रोग नियंत्रण (disease control) के लिए जैविक प्रणालियों (biological systems) के साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों (genetically modified organisms) और या आधुनिक तकनीकों (modern techniques - आनुवंशिक इंजीनियरिंग / genetic engineering, ऊतक संवर्धन / tissue culture आदि) के उपयोग को जैव प्रौद्योगिकी (biotechnology) के रूप में जाना जाता है। आनुवंशिक इंजीनियरिंग (Genetic engineering) या आनुवंशिक हेरफेर (Genetic manipulation) मनुष्य (man) द्वारा जीनोम (genome) की संरचना (composition) का जानबूझकर परिवर्तन (deliberate alteration) है। प्रयोगशाला पोषक तत्व माध्यम (laboratory nutrient medium) में कोशिकाओं (cells) की वृद्धि (growth) को ऊतक संवर्धन (tissue culture) के रूप में जाना जाता है, अर्थात इन विट्रो (in vitro) में पौधों को उगाने (growing of plants) की तकनीक। पौधों की कोशिकाओं (Cells of plants) को विशेष पोषक माध्यम (special nutrient medium) में सुसंस्कृत (cultured) किया जा सकता है और सुसंस्कृत कोशिकाओं (cultured cells) से पूरे पौधों (whole plants) को पुनर्जीवित (regenerated) किया जा सकता है। पादप जैव प्रौद्योगिकी (Plant biotechnology) का उपयोग पौधों के तेजी से क्लोनल प्रसार (rapid clonal propagation) के लिए किया जाता है। यह ऊतक संवर्धन स्थितियों (tissue culture conditions) के तहत औद्योगिक संयंत्र उत्पादों (industrial plant products) का उत्पादन करने में मदद कर सकता है महत्वपूर्ण पौधों की बीमारियों (important plant diseases) को नियंत्रित (control) करने के लिए जैव प्रौद्योगिकीय विधियों (Biotechnological methods) को नियोजित (employed) किया जाता है जो सामान्य तरीकों (usual methods) से नियंत्रित (control) करने के लिए उत्तरदायी (amenable) नहीं हैं।
जेनेटिक इंजीनियरिंग (Genetic Engineering) वह तकनीक (technology) है जिसके द्वारा एक विशेष जीन (particular gene) को एक जीव (one organism) से अलग (isolated) किया जाता है और दूसरे जीव के जीनोम (genome of another organism) में डाला (inserted) जाता है और सही समय (right time) पर व्यक्त (express) किया जाता है।
पादप वायरस रोगों (plant virus diseases) के प्रबंधन (manage) के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग (Genetic engineering) का उपयोग किया गया है। पौधों (plants) में जीन (genes) के हस्तांतरण (transfer) के लिए वैक्टर (vectors) की आवश्यकता (needed) होती है जिसमें स्थानांतरित (transferred) होने वाले जीन (gene) कई गुना (several folds) गुणा (multiply) हो जाएंगे। विकसित किया गया सबसे प्रभावी जीन वेक्टर (most effective gene vector developed) Agrobacterium tumefaciens का ट्यूमर प्रेरित प्लास्मिड (Tumour inducing plasmid) है जिससे ट्यूमर प्रेरित करने वाले जीन (Tumor inducing genes) को हटा (removed) दिया गया है A.tumefaciens द्वि-प्लास्मिड (di-plasmid - ट्यूमर-उत्प्रेरण / tumor-inducing) के माध्यम से ट्यूमर (क्राउन गॉल / crown galls) को प्रेरित (induces) करता है जो एक परिपत्र (circular) डबल स्ट्रैंडेड डीएनए अणु (double stranded DNA molecule) है जिसमें कई जीनों (several genes) में आयोजित 2,00,000 बेस जोड़े (base pairs) होते हैं।
टीआई-प्लास्मिड (Ti-plasmid) को जीवाणु (bacterium) से कोशिका (cell) में स्थानांतरित (transferred) किया जाता है। प्लास्मिड (plasmid) का एक विशिष्ट क्षेत्र (specific region), टी-डीएनए (T-DNA), प्लास्मिड से पौधे की कोशिका के नाभिक (nucleus of the plant cell) में स्थानांतरित (transferred) हो जाता है। यह पौधे के परमाणु जीनोम (plant nuclear genome) में एकीकृत (integrated) हो जाता है, और अनुलेखित (transcribed) होता है। फूलगोभी मोज़ेक वायरस (Cauliflower mosaic virus - CaMV) डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए जीनोम (double-stranded DNA genome) वाला एकमात्र पौधा वायरस (only plant virus) है। चूंकि इसमें डीएनए जीनोम (DNA genome) होता है, इसलिए इसका उपयोग पौधे (plant) में विदेशी जीनों (foreign genes) को पेश करने में एक संभावित वेक्टर (possible vector) के रूप में किया जाता है। CaMV जीनोम में एक गैर-वायरल जीन (non-viral gene) डालना (insert) और संक्रमित पौधे (infected plant) में जीन की अभिव्यक्ति (expression) प्राप्त करना संभव है। CaMV से वायरल प्रमोटर क्षेत्र (viral promotor regions) पौधों की कोशिकाओं (plant cells) में अन्य जीनों (other genes) की अभिव्यक्ति (expression) प्राप्त करने के लिए प्रभावी (effective) हैं। व्यक्त (expressed) किए जाने वाले जीन (genes) को अब CaMV के एक प्रमोटर तत्व (promotor element) और A.tumifaciens के एक जीन से जोड़ा (fused) जाता है। फिर उन्हें A. tumefaciens टीआई-डीएनए परिवर्तन (Ti-DNA transformation) का उपयोग करके पौधों (plants) में पेश (introduced) किया जाता है।
मैसेंजर आरएनए (Messenger RNA) को निकाला (extracted) जाता है और एंजाइम रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेस (enzyme reverse transcriptase) के संपर्क में लाया (exposed) जाता है जो एक मानार्थ एकल फंसे डीएनए (complimentary single stranded DNA) को संश्लेषित (synthesizes) करता है। मानार्थ डीएनए (complimentary DNA - cDNA) एक अन्य एंजाइम, डीएनए पोलीमरेज़ (DNA polymerase) के संपर्क में आता है (exposed), जो डबल फंसे (double stranded) cDNA पैदा करता है। A. tumefaciens के प्लास्मिड (plasmids) में cDNAs डाले जाते हैं (inserted)।
उदाहरण (Example): कोट प्रोटीन जीन (coat protein gene) को व्यक्त करने वाले ट्रांसजेनिक तंबाकू के पौधे (Transgenic tobacco plants) ने TMV के खिलाफ पौधों की रक्षा (protected) की। अल्फला मोज़ेक वायरस (alfalfa mosaic virus) और तंबाकू रैटल वायरस (tobacco rattle virus) के प्रति प्रतिरोध (resistance) दिखाने वाले ट्रांसजेनिक तंबाकू के पौधे (Transgenic tobacco plants) भी विकसित (developed) किए गए हैं। टमाटर स्पॉटेड विल्ट वायरस (tomato spotted wilt virus - TSWV) के वायरल न्यूक्लियोकैप्सिड प्रोटीन (viral nucleocapsid protein) को एनकोड करने वाले जीन (gene encoding) का उपयोग करके परिवर्तन (Transformation) ने ट्रांसजेनिक तंबाकू के पौधे (transgenic tobacco plants) प्राप्त (yielded) किए हैं जो TSWV के प्रतिरोधी (resistant) हैं। ट्रांसजेनिक पौधों (transgenic plants) में वायरल जीनोम (viral genome) की अभिव्यक्ति (expression) वायरस संक्रमण (virus infection) को प्रतिरोध (resistance) देती है। ककड़ी मोज़ेक वायरस (cucumber mosaic virus - CMV) के उपग्रह आरएनए (satellite RNA) की डीएनए प्रति (DNA copy) के साथ परिवर्तित (transformed) ट्रांसजेनिक तंबाकू के पौधे (Transgenic tobacco plants) सीएमवी (CMV) के साथ टीकाकरण (inoculation) के बाद बड़ी मात्रा (large amounts) में या उपग्रह आरएनए (satellite RNA) का उत्पादन (produce) करते हुए दिखाए जाते हैं और लक्षण विकास (symptom development) काफी कम (greatly reduced) हो जाता है।
सैटेलाइट आरएनए (Satellite RNAs) कई वायरस (several viruses) से जुड़े होते हैं। वे सहायक वायरस (helper virus) के जीनोमिक आरएनए (genomic RNAs) के साथ वायरस के कणों (virus particles) में पैक (packaged) किए जाते हैं। वे वायरल जीनोम (viral genome) का हिस्सा (part) नहीं हैं और सहायक वायरस (helper virus) के साथ कोई स्पष्ट अनुक्रम संबंध (obvious sequence relationships) नहीं है। उपग्रह आरएनए (satellite RNA) की उपस्थिति (presence) कई मेजबानों (hosts) में बीमारी की गंभीरता (disease severity) को दबा (suppresses) देती है। इसलिए वायरस रोगों (virus diseases) के प्रबंधन (manage) के लिए उपग्रह आरएनए (satellite RNA) व्यक्त (express) करने वाले ट्रांसजेनिक पौधे (transgenic plants) उत्पन्न (produced) किए गए हैं। उदा. तंबाकू के ट्रांसजेनिक पौधों (Transgenic plants of tobacco) ने सैटेलाइट तंबाकू रिंग स्पॉट वायरस (satellite tobacco ring spot virus) के संश्लेषण (synthesis) को व्यक्त (expressed) किया और वायरस रोग की घटनाओं (virus disease incidence) को कम किया। ककड़ी मोज़ेक वायरस (Cucumber Mosaic Virus - CMV) और तंबाकू एस्परमी वायरस (Tobacco aspermy virus) के खिलाफ तंबाकू के पौधे (tobacco plants) व्यक्त करने वाले उपग्रह आरएनए (Satellite RNA) को संश्लेषित (synthesized) किया गया है।
वायरल जीनोम (viral genome) के एक या अधिक वर्गों (one or more sections) की एक डीएनए प्रति (DNA copy) बनाई जाती है जिसमें वायरस प्रतिकृति (virus replication) के लिए महत्वपूर्ण (vital) प्रोटीन के लिए दीक्षा कोडन (initiation codon) शामिल होता है। डीएनए प्रति (DNA copy) को मेजबान-कोशिका जीनोम (host-cell genome) में डाला (inserted) जाता है, कोशिकाएं (Cells) फिर `एंटीसेरा आरएनए' (`antisera RNA') का उत्पादन करती हैं जिसे mic RNA (एमआरएनए-इंटरफेयरिंग जीन के 5' छोर के पूरक / mRNA-interfering complementary to 5' end of the gene) कहा जाता है। mic RNA विवो में वायरल mRNA ब्लैकिंग अनुवाद (blacking translation) के साथ संकरण (hybridizes) करता है। A. tumefaciens के टीआई प्लास्मिड (Ti plasmid) का उपयोग करके पौधों में mic RNA डाला (inserted) जाता है। परिवर्तित कोशिकाओं (transformed cells) से पुनर्जीवित पौधे (regenerated) विशेष वायरस (particular virus) के प्रतिरोधी (resistant) होंगे। वायरस रोगों (virus diseases) के नियंत्रण के लिए इस संभावना (possibility) का भी दोहन (exploited) किया जा रहा है।
आणविक मार्कर (Molecular markers) जैसे, आइसोजाइम (isozymes) और डीएनए मार्कर (DNA markers - रेस्ट्रिक्शन फ्रैगमेंट लेंथ पॉलीमोर्फिज्म / Restriction Fragment Length Polymorphisms - RFLPs; रैंडम एम्प्लीफाइड पॉलीमॉर्फिक डीएनए / Random Amplified Polymorphic DNA - RAPD और अन्य / others) का उपयोग रोग प्रतिरोध जीन (disease resistance genes) की पहचान (identification) से संबंधित कई क्षेत्रों (several areas) में किया जा रहा है। यादृच्छिक डीएनए मार्करों (random DNA markers) का उपयोग करने वाले कुछ रोग प्रतिरोध जीनों (disease resistance genes) की पहचान की गई है।
रोग प्रतिरोध जीन RFLP मार्करों का उपयोग करके मैप किए गए (Disease resistance genes mapped using RFLP markers)
| पौधा (Plant) | रोगजनक (Pathogen) |
|---|---|
| टमाटर (Tomato) | Fusarium oxysporum |
| साइट्रस (Citrus) | Phytophthora spp. |
रोगजनक (Pathogens) जो रोगजनन से संबंधित फाइटोटॉक्सिन (pathogenesis-related phytotoxins) का उत्पादन करते हैं, आमतौर पर इन यौगिकों (compounds) को चयापचय (metabolize) यानी विषहरण (detoxify) करने की क्षमता (capacity) भी रखते हैं। महत्वपूर्ण अपचय चरण (key catabolic step(s)) करने वाले एंजाइम (enzyme(s)) को एन्कोड (encoding) करने वाले जीन (genes) की खोज (search) से इस प्रकार प्रतिरोध (resistance) का एक सुविधाजनक स्रोत (convenient source) प्राप्त होना चाहिए, जिसे विषाक्त पदार्थ (toxin) के प्रभाव (effects) से बचाने के लिए पौधों में इंजीनियर (engineered) किया जा सकता है। रोगजनक (pathogen), Pseudomonas syringae pv. tabaci से टैबटॉक्सिन एसिटाइलट्रांसफेरेज़ (tabtoxin acetyltransferase) को एन्कोड (encoding) करने वाला एक जीन (gene) जो तंबाकू की जंगली आग की बीमारी (wild fire disease of tobacco) का कारण बनता है, उसे अलग (isolated) कर दिया गया और एक मजबूत संवैधानिक प्रमोटर (strong constitutive promotor) के तहत तंबाकू (tobacco) में स्थानांतरित (transferred) कर दिया गया। ट्रांसजेनिक पौधों (transgenic plants) ने इस जीन (gene) को व्यक्त (expressed) किया और, जब रोगजनक (pathogen) या उसके विष (toxin) के साथ इलाज (treated) किया गया, तो जंगली आग की बीमारी (wild fire disease) के विशिष्ट क्लोरोटिक घावों (typical chlorotic lesions) का उत्पादन नहीं किया।
फाइटोएलेक्सिन (Phytoalexins) को लंबे समय (long) से रोगजनकों (pathogens) द्वारा संक्रमण (infection) पर कुछ पौधों (certain plants) में जमा (accumulate) होने के लिए जाना जाता है। फाइटोएलेक्सिन का उत्पादन (production of phytoalexins) यांत्रिक उत्तेजना (mechanical stimulation), पराबैंगनी (यूवी) विकिरण (ultraviolet (UV) irradiation), तनाव (stress) और विभिन्न प्रकार के रासायनिक एलिकिटर्स (variety of chemical elicitors) द्वारा भी शुरू (triggered) होता है। फाइटोएलेक्सिन (Phytoalexins) क्षति (damage) या रोगजनक प्रवेश (pathogen ingress) की साइट (site) पर स्थानीयकृत अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया (localized hypersensitive response) का हिस्सा (part) हैं, जिसमें कोशिका आघात (cell trauma) और मृत्यु (death) शामिल है। रक्षा प्रतिक्रिया (defense response) में फाइटोएलेक्सिन के महत्व (importance) को प्रयोगों (experiments) द्वारा रेखांकित (underscored) किया गया है और Nectria haematococca में रोगजनकता (pathogenicity) को डिमेथिलिकरण (demethylation) के माध्यम से फाइटोएलेक्सिन (phytoalexin), पिसैटिन (pisatin) को विषहरण (detoxify) करने की क्षमता से संबंधित (correlated) किया गया था। नेक्ट्रिया (Nectria) से डेमेथाइलेस जीन (demethylase gene) को स्थानांतरित (transferring) करके, मटर (peas) पर एक गैर-रोगजनक (non-pathogen), Aspergillus nidulans को पिसैटिन (pisatin) के प्रति असंवेदनशील (insensitive) बना दिया गया था।
a. सिंगल जीन डिफेंस मैकेनिज्म (Single gene defense mechanism)
कुछ रक्षा प्रोटीन (defense proteins) होते हैं जिन्हें अपने संश्लेषण (synthesis) के लिए किसी मध्यवर्ती चरण (intermediate step) की आवश्यकता नहीं होती है और उनकी अभिव्यक्ति (expression) के लिए केवल कुछ चरणों (few steps) की आवश्यकता होती है और ऐसे प्रोटीन (such proteins) को एन्कोड (encoding) करने वाले जीन को सिंगल जीन रक्षा तंत्र (single gene defense mechanism) कहा जाता है। काइटिनेस (Chitinases) और ग्लूकेनेज (glucanases) वे प्रोटीन (proteins) हैं जो एकल जीन रक्षा तंत्र (single gene defense mechanism) से संबंधित हैं।
काइटिनेस और ग्लूकेनेज (Chitinases and glucanases)
काइटिनेस (Chitinases) विभिन्न प्रकार के पौधों (wide variety of plants) में पाए जाने वाले प्रचुर मात्रा में (abundant) प्रोटीन (proteins) हैं। हालांकि (Although) काइटिनेज के शारीरिक कार्य (physiological function of chitinases) का पता नहीं (not known) है, इस बात के मजबूत सहसंबद्ध साक्ष्य (strong correlative evidence) हैं कि वे एंटीफंगल गतिविधि (antifungal activity) के साथ रक्षा प्रोटीन (defense proteins) हैं। काइटिन (Chitin) कई कवक (many fungi) की कोशिका भित्ति (cell walls) का एक प्रमुख संरचनात्मक घटक (major structural component) है। कई पौधों में पाई जाने वाली काइटिनेज (chitinase) की कम संवैधानिक गतिविधि (low constitutive activity) को घायल (wounding) करके या फंगल रोगजनकों (fungal pathogens) के साथ ऊतक के संक्रमण (infection) द्वारा नाटकीय रूप से (dramatically) प्रेरित (induced) किया जा सकता है। ß-1,3-ग्लूकेनेज (ß-1,3-glucanase - फंगल कोशिका भित्ति में मौजूद ग्लूकेन्स को नीचा दिखाने में सक्षम / capable of degrading glucans present in fungal cell wall) के साथ कॉंक्रीट (concret) में काइटिनेज (Chitinase), फंगल सेल की दीवारों (fungal cell walls) को कम (degrades) करता है और हाइपल युक्तियों (hyphal tips) पर फंगल विकास (fungal growth) को रोकता (inhibits) है और पौधों में हाइपल दीवारों (hyphal walls) के साथ जुड़ने (associate) के लिए दिखाया गया है।
अन्य रक्षा संबंधी प्रोटीन (other defense related proteins) की तुलना (compared) में काइटिनेस (chitinase) और ग्लूकेनेज एंजाइम (glucanase enzymes) का कई फंगल रोगजनकों (several fungal pathogens) के खिलाफ सीधा प्रभाव (direct action) होता है। चूंकि लाइटिक एंजाइम (lytic enzymes) एकल जीन (single genes) द्वारा एन्कोड (encoded) किए जाते हैं, इसलिए यह रक्षा जीन स्थानांतरण (gene transfer) द्वारा हेरफेर (manipulation) के लिए अत्यधिक उत्तरदायी (high amenable) होनी चाहिए। इस दृष्टिकोण (approach) के साथ सफलता (success) की पहली रिपोर्ट (first reports) तंबाकू (tobacco) और Brassica napus में फूलगोभी मोज़ेक वायरस (CaMV) 35 S ट्रांसक्रिप्ट (transcript) के मजबूत संवैधानिक प्रमोटर (strong constitutive promoter) के नियंत्रण (control) में मजबूत संवैधानिक जीन (strong constitutive gene) के नियंत्रण में बीन वैक्यूलर काइटिनेज जीन (bean vacuolar chitinase gene) की अभिव्यक्ति (expression) थी, जिसके परिणामस्वरूप (resulted) Rhizoctonia solani, जो उद्भव के बाद डंपिंग ऑफ (post-emergence damping off) का प्रेरक एजेंट (causative agent) है, द्वारा लक्षण विकास (symptom development) में कमी (decreased) आई।
एक एंडोचिटिनेज जीन (endochitinase gene - जीनोमिक टमाटर डीएनए लाइब्रेरी से / from genomic tomato DNA library) को Brassica napus. var. oleifera में पेश (introduced) किया गया था। ट्रांसजेनिक ब्रासिका (transgenic Brassica) ने गैर-ट्रांसजेनिक पौधों (non-transgenic plants) की तुलना (compared) में क्षेत्र की स्थितियों (field conditions) के तहत कई फंगल रोगजनकों (several fungal pathogens) जैसे Cylindrosporium concentricum, Phoma lingam और Sclerotinia sclerotiorum के खिलाफ बढ़ा हुआ प्रतिरोध (enhanced resistance) दिखाया। हाल ही में, Manduca sexta, तंबाकू हॉर्न वर्म (tobacco horn worm) से काइटिनेज जीन (chitinase gene) को R. solani के खिलाफ अपनी विरोधी क्षमता (antagonistic potential) बढ़ाने (increase) के लिए P. fluorescens में क्लोन (cloned) किया गया है।
b. मल्टीजेनिक रक्षा तंत्र (Multigenic defense mechanism)
कोशिका भित्ति (cell wall) में फाइटोएलेक्सिन बायोसिंथेसिस (phytoalexin biosynthesis) या लिग्निन डिपोजिशन (lignin deposition) जैसी रक्षा प्रतिक्रियाओं (Defense responses) के लिए कई जीनों (many genes) की कार्रवाई (action) की आवश्यकता (require) होती है।
पेरोक्सीडेस (Peroxidases)
कोशिका भित्ति (cell wall) में आयनिक पेरोक्सीडेस (Anionic peroxidases) दालचीनी अल्कोहल (cinnamyl alcohols) से लिग्निन (lignin) के ऑक्सीडेटिव पोलीमराइजेशन (oxidative polymerization) के लिए फेनोलिक रेडिकल्स (phenolic radicals) के उत्पादन (production) को उत्प्रेरित (catalyze) करते हैं। टमाटर (tomato) में, Verticillium albo-atrum के एविर्युलेंट रूप (avirulent form) के साथ असंगत बातचीत (incompatible interaction) में अत्यधिक आयनिक पेरोक्सीडेस (highly anionic peroxidases) को एन्कोड (encoding) करने वाले दो जुड़े जीनों (two linked genes) का एक स्पष्ट प्रेरण (marked induction) है, इस संवहनी रोगजनक (vascular pathogen) के एक विषैले रूप (virulent form) के साथ संगत बातचीत (compatible interaction) में केवल (only) कमजोर प्रेरण (weak induction) के साथ। ट्रांसजेनिक तंबाकू (transgenic tobacco) में इनमें से किसी एक जीन की अभिव्यक्ति (Expression) या तो (either) अपने स्वयं के प्रमोटर (own promoter) या CaMV 35s प्रमोटर (CaMV 35s promoter) के नियंत्रण (control) में आयनिक पेरोक्सीडेज गतिविधि (anionic peroxidase activity) में भारी वृद्धि (massive increase) के परिणामस्वरूप (resulted) हुई और इन पौधों ने स्पष्ट रूप से (apparently) Peronospora parasitica के प्रतिरोध (resistance) में उल्लेखनीय वृद्धि (significant increase) दिखाई जैसा कि लक्षण विकास (symptom development) और फंगल स्पोरुलेशन (fungal sporulation) द्वारा आंका (judged) गया था।
रसायनों द्वारा रक्षा जीनों का सक्रियण (Activation of defense genes by chemicals)
यौगिकों के कई वर्गों (Several classes of compounds) में बागवानी फसलों (horticultural crops) में प्राकृतिक प्रतिरोध तंत्र (natural resistance mechanisms) के प्रेरक (inducers) के रूप में कार्य करने की क्षमता (potential) होती है और कार्रवाई के ऐसे अप्रत्यक्ष तरीकों (indirect modes of action) वाले रसायन एकीकृत रोग प्रबंधन (integrated disease management) में मौजूदा संपर्क/प्रणालीगत कवकनाशी (existing contact/systemic fungicides) के लिए आकर्षक विकल्प (attractive alternatives) या पूरक (supplement) प्रदान कर सकते हैं। वृद्धि (Increase) सैलिसिलिक एसिड उपचार (salicylic acid treatment) के साथ-साथ ओलिगोसैकेराइड (oligosaccharides) और ग्लाइकोप्रोटीन (glycoproteins) के जवाब में (in response to) फंगल सेल दीवार (fungal cell wall) या होस्ट सेल दीवारों (host cell walls), तथाकथित एलिकिटर्स (so called elicitors) से उत्पन्न होने (originating) के लिए पाया गया था। हाल ही में (Recently), चिटोसन बीज उपचार (chitosan seed treatment) टमाटर में काइटिनेज (chitinase) और ग्लूकेनेज (glucanase) जैसे रक्षा संबंधी जीन (defense related genes) को प्रेरित (induce) करने के लिए पाया गया है और परिणामस्वरूप (consequently) Fusarium क्राउन (crown) और जड़ सड़न रोग (root rot diseases) काफी कम (significantly reduced) हो गए थे। 2, 6-डाइक्लोरोइसोनिकोटिनिक एसिड (2, 6-dichloroisonicotinic acid) के साथ पूर्व-उपचार (Pre-treatment) बीन के पौधों (bean plants) में एन्थ्रेक्नोज (anthracnose - Colletotrichum lindemuthianum के कारण) और जंग (rust - Uromyces appendiculatus के कारण) दोनों बीमारियों को काफी कम (significantly reducing) करने में अत्यधिक प्रभावी (highly effective) था।
ऊतक संवर्धन दृष्टिकोण (Tissue culture approach) आणविक जीव विज्ञान (molecular biology) के क्षेत्र में सबसे पुरानी तकनीकों (oldest techniques) में से एक है और इसे कृषि (agriculture) और बागवानी (horticulture) में रोग प्रतिरोध किस्मों (disease resistance cultivars) के विकास के लिए कई तरीकों से (several ways) लागू (applied) किया जाता है।
a. सोमाक्लोनल वेरिएशन (Somaclonal Variation)
पिछले दो दशकों (past two decades) में, इन विट्रो (in vitro) में नियंत्रित परिस्थितियों (controlled conditions) में अलग-अलग पौधों की कोशिकाओं (isolated plant cells) और ऊतकों (tissue) के संवर्धन (culturing) में कई प्रगति (advances) हुई है। जब पौधों को सुसंस्कृत कोशिकाओं (cultured cells) से पुनर्जीवित (regenerated) किया जाता है, तो वे नए फेनोटाइप (new phenotypes) प्रदर्शित करते हैं, कभी-कभी उच्च आवृत्तियों (high frequencies) पर। यदि ये आनुवंशिक (heritable) हैं और वांछनीय लक्षणों (desirable traits) को प्रभावित कर रहे हैं, तो इस तरह के "सोमाक्लोनल भिन्नता" ("somaclonal variation") को नियमित प्रजनन कार्यक्रमों (regular breeding programmes) में शामिल (incorporated) किया जा सकता है।
हालांकि (However), इन विधियों (methods) द्वारा विशिष्ट लक्षणों (specific traits) की खोज (finding) बड़े पैमाने पर (largely) संयोग पर छोड़ (left to chance) दी जाती है और इसलिए अक्षम (inefficient) होती है। इस अनिर्देशित प्रक्रिया (undirected process) पर भरोसा (relying) करने के बजाय, इन विट्रो (in vitro) में चयन (selection) का उद्देश्य पेट्रिडिश (petridish) में एक चयनात्मक एजेंट (selective agent) की कार्रवाई (action) के लिए सुसंस्कृत कोशिकाओं (cultured cells) की बड़ी आबादी (large populations) को अधीन (subjecting) करके विशिष्ट लक्षणों (specific traits) को प्राप्त करना है। रोग प्रतिरोधक क्षमता (disease resistance) के उद्देश्य (purpose) के लिए, यह चयन फंगल रोगजनकों (fungal pathogens), रोगजनकों के संस्कृति निस्पंदन (culture filtrates of pathogens) या पृथक फाइटोटॉक्सिन (isolated phytotoxins) द्वारा किया जा सकता है जिन्हें रोगजनन (pathogenesis) में एक भूमिका (role) निभाने के लिए जाना जाता है। चयन (selection) केवल (only) उन कोशिकाओं को जीवित रहने (survive) और बढ़ने (proliferate) की अनुमति (allow) देगा जो चुनौती के प्रतिरोधी (resistant to the challenge) हैं। प्रतिरोधी कोशिकाओं (resistant cells) से पुनर्जीवित पौधे (Plants regenerated) अक्सर (often) विष (toxin) या रोगजनक (pathogen) के साथ मूल्यांकन (evaluated) किए जाने पर प्रतिरोधी फेनोटाइप (resistant phenotype) प्रदर्शित (display) करते हैं।
ऊतक संवर्धन से रोग प्रतिरोधी पौधे (Disease resistant plants from tissue culture)
| पौधा (Plant) | संस्कृति प्रणाली (Culture System) | चयन (Selection) | रोगजनक के प्रति प्रतिरोध (Resistance to Pathogen) |
|---|---|---|---|
| आलू (Potato) | प्रोटोप्लास्ट्स (Protoplasts) | SCV | Phytophthora infestans, Alternaria solani |
| कैलस (Callus) | CF | Fusarium oxysporum | |
| टमाटर (Tomato) | कैलस (Callus), प्रोटोप्लास्ट्स (Protoplasts) | फ्यूजेरिक एसिड (Fusaric acid) | Fusarium oxysporum |
| केला (Banana) | मेरिस्टेम (Meristem) | SCV | Fusarium oxysporum |
| स्ट्रॉबेरी (Strawberry) | कैलस (Callus) | SCV | Fusarium oxysporum |
(SCV- बिना चयन के पौधे का पुनर्जनन / plant regeneration without selection; CF कच्चे संस्कृति निस्पंदन / crude culture filtrate)
यद्यपि इस पद्धति (method) ने स्पष्ट रूप से (obviously) कुछ प्रभावशाली परिणाम (impressive results) प्राप्त (yielded) किए हैं, लेकिन इसकी कमियां (drawbacks) भी हैं; जैसे (viz), i. कई रोगजनक (Many pathogens) चयन (selection) के लिए उपयोगी रोगजनन विशिष्ट विषाक्त पदार्थों (pathogenesis specific toxins) का उत्पादन (produce) नहीं करते हैं ii. संस्कृति निस्पंदन (Culture filtrates) कृत्रिम (artificial) हैं और न तो रोगजनक (neither pathogens) और न ही पौधों की कोशिकाएं (nor plant cells) इन विट्रो (in vitro) में एक साथ (together) बढ़ती (grown) हैं जैसा कि वे प्राकृतिक वातावरण (natural environment) में करते हैं iii. चयन दृष्टिकोण (selection approach) केवल पौधे के जीन (plant genes) में उत्परिवर्तन (mutations) का पता (detect) लगा सकता है जो उस समय (time) व्यक्त (expressed) होते हैं जब चयन लागू (selection is applied) होता है।
उपयोगी (useful) होने के लिए, नए प्रतिरोध लक्षणों (new resistance traits), चाहे चयनित हो या नहीं (whether selected or not), यौन रूप से आनुवंशिक (heritable sexually) होना चाहिए या वनस्पति रूप से प्रचारित फसलों (vegetatively propagated crops) के मामले में वानस्पतिक प्रसार (vegetative propagules) के माध्यम से प्रेषित (transmitted) होना चाहिए। उत्पादित विषाक्त पदार्थों (pathogens produced toxins) का उपयोग कैलस (calluses - सुसंस्कृत कोशिकाओं / cultured cells) की जांच (screen) करने के लिए किया जा सकता है जो प्रतिरोधी पौधों (resistant plants) को पुनर्जीवित (regenerate) कर सकते हैं। विषाक्त पदार्थ (toxins) कैलस को मार देंगे (kill the calluses), लेकिन उत्परिवर्ती विष प्रतिरोधी कैलस (mutant toxin resistant calluses) जीवित रहेंगे (survive)। विष-प्रतिरोधी कैलस (toxin-resistant calluses) रोग प्रतिरोधक पौधों (disease resistance plants) की उपज (yield) देते हैं। विद्यासेकरन (Vidhyasekaran) ने Helminthosporium oryzae विष (toxin) का उपयोग करके भूरे रंग के धब्बे प्रतिरोधी चावल के पौधे (brown spot resistant rice plants) प्राप्त किए। इसी तरह (Similarly), H. maydis प्रतिरोधी मक्का के पौधे (resistant maize plants), H. sacchari प्रतिरोधी गन्ने के पौधे (resistant sugarcane plants) और Phytophthora infestans प्रतिरोधी तंबाकू के पौधे (resistant tobacco plants) विकसित (evolved) किए गए हैं।
b. एंथर संस्कृति (Anther culture)
इस विधि (method) में, पौधे सीधे माइक्रोस्पोर्स (microspores - अपरिपक्व पराग कण / immature pollen grains) से उत्पन्न (produced) होते हैं। एंथर या माइक्रोस्पोर कल्चर (anther or microspore culture) के माध्यम से, क्रॉस के माता-पिता (parents of the cross) द्वारा योगदान (contributed) की गई आनुवंशिक सामग्री (genetic material) के पुनर्संयोजन (recombination) का प्रतिनिधित्व (representing) करने वाले जीन (genes) के अद्वितीय (unique) और दुर्लभ संयोजनों (rare combinations) तक तत्काल पहुंच (immediate access) होती है। एंथर कल्चर (anther culture) के माध्यम से, क्रोमोसोम दोहरीकरण (chromosome doubling) के बाद, इस तरह के जीन संयोजनों (gene combinations) को एक ही चरण (single step) में तुरंत इनब्रेड (instant inbreds) के रूप में उनके समरूप अवस्था (homozygous state) में तय (fixed) किया जा सकता है। पिछले दो दशकों (past two decades) में, एंथर कल्चर (anther culture) को कल्टीवेटर विकास (cultivar development) में एक उपकरण (tool) के रूप में व्यापक रूप से स्वीकार (widely accepted) किया गया है। यह तकनीक (technique) फंगल रोगों (fungal diseases) के प्रबंधन (managing) के लिए प्रतिरोध जीन (resistance genes) के उपन्यास संयोजनों (novel combinations) के साथ पौधों (plants) के उत्पादन (producing) के लिए विशेष रूप से (particularly) उपयोगी हो सकती है।
c. प्रोटोप्लाज्मिक फ्यूजन (Protoplasmic fusion)
यह दैहिक कोशिकाओं (somatic cells) के कुल सेलुलर घटकों (total cellular components) को मिलाकर (merging) संकर कोशिकाओं (hybrid cells) को उत्पन्न (generates) करता है, जिसमें से प्रोटोप्लास्ट (protoplasts) बनाने के लिए कोशिका की दीवारों (cell walls) को हटा (removed) दिया गया है। इस प्रकार प्रजातियों (species) के बीच यौन निषेचन (sexual fertilization) को रोकने वाली असंगति (incompatibility preventing) से बचा जाता है और असंबंधित दूरी प्रजातियों (unrelated distance species) के बीच भी व्यवहार्य संकर (viable hybrids) बनाए गए हैं। इस प्रकार रोग प्रतिरोध जीन (Disease resistance genes) जंगली प्रजातियों (wild species) से आलू (potato) में प्रोटोप्लास्ट संलयन (protoplasts fusion) द्वारा स्थानांतरित (transferred) किए गए हैं।