسين بروتوكولات باستخدام أساليب جديدة جديدة [FLT:] للتكاثر الجيني [التغيُّر الجيني].
التصور العام وقبول السوق
ومن الضروري قبول المستهلكين والصناعة لمحاصيل الطاقة الأحيائية للآلية العالمية أكثر ملاءمة من المحاصيل الغذائية، ولكن المعارضة لا تزال قائمة، ومن الضروري وضع علامات واضحة، وتبادل للمخاطر على نحو شفاف، وإشراك أصحاب المصلحة (بما في ذلك المزارعون، ومجموعات الحفظ، ومشغلو التكرير الأحيائي)، وقد يكون المتبنون المبكرون أكثر استعدادا لاستخدام الأصناف المحررة من نوع جيني إذا ما قُدِّموا كشركات غير مستغلة في السوق دون ثقة من الحمض النووي الأجنبي).
التوقعات والابتكارات في المستقبل
ويعود العقد المقبل بإحراز تقدم سريع في الهندسة الوراثية للبركازات المتحولة، وستتيح أدوات البيولوجيا الاصطناعية، مثل عوامل تدوين المصممين والنماذج المصممة للحسابات الدقيقة، للباحثين أن يحسنوا التعبير عن الجينات بدقة المكانية والزمنية، كما أن استخدام منابر التنقيب العالية الناتج (الجرعات، والمجسات، والتصوير الآلي) سيعجل بفحص البيئة المتطورة في الميدان.
وثمة حدود مثيرة أخرى تتمثل في إدماج الهندسة الوراثية بنظم المحاصيل المستدامة، فعلى سبيل المثال، يقوم المهندسون باستكشاف سبل لجعل المتحولات التي تروج للجزائط العالية الطاقة (مثل الإيزوبرين أو التروبين) مباشرة في الغلاف الجوي حيث يمكن حصادها دون حصاد المصنع نفسه، وهذا المفهوم " 8220؛ ويمكن أن يؤدي إلى زيادة تخفيض الحساسية من جانب الجيل إلى النقل.
ويتزايد أيضا التعاون الدولي، مثل الوكالة الدولية للطاقة)٢٨٢١(؛ و " المهمة ٣٩ " ، وهي تنسيق جهود البحث وتقاسم الجراثيم والبيانات، كما أن اهتمام القطاع الخاص آخذ في الازدياد، حيث تستثمر عدة شركات في مجال التكنولوجيا الحيوية الزراعية في محاصيل مخصصة للطاقة الأحيائية، وإذا ما ظلت الطرق التنظيمية مواتية، وما زالت نتائج المحاكمات الميدانية تؤكد سلامة وكفاءة المحولات الهندسية، فإن الاستغلال التجاري يمكن أن يبدأ في غضون ٥-١٠ سنوات.
خاتمة
وتتيح الهندسة الوراثية مساراً علمياً وعملياً بشكل متزايد لزيادة إنتاج الكتلة الأحيائية زيادة كبيرة في المكائد، إذ إن استهداف جينات محددة تنظم تكوين الجدار الخلوي، وتسامح الإجهاد، والكفاءة الاصطناعية للصور، ومدة النمو، قد أثبت الباحثون بالفعل مكاسب نسبية مزدوجة في العائدات في البيئات الخاضعة للرقابة وفي التجارب الميدانية المبكرة، ولا تزال التحديات المتصلة بالتنظيم، والمخاطر الإيكولوجية، والتعقيد التقني، ولكنهم يُعالجون من خلال البحوث المحسنة والابتكارات العالمية.