वनस्पती आनुवंशिकी व क्षैतिज जनुकीय हस्तांतरणाचे नवे शोध का ठरणार फायद्याचे?

वनस्पती आनुवंशिकी (Plant Genetics) म्हणजे विशिष्टपणे वनस्पतींमधील जनुके (genes), आनुवंशिक भिन्नता (genetic variation) आणि आनुवंशिकता (heredity) यांचा अभ्यास होय. याला सामान्यतः जीवशास्त्र (biology) आणि वनस्पतिशास्त्र (botany) चे एक क्षेत्र मानले जाते, परंतु ते आण्विक जीवशास्त्र (molecular biology), उत्क्रांती जीवशास्त्र (evolutionary biology) आणि जैव माहिती विज्ञान (bioinformatics) यांसारख्या असंख्य जीव विज्ञानांशी जोडलेले आहे. वनस्पतींचा उपयोग अनेक शाखांमध्ये आनुवंशिक संशोधनासाठी केला जातो. वनस्पती आनुवंशिकी समजून घेणे हे पीक उत्पादन वाढवण्यासाठी, रोग-प्रतिरोधक वनस्पती विकसित करण्यासाठी, कृषी जैवतंत्रज्ञानाला (agricultural biotechnology) प्रगत करण्यासाठी आणि अगदी वैद्यकशास्त्रात प्रगती करण्यासाठी देखील आवश्यक आहे. वनस्पती आनुवंशिकीच्या अभ्यासाचे महत्त्वपूर्ण आर्थिक आणि कृषी परिणाम आहेत. त्यामुळे, अनेक वनस्पती मॉडेल तसेच वनस्पतींचा अभ्यास करण्यासाठी आनुवंशिक साधने विकसित केली गेली आहेत.

आनुवंशिक संशोधनामुळे उच्च-उत्पादन, कीटक-प्रतिरोधक आणि हवामानाशी जुळवून घेणारी पिके विकसित झाली आहेत. आनुवंशिक सुधारणा (Genetic Modification - GMO Crops) आणि निवडक प्रजननातील (selective breeding) प्रगती पोषक मूल्य, पर्यावरणाच्या ताणास प्रतिकारशक्ती आणि एकूण पीक कार्यक्षमता सुधारून जागतिक अन्न सुरक्षेला  सातत्याने वाढवत आहेत.

वनस्पती सृष्टीमध्ये, डीएनए (DNA) किंवा डीऑक्सीरायबो न्यूक्लिक ॲसिड, केंद्रक (nucleus), तंतुकणिका (mitochondria) आणि हरितलवकांच्या (chloroplasts) पटल-बद्ध (membrane-bound) पेशी संरचनेत (cell structures) समाविष्ट असतो.

ह्या डीएनए मध्ये काही वैशिष्ट्ये आहेत जी रासायनिक रेणूंमध्ये अद्वितीय आहेत:

•  ते सर्व सजीवांसाठी सार्वत्रिक आहे, आणि प्रत्येकामध्ये त्याची रचना आणि कार्य समान आहे.
•  ते स्व-प्रतिकृती (self-replication) नावाच्या प्रक्रियेत स्वतःची पुनरावृत्ती करण्यास सक्षम आहे. हे वैशिष्ट्य पेशी विभाजन (cell division), आणि त्यामुळे सातत्य, वाढ आणि दुरुस्ती करण्यास अनुमती देते.
•  डीएनए त्याच्या रचनेत आनुवंशिक कोड (genetic code) किंवा पेशींच्या विकास आणि देखभालीसाठी सूचनांचा संच (set of instructions) घेऊन जातो.
•  शेवटी, ते उत्परिवर्तन (mutations) नावाच्या रासायनिक रचनेत बदल घडवून आणते, जे पर्यावरणीय आणि अंतर्गत अशा दोन्ही कारणांमुळे होते. हे उत्क्रांती (evolution), विविधता आणि रोगांना (disease) कारणीभूत ठरते.

वनस्पती डीएनए प्रथिने, त्यांच्या आरोग्य फायद्यांसाठी ओळखले जाणारे फायटोकेमिकल्स (phytochemicals), तसेच वाढ आणि विकासाचे नियमन करणारे संप्रेरक (hormones), यांसारख्या विस्तृत श्रेणीला संकेतित (encodes) करतो. जैवतंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, शास्त्रज्ञ वनस्पती डीएनए मध्ये सुधारणा करण्यास सक्षम आहेत, ज्यामुळे आनुवंशिकरित्या सुधारित जीव (genetically modified organisms) तयार होतात जे कीटक प्रतिकारशक्ती आणि सुधारित पोषण मूल्य यांसारखी वर्धित वैशिष्ट्ये दर्शवतात. या नवीन शोधांचे जगभरातील अन्न सुरक्षा आणि कृषी पद्धतींवर महत्त्वाचे परिणाम आहेत.

तुम्हाला माहीत आहे का, अनेक लाकडी वनस्पती, विशेषतः फळे आणि गुलाबाची झाडे, माळ्यांकडून (gardeners) हेतुपुरस्सरपणे खराब केली जातात. ते दुसऱ्या वनस्पतीचे भाग त्या जागेत ठेवण्यासाठी फांद्या तोडतात किंवा सालीमध्ये काप (dents) करतात. अशा बागायती उपायांमागील कारण म्हणजे विशेषतः उच्च उत्पादन देणाऱ्या जातींची पुनरुत्पत्ती करणे हे आहे. अभिजात मेंडेलियन नियमांनुसार (Mendelian Laws), संततीचा (progeny) केवळ काही भागच त्यांच्या पालकांसारखी वैशिष्ट्ये दर्शवतो. बाकीची संतती बहुधा कमी मूल्यवान असेल. यशस्वी सफरचंदाच्या जातीची एक फांदी नवीन खुंटावर (new stock) ठेवून, इच्छित सफरचंदाचे झाड सहजपणे क्लोन (cloned) केले जाते.

पण कलमांचे जोड (graft junctions) नेहमी मानवनिर्मित असणे आवश्यक नाही. फक्त एकमेकांच्या जवळ वाढणाऱ्या वनस्पती देखील एकत्र येऊ (fuse) शकतात. वर नमूद केलेल्या संपर्क क्षेत्रांमध्ये, तथाकथित क्षैतिज जनुकीय हस्तांतरण (horizontal gene transfers), म्हणजेच लैंगिक प्रजननाशिवाय जनुके हस्तांतरित होणे, घडू शकते. दीर्घकाळपर्यंत, शास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की, असे जनुकीय हस्तांतरण केवळ आदिकेंद्रकी पेशींपर्यंत (prokaryotes), म्हणजे केंद्रक नसलेल्या जीवांपर्यंत मर्यादित आहे. उदाहरणार्थ, जीवाणू अँटिबायोटिक्सना (antibiotics) प्रतिकारशक्ती (resistance) प्रसारित करणारे जनुक, जे त्यांच्या जगण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहेत, त्यांची देवाणघेवाण करू शकतात हे सार्वत्रिकपणे स्वीकारले गेले होते.

आजकाल, हा इंद्रियगोचर (phenomenon) अशा जीवांपुरता मर्यादित नाही, हे अधिकाधिक मान्य होत आहे. अवयव प्रत्यारोपणानंतर (organ transplantation) वेगवेगळ्या प्राण्यांच्या ऊतींमधील (tissues) संपर्क क्षेत्रावर किंवा – येथे दर्शविल्याप्रमाणे – दोन एकत्र येणाऱ्या वनस्पतींमध्ये देखील ते पाहिले जाऊ शकते. 2009 मध्ये, राल्फ बॉक (Ralph Bock) आणि सँड्रा स्टीगमन (Sandra Stegemann) यांनी शोधून काढले की हिरव्या हरितलवकांमध्ये (chloroplasts) साठवलेली आनुवंशिक माहिती क्षैतिज जनुकीय हस्तांतरणाद्वारे दुसऱ्या वनस्पतीमध्ये हस्तांतरित केली जाऊ शकते. त्यांचे परिणाम, त्या वेळी, समान प्रजातीच्या वनस्पतींमधील जनुकांच्या हस्तांतरणापुरते मर्यादित होते.

त्यांच्या नवीन प्रयोगांमध्ये, त्यांनी लैंगिकदृष्ट्या विसंगत (sexually incompatible) असलेल्या निकोटियाना बेंथमियाना (Nicotiana benthamiana) – एक शाकीय प्रजाती आणि निकोटियाना ग्लॉका (Nicotiana glauca) – एक वृक्ष तंबाखू (tree tobacco) या प्रजातींचे लागवड केलेल्या तंबाखूच्या (cultivated tobacco) निकोटियाना टॅबॅकम (Nicotiana tabacum) वर कलम केले. त्यांनी एन. बेंथमियाना आणि एन. ग्लॉका या दोन जंगली प्रजातींच्या केंद्रकांना अँटिबायोटिकला प्रतिकारशक्ती आणि पिवळे प्रतिदीप्ती प्रथिन (yellow fluorescent protein) संकेतित करणारी जनुके दिली. दुसरीकडे, लागवड केलेल्या तंबाखूच्या हरितलवकांमध्ये दुसऱ्या अँटिबायोटिकला प्रतिकारशक्ती आणि हिरवे प्रतिदीप्ती प्रथिन संकेतित करणारी जनुके होती.

दोन वनस्पती यशस्वीरित्या एकत्र आल्यानंतर, कलम केलेले भाग कापून (excised), दोन्ही अँटिबायोटिक्स असलेल्या वाढीच्या माध्यमावर (growth medium) त्यांची लागवड केली गेली. अँटिबायोटिक्स पेशी विभाजनास प्रतिबंध करतात आणि पेशींना मारतात. ज्या पेशींमध्ये दोन्ही प्रतिकारशक्ती जनुके आहेत, फक्त त्याच जगू आणि गुणाकार (proliferate) करू शकतात. प्रयोगाच्या स्वरूपानुसार, या पेशी वर नमूद केलेल्या प्रजातींची असावी, ज्यांनी एन. टॅबॅकम मधून हरितलवके, किंवा हरितलवक जनुकीय संच (chloroplast genome) प्राप्त केले. आणि खरोखरच, कापलेल्या कलम केलेल्या भागांपैकी अर्ध्या भागातून नवीन रोपे वाढली आणि सूक्ष्मदर्शकाखाली हिरवी आणि पिवळी विशिष्ट चमक दिसली. डीएनए विश्लेषणाचे (DNA analyses) परिणाम विशेषतः मनोरंजक होते. नंतर संशोधकांना एन. टॅबॅकम च्या हरितलवक जनुकीय संचाची पूर्णपणे एकसारखी (completely identical) आवृत्ती इतर दोन प्रजातींमध्ये आढळली.

जेव्हा तंतुकणिका, जो स्वतःचा जनुकीय संच असलेला आणखी एक पेशी अंगक आहे, प्रजातींच्या अडथळ्यांवरून हस्तांतरित केला जातो, तेव्हा परिणाम सहसा दाता (donor) आणि प्राप्तकर्ता (recipient) डीएनएचे मिश्रण असतो. 

आतापर्यंत, हरितलवके एका पेशीमधून दुसऱ्या पेशीमध्ये कसे व्यवस्थापन करतात हे कोणाला माहीत नाही. पण निर्णायक मुद्दा हा आहे की हे घडते आणि या प्रक्रियेचा शोध महत्त्वाच्या उत्क्रांती प्रक्रियेसाठी (important evolutionary processes) एक नवीन स्पष्टीकरण देतो आणि वनस्पती प्रजनकांसाठी (plant breeders) नवीन शक्यता उघडतो. कारण, हरितलवक डीएनए वनस्पतींच्या तंदुरुस्तीसाठी महत्त्वपूर्ण योगदान देतो आणि निर्णायक फायदे देऊ शकतो.

संदर्भ 

1. https://tinyurl.com/muwyu2au

2. https://tinyurl.com/v92sspwa

3. https://tinyurl.com/mry4dmh5

4. https://tinyurl.com/my4939ms