کشاورزان از دیرباز با گزینش گیاهان برتر سعی در بهبود خصوصیات زراعی و تغذیه ای آنها داشته اند.امروزه با افزایش جمعیت و تغییرات شدید آب و هوایی و کاهش منابع آبی و زمینهای زراعی نیاز به افزایش تولید محصولات زراعی بیش از پیش احساس می شود. به طوری که کشاورزان امروزه مجبورند با نهاده های کمتر، تولید بیشتری داشته باشند. این موضوع یکی از چالشهای اصلی کشاورزی در عصر حاضر به شمار می رود. تنش های محیطی از جمله خشکی، شوری و گرما همیشه از تهدیدات اصلی تولید به شمار می رفته اند. امروزه با روند تغییرات آب و هوایی و گرم شدن کره زمین در نتیجه فعالیتهای بشری خسارت ناشی از تنشهای محیطی بسیار گسترش یافته و هر ساله مقادیر بسیاری از تولیدات کشاورزی و حتی زمین های مستعد کشت در اثر این تنش ها و فشارهای ناشی از آنها از بین می رود که خسارات فراوانی را به کشاورزان و اقتصاد کشور تحمیل می کند.
ایران کشوری است که از نظر جغرافیایی در منطقه خشک و نیمه خشک جهان قرار گرفته است. در این منطقه از جهان خشکی و مسایل و مشکلات ناشی از آن جزء جدایی ناپذیر زندگی انسانها به خصوص جوامع روستایی است. تابستان‌های گرم و طولانی با تبخیر بالا و زمستان‌های سرد با بارش نامطمئن و با پراکنش نامناسب از خصوصیات بارز آب و هوایی این منطقه از جهان می‌باشد.متوسط بارندگی سالیانه در ایران 230 میلی متر است. این در حالی است که متوسط تبخیر و تعرق سالیانه به بیش از 2400 میلی متر می رسد.
مقابله با این تنشها مستلزم بکارگیری راهکارهای مختلفی از جمله بهبود زیرساختها، استفاده بهینه از منابع آب و خاک و اصلاح نبات می باشد. در این میان اصلاح گیاهان برای افزایش تحمل به تنشهای محیطی یکی از مؤثرترین روشهای مقابله با تنشها و کاهش اثرات سوء آنها می باشد. از طرفی روشهای اصلاح کلاسیک به منظور نیل به این هدف با مشکلات عدیده ای روبرو بوده و روند آن نسبتا کند می باشد. بخش عمده این مشکلات به پیچیدگی مکانیسمهای تحمل و دخیل بودن تعداد بسیار زیاد ژن در این مکانیسمها برمی گردد.
با توجه به مسایل و مشکلات فوق، بخش تحقیقات فیزیولوژی مولکولی پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی در راستای اهداف پژوهشکده در جهت حل مشکلات بخش کشاورزی و رفع تنگناهای تولید در حوزه اختیارات و شرح وظایف خود در زمینه بررسی ساز وکارهای فیزیولوژیک تحمل به تنش های محیطی در گیاهان مهم زراعی و باغی، شناخت ساز وکارهای مولکولی سیگنالینگ سلولی در تنشهای محیطی با تأکید بر تنشهای خشکی، شوری، وگرما فعالیت می نماید.
زمینه های فعالیتهای تحقیقاتی شامل بررسی نحوه جذب و انتقال یونها در شرایط تنش شوری در ژنوتیپهای با واکنش کرانهای به تنش، بررسی ساخنمان و عمل کانالهای یونی، بررسی فعالعیت ژنها و پروتئینهای پاسخ دهنده به تنش و دخیل در افزایش تحمل به تنشهای محیطی، تهیه پروفایلهای یونی و متابولیتها در گیاهان در شرایط محیطی نامساعد و با رویکرد زیست شناسی سیستم ها می باشد.
برنامه های تحقیقاتی در این بخش دامنه وسیعی از تکنیکهای سلولی و مولکولی را در بر می گیرد؛ از جمله زیست شناسی سلولی و مولکولی، بیوشیمی، ژنتیک، ژنومیکس عملکردی، نشانگرهای مولکولی و پروتئینی و همچنین مطالعات دقیق میکروسکوپی.
به منظور انجام این گونه مطالعات، گیاهان در شرایط طبیعی مزرعه و در محیطهای کنترل شده و در شرایط اقلیمی مختلف کشور تحت تنش های خشکی، شوری و یا گرما مورد ارزیابیهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک قرار گرفته و ژنوتیپهای با پاسخهای کرانهای به تنش پس از انتخاب برای درک بهتر ساز و کارهای دخیل در تحمل به تنش تحت بررسی های دقیق فنوتیپی قرار می گیرند.این ارزیابی ها همچنین شامل مطالعات اومیکسی (ترانسکرپتومیکس، پروتئومیکس، متابولومیکس، یونومیکس و ...) با رویکرد زیست شناسی سیستمها و با همکاری و مشارکت سایر بخش های تحقیقاتی از جمله بخش زیست شناسی سامانه ها می باشد.اطلاعات حاصل از این بررسی ها سپس در بخش تحقیقات زیست شناسی سامانه ها با نتایج مطالعات فیزیولوژی و مولکولی تلفیق شده و به منظور شناسایی ژنها یا نشانگرهای مولکولی دخیل در تحمل به تنشهای محیطی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین از این اطلاعات می توان برای نقشه یابی ارتباطی (Association mapping) و یافتن تنوع هاپلوتایپی (Haplotyping) ارقام متحمل ایرانی استفاده کرد.
معرفی اهداف مهم و زمینه های تحقیقاتی بخش
ابداع و توسعه و بکارگیری روشهای فیزیولوژی مولکولی برای تأمین اهداف کلان تحقیقات بیوتکنولوژی پژوهشکده
غربالگری و مطالعات مزرعه ای گونه های وحشی و زراعی برای صفات مهم فیزیولوژیک با تأکید بر تنشهای محیطی
شناسایی ساز و کارهای فیزیولوژیک مرتبط با تحمل به تنشهای محیطی در سطح مولکولی و گیاه کامل
فنوتایپینگ جمعیت های نقشه یابی و گیاهان تراریخته
مطالعه و شناسایی متابولیت های ثانویه و مسیرهای بیوسنتز آنها در گیاهان دارویی
انجام مطالعات فیزیولوژیک در طرحها و پروژه های مختلف سایر بخشهای تحقیقاتی پژوهشکده
بررسی برهم کنش گیاهان زراعی با علفهای هرز و میکروبها و روابط اکولوژی مولکولی آنها
