بررسی خصوصیات ژنتیکی و روشهای اصلاحی در گیاه داروئی آویشن
بررسی خصوصیات ژنتیکی و روشهای اصلاحی در گیاه داروئی آویشن

بررسی خصوصیات ژنتیکی و روشهای اصلاحی در گیاه داروئی آویشن 

آویشن Thymus sp ازجمله پرکاربردترین گیاهان داروئی بوده که به دلیل دارا بودن ترکیبات شیمیائی فراوان با کاربردهای داروئی، ضدعفونی‌کننده، غذائی و صنعتی، از اهمیت بسیار بالائی برخوردار است. بیش از 300 گونه از این جنس مورد شناسائی قرار گرفته است که عمدتاً بومی نواحی مدیترانه‌ای بوده و به صورت گیاهی چندساله تا ارتفاع 2500 متری از سطح دریا قابل رشد است. این گیاه تفاوتهای ژنتیکی فراوانی از نظر سطح پلوئیدی و خصوصیات تاکسونومیکی نشان می‌دهد، به گونه‌ای که سطوح پلوئیدی دیپلوئید تا تتراپلوئید با پایه ژنتیکی مختلف در آن یافت می‌شود. اکثر گونه‌های جنس Thymus از نظر ژنتیکی سازگار بوده و بدلیل سهولت هیبریداسیون بین‌گونه‌ای، هیبریدهای بارور فراوانی در این جنس وجود دارد که تنوع ژنتیکی بالائی در آن ایجاد نموده است. وجود گونه‌های فراوان و همچنین اینترگرسیون موفق بین گونه‌ای سبب سازگاری و پراکندگی وسیع در این جنس شده است. علاوه‌بر روشهای سنتی، تکنیکهای جدید اصلاحی نظیر انتخاب به کمک نشانگر(MAS)، مهندسی ژنتیک (انتقال ژن) و کشت بافت گیاهی در جهت بهبود خصوصیات فیتوشیمیائی و عملکرد در گیاهان داروئی به کار برده می‌شود. با توجه به نیاز روزافزون به ترکیبات داروئی با منشاء طبیعی، استفاده از روشهای اصلاحی در بهبود خصوصیات گیاهی و ارتقاء سلامتی بشر از اهمیت فوق‌العادی برخوردار است که نیازمند توجه بیش از پیش می‌باشد.
 
کلمات کلیدی: آویشن، Thymus، اصلاح، ژنتیک
 
 مقدمه:
 
براساس برآوردهای سازمان بهداشت جهانی، بیش از 80 درصد از جمعیت جهان در کشورهای در حال توسعه سلامتی خود را بطور مستقیم یا غیر مستقیم، مدیون گیاهان داروئی هستند و در کشورهای پیشرفته نیز استفاده از ترکیبات شیمیائی گیاهان داروئی رو به افزایش است (11). به دلیل عوارض فراوان ناشی از استفاده از داروهای شیمیائی مصنوعی، استقبال چشمگیری از داروهای طبیعی با منشاء گیاهی شده است، بطوریکه تنها در کشور آمریکا میزان تجارت این داروها به 62 میلیارد دلار در سال می‌رسد و انتظار می‌رود که تا سال 2050 میلادی این میزان به 5000 میلیارد دلار برسد (17و10).
 
در سالهای اخیر علاقه به استفاده از ترکیبات شیمیائی که از قسمتهای مختلف گیاهان داروئی بدست می‌آید افزایش یافته، بطوریکه بیش از 40 درصد داروهای مورد استفاده در کشورهای اروپائی و آمریکائی منشاء گیاهی دارند (22و20،17). گیاهان داروئی هزاران سال است که در چین در درمان بیماریها مورد استفاده قرار می‌گیرند و بطور گسترده‌ای در سراسر جهان بعنوان دارو، آنتی‌اکسیدان، چاشنی غذائی، رنگ، حشره‌کش، ضدعفونی کننده و خوشبو کننده در جهت بهبود زندگی بشر بکار می‌روند و به همین دلیل تولید این دسته از گیاهان هر ساله رو به افزایش است (22و17،11،10). بیش از 70 درصد از 50000 گونه گیاه داروئی که مورد استفاده قرار می‌گیرند، از طبیعت جمع‌آوری می‌شوند و تنها کمتر 10 درصد آنها در کشورهای اروپائی مورد کشت قرار می‌گیرند که با توجه به فشار بر روی منابع طبیعی، نیازمند مطالعه بیشتر در این زمینه است (11).
 
در میان گیاهان داروئی، برخی جنسها و گونه‌ها از اهمیت بیشتری برخوردارند که عمدتاً بدلیل دارا بودن ترکیبات فیتوشیمیائی و متابولیتهای فراوان و مختلف در آنهاست. گیاه آویشن (Thymus sp) از جمله این گیاهان می‌باشد که با دارا بودن بیش از 20 نوع ترکیب شیمیائی شناخته شده و موثر، در زمره مهمترین گیاهان داروئی به شمار می‌رود (24و23،15،13). جهت اصلاح گیاهان در راستای افزایش کمی و کیفی آنها، شناخت صحیح از اساس ژنتیکی و سیستم باروری آن ضروری می‌باشد. امروزه علاوه‌بر روشهای سنتی (متداول) اصلاحی، روشهای نوینی مانند انتقال ژن (ترانسفورماسیون یا مهندسی ژنتیک) و کشت بافت و سلول مورد استفاده قرار می‌گیرند (11). با توجه به اهمیت موضوع، در مقاله حاضر سعی شده است به طور مختصر به خصوصیات ژنتیکی و سیتوژنتیکی گیاه آویشن پرداخته شود، ضمن اینکه به روشهای اصلاحی آن نیز اشاره شده است.
 
  خصوصیات گیاه‌شناسی:
 
جنس آویشن Thymus sp در سال 1735 میلادی توسط لینه مورد شناسائی و طبقه‌بندی قرار گرفت که شامل گروه بزرگی از گیاهان داروئی با ساقه‌های چوبی است (12). آویشن با نام عمومی Thyme گیاهی دولپه متعلق به خانواده Labiatae (نعناعیان) و زیر خانواده Nepetoidae است که به صورت گیاهی چندساله با ارتفاع 20 تا 50 سانتیمتر و گلهائی با رنگ سفید تا ارغوانی دارای میوه‌ای به شکل فندقه با پوستی صاف یافت می‌شود (29و23،24،28). نام آویشن از واژه یونانی "courage"  به معنی شجاعت گرفته شده است (13).
 
بیش از 50 گیاه مختلف آویشن نامیده می‌شوند که بیشتر آنها به جنس Thymus تعلق دارند اما بعضی از آنها جزء خانواده Lamiacaea هستند. مهمترین کشورهای تولید کننده آویشن اسپانیا و ترکیه می‌باشند که تمامی تولید این گیاه به صورت وحشی صورت می‌گیرد. فرانسه، مجارستان و هلند نیز از نظر تولید در مقامهای بعدی قرار دارند (18).
 
 
 
سازگاری و مناطق پراکنش:
 
گونه آویشن به خوبی به شرایط گرم و خشک سازگاری داشته و بطور وسیعی در نواحی نیمه‌خشک پراکنده است (15). گیاهی نوردوست بوده و در خاکهای فقیر و قلیائی قادر به رشد است. نسبت به خشکی مقاوم بوده و تا دمای 15 درجه سانتیگراد زیر صفر را تحمل می‌کند. تکثیر در این گیاه به وسیله بذر و قلمه‌های ساقه و ریشه انجام پذیر است و به صورت وحشی بر روی صخره‌ها تا ارتفاع 2500 متری از سطح دریا یافت می‌شود (28).
 
مبدا اصلی این گیاه نواحی مدیترانه‌ای است (29و8،12،13،28) اما برخی منابع منشاء آن را به شمال آفریقا و قسمتهائی از آسیا نیز مربوط می‌دانند. آویشن در نواحی کوهستانی کشور اسپانیا به فراوانی یافت می‌شود و گونه‌های مختلفی از آن بومی ایران بوده که نامهای مختلفی دارند و از دیرباز مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند (3و2).
 
 
 
مواد شیمیائی موثره و خواص درمانی آویشن:
 
گیاهان منبع غنی از متابولیتهای ثانویه‌ با خواص داروئی و معطر هستند. حداقال 100000 متابولیت مختلف در 50000 گونه گیاهی شناسائی شده و سالانه 4000 نوع جدید کشف می‌شود (17و10). در سالهای اخیر مطالعات فراوانی برای شناسائی ترکیبات شیمیائی و خواص آنها در گیاهان داروئی و خصوصاً جنس آویشن صورت گرفته است (24). آویشن تاریخچه مصرف داروئی، غذائی، ضدعفونی کنندگی و خوشبو کننده طولانی مدتی دارد و در مطالعات فراوانی به ترکیبات شیمیائی آن پرداخته شده است (28و13،14،15،24). مواد شیمیائی تشکیل دهنده آویشن عمدتاً به دو گروه فلاونیدها و روغن آن تقسیم بندی می‌شوند. فلاونیدها شامل تیمونین، ایزوتیمونین، تیموزین، فلاونول‌ها و لوتولین بوده و ترکیبات اصلی روغن گرفته شده از آویشن شامل تیمول (40%)، کارواکرول (15-2%) و کامفور (15-1%) می‌باشند. البته از سایر مواد تشکیل دهنده آویشن می‌توان به تاننها، ساپونینها، سرفیلین، و رزماریک اسید اشاره کرد (28و8،23). عمده ترکیبات شیمیائی و داروئی آویشن در برگهای این گیاه وجود داشته و همین قسمت از گیاه معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد (13).
 
مواد تشکیل دهنده آویشن خاصیت ضدعفونی کننده (ضد باکتری و ویروس‌ها)، آنتی‌اکسیدانی، ضداسپاسمی و خلط‌آور دارند (7و1). تیمول موجود در آویشن خاصیت ضد انگلی قوی داشته و در خمیردندانها کاربرد فراوانی داشته و در مبارزه با کرمهای قلابدار و آسکاریس و درمان انواع روماتیسم موثر است. علاوه‌بر خواص داروئی، از آویشن در صنایع غذائی به فراوانی استفاده می‌شود و در کتابهای تغذیه متعدد، روشهای استفاده از آن توضیح داده شده است (13و1،7).
 
 
 
گلدهی و گرده‌افشانی:
 
اولین قدم در اصلاح یک گیاه، شناخت و درک صحیح از نحوه گرده‌افشانی و باروری در آن است و روشهای اصلاحی براساس نوع باروری متغیر خواهند بود. اغلب گونه‌های جنس آویشن به گروه گیاهان Gynocioecious تعلق دارند (26). گرده‌افشانی در آویشن به صورت Entomophilous بوده و گلهای معطر آن توسط حشرات ریز و زنبورهای کوچک گرده‌افشانی می‌شوند(13و1،7). آویشن دارای پایه‌های (گلها) ماده و دوجنسه بوده و گلهای ماده بطور محسوسی کوچکتر گلهای دوجنسه هستند و این اختلاف اندازه در گونه‌های مختلف متفاوت می‌باشد (27).
 
درصد گلهای دوجنسه در جوامع مختلف به طور متوسط 60% می‌باشد که این گلها از نظر ژنتیکی کاملاً خودسازگار هستند، با این وجود خودگشنی بندرت صورت می‌گیرد و میزان آن بین 0% تا 50% گزارش شده است (26و19). در این گیاه خصوصیات جنسی گل توسط ژنهای هسته‌ای و سیتوپلاسمی کنترل می‌شود (9) و تنوع بسیار بالائی از نظر درصد گلهای نرعقیم از 5% تا 95% مشاهده می‌شود که براساس مطالعات انجام گرفته صفت نرعقیمی در آویشن به صورت ژنتیکی-سیتوپلاسمی کنترل می‌شود (19).   
 
 
 
تاکسونومی و گونه‌های آویشن:
 
از نظر رده‌بندی جنس آویشن بسیار پیچیده بوده و طبقه‌بندی آن بسیار مشکل است. که این موضوع بدلیل فراوانی گونه‌ها و نبود ناسازگاری ژنتیکی بین این گونه‌هاست (15و14). تاکنون بیش از 300 گونه مختلف از این جنس شناسائی شده است که در این میان بیشترین میزان تنوع گونه‌ای، در نواحی از اسپانیا و ترکیه مشاهده می‌شود بطوریکه بیش از 60 گونه مختلف در این نواحی جمع‌آوری شده است (18).
 
تلاقی‌های بین گونه‌ای و اینترگرسیون موفق در جنس آویشن، مهمترین عامل تنوع گونه‌ای در این جنس بوده و نتایج دورگ‌گیری، اغلب از نظر خصوصیات ظاهری و ژنتیکی حالت بینابینی داشته و یا حالت چند گانه‌ای را نشان می‌دهند (15). از مهمترین گونه‌های این جنس می‌توان به T. vulgaris (آویشن باغی یا کوهی)، T. zygis، T. aestivus،، T.fragrantissumus، T. neiceffii ، T. hymalis و T. loscosii اشاره نمود (25و12). این گونه‌ها از نظر خصوصیات ژنتیکی بسیار شبیه بوده و خصوصیات ظاهری مشابه‌ای را نشان می‌دهند.
 
  در تصویر شماره 2 شمای کلی منشاء برخی از گونه‌ها و ارتباطات بین گونه‌ای در جنس آویشن نمایش داده شده است. همانطوری که در تصویر مشخص شده، گونه T. aestivus از پلی‌پلوئیدی گونه T. vulgaris مشتق شده است (12).
 
   تصویر شماره2: شمای کلی منشاء برخی از گونه‌ها و ارتباطات بین گونه‌ای در جنس آویشن(نقل از منبع شماره12)
 
 
سیتوژنتیک آویشن:
 
مطالعات سیتوژنتیکی در گیاهان، بعنوان ابزار ارزشمندی برای شناسائی مواد ژنتیکی در جهت ایجاد تلاقی‌های بارور و طبیعی به کار می‌روند (5). 30 تا 80 درصد گیاهان عالی پلی‌پلوئید بوده و این خصوصیت مهمترین عامل ایجاد کننده گونه‌ها و تکامل گیاهان است (19). در جنس آویشن دو سطح پلوئیدی دیپلوئید و تتراپلوئید و 5 ژنوم مختلف (2n=28, 30, 54, 56, 58) یافت شده است. به عقیده مورالس، پایه کروموزومی در جنس آویشن n=7 بوده که بعداً به n=14 و n=15 افزایش یافته است ().در مطالعات متعددی که بر روی آویشن صورت گرفته است، سطوح پلوئیدی متفاوتی در گونه‌های مشابه گزارش شده است که این موضوع بیانگر این مطلب است که پلوئیدی در این جنس به فراوانی رخ می‌دهد (19و12).
 
گونه‌های تتراپلوئید با n=56, 58 کروموزوم احتمالاً از دو برابر شدن ژنوم گونه‌های دیپلوئید (2n=28) و هیبریداسیون دو گونه با گامتهائی با n=14 و n=15 کروموزوم وسپس دو برابر شدن تعداد کروموزومهای هیبرید مورد نظر به وجود آمده‌اند (19). در همین راستا در مطالعه النا-روزیلو (15) تعداد کروموزوم‌های گونه T. vulgaris (2n=30)، گونه T. zygis (2n=28) و گونه T. aestivus (بیشتر از 60 عدد) گزارش شده است.
 
 
 
تنوع ژنتیکی در آویشن و اهمیت آن:
 
اصلاح‌نباتات موفق برپایه انتخاب دقیق از درون جوامع متوع گیاهی بوده و تنوع ژنتیکی به عنوان مهمترین عامل در انتخاب یک فرد، از اهمیت فراوانی برخوردار است. مطالعات اندکی بر روی تنوع ژنتکی گیاهان داروئی صورت گرفته است و مصرف روزافزون این گروه از گیاهان به صورت وحشی از رویشگاه‌های طبیعی، سبب کاهش ذخیره ژنتیکی (ژرم‌پلاسم) آنها شده است () بطوری که در حال حاضر بین 4000 تا 10000 گونه از گیاهان داروئی در خطر انقراض قرار دارند (21و11،16).
 
مطالعات اولیه در رابطه با تنوع و خصوصیات ژنتیکی جنس آویشن در سال 1877 میلادی توسط داروین صورت گرفت (26). آویشن از نظر ترکیبات شیمیائی و صفات مورفولوژیکی دارای تنوع بسیار بالائی است (29). در همین رابطه در مطالعه‌ای که توسط پوژال و همکاران (19) برروی تنوع ژنتیکی جمعیت‌های مختلف گونه T. loscosii صورت گرفت، تنوع ژنتیکی بسیار بالائی بین این جمعیت‌ها مشاهده شد و این تنوع به پلی‌پلوئید بودن این گونه ارتباط داده شد که سبب افزایش قدرت باروری و سازگاری آن شده است. بطور کلی پلی‌پلوئیدی به دلیل افزایش هتروزیگوسیتی و تنوع ژنتیکی، تولید بیشتر آنزیمها، ایجاد صفت چندساله بودن و افزایش تنوع بیوشیمیائی، سبب موفقیت گیاه آویشن در رویشگاه‌های طبیعی خود شده است (19و15).
 
 
 
روشهای اصلاحی در گیاه داروئی آویشن:
 
اصلاح ژنتیکی صفات کمی و کیفی گیاهان داروئی در سلامتی جوامع بشری از اهمیت فوق‌العادی برخوردار بوده و رشد سالیانه 5 تا 15 درصدی مصرف آنها، اصلاح آنها را ضروری ساخته است. اصلاحگران نبات تغییر و بهبود خصوصیات شیمیائی، بر میزان اثر بخشی خاصیت درمانی آنها موثر بوده‌اند (14). تولید و باروری، صفات مهم هستند که توسط روشهای متداول (سنتی) نظیر انتخاب مستقیم براساس صفات ظاهری، قابل اصلاح هستند. انتخاب روش ابتدائی بسیار مناسبی در اصلاح گیاهان داروئی است. انتخاب زمانی موفق است که شیوه مناسبی جهت تشخیص صفات مطلوب و موردنظر وجود داشته باشد. امروزه با استفاده از روشهای متداول توانسته‌اند به افزایش یا کاهش ترکیبات شیمیائی در گیاهان داروئی به موفقیت‌هائی دست یابند (11).
 
استفاده از تکنیکهای نوین اصلاحی در جهت بهبود گیاهان داروئی در آینده ضروری به نظر می‌رسد. این روشها برای تامین سطوح مناسبی از کربوهیدراتها، ترکیبات ارگانیک (ویتامینها)، مواد معدنی و تنظیم کننده‌های رشد به منظور دستیابی به حداکثر رشد و تکثیر گیاهان داروئی طرح‌ریزی می‌شوند (20). امروزه اصلاح عملکرد گیاهان داروئی توسط روشهای متداول به دلیل زمان بر بودن و سرعت زیاد نابودی منابع ژنتیکی مورد تردید بوده و پیشرفت‌های اخیر تحقیقات ژنوم گیاهی، ریزازدیادی و انتقال ژن به سبب درک بهتری از خواص ژنتیکی پیچیده و شناسائی روشهای بیوسنتزی متابولیت‌های ثانویه در گیاهان داروئی، به فراوانی مورد استفاده قرار گرفته است (17و10).
 
روشهای نوین اصلاحی سبب شده که فرصتهای جدیدی برای اصلاح این ژنوتیپ‌ها توسط نشانگرهای مولکولی به وجود آید (17و10). ریزازدیادی و کشت بافت گیاهی به منظور تولید بسیاری از ترکیبات ثانویه در گیاهان داروئی پیشرفت چشمگیری داشته است و تکثیر گیاهان داروئی توسط ریزازدیادی از منابع مختلفی از ریز نمونه‌ها (Explant) به همراه سایر روشهای بیوتکنولوژی به منظور اصلاح از طریق تنوع سوماکلونالی در حال پیشرفت است (20). با این وجود به دلیل کمبود اطلاعات راجع به نیازهای محیطی و مطلوب سازی شرایط کشت، استفاده از این روشها مشکل است (11).
 
دستکاری ژنتیکی توالی DNA روش جدیدی برای تغییر بیان ژنی در گیاهان است. استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک و ترانسفورماسیون ژنی در اصلاح گیاهان گیاهان داروئی و معطر به منظور تغییر مسیر بیوسنتزی متابولیتها برای تولید دارو، آفت‌کشها یا غذا رو به افزایش است. بطور مثال انتقال ژن در گونه‌هائی از خانواده نعناعیان به منظور تغییر مسیر بیوسنتزی تولید روغن و بهبود مقاومت گیاه به تنشهای زنده و غیر زنده بوده است (11).
 
 
 
نتیجه‌گیری کلی:
 
اصلاح آویشن به دلیل تنوع ژنتیکی وسیع و دارا بودن گونه‌های فراوان و همچنین نبود موانع ژنتیکی در هیبریداسیون موفق بین آنها، می‌تواند توسط روشهای اصلاحی متداول نظیر انتخاب (توده‌ای یا تک گیاه) به سادگی صورت پذیرد. علاوه‌بر این روشهای نوین نظیر ریزازدیادی، نشانگرهای مولکولی و دستکاری ژنتیکی در جهت بهبود و تغییر کمی و کیفی این گیاه کاربرد دارند. اما بدلیل نبود مطالعات کافی و شناخت اندک از شرایط و نیازهای این گیاه، استفاده از این روشها به کندی پیش می‌رود. لذا موفقیت در این مسیر نیازمند مطالعه و پژوهش فراوان دارد.
 
 

نوشته شده در 05/12/1395 پنجشنبه ساعت 23:37:29 توسط samira


بازگشت به صفحه ژنتیک و اصلاح نباتات


امتیاز شما به این مطلب

در کادر زیر نظر خود را درج نمایید




 refresh
کد امنیتی را وارد نمایید