محققان دانشگاه تسوکوبا با استفاده از تکنیک ویرایش ژنوم CRISPR/Cas9 موفق شدند رنگدانههای قرمز کاهوی برگ قرمز را خاموش کنند و آن را به رنگ سبز درآورند، اما این تنها تغییر نبود. در این فرآیند، سطح ترکیبات فلاونوئیدی مفید دیگری مانند کورستین (quercetin) به طور قابل توجهی افزایش یافت، بدون آن که رشد گیاه تحت تأثیر منفی قرار بگیرد.
رنگ قرمز کاهوی برگ قرمز ناشی از آنتوسیانینهاست؛ گروهی از رنگدانههای پلیفنولی که به خواص آنتیاکسیدانی معروف هستند. گیاهان این رنگدانهها را از طریق زنجیرهای از واکنشهای آنزیمی تولید میکنند که از اسید آمینه فنیلآلانین شروع میشود. در این مسیر بیوشیمیایی، انواع فلاونوئیدها (ترکیبات گیاهی با عملکردهای متعدد) ساخته میشوند که برخی از آنها در نهایت به آنتوسیانین تبدیل میشوند.
خاموشکردن ژن DFR
در این مطالعه جدید، پژوهشگران ژن مسئول تولید آنزیم دیهیدروفلاونول ۴-ردوکتاز (DFR) را هدف قرار دادند. این آنزیم نقش کلیدی در یکی از مراحل نهایی پیش از تشکیل آنتوسیانینها دارد. با غیرفعال کردن این ژن، گیاهان دیگر قادر به تولید رنگدانه قرمز نشدند و برگهای آنها به رنگ سبز درآمد.
اما تجزیه و تحلیل دقیقتر نشان داد که این تغییر ساده نبوده است: سطح چندین فلاونوئید دیگر، به ویژه کورستین، به طور چشمگیری افزایش یافت. محققان معتقدند مسدود کردن مسیر تولید آنتوسیانین، جریان بیوشیمیایی گیاه را به سمت تجمع پیشسازهای فلاونوئیدی سوق داده است.
رشد بدون تغییر، تغذیهای متفاوت
نکته جالب توجه این است که کاهوی اصلاحشده هیچ کاهش معنیداری در رشد یا بهرهوری نشان نداد. این یعنی میتوان بدون قربانی کردن عملکرد محصول، پروفایل تغذیهای آن را سفارشی کرد. هر چند محققان هنوز این گیاهان را مستقیماً با ارقام کاهوی سبز معمولی مقایسه نکردهاند، اما کاهوی قرمز به طور طبیعی سطح بالایی از پلیفنولها را دارد و این استراتژی میتواند راهی برای تولید محصولات با ترکیبات عملکردی خاص باز کند.
اهمیت برای کشت در محیطهای کنترلشده
تولید فلاونوئیدها به شدت تحت تأثیر عواملی مانند شدت نور و دما قرار دارد. از آنجایی که کارخانههای گیاهی (Plant Factories) امکان کنترل دقیق این متغیرها را فراهم میکنند، یافتههای این تحقیق میتواند برای توسعه ارقام تخصصی کاهو که برای کشت در گلخانهها و سامانههای داخلی بهینه شدهاند، بسیار کاربردی باشد.
این پژوهش در ژورنال Frontiers in Genome Editing منتشر شده و توسط آژانس علوم و فناوری ژاپن (JST) حمایت مالی شده است. نتیجه نشان میدهد که ویرایش ژنوم میتواند ابزاری دقیق و مؤثر برای مهندسی ترکیبات تغذیهای در گیاهان باشد، بدون آن که هزینهای به بار آورد.
