بیوتکنولوژی، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده ، می توان محصول بیشتر ، گیاه مقاوم تر وحتی محصول بهتر تولید نمود.هزاران سال است،انسان دریافته است که چگونه گیاهان مفید را به کاربرد . از گندم نان وازشیر ، لبنیات تولید نماید. درتولید ماست ازشیر، یک میکرو ارگانیسم این فرآیند را انجام می دهد. یعنی درواقع می توان از میکرو ارگانیسم های مفید برای تغییرات وتبدیلات مورد نظر درمحصولات کشاورزی اعم از گیاهی وحیوانی استفاده نمود.

دردوهزار سال قبل از میلاد مسیح، مصری ها جو را تخمیر کرده یا از انگور سرکه تولید می کردند. آنان به اصول تخمیر ، پی برده بودند، یا درواقع به نوعی بیوتکنولوژی دست یافته بودند. نتیجه ای که گرفته می شود، این است که بیوتکنولوژی سابقه ای دیرینه دارد.در واقع تا آنجا که به کشاورزی ارتباط می یابد، واژه بیوتکنولوژی ، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. یعنی با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده ، می توان محصول بیشتر، گیاه مقاوم تروحتی محصول بهتر تولید نمود. این علم امروزه توانسته است برروی ژن موجودات زنده کاربکند وتغییراتی درجهت هدفهای پیش بینی شده درمواد بدهد، یعنی درواقع درنحوه اطلاعات وراثتی سلولهای زنده دخالت کند وموفق به تولید گونه های جدید وبهتری گردد.

اما حقیقتاً بیوتکنولوژی یا همان زیست فناوری چیست؟ شما به این سوال چه پاسخی می‌دهید؟

تمام این تصورات و حتی نظر شما می‌تواند پاسخی به این سوال باشد. در حقیقت واژه‌ی بیوتکنولوژی به طور کلی بیانگر روش‌های استفاده از موجودات زنده و تولیدات آنها برای بهتر ساختن شرایط زندگی انسان و محیط زیستش است. اگرچه واژه‌ی بیوتکنولوژی اغلب برای اشاره به تکنولوژی مهندسی ژنتیک استفاده می‌شود اما در واقع در برگیرنده‌ی دامنه‌‌ی وسیع‌تری از روش‌های اصلاح زیستی موجودات براساس  نیازهای انسانی است.رشد و شکوفایی بیوتکنولوژی ریشه در ماقبل تاریخ دارد. زمانی که انسان‌های اولیه فهمیدند که چگونه می‌توانند گیاهان مورد استفاده شان را کشت کنند ویا زمانی که تلاش کردند تا حیونات را اهلی کنند و یاد گرفتند که چگونه آنها را پرورش دهند، درواقع آنها یاد گرفتند که از بیوتکنولوژی استفاده کنند.کشف اینکه شیر می‌تواند به پنیر و ماست تبدیل شود یا از تخمیر میوه‌ها سرکه و الکل  تولید می‌‍شود شروع اولین مطالعات بیوتکنولوژی بود.نانواهایی که فهمیدند که چگونه خمیر صاف و سبک‌تر عمل آورند یا دامدارانی که با تشخیص تفاوت‌های فیزیکی در بین دام‌هایشان و انتخاب جفت مناسب برای آنها به اصلاح نژاد پرداختند ویا کشاورزانی که بین انواع یک گیاه هیبریدگیری کردند تا محصول مطلوب‌تری حاصل کنند اولین بیوتکنولوژیست‌ها بودند.اما در قرن بیست یکم بیوتکنولوژی به صورت رشته‌ای مستقل در آمد. این استقلال نه تنها سبب قطع ارتباطش با رشته‌های دیگر نشد بلکه با فعالیت‌ها بیشتر با رشته‌های بیشتری ارتباط یافتن و نیز باعث ارتباط رشته‌های دیگر با هم شدند.فناوری زیستی بین علوم زیستی از قبیل ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی، بیوشیمی، زیست مولکولی، زیست سلولی و  جنین شناسی با رشته‌های کاربردی نظیر مهندسی شیمی، الکترونیک، نانو فناوری و فناوری اطلاعات پیوند برقرار ساخت و از آنها برای خدمت به کشاورزی، پزشکی، داروسازی، تولیدات غذایی، دامپروری و صنایع مختلف که ملموس‌ترین آن نساجی می‌باشد بهره می‌جوید.

فناوری زیستی با توجه به کاربردی که هدف قرار می‌‌دهد به شاخه‌های مختلف تقسیم می‌شود که به این ترتیب نامگذاری می‌شود:

• بیوتکنولوژی سبز که در آن محققان بر روی کاربردهای کشاورزی متمرکز اند از جمله اهلی سازی گیاهان با تغیر در اندازه‌ی آنها و تولید گیاهان ترارخت با توان رشد در محیط‌های با شرایط خاص یا توان مقابله با آفت‌ها از طریق وارد کردن ژن‌های اضافی به ژنوم آنها.

• بیوتکنولوژی قرمز برای بیوتکنولوژی پزشکی به کار می‌رود. ازجمله اهدافش طراحی ارگانیسم‌هایی است که توان تولید آنتیبیوتیک‌ها یا داروهای دیگر را دارند و یا درمان‌های ژنتیکی از طریق دستورزی‌های ژنتیکی است.

• بیوتکنولوژی سفید یا بیوتکنولوژی صنعتی که به عنوان مثال برای تولید مواد صنعتی از موجودات زنده استفاده می‌کنند و یا از آنزیم‌ها استفاده‌ی صنعتی می‌کنند.

• بیوتکنولوژی آبی که محققان بر روی موجودات آبزی و دریایی کار می‌کنند.

در آینده از کاربردهای زیست فناوری در زمینه‌های مختلف بیشتر صحبت خواهیم کرد.

نتیجه گیری اینکه…

بیوتکنولوژی ، روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است…

با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده می توان محصول بیشتر ، گیاه مقاوم تر وحتی محصول بهتر تولید نمود. دردوهزار سال قبل از میلاد مسیح ، مصری ها جو  را تخمیر کرده یا ازانگور سرکه تولید می کردند. آنان به اصول تخمیر پی برده بودند یا درواقع به نوعی بیوتکنولوژی دست یافته بودند. نتیجه ای که گرفته می شود این است که بیوتکنولوژی سابقه ای دیرینه دارد، درواقع تا آنجا که به کشاورزی ارتباط می یابد، واژه بیوتکنولوژی روش جدیدی برای پرداختن به تکنیک کشت وکار است. یعنی با دست یابی به شیوه های کاربردی فن آوری موجودات زنده می توان محصول بیشتر، گیاه مقاوم تروحتی محصول بهتر تولید نمود.این علم امروزه توانسته است برروی ژن موجودات زنده کاربکند وتغییراتی درجهت هدفهای پیش بینی شده درمواد بدهد، یعنی درواقع درنحوه اطلاعات وراثتی سلولهای زنده دخالت کند وموفق به تولید گونه های جدید وبهتری گردد.درحدود بیست سال اخیر دو کار بنیادی واصولی درتکنولوژی کشاورزی صورت گرفته است . یکی تکنیک بهره برداری های مختلف ازسلول گیاهی ودیگری استفاده از بافت گیاهی با شیوه های ترکیب جدید ژنها. به بیان دیگر با شیوه کاربردی جدید می توان ضمن جدا کردن سلول یک گیاه، به تنهائی آن را وادار به تکثر نمود و بعدا” به خاک انتقال داد. زیرا امکان کشت سلولی برای همه گیاهان موجود برروی کره زمین عملی است. یکی از نتایج این شیوه صرفه جوئی ازنظر وقت وفضای کشت وکار است. ازطرفی این روش تکثیر گیاهی نتایج بهتری برای هدف تعیین شده به دست می دهد. درواقع یک سانتی مترمکعب ازبافت یا اندام که چندین میلیون سلول مانند هم دارد ، بالقوه می تواند میلیون ها بوته هم خواص با آن گیاه باشد. درواقع این شیوه کار بذر و قلمه را به نحو بهتری انجام می دهد. ضمنا” می توان به خواص وراثتی گیاه پی برد و برای رشد و نمو آن تا مرحله به ثمرآمدن زمان صرف نکرد. به عبارت دیگر این شیوه روشی است که امکان مطالعه بهتر گیاه را درکمترین زمان و با بیشترین ضریب اطمینان به دست می دهد. حتی می توان با جدانمودن دیواره سلولی یک گیاه، چند سلول را از نظر محتوا به هم آمیخت. دریک آزمایشگاه تحقیقاتی به نام ماکس پلانک درآلمان ضمن آزمایشی معلوم شدکه ازمیان چهل و دو هزار بافت سیب زمینی مورد آزمایش فقط ۱۷۳ بافت یعنی چهار درصد بافت ها دربرابر بیماری قارج سیب زمینی مقاوم بودند، این بافت تکثیر گردید تا درمرحله گیاه کامل به مزرعه انتقال داده شود. نتیجه ای که حاصل آمد این بود که این گونه جدید واقعا” نسبت به قارچ مقاوم است وبه سمپاشی نیازی ندارد . این شیوه دست یابی به گونه های مقاوم فقط درمدت هشت ماه عملی گردید. درصورتیکه در سالهای ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۰ ، این کار ازطریق روشهای اصلاح نباتات حد اقل ده تا پانزده سال زمان می طلبید. این کار برای گیاهان دیگر ازجمله نخل روغنی حداقل سی سال زمان نیازدارد. درحال حاضر درکشورهای صنعتی این شیوه بسیار رواج یافته وتحولات شگرفی به وجود آمده ونتایج کارهای چندین ساله محققین به تولید انبوه رسیده است.کمسیون جهانی طرفداران توسعه دانش بیوتکنولوژی براین عقیده اند که افق دید این عمل بسیار وسیع تر ازگذشته بوده واهداف والائی چون رفع مشکلات سلامتی ، تغذیه ، محیط زیست و نیز مواد اولیه را بسیار سریع تر از شیوه های سنتی گذشته تامین خواهند نمود. معمولا” تولیدات سالم تر، فشار کمتری بر محیط زیست وارد می کند. این مواد نیاز به انرژی کمتری دارند و دست آخر اینکه مواد حاصل ازبیو تکتولوژی مضربه حال طبیعت نیست. ازطرف دیگر میکرو ارگانیسم ها قادرهستند از مواد آلی با قیمانده درشهرها ومزارع وآبهای آلوده درکشاورزی مواد الکلی وپروتئین به دست دهند.

به‌طور کلی بیوتکنولوژی نوین از سه ابزار مهم زیر در زمینه کشاورزی بهره می‌گیرد:

الف) مهندسی ژنتیک و دی-ان-آی نوترکیب

ب) کاربرد نشانگرهای مولکولی (پروتئین و دی-ان-آ)

ج) کشت سلول‌ها، ‌اندام‌ها و بافت‌های گیاهی

این نوشتار سعی دارد مهمترین حوزه‌های کاربرد بیوتکنولوژی گیاهی را در قالب سه مورد فوق‌الذکر به طور اجمال معرفی کند که می‌تواند تحلیلی درباره ضرورت توجه به این حوزه از تکنولوژی‌های نو ارائه نماید.
با توجه به اهمیت فناوری‌زیستی ابعاد اقتصادی، اجتماعی و حتی سیاسی، شایسته است که مسئولین علمی و سیاسی کشور بیش از پیش به حمایت و سرمایه‌گذاری در این زمینه توجه نمایند. همچنین لازم است، برنامه‌ریزان و تصمیم‌سازان استراتژی ملی توسعه کشور نسبت به اولویت‌دادن به آموزش‌ها و پژوهش‏های نوین بنیادی و کاربردی در عرصه بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک و ارایه تمهیدات و راهکارهای بهره‌برداری تجاری‌ از فراورده‌های آن، اقدام لازم را به عمل آورند.

الف) مهندسی ژنتیک و دی‌ان‌آی نوترکیب

مهندسی ژنتیک، پیچیده‌ترین شاخه بیوتکنولوژی است که روش‌‌های مبتنی بر ژنتیک سلولی و مولکولی، نشانگرهای مولکولی، کشت سلول و بافت، میکروبیولوژی و بیوشیمی را در بر می‌گیرد. به طورکلی مهندسی ژنتیک شامل استفاده از روش‌های انتخاب ژن موردنظر، جداسازی، خالص‌سازی، تکثیر و انتقال ژن‌ها و ارزیابی بروز آن‌ها در موجود زنده می‌‌باشد. این فناوری امکاناتی را فراهم می‌آورد که با روش‌های سنتی (کلاسیک) امکان‌پذیر نیست.
مهندسی ژنتیک با رفع مشکل محدودیت تلاقی‌های جنسی توانسته است انتقال مستقیم و سریع ژن‌های جدید یا تغییریافته از منابع مختلف شامل گونه‌های گیاهی، حیوانات،‌ باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها به یکدیگر و از جمله گیاهان را فراهم آورد؛ در حالی که این کار با روش‌های معمول و کلاسیک به‌نژادی امکان‌پذیر نیست. این فناوری حتی می‌تواند ژن‌های مصنوعی طراحی نماید و به موجودات انتقال دهد. بنابراین تنوع در خزانه ژنی (gene pool) را افزایش می‌‌دهد.

به طور کلی دامنه مطالعات و کاربردهای مهندسی ژنتیک شامل موارد زیر می‌‌باشد:

۱- مطالعات بنیادی در زمینه زیست­شناسی پایه و از جمله شناسایی، جداسازی و شناخت اجزاء ژن و عمل آن‌ها، چگونگی فعالیت رونویسی، ترجمه و ابراز (بیان) ژن‌ها و بررسی فرآورده پروتئینی آن‌ها، یکی از مهمترین نقاط تمرکز پژوهش‌های مهندسی ژنتیک می‌‌باشد.

۲- تولید کاوشگرهای تشخیصی (diagnostic probes) جهت شناسایی توالی‌‌های مشابه که در مطالعات بیوتکنولوژی و همچنین تشخیص صفات از قبیل مقاومت و یا حساسیت به آفات و بیماری‌ها و شناخت ارقام هر گیاه کاربرد دارد.

۳- تراریزش یا انتقال ژن به روش‌های مهندسی ژنتیک (transformation) و تولید گیاهان و جانوران تراریخته transgenic دارای صفات جدید و یا تغییریافته، امروزه یکی از مهمترین و کاربردی‌ترین استفاده‌های مهندسی ژنتیک در کشاورزی می‌‌باشد و گیاهان تراریخته می‌توانند جهت استفاده‌های مستقیم یا غیرمستقیم غذا، علوفه‌ و الیاف بکار روند و یا اینکه در برنامه‌های به‌نژادی، تولید مواد دارویی و صنعتی استفاده شوند

گیاهان تراریخته (Transgenic Plants) و اهمیت اقتصادی آن‌ها:

فنون دست‌ورزی ژنتیکی گیاهان در اوایل دهه ۸۰ میلادی ابداع گردید و نتایج کاربردی آن از اوایل دهه ۹۰ با ایجاد گیاهان تراریخته مقاوم به آفات، بیماری‌ها و علف‌کش‌ها به ثمر نشست. اکنون حدود دو دهه از پیدایش فنون دی‌ان‌‌آی نوترکیب و مهندسی ژنتیک گیاهی می‌گذرد. در این مدت سرمایه‌گذاری‌های هنگفت و تلاش فراوانی در نقاط مختلف دنیا برای توسعه و بهبود این فنون جهت دستیابی به اهداف موردنظر به‌عمل آمد. مهندسی ژنتیک، انقلاب سبزی را برای بهبود کمی و کیفی محصولات کشاورزی و غلبه بشر بر گرسنگی و فقر غذایی بنیان نهاده است. دانشمندان با دست‌کاری ژن‌های یک گیاه، جانور و میکروارگانیسم، نژادهای تراریخته‌ای از آن را به وجود می‌آورند که نسبت به نژاد طبیعی، به آفات و بیماری‌ها و یا سموم مقاوم بوده، ‌‌یا برخی عناصر غذایی و ویتامین‌ها را که نوع طبیعی فاقد آن است، تولید می‌نماید. لذا این قبیل گیاهان یا جانوران، محصول بیشتر و با کیفیت بهتری تولید می‌کند. در دهه آینده امید می‌رود با استفاده از گیاهان زراعی تراریخته، افزایش عملکرد از ۱۰ به ۲۵ درصد برسد. از سال‌های‌ ۱۹۸۲ و ۱۹۸۳ که‌ اولین‌ انتقال موفقیت‌آمیز ژن‌ها به سلول‌های گیاهی انجام شد، سرعت پیشرفت ایجاد گیاهان تراریخته افزایش یافت‌. اولین آزمایش مزرعه‌ای گیاهان تراریخته در سال ۱۹۸۶ در کشور فرانسه انجام گرفت. اما استفاده عملی از گیاهان تراریخته، زمانی آغاز شد که کشور چین تنباکو و گوجه‌فرنگی تراریخته مقاوم به ویروس را در پایان‌ سال‌ ۱۹۹۲ برای عرضه در بازار تصویب نمود و سپس گوجه‌فرنگی با قابلیت انبارداری بیشتر توسط شرکت کالگن آمریکا در سال ۱۹۹۴ معرفی شد. امروزه تولید گیاهان تراریخته از عمده‌ترین کاربردهای بیوتکنولوژی در کشاورزی می‌باشد. در حال حاضر، انتقال ژن از طریق مهندسی ژنتیک و تولید گیاهان تراریخته در مواردی همچون مقاومت به آفات، بیماری‌ها، علف‌کش‌ها، بهبود کیفیت پروتئین و روغن و غیره در بیش از ۶۰ گیاه زراعی، باغی و زینتی حاصل شده است و تعداد آن‌ها با سرعت زیادی روز به روز افزایش می‌یابد. سطح زیرکشت این قبیل گیاهان در جهان طی سال‌های اخیر با روند تصاعدی افزایش یافته و از سال ۹۶ تا ۲۰۰۱ حدود ۳۰ برابر شده است (جدول ۱). اکنون بیش از ۲۵ درصد سطح‌کشت جهانی گیاهان تراریخته در کشورهای در حال توسعه قرار دارد. شمار کشورهایی که گیاهان زراعی تراریخته را کشت می‌کنند، از یک کشور در سال ۱۹۹۲ به چهارده کشور در سال‌ ۲۰۰۲ افزایش یافته ‌است.میزان فروش محصولات گیاهان تراریخته طی سال‌های ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۰ به‌سرعت افزایش یافت (جدول ۲). بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال ۲۰۰۱ از مرز سه میلیارد دلار گذشت و پیش‌بینی می‌‌شود که در سال ۲۰۰۵ و ۲۰۱۰ به ترتیب تا حد ۶ و ۲۰ میلیارد دلار افزایش یابد. سود حاصل از گیاهان تراریخته طی سال ۱۹۹۹ حدود ۷۰۰ میلیون دلار بود که بیش از دو میلیون کشاورز از آن بهره‌مند شده‌اند. در سال ۲۰۰۱ حدود پنج­و­نیم میلیون کشاورز از کشت این قبیل گیاهان بهره برده‌اند. لذا اکنون مقبولیت گونه‌های جدید زراعی، باغی و حتی دام‏های تراریخته نزد کشاورزان افزایش یافته است و این خود موضوعی است که دانشمندان را به سوی تولید فرآورده‏های نوین و با قابلیت‏های بیشتر سوق می‏دهد. پیش‌بینی می‌‌شود که در سال ۲۰۲۵ حدود ۱،۶ میلیارد نفر در جهان از طریق مهندسی ژنتیک غلات تغذیه خواهند نمود. شرکت زنکا (Zeneca) معتقد است که بازار جهانی گیاهان تراریخته در سال ۲۰۲۰ به ۷۵ میلیارد دلار خواهد رسید، لذا سرمایه‌گذاری در این زمینه را از ۲۰ میلیون دلار در سال ۹۷ به ۶۰ میلیون در سال ۹۸ افزایش داد. شرکت نوارتیس سوئیس نیز حدود ۲۰ میلیون دلار طی سال‌های ۹۹ و ۲۰۰۰ برای گسترش ساختمان موسسه تحقیقات بیوتکنولوژی خود هزینه نمود.کاهش هزینه کشاورزان از طریق کنترل بهینه آفات، بیماری‌ها، علف‏های هرز، کاهش مصرف سموم و افزایش کمیت و کیفیت محصول، از جمله مزیت‌های حاصل از کاربرد گیاهان تراریخته (تغییریافته ژنتیک) می‌باشد. گیاهان تراریخته مقاوم به آفات و بیماری‌های شایع و خسارت‌زا قادرند خسارات سالیانه ۳۰ درصدی محصولات کشاورزی را کاهش دهند؛ در نتیجه امروزه شاهد رویکرد کشاورزان در کشورهای صنعتی به سوی کاشت و بهره‏برداری از این قبیل گیاهان هستیم. کاشت این‌گونه گیاهان، هزینه‌های مبارزه شیمیایی و کاربرد سموم دفع آفات نباتی را کاهش می‌دهد. از سوی دیگر صدمات وارده به منابع زیستی مثل خاک و آب‌های زیرزمینی را به حداقل می‌رساند. برای روشن شدن مطلب به ذکر چند مثال زیر بسنده می‌شود:

زمینه‌های مختلف کاربرد گیاهان تراریخته:

۱- مبارزه با آفات و بیماری‌ها

یکی از رویکردهای بیوتکنولوژی برای مبارزه با آفات و بیماری‌های گیاهی، مقاوم نمودن گیاه از طریق دست‌کاری ژنتیک و انتقال ژن می‌باشد. تولید گیاهان تراریخته حاوی ژن‌های تولیدکننده پروتئین‌های سمی، که در مقابل آفات خاصی بسیار سمّی و مؤثر بوده و در عین حال برای انسان، گیاه، حیات‌وحش و حشرات مفید، زیانی ندارند، از مثال‌های کاربردی مهندسی ژنتیک می‌باشد. استخراج ژنBt از باکتری Bacillus Thuringiensis و انتقال آن به ذرّت، پنبه و سیب‌زمینی باعث مقاومت آنها در مقابل حشرات شده است. اکنون میلیون‌ها هکتار از این قبیل گیاهان در تعدادی از کشورهای صنعتی و در حال توسعه جهان کشت می‌شود. واضح است که این فناوری با از بین بردن نیاز به استفاده از سموم شیمیایی، چه خدمتی به حفظ محیط‌زیست و صرفه‌جویی اقتصادی کشاورزان می‌نماید که در بخش قبلی نیز چند مثال ذکر شد. در دانشگاه دیویس کالیفرنیا، انتقال ژن mi به گوجه‌فرنگی و ابراز آن در برگ‌‌ها موجب مقاومت به نماتد گره‌‌زای ریشه (Root knot) و شته می‌‌شود، ولی این ژن در درجه حرارت‌‌های بالاتر در مناطق گرمسیری غیرفعال می‌‌شود و نیاز به مطالعات بیشتر دارد. انتقال ژن Bt به باکتری خاکزی سودوموناس فلوئورسنس (Pseudomonas fluorescence) که با ریشه غلات و سویا همزیست می‌‌باشد و اضافه‌کردن این باکتری به خاک می‌‌تواند خسارت کرم اگروتیس یا شب‌پره زمستانی (Agrotis ipsilon or Black cutworm) در غلات را کنترل کند. محققان آمریکایی با انتقال ژن Pin۲ به گیاه برنج باعث مقاوم شدن آن در برابر حشرات شده‌اند. ژن Bt به یک ریزسازواره درونزاد (Endophyte microorganism) که داخل دستگاه آوندی گیاهان زندگی می‌‌کند و تکثیر می‌‌شود و آغشته‌‌سازی بذور ذرت و برنج با آن‌ها، موجب کنترل کرم ساقه‌‌خوار ذرت و برنج می‌‌شود. آزمایشات مزرعه‌‌ای نشان داده است که ریزسازواره در خارج از گیاه زنده نمی‌‌ماند و به گیاهان تلقیح نشده همجوار نیز منتقل نمی‌‌شود. بنابراین مشکل زیست‌محیطی نخواهد داشت.

۲- مبارزه با علف‌های هرز

مهندسی ژنتیک در مبارزه با علف‌های هرز نیز به کمک کشاورزی آمده است. انتقال ژن‌های مقاومت به علف‌کش که منشاء باکتریایی دارند، توانسته است ارقام جدیدی از گیاهان ذرت، پنبه، سویا و کلزای مقاوم به علف‌کش‌های مهم همچون رانداپ و باستا را ایجاد نماید. گیاهان تراریخته مقاوم به علف‌کش اکنون بیشترین سطح کشت جهانی گیاهان تراریخته را به خود اختصاص داده‌اند.

‌۳- بهبود کیفیت غذایی
تعدادی از ژن‌های مربوط به کیفیت پروتئین از جمله لگومین در نخود، فازئولین در لوبیا، زئین در ذرت، گلیادین‌ها و گلوتنین‌های با وزن مولکولی بالا در گندم، شناسایی و همسانه‌سازی (کلون) شده‌اند و در بعضی موارد (از جمله در گندم) به گیاهان منتقل شده‌اند. انتقال ژن پروتئین فریتین Ferritin تحت کنترل یک پیش‌‌بر در دانه برنج موجب گردید آهن قابل استفاده (فرم فرو) آن افزایش یابد. در سوئد ژن‌‌هایی به برنج منتقل کرده‌‌اند که موجب تولید و ذخیره بتاکاروتن در دانه می‌‌شود. این ماده در بدن انسان به ویتامین A تبدیل می‌‌شود و می‌‌تواند به عنوان یک منبع تامین‌کننده ویتامین A مطرح باشد. بدین ترتیب در آینده نزدیک، دانه‌های برنج غنی از ویتامین A به یاری کسانی که غذای اصلی آنها برنج بوده و به دلایلی از فقر ویتامین A رنج می‌برند، خواهد شتافت.

۴- تحمل نسبت به تنش‌های محیطی

حدود ۸۰ درصد اختلاف بین مقدار محصول بدست آمده و محصول مورد انتظار از خسارات تنش‌های محیطی ناشی می‌شود. اکثر موفقیت‌های کاربردی مهندسی ژنتیک در زمینه صفات تک‌ژنی ساده بوده است. اما بسیاری از صفات اقتصادی و مطلوب در کشاورزی از جمله تحمل به تنش‌های محیطی توسط تعداد زیادی ژن کنترل می‌‌شوند و کار برای اصلاح این صفات مشکل می‌‌باشد. با این وجود، برخی از ژن‌ها مرتبط با تنش‌های محیطی از قبیل تحمل به سرما، گرما، عناصر سنگین، ‌شوری و خشکی شناسائی و استفاده شده‌اند، ولی کاربرد تجاری از آن‌ها بدست نیامده است.
به عنوان مثال می‌توان از انتقال ژن مانیتول (یک ژن باکتریایی) برای افزایش تحمل به شوری در توتون نام برد. همچنین مهندسی ژنتیک توانسته است سیب‌زمینی و توت‌فرنگی مقاوم به یخبندان ایجاد نماید. انتقال یک ژن باکتریایی به گیاه تنباکو، به بقای آن در محیط شور کمک نموده است. با تولید برنج مقاوم به شوری نیز امکان زیرکشت بردن ۸۶٫۵ میلیون هکتار از زمین‌های شور جنوب و جنوب شرقی آسیا فراهم می‌آید. دانشمندان ژاپنی مشغول تحقیق در مورد تولید نوعی برنج پایدار در برابر خشکی و سرما و مقاوم به بیماری‌ها هستند.

 ۵- تولید مواد دارویی از گیاهان

بکارگیری فناوری نوین زیستی علاوه بر آنکه در توسعه منابع جدید غذایی، حفظ محیط‌زیست و غیره منشاء اثرات مفید بوده است، در ارائه راهکارهای نوین و آسان در برقراری و حفظ بهداشت و سلامت بشر نیز موفق عمل نموده است. تولید واکسن‏های خوراکی و فراورده‏های دارویی بوسیله گیاهان نیز رویداد مهمی است که منجر به افزایش کیفیت زندگی در کشورهای عقب­مانده خواهد گشت. برای مثال، واکسیناسیون افراد درکشورهای در حال توسعه، نیازمند خرید سالانه واکسن از کشورهای صنعتی است و نیاز به سرمایه‌گذاری‌های کلان جهت ایجاد زیرساختارهای بهداشتی و فراهم نمودن تجهیزاتی دارد که دسترسی به آنها سهل و ارزان نیست. اما بیوتکنولوژی گیاهی توانسته است پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در تولید واکسن‌های خوراکی در گیاهان زراعی یا میوه‌جات ایجاد کند.
تولید واکسن هپاتیت B در ذرت و موز و تولید واکسن cholera در سیب‌زمینی، از نمونه‌های این کاربرد بیوتکنولوژی می‌باشند. این گونه واکسن‌های نوترکیب در مقایسه با واکسن‌های تزریقی از هزینه بسیار کمتری برخوردارند. نتیجه یک برآورد در آمریکا نشان می‌دهد که هزینه واکسن تزریقی هپاتیت B به ازای هر فرد ۲۰۰ دلار می‌باشد ولی استفاده از موز و گوجه‌فرنگی حاوی این واکسن (واکسن خوراکی) کمتر از ۱۰ دلار هزینه دارد.
تغذیه از سیب‌‌زمینی تراریخته حامل ژن دورگ کلراانسولین Chlora-Insuline که گلوتامیک اسید دکربوکسیلاز (GAD) را تولید می‌‌کند از ابتلاء به دیابت جلوگیری می‌‌نماید. این مورد در صورت موفقیت می‌‌تواند یک روش آسان و ارزان برای جلوگیری از این بیماری باشد. لازم به ذکر است تغذیه موش‌‌های مستعد دیابت موجب کاهش وقوع آن و شدت پاسخ ایمنی گردید.
تنباکوی تولیدکننده هموگلوبین انسانی و ملانین در ایالت کارولینای شمالی آمریکا در حال انجام آزمایشات مزرعه‌‌ای می‌‌باشد.

۶- تولید آنزیم‌ها و فرآورده‌های صنعتی

در حال حاضر پژوهشگران، سیستم‌های ویژه‌ای برای کنترل ژن‌های نو‌ترکیب در داخل گیاهان ابداع کرده‌اند که آنها را قادر ساخته تا بتوانند ویژگی‌های موردنظر را تنها در یک قسمت از گیاه به وجود آورند؛ به صورتی که بتوان از یک گیاه علاوه بر محصول اصلی و زراعی آن، فرآورده‌های جانبی دیگری نیز بدست ‌آورد. اخیراً نوعی سیب‌زمینی به‌وجود آمده است که قابلیت تولید دو نوع محصول، یکی غذایی و دیگری آنزیمی را تواماً دارا می‌باشد.
آنزیم‌های صنعتی در فرمانتورها (بیوراکتورها) تولید می‌شوند، اما تولید آنها بدین روش، به‌ دو عامل گران‌قیمت یعنی زمان و نیروی کار وابسته است. پژوهشگران معتقدند استفاده از گیاهان به عنوان بیوراکتورها برای تولید آنزیم‌ها، آسان‌تر و ارزان‌تر خواهد بود. هزینه تولید یک گرم محصول با استفاده از فرمانتور ۵۰ تا ۲۵۰ دلار است در صورتی که تولید آنزیم‌ در گیاهان، کمتر از یک پنی برای هر گرم محصول هزینه در بر دارد. این مساله تنها به سیب‌زمینی محدود نمی‌شود، بلکه از گیاهان دیگر به‌ویژه ذرت نیز می‌توان برای تولید آنزیم در قسمت‌های غیرخوراکی آنها استفاده کرد. توجه به این نکته ضروری است که بیش از ۱۲۰ میلیون تن ساقه خشک ذرت و ۴ میلیون تن برگ و ساقه خشک سیب‌زمینی در هر سال تولید می‌شود که می‌تواند منبعی برای تولید مواد صنعتی باشد. علاوه بر این، کشاورزان می‌توانند با کشت یک گیاه و صرف هزینه واحد، همزمان دو محصول را تولید کنند که بدین ترتیب افزایش درآمدی بالغ بر ۱۰۰ تا ۲۰۰ دلار در هر ایکر (واحد سطح) را به دنبال خواهد داشت. مشاهده می‌شود که چنین دستاوردهایی علاوه بر کاهش بسیاری از هزینه‌ها، موجب آشتی هر چه بیشتر تکنولوژی و طبیعت نیز می‌شود. همچنین می‌توان از تولید آزمایشی پلاستیک توسط گیاه خردل در دانشگاه استنفورد آمریکا و استخراج روغن صنعتی توسط پژوهشگران اسکاتلندی از طریق دستکاری ژنتیکی گیاه Meadow Foam نام برد. پژوهشگران اکنون بدنبال گیاهانی مانند Thaumatococcus danielli هستند که تولید پروتئین تاوماتین Thaumatin آن حدود ۲۵۰۰ مرتبه از شکر شیرین‌تر می‌‌باشد و مبداء آن در آفریقا است.

۷- کاهش نیاز گیاهان به کودهای شیمیایی

در زمینه دست‌ورزی سیستم تثیبت ازت و جذب فسفر و پتاسیم نیز ژن‌هایی شناسایی و همسانه‌سازی شده‌اند و مطالعاتی در حال انجام می‌‌باشد. به عنوان مثال، ژن‌‌های ترانسپورتر فسفات از آرابیدوپسیس جداسازی و کلون شده‌‌اند و وجود چنین ژنی در گوجه‌فرنگی نیز گزارش شده است. چنین راهبردهایی در آینده می‌تواند نقش مهمی در حل مشکلات حاصلخیزی خاک‌ و کاهش نیاز گیاهان به کودهای شیمیایی ایفا نماید.نشانگرهای مولکولی، یک وسیله و ابزار مفید و دقیق می‌‌باشند که روش‌‌های مبتنی بر استفاده از آن‌ها به عنوان مکمل روش‌های سنتی و کلاسیک در سرعت بخشیدن به برنامه‌های به‌نژادی، افزایش دقت و صرفه‌جویی در نیروی کار و هزینه‌ها نقش چشمگیری دارند. پیدایش تکنیک PCR و نشانگرهای مولکولی دی‌ان‌آ در اوایل دهه ۸۰ میلادی و تکامل تدریجی آن‌ها به کمک ابداع ابزارها و وسایل نوین پیشرفته باعث گردید که مفاهیم ژنومیکس، بیوانفورماتیکس و پروتئومیکس در اواسط دهه ۹۰ به عرصه بیولوژی مولکولی وارد شوند و باب‌های جدیدی از کاربردهای بیوتکنولوژی نوین گشوده شود. مجموعه این دستاوردها موجب شد که پایان قرن بیستم با اتمام پروژه‌های بررسی ژنوم چندین موجود و از جمله انسان، آرابیدوپسیس و برنج مصادف شود. اگرچه برخی از متخصصین، نشانگرهای بیوشیمیایی شامل آیزوزایم‌‌ها و پروتئین‌های کلی و ذخیره‌ای را که از اواسط دهه ۱۹۵۰ میلادی معرفی شده‌اند به عنوان نشانگرهای مولکولی می‌شناسند، اما امروزه واژه نشانگرهای مولکولی بیشتر با نشانگرهای دی‌ان‌آ مترادف می‌باشد. انواع مختلفی از نشانگرهای مولکولی دی‌ان‌آ (DNA) تا به امروز معرفی شده‌اند و دقیق­ترین ابزار را برای بررسی ساختار ژنتیکی موجودات فراهم نموده‌اند. نشانگرهای اراف‌ال‌پی (RFLP)، رپید (RAPD)، SSR، AFLP ،STMS، ESTs و ALP از مهمترین نشانگرهای دی‌ان‌‌آ محسوب می‌شوند.
نشانگرهای مولکولی در عرصه مطالعات ژنتیک، سیتوژنتیک، رده‌بندی و به‌نژادی، دارای کاربردهای متعددی هستند که دو مورد از مهمترین آنها به شرح زیر می‌باشند:
۱٫ بررسی روابط خویشاوندی و روند تکاملی: شناخت تنوع ژنتیکی و طبقه‌بندی ذخائر توارثی، یک امر زیربنایی و پایه برای طراحی موفق برنامه‌های به‌نژادی می‌‌باشد و همچنین در آسان نمودن مدیریت حفظ و نگهداری مجموعه‌های ژنتیکی نقش بسزایی دارد. بررسی‌‌های تنوع ژنتیکی و طبقه‌‌بندی از طریق نشانگرهای مولکولی به طور گسترده‌‌ای در سایر کشورها برای اکثر گیاهان انجام شده است. انجام این کار در مورد ذخایر توارثی گیاهان نیز جنبه بنیادی-کاربردی دارد و برای کمک به طراحی برنامه‌‌های به‌‌نژادی، بسیار ضروری است. همچنین می‌‌توان با شناسایی و حذف نمونه‌‌های تکراری موجود در بانک ژن از هزینه‌‌های اضافی برای تکثیر و نگهداری آن‌ها جلوگیری نمود.
۲٫ تعیین نقشه ژنتیکی (جایگاه کروموزومی و پیوستگی ژن‌ها): تعیین نقشه ژنتیکی موجودات در مطالعات ژنتیک پایه و به‌نژادی اهمیت دارد. نقشه‌یابی و تعیین توالی ژنوم گیاهان همچنین به روشن شدن عمل ژن و تنظیم ابراز آن کمک می‌‌کند.امروزه ردیابی صفات مطلوب و سهولت انتخاب به کمک نشانگرها (MAS or Marker-aided selection) از طریق تعیین پیوستگی (لینکاژ) آن‌ها با صفات مهم زراعی (کمی و کیفی) امکان‌پذیر شده است. این موضوع، امکان گزینش سریع و دقیق ژنوتیپ‌‌های مطلوب را در مراحل اولیه رشد فراهم کرده و طول دوره به‌نژادی را کوتاه می‌‌نماید. این مقوله به خصوص طی سال‌های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است و موفقیت‌‌های زیادی از قبیل تشخیص گیاهان مقاوم به یک آفت یا بیماری که در برنامه‌های به‌نژادی و اجرای مقررات قرنطینه نباتی اهمیت دارند، بدست آمده است. این جنبه کاربردی در گیاهان چندساله و به‌خصوص درختان که اغلب طول دوره جوانی در آن‌ها زیاد می‌‌باشد، اهمیت بیشتری دارد و باعث افزایش دقت و صرفه‌جویی در زمان، نیروی کار، هزینه‌ها و امکانات مزرعه‌ای می‌‌شود.
شناسه‌‌های مولکولی (Molecular tags) برای بسیاری از صفات در گیاهان زراعی توسط انواع مختلف نشانگرهای مولکولی تهیه شده است. مثال‌هایی از پیوستگی نشانگرهای مولکولی بیوشیمیایی و دی-ان-آ برای برخی از صفات مهم در گیاهان مختلف از قبیل گوجه‌فرنگی، گندم، ذرت، جو، سویا، نخودفرنگی و برنج که در انتخاب به کمک نشانگرها (MAS) قابل استفاده هستند وجود دارند. انتخاب به کمک نشانگرها به‌خصوص برای شناسایی صفات کمی و مقاومت گیاهان به آ‌فات و بیماری‌‌ها سودمند می‌‌باشد. اگرچه روش‌‌های مرسوم (سنتی) برای ارزیابی مقاومت به آفات و بیماری‌ها توانسته‌‌اند نتایج بسیار خوبی ارائه دهند ولی اغلب به هزینه و زمان زیاد نیاز دارند. همچنین همیشه گیاهانی هستند که از نظر ژنتیکی حساس هستند اما از بیماری‌‌ها یا آفات فرار می‌‌کنند و حساسیت آن‌ها در نسل‌‌های بعدی بروز می‌‌کند.
لازم به ذکر است از اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی شناسایی مکان‌های ژنی صفات کمی (QTLs) از طریق پیوستگی با نشانگرهای مولکولی مورد توجه واقع شده است. بسیاری از مکان‌‌های ژنی صفات کمی توسط این نشانگرها در تعدادی از محصولات زراعی از قبیل گوجه‌فرنگی، ذرت، جو و برنج شناسایی شده‌اند. نشانگرهای مولکولی پیوسته با صفات کمی همچون مقدار مواد جامد در گوجه‌فرنگی، برگرداندن باروری و سازگاری وسیع دورگ و عدم عقیمی، مقاومت به خشکی، شکل ریشه، زمان خوشه‌دهی و ریزش در برنج گزارش شده‌اند. همچنین تعیین کیفیت نانوایی گندم و تشخیص گندم نان از گندم دوروم توسط بررسی واحدهای گلوتنین از پروتئین‌‌های ذخیره‌ای دانه گندم امکان­پذیر می‌‌باشد.

کشف پدیده توتی پوتنسی (Totipotency) یا توانایی یک سلول در ایجاد یک موجود کامل باعث شد تا در اواخر دهه ۱۹۶۰ میلادی روش‌های کشت سلول، بافت‌‌ها و اندام‌‌های گیاهی توسعه یابند. این روش‌ها به نام کشت بافت موسوم می‌‌باشند. فنون کشت سلول و بافت در اواخر دهه ۷۰ توسعه یافتند و تکثیر گیاهان با روش مذکور از اوایل دهه ۸۰ میلادی رایج شد. همچنین توسعه روش‌های انتقال ژن و مهندسی ژنتیک و ایجاد گیاهان و جانوران تراریخته بدون فنون کشت سلول و بافت امکان‌پذیر نبود. شناخت سریع کاربردهای وسیع فنون کشت بافت توسط متخصصین موجب گردید تا این فنون به‌سرعت گسترش یابند. به طوری که شاید امروزه از فعالیت‌‌های ساده و معمول بیوتکنولوژی به‌خصوص برای به‌نژادی گیاهان به‌شمار می‌‌آیند. بسیاری از کاربردهای کشت بافت گیاهی در زمینه اصلاح و بهبود گیاهان کشاورزی از اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی در سطح وسیع جنبه کاربردی پیدا نموده‌‌اند. برزیل به کمک فنون کشت بافت توانسته است رقم‌‌هایی از نیشکر بدست آورد که عملکرد بیشتری دارند و به علف‌‌کش نیز مقاوم هستند. کشور مکزیک در زمینه کشت بافت برای تولید میوه‌‌جات و گل‌های زینتی برای صادرات فعالیت می‌‌کند. هلند سالانه مقادیر بسیار زیادی بذر سیب‌‌زمینی عاری از ویروس و انواع گل‌‌های زینتی را که از طریق ریزازدیادی تکثیر شده‌‌اند به کشورهای دیگر صادر می‌‌کند. رقم گندم زیائویان۶ (Xiaoyan۶) در چین از تلاقی T. aestivum x Agropyron elongatum و بکارگیری فن نجات جنین تولید شده است که ۳۸ میلیون هکتار سطح زیرکشت دارد و افزایش عملکرد ناشی از آن حدود ۱۶ میلیون تن (۴۲۰ کیلوگرم در هکتار) بوده است.
یک شرکت چند ملیتی با استفاده از روش‌‌های کشت بافت و سلول، سالیانه بیش از یک میلیون اصله نهال نخل روغنی تولید و تکثیر می‌نماید و به کشورهای جهان سوم صادر می‌‌کند. سرعت عمل، خالص بودن و سالم بودن باعث می‌‌شود محصول (در مقایسه با کشت و تکثیر معمولی نخل) حدود ۳۰ درصد افزایش یابد. در کره از طریق کشت بافت سیب‌زمینی طی سال‌های ۱۹۸۱ تا ۱۹۸۶ میزان محصول از ۱۲ به ۲۶ تن در هکتار رسیده است. برخی از کشورها از کشت بافت و روش Cryopreservation (نگهداری بافت‌‌های زنده گیاهی در شرایط سرمای زیاد) برای استفاده در بانک ژن نگهداری طولانی مدت جهت حفظ ذخایر ژنتیکی گیاهانی که از طریق غیرجنسی تکثیر می‌‌شوند و یا نگهداری بذور آن‌ها به روش‌‌های معمول در بانک ژن مشکل و پرهزینه می‌‌باشد، استفاده نموده‌اند…