محققان دانشگاه کوئینزلند موفق شده‌اند برای نخستین بار مواد ژنتیکی را از طریق ریشه به گیاهان منتقل کنند، که می‌تواند رویکرد جدیدی برای بهبود سریع محصولات کشاورزی ایجاد کند. این پژوهش که در نشریه Nature Plants منتشر شده، نشان می‌دهد که چگونه فناوری نانوذرات می‌تواند به تنظیم دقیق ژن‌های گیاهان برای افزایش بازدهی محصولات و بهبود کیفیت مواد غذایی کمک کند.

پروفسور برنارد کارول از دانشکده شیمی و علوم زیستی مولکولی دانشگاه کوئینزلند اظهار داشت که روش‌های سنتی اصلاح نژادی و دست‌ورزی ژنتیکی گیاهان معمولاً به چندین نسل زمان نیاز دارند که فرآیندی طولانی و پرهزینه محسوب می‌شود.

وی افزود: «ما موفق شدیم ریشه‌های گیاهان را به جذب نانوذراتی ترغیب کنیم که توسط گروه پروفسور گوردون شو در دانشگاه کوئینزلند برای انتقال واکسن‌ها و درمان‌های سرطان در حیوانات توسعه داده شده بود.»

یکی از چالش‌های مهم در این مسیر، ساختار سخت و چوب‌مانند دیواره سلولی گیاهان در مقایسه با سلول‌های حیوانی و انسانی است. برای رفع این مشکل، پژوهشگران نانوذرات را با پروتئینی پوشش دادند که توانایی شل کردن دیواره سلولی گیاه را دارد. این پوشش پروتئینی به نانوذرات کمک کرد تا از دیواره‌های سلولی عبور کرده و برای نخستین بار mRNA مصنوعی را به داخل سلول‌های گیاهی منتقل کنند.

mRNAها مولکول‌های پیام‌رسانی هستند که دستورالعمل‌های ژنتیکی لازم برای ساخت و بهبود موجودات زنده را در خود دارند. تیم تحقیقاتی با استفاده از این نانوذرات، یک mRNA مصنوعی را که تولید پروتئین فلورسنت سبز را تحریک می‌کند، به گونه‌های مختلف گیاهی از جمله آرابیدوپسیس (Arabidopsis) – یکی از اعضای کوچک خانواده کلزا و کلم که به طور گسترده در تحقیقات ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد – منتقل کردند.

پروفسور کارول در این زمینه اظهار داشت: «شگفت‌انگیز بود که نانوذرات نه تنها بار ژنتیکی خود را به اولین سلول منتقل شده تحویل ندادند، بلکه همراه با آب در سراسر گیاه حرکت کرده و mRNA را در قسمت‌های مختلف توزیع کردند.»

محققان امیدوارند که با بهبود این فناوری، بتوانند به جای سال‌ها اصلاح نژادی سنتی یا مهندسی ژنتیک، در مدت کوتاه‌تری ویژگی‌های دلخواه مانند بهبود طعم یا کیفیت محصول را در گیاهان ایجاد کنند.

پروفسور کارول در ادامه افزود: «همان‌طور که واکسن‌های mRNA باعث تولید پروتئین برای تحریک سیستم ایمنی شده و سپس از بین می‌روند، mRNA تزریق شده به گیاه نیز به صورت موقت فعال می‌شود و سپس از بین می‌رود.»

این فناوری جدید توسط شرکت تجاری‌سازی دانشگاه کوئینزلند یونی‌کوئست (UniQuest) ثبت اختراع شده و در حال حاضر به دنبال همکاری با شرکای صنعتی برای توسعه بیشتر این روش است.

تیم پژوهشی این پروژه شامل پروفسور ژی پین (گوردون) شو (Zhi Pin (Gordon) Xu) و دکتر جیاکسی یونگ (Jiaxi Yong) از مؤسسه استرالیایی مهندسی زیستی و نانوفناوری (Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology) و اتحاد کوئینزلند برای نوآوری در کشاورزی و غذا (Queensland Alliance for Agriculture and Food Innovation) است.