جهش در جمعيت هاي طبيعي از سرخس Onoclea Sensibilis در حضور مواد جهش زاي خاك

خلاصه

اين تحقيق جهش هاي گامتوفيت هاي سرخس/ هاپلوئيد جمع آوري شده از طبيعت را به منظور آزمايش وجود مواد جهش زا در محيط طبيعي بررسي مي كند. گامتوفيتهاي سرخس O.Sensibilis حاصل از اسپورهاي جمع آوري شده از 14 جمعيت طبيعي اطراف منطقه مونترال، كانادا،مورد بررسي قرار گرفتند. بيشتر جمعيت‌ها در خاك مجاور با جريان بهاي رودخانه سنت لارنس رشد كرده اند. سرعت جهش‌هاي پيكره اي تخمين زده شده، در ميان جمعيت هاي مختلف داراي تفاوت بود، كه بيشتر اين تفاوت ميان جمعيت هاي ساكن در پايين دست مونترال (جهش بالا) و جمعيت هاي ساكن در بالا دست رودخانه (ميزان جهش پايين) ديده شد.

1- مقدمه

تحقيقات مربوط به تاثير آلاينده ها بر ميزان زنده ماندن گياهان و جانوران بيشتر بر جنبه هاي فيزيولوژي تاكيد دارند. تاثير جهش زاي مواد به تازگي مورد توجه قرار گرفته است، زيرا سطح اين تاثير معمولاً بالا و عوارض آن شديد است. اين تاثيرات مي‌توانند موجب كاهش قابليت زيستن جاندار در زمان هاي طولاني مدت از طريق ايجاد اثرات فرض شوند، و يا موجب كاهش موفقيت توليد مثلي جاندار شوند.

از جمله اثراتي كه به سختي قابل تشخيص هستند، اثرات مزمن ناشي از جهش هاي حذف مي باشند، به خصوص آن دسته كه در سلولهاي جنسي رخ مي دهند. تجمع جهش‌هاي حذف در خزانه ژني يك جمعيت مي تواند حتي منجر به انقراض محلي آن جمعيت از طريق كاهش مستقيم شايستگي و يا كاهش ميزان آميزش ها شود. نشان داده شده است در جمعيت هاي مگس سركه با ميزان جهش تقريباً يك جهش بر ژنوم بر نسل، جمعيت هاي كوچك در خطر انقراض به وسيله تجمع جهش‌ها قرار دارند. همچنين اگر ميزان جهش از آن چيزي كه در اين تحقيق در نظر گرفته شد بيشتر باشد (به عنوان مثال به دليل وجود آلاينده هاي جهش زا) احتمال انقراض جمعيت به وسيله تجمع جهش ها بيشتر نيز خواهد بود.

تشخيص عوامل جهش زا در محيط هاي طبيعي نيازمند ابزارهايي است كه قادر به تشخيص سريع و موثر جهش زايي باشد. اين نياز منجر به گسترش طيف وسيعي از آزمونهاي آزمايشگاهي با استفاده از كشت سلولها و يا جانداران آزمايشگاهي به منظور تشخيص پاسخ هاي جهش زايي در برابر مواد طبيعي جمع آوري شده از محيط شده است. آزمون در شيشه بر روي باكتري ها، مخمر، و يا سلولهاي جانوري كه در مجاورت سوسپانسيون هاي مايع قرار گرفته اند يكي از مورد اعتمادترين و كم هزينه‌ترين روشهاست.

يكي از معمولترين آزمونهاي در شيشه، آزمون ميكروزوم سالمونلا يا آزمون رايم است. اين تست جهش برگشت سويه هاي اكسوتروف نيازمند به هيستيدين در S.typhimurium به سويه هاي پروتونروف را در اثر مواد جهش زا بررسي مي كند.

گرچه آزمون هاي ميكروبي كوتاه مدت مانند آزمون جهش در سالمونلا روشي حساس و سريع براي تشخيص عوامل جهش زا در اختيار مي گذارد، تعميم نتايج به جمعيت هاي وحشي به دلايلي با مشكل مواجه است. جمعيت هاي وحشي گياهان و جانوران به مدت زيادي در مجاورت با مواد جهش زا قرار مي گيرند و ممكن است در غلظت هاي پايين تري به آن پاسخ دهند.

همچنين چون در جمعيت هاي وحشي، ژنها به نسل بعد منتقل مي شوند، ممكن است تجمع جهشهاي كشنده باعث ايجاد اثرات مخرب در نسلهاي بعد شود. علاوه بر اينها، ممكن است جانداران وحشي داراي موانع فيزيكي در برابر مواد جهش زا باشند و يا با مواد زد جهش زا يا سيستم ترميم DNA، اثر مواد جهش زا را خنثي كنند. بنابراين بررسي ميزان زنده ماندن جمعيت هاي طبيعي در پاسخ با مواد جهش زا نيازمند آزمونهاي در شيشه و همچنين بررسي اثر اين مواد در خود محيط طبيعي است.

براي نخستين بار در سال 1973 از سرخس براي آشكار كردن آلاينده هاي جهش زا استفاده شد. سرخس داراي مزيت هايي براي آشكارسازي جهش هاي حاصل از مواد موجود در طبيعت است. اول اين كه تمام سلولهاي پيكر سرخس از يك سلول مرسيستمي واحد در راس ريزوم اين گياه سرچشمه مي گيرند. بنابراين جهش در اين سلول به تمام سلولهاي دختر شامل سلولهاي مادر اسپور نيز منتقل شده، در رسپورهاي حاصل از ميوز نسبت يك به يك بين انواع وحشي و جهش يافته ديده مي شود.

دوم اينكه رشد رسپور هاپلوئيد منجر به يك مرحله گامتونيت مي شود كه داراي مورفولوژي مخصوص به خود است. اين گامتوفيت اگرچه براي مدتي وابسته به گياه مادر است، ولي پس از مدتي از نظر متابوليكي كاملاً مستقل مي شود. بنابراين اگر به اين گامتوفيت هاپلوئيد يك جهش كشنده رسيده باشد، فقط قادر به تعداد كمي تقسيم سلولي پيش از اينكه از بين برود مي باشد. اين موضوع منجر به نسبت يك به يك بين گامتوفيت هايي كه از بين مي روند و گامتوفيت هاي طبيعي مي شود.

2- روشها

- جانداران مورد مطالعه و نمونه برداري از جمعيت

Onoclea Sensibilis، سرخس حساس، به طور طبيعي در جنگلها و مناطق مرطوب شمال آمريكا و مناطق مجاور آن در كانادا يافت مي شود. جمعيت ها از افرادي تشكيل شده اند كه به صورت دسته جمعي از ريزومهايي كه زير سطح خاك رشد مي كنند توليد مي شوند. ريزومها معمولاً به هم مي پيچند و به همين دليل تشخيص و جدا كردن ژنيت هاي مختلف از يكديگر به سختي انجام مي شود. اين گياهان معمولاً فروندهاي دو شكلي ايجاد مي كنند كه جنسي و يا رويشي اند.

14 جمعيت مختلف نمونه برداري شدند (جدول 1). 10 نمونه در نزديك رودخانه سنت لارنس رشد مي كردند، كه 3 جمعيت مربوط به بالا دست و 7 جمعيت مربوط به پايين دست رودخانه مي شدند. چهار نمونه ديگر از مناطق خارج از حوزه رودخانه جمع آوري شدند.

20 ميلي ليتر محيط نمكي غيرآلي و يك درصد آگار قرار داده شدند، طوري كه دانسيته در هر ظرف پتري بين 200 تا 500 اسپور باشد. بلافاصله ظرف هاي پتري به اتاق كشت بافت منتقل شدند و در تابش فلورساني 120 ميكرومول بر مترمربع بر ثانيه در دماي 25 درجه سانتيگراد قرار گرفتند. تابش نور باعث تحريك رشد سرخس مي‌شود. پس از 4 هفته، كشت گامتوفيت ها مورد بررسي قرار گرفتند.