پیشبرد تاب‌آوری اقلیم‌محور محصولات کشاورزی از طریق زیست‌فناوری گیاهی برای کشاورزی پایدار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست‌فناوری، مؤسسه علوم و فناوری ساتیاباما، چنای، تامیل نادو، هند.

2 گروه زراعت، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه شکشا ‘او’ انوشاندان، بوبانسوار، اودیشا، هند.

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی و فناوری، دانشگاه جِین، منطقه راما نگارا، کارناتاکا، هند.

4 گروه علوم، دانشگاه فناوری اطلاعات ماهارشی، لکهنو، اوتار پرادش، هند.

5 مرکز تأثیر و نتایج پژوهش، دانشگاه چیتکارا، راج‌پورا، پنجاب، هند.

6 مرکز پژوهش و توسعه چیتکارا، دانشگاه چیتکارا، هیماچال پرادش، هند.

7 ISME، دانشگاه اطلس اسکیل‌تک، بمبئی، هند.

چکیده

هدف: این مقاله درباره چگونگی استفاده از زیست‌فناوری نوین گیاهی برای افزایش تاب‌آوری محصولات در برابر تغییرات اقلیمی و فشارهای محیطی بحث می‌کند. تمرکز آن بر ایجاد مدل‌های پایدار برای افزایش بهره‌وری کشاورزی و امنیت غذایی از طریق یکپارچه‌سازی داده‌های ژنتیکی، مولکولی و زراعی است. با توجه به محدودیت روش‌های سنتی اصلاح نباتات در بهبود مقاومت و پایداری عملکرد محصولات، این مرور نشان می‌دهد چگونه می‌توان از زیست‌فناوری برای ارتقای تاب‌آوری محصولات در برابر تغییرات اقلیمی استفاده کرد.
مواد و روش‌ها: روش‌شناسی این مطالعه بر پایه یک مرور سیستماتیک و تحلیل ترکیبی مقالات داوری‌شده منتشرشده بین سال‌های 2015 تا 2025 است. اطلاعات از پایگاه‌های علمی معتبر شامل Scopus، Web of Science و PubMed گردآوری شد. این مرور شامل یافته‌های آزمایش‌های اخیر در ویرایش ژنومی (CRISPR/Cas9، TALENs)، تحقیقات محصولات تراریخت و مدل‌های یکپارچه مولکولی است. تغییرات ژنی که سبب افزایش تحمل تنش‌های زیستی و غیرزیستی، پایداری عملکرد و بهره‌وری غذایی شده‌اند مقایسه و تحلیل شدند.
نتایج: نتایج نشان می‌دهند که پیشرفت‌های زیست‌فناورانه به‌شکل قابل توجهی انعطاف‌پذیری و عملکرد محصولات کشاورزی را بهبود داده‌اند. ابزارهای ویرایش ژنوم، به‌ویژه CRISPR/Cas9، امکان ایجاد تغییرات دقیق در ژن‌های مرتبط با تنش‌های بیماری‌زا را فراهم کرده‌اند و این امر موجب افزایش تحمل به خشکی، گرما و آفات در محصولات اساسی مانند برنج، ذرت و سویا شده است. همچنین، رویکرد ترکیبی اومیکس-هوش مصنوعی در مدل‌سازی محصولات، توسعه مدل‌های پیش‌بینی‌کننده بهره‌وری پایدار و استفاده بهینه از منابع را بهبود بخشیده است. هم‌افزایی نوآوری‌های زیست‌فناورانه با روش‌های کشاورزی پایدار مانند آبیاری دقیق و بهبود میکروبیوم خاک نیز به کاهش اثرات زیست‌محیطی کمک کرده است.
نتیجه‌گیری: این مقاله نشان می‌دهد که چگونه زیست‌فناوری می‌تواند آینده کشاورزی را متحول کرده و مسیری پایدار، اخلاقی و فراگیر برای تولیدات کشاورزی فراهم سازد. برای دستیابی به اهداف امنیت غذایی جهانی بدون آسیب به یکپارچگی اکوسیستم، سرمایه‌گذاری بیشتر در ویرایش دقیق ژن، مدل‌سازی بیوانفورماتیکی و فناوری‌های مبتنی بر پایداری ضروری است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Advancing crop-climate resilience through plant biotechnology for sustainable agriculture

نویسندگان [English]

  • V. Ramesh Kumar 1
  • Subhaprada Dash 2
  • Ranganathaswamy Madihalli Kenchappa 3
  • Kanchan Awasthi 4
  • Takveer Singh 5
  • Lovish Dhingra 6
  • Umesh Daivagna 7
1 Department of Biotechnology, Sathyabama Institute of Science and Technology, Chennai, Tamil Nadu, India
2 Department of Agronomy, Faculty of Agricultural Sciences, Siksha 'O' Anusandhan (Deemed to be University), Bhubaneswar, Odisha, India
3 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, JAIN (Deemed-to-be University), Ramanagara District, Karnataka, 562112, India
4 Department of Science, Maharishi University of Information Technology, Lucknow, Uttar Pradesh, India
5 Centre of Research Impact and Outcome, Chitkara University, Rajpura- 140417, Punjab, India.
6 Chitkara Centre for Research and Development, Chitkara University, Himachal Pradesh-174103 India.
7 ISME, ATLAS SkillTech University, Mumbai, India.
چکیده [English]

Objective
The article talks about how modern plant biotechnology can be used to make crops more resilient to climatic changes and other environmental pressures. It focuses on coming up with sustainable models to increase agricultural productivity and food security through the combination of genetic, molecular and agronomic information. As the conventional agricultural crop improvement methods are proving not to be effective in ensuring that crops are stress-resistant and yield consistent results, this review outlines the way in which biotechnology may be scaled to improve crop-climate resilience.
Materials and methods
The present study has its methodology grounded on a systematic review inspired by an analytical synthesis of peer-reviewed articles published between 2015-2025. The information was obtained in the popular scientific databases, i.e., Scopus, Web of Science, and PubMed. The review will cover the experimental findings of the recent applications of genome editing systems (CRISPR/Cas9, TALENs), transgenic crop research, and systems of integrated molecular models. Gene changes that raised abiotic and biotic stress tolerance, yield stability, and nutrient efficiency were compared to analyze the changes.
Results
The results show that biotechnological developments have greatly improved the flexibility and yield of plants. This is through genome editing tools and, in particular, CRISPR/Cas9, which made it possible to conduct specific alterations to genes that are involved in disease-causing stress, resulting in improved drought and heat resistance and pests in staple food crops such as rice, maize, and soybean. Moreover, the omics-artificial intelligence approach in crop modeling has also increased the development of production sustainability and optimal resource usage predictive models. As the key to the reduction of the ecological footprints, the collaboration of biotechnological inventions with sustainable agricultural practices, such as precision irrigation and enhancement of the soil microbiome, are also developed in the research.
Conclusions
Last but not least, this paper outlines how biotechnology can transform the future to foster a strong sustainable future of agriculture. In addition to the fact that genetic innovation, in combination with eco-centric farming technology ensures not only a higher level of crop productivity and more stable environment but also promotes the evolution of agriculture in the most ethical and inclusive manner. There will be a need to invest more in precise gene editing, bioinformatics and sustainability orientated technology to enable world food security goals to be attained without interfering with the ecosystem integrity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • agriculture
  • crop-climate resilience
  • plant biotechnology
  • sustainable
Ahmad, N., Ghadi, Y., Adnan, M., & Ali, M. (2022). Load forecasting techniques for power systems: Research challenges and survey. IEEE Access, 10, 71054-71090. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3187839
Baggyalakshmi, N., Harrini, A. G., & Revathi, R. (2024). Resource organizer. International Academic Journal of Science and Engineering, 11(1), 118-125. https://doi.org/10.9756/IAJSE/V11I1/IAJSE1115
Brookes, G. (2022). Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020. GM Crops & Food, 13(1), 171-195. https://doi.org/10.1080/21645698.2022.2105626
Du, Y., Liu, Y., Hu, J., Peng, X., & Liu, Z. (2023). CRISPR/Cas9 systems: Delivery technologies and biomedical applications. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 18(6), Article 100854. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2023.100854
Ghotbaldini, H., Mohammadabadi, M., Nezamabadi-pour, H., Babenko, O. I., Bushtruk, M. V., & Tkachenko, S. V. (2019). Predicting breeding value of body weight at 6-month age using artificial neural networks in Kermani sheep breed. Acta Scientiarum: Animal Sciences, 41, Article e45282. https://doi.org/10.4025/actascianimsci.v41i1.45282
Iyer, R., & Deshpande, N. (2024). Nanotechnology and their applications in chiral and achiral separating mechanisms. Engineering Perspectives in Filtration and Separation, 2(4), 7-13. https://filtrationjournal.com/index.php/epfs/article/view/EPFS24402/97
Kakamoukas, G., Sarigiannidis, P., Maropoulos, A., Lagkas, T., Zaralis, K., & Karaiskou, C. (2021). Towards climate smart farming—A reference architecture for integrated farming systems. Telecom, 2(1), 52-74. https://doi.org/10.3390/telecom2010005
Kazemipour, E., Sasan, H., & Mohammadabadi, M. (2025). The effect of the intrinsic resistance of Shigella flexneri 2a to spectinomycin on the efficiency of the CRISPR/Cas9 system. Journal of Applied Biotechnology, 17(3), 177-200. https://doi.org/10.22103/jab.2025.25382.1717
Mohammadabadi, M., Kheyrodin, H., Afanasenko, V., Babenko Ivanivna, O., Klopenko, N., Kalashnyk, O., Ievstafiieva, Y., & Buchkovska, V. (2024). The role of artificial intelligence in genomics. Journal of Agricultural Biotechnology, 16(2), 195-279. https://doi.org/10.22103/jab.2024.23558.1575
Mohammadabadi, M., Akhtarpoor, A., Khezri, A., Babenko, O., Stavetska, R. V., Tytarenko, I., Ievstafiieva, Y., Buchkovska, V., Slynko, V., & Afanasenko, V. (2025b). The role and diverse applications of machine learning in genetics, breeding, and biotechnology of livestock and poultry. Journal of Animal Biology, 16(4), 413-442. https://doi.org/10.22103/jab.2025.24662.1644
Mohammadabadi, M., Roudbar, M. A., Momen, M., Mousavi, S. F., & Momen, M. (2025a). Exploring methane emission dynamics using Bayesian networks and machine learning analysis of nutritional and production traits in dairy cattle. Methane, 4(3), Article 21. https://doi.org/10.3390/methane4030021
Montesinos-López, O. A., Montesinos-López, A., Pérez-Rodríguez, P., Barrón-López, J. A., Martini, J. W. R., Fajardo-Flores, S. B., Gaytan-Lugo, L. S., Santana-Mancilla, P. C., & Crossa, J. (2021). A review of deep learning applications for genomic selection. BMC Genomics, 22(1), Article 19. https://doi.org/10.1186/s12864-020-07319-x
Nahar, K. (2025). Breeding with plant biotechnology. In Jatropha curcas L: A potential 2G energy crop to produce biofuel in Bangladesh: Agronomy, biotechnology, biodiesel, and byproducts (pp. 57-70). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-77642-7_4
O’Dea, R. E., Lagisz, M., Jennions, M. D., Koricheva, J., Noble, D. W. A., Parker, T. H., Gurevitch, J., Page, M. J., Stewart, G., Moher, D., & Nakagawa, S. (2021). Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses in ecology and evolutionary biology: A PRISMA extension. Biological Reviews, 96(5), 1695-1722. https://doi.org/10.1111/brv.12721
Pant, G., Garlapati, D., Agrawal, U., Prasuna, R. G., Mathimani, T., & Pugazhendhi, A. (2021). Biological approaches practiced using genetically engineered microbes for a sustainable environment: A review. Journal of Hazardous Materials, 405, Article 124631. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124631
Priya, P., & Mercy Gnana Rani, A. (2015). A complete investigation on power aware routing protocols for power consumption in mobile ad-hoc network. International Journal of Advances in Engineering and Emerging Technology, 6(3), 157-166. https://erlibrary.org/erl/ijaeet/article/view/357
Rivero, R. M., Mittler, R., Blumwald, E., & Zandalinas, S. I. (2022). Developing climate-resilient crops: Improving plant tolerance to stress combination. The Plant Journal, 109(2), 373-389. https://doi.org/10.1111/tpj.15483
Shinde, M. R., Salunkhe, S. L., Pawar, S. S., & Khyade, V. B. (2018). Influence of the topical application of an acetone solution of vitamin A (retinol) to the fifth instar larvae of the silkworm, Bombyx mori (L.) (race: PM × CSR₂) on the economic parameters. International Academic Journal of Innovative Research, 5(1), 69-76. https://doi.org/10.9756/IAJIR/V5I1/1810007
Topalova, I., Lozova, T., Riepnova, T., Dashchenko, N., Chudaieva, L., & Darushyn, O. (2024). Business process management in entrepreneurial activity based on a platform approach. Indian Journal of Information Sources and Services, 14(2), 46-55. https://doi.org/10.51983/ijiss-2024.14.2.08
Tyczewska, A., Twardowski, T., & Woźniak-Gientka, E. (2023). Agricultural biotechnology for sustainable food security. Trends in Biotechnology, 41(3), 331-341. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.12.013