“जीनोम संपादनाच्या पद्धतीला पारंपारिक निवड पद्धतींचा विरोध नसावा. "हे त्याऐवजी एक नवीन साधन आहे," वनस्पती तणाव प्रतिरोध प्रयोगशाळेचे प्रमुख जोर देते ऑल-रशियन रिसर्च इन्स्टिट्यूट ऑफ ॲग्रिकल्चरल बायोटेक्नॉलॉजी (VNIISB) वसिली तारानोव. - एकेकाळी, शल्यचिकित्सकांनी चाकूने ऑपरेशन केले, नंतर ते दिसू लागले स्केलपल्स, नंतर लेसर. शस्त्रक्रियेसाठी पूर्णपणे भिन्न पर्याय उपलब्ध झाले. त्यामुळे अनुवांशिक अभियांत्रिकी एक साधन ऑफर करते ज्याद्वारे तुम्ही काहीतरी घेऊ शकता आणि सुधारू शकता, परंतु ते पूर्वी वापरलेल्या सर्व गोष्टी रद्द किंवा पुनर्स्थित करत नाही.”
ऑल-रशियन रिसर्च इन्स्टिट्यूट ऑफ ॲग्रिकल्चरल बायोटेक्नॉलॉजी (व्हीएनआयआयएसबी) वनस्पतींच्या तणाव प्रतिरोधासाठी प्रयोगशाळा चालवते, ज्याचे कार्य दोन मुख्य दिशानिर्देशांमध्ये चालते: अजैविक आणि जैविक तणावासाठी वनस्पती प्रतिकार निर्धारित करणार्या जनुकांचा शोध आणि जीनोम संपादित करणे. ताण प्रतिरोधक क्षमता वाढवण्यासाठी लागवड केलेल्या वनस्पती. शास्त्रज्ञांच्या संशोधन क्षेत्रात बटाटे आणि खुल्या जमिनीवर असलेल्या भाज्यांचा समावेश आहे.
आम्ही प्रयोगशाळेचे प्रमुख वसिली तारानोव आणि वरिष्ठ संशोधक मरीना लेबेडेवा यांच्याशी नवीनतम तंत्रज्ञानाची वैशिष्ट्ये आणि फायदे काय आहेत, ते कोणते परिणाम मिळवू शकतात आणि रशियन कृषी उत्पादकांच्या कोणत्या समस्या सोडवण्यासाठी प्रयोगशाळेतील शास्त्रज्ञ वापरतात याबद्दल बोलत आहोत.
- आज निवड प्रक्रियेला गती देण्याच्या गरजेबद्दल खूप चर्चा होत आहे. असे मानले जाते की जीनोम संपादनाची पद्धत हे करण्यास परवानगी देते. हे खरं आहे?
V.T.: असे म्हणणे अधिक योग्य होईल की बायोटेक्नॉलॉजिकल पद्धती शास्त्रज्ञांच्या क्षमतांचा विस्तार करण्याइतकी निवड वेगवान करण्यास मदत करत नाहीत. विविधतेवर काम करण्याची प्रक्रिया अजूनही खूप लांब आहे, कारण आपण विशिष्ट जीवन चक्र असलेल्या वनस्पतींबद्दल बोलत आहोत.
परंतु पारंपारिक प्रजनन पद्धती वापरून साध्य करणे अत्यंत कठीण (अशक्य नसल्यास) असे परिणाम प्राप्त करणे तज्ञांना शक्य होते.
जीनोमिक एडिटिंगच्या सहाय्याने, आम्ही हेतुपुरस्सर उत्परिवर्तन सादर करू शकतो जे विविध प्रकारच्या विशिष्ट वैशिष्ट्यांवर थेट परिणाम करते, तसेच उर्वरित आर्थिकदृष्ट्या मौल्यवान वैशिष्ट्यांचे कॉम्प्लेक्स अपरिवर्तित ठेवते.
M.L.: अशी कल्पना करा की आम्ही पारंपारिक प्रजनन पद्धती वापरून आमच्या लागवडीत जंगली बटाट्यापासून प्रतिरोधक जनुक आणू इच्छितो. हे करण्यासाठी, ब्रीडर विशिष्ट सांस्कृतिक रेषांसह “सेवेज” च्या क्रॉसची मालिका पार पाडतो. समस्या अशी आहे की प्रतिरोधक जनुकासह, इतर सर्व "जंगली" जीन्स विविधतेमध्ये हस्तांतरित केले जातात, जे बहुतेक वेळा अत्यंत अवांछनीय असतात. अनुवांशिक अभियांत्रिकी तुम्हाला फक्त एक इच्छित जनुक घेण्यास/बदलण्याची परवानगी देते.
- एक मुद्दा असा आहे की जीनोम संपादनाची पद्धत सुमारे 10 वर्षांपासून ज्ञात असूनही, अद्याप त्याचे व्यावसायिक परिणाम दिसून आले नाहीत.
V.T.: हे पूर्णपणे खरे नाही. जगातील आघाडीच्या प्रजनन कंपन्या जीनोम संपादन वापरतात आणि ते लपवत नाहीत. पण ते नेमके काय करतात आणि त्यांचे काय परिणाम होतात हे आम्हाला माहीत नाही.
उपलब्धींची जाहिरात केली जात नाही कारण पारंपारिकरित्या प्राप्त केलेल्या वनस्पतींपेक्षा अनुवांशिक अभियांत्रिकी पद्धतींचा वापर करून प्रक्रिया केलेली वनस्पती बाजारात आणणे अधिक महाग आहे. आणि कधीकधी हे करणे अशक्य आहे.
त्याच वेळी, हे सिद्ध करणे फार कठीण आहे की जीनोम संपादनाचा वापर विद्यमान पद्धती वापरून विशिष्ट विविधता तयार करण्यासाठी केला गेला होता.
चाचणी दरम्यान, विशेषज्ञ जीवांच्या जीनोममध्ये मार्करचा क्रम शोधतील, जर ते उपस्थित असेल तर, वनस्पती अनुवांशिकरित्या सुधारित म्हणून ओळखली जाईल. परंतु जीनोमिक संपादनासह, जीनोममध्ये काहीही ओळखले जात नाही, त्यामुळे काहीही सापडत नाही.
बदल अनेकदा केवळ एका जनुकावरच नव्हे तर जनुकातील विशिष्ट स्थानावर, अक्षरशः एक न्यूक्लियोटाइड, एक अक्षर प्रभावित करतात. आणि उरलेली अब्जावधी पत्रे जशी होती तशीच आहेत. एखादे वनस्पती संपादित केले गेले आहे हे निर्धारित करण्यासाठी, त्रुटी दूर करण्यासाठी तुम्हाला त्याचे संपूर्ण जीनोम वाचणे आवश्यक आहे, ज्याचे कव्हरेज मानकापेक्षा दहापट जास्त आहे. कोणीही असे विपुल आणि खूप महाग विश्लेषण करणार नाही आणि ब्रीडर नेहमीच असे म्हणू शकतो की त्याने म्युटाजेनेसिस किंवा पारंपारिक निवड वापरून वनस्पती मिळवली.
- M.L.: सर्वसाधारणपणे जीनोम संपादन, आणि विशेषतः वनस्पतींवर या तंत्रज्ञानाचा वापर करण्याचा अनुभव, ही अगदी अलीकडील गोष्ट आहे.
किमान नाही कारण एखादे वैशिष्ट्य बदलण्यासाठी तुम्हाला ते नेमके काय आणि कसे संपादित करावे हे माहित असणे आवश्यक आहे. वनस्पतींचे गुणधर्म जनुकांद्वारे निर्धारित केले जातात, बहुतेकदा जनुकांचा एक संच, ज्यामधून संपादनासाठी योग्य लक्ष्ये निवडणे आवश्यक आहे. परंतु स्वारस्याच्या वैशिष्ट्यांमध्ये योगदान देणाऱ्या विशिष्ट जनुकांची कार्ये आणि नियमन स्पष्ट करण्यासाठी जटिल आणि बऱ्याचदा दीर्घ अभ्यासाची आवश्यकता असते. प्राणी आणि मानव यांच्याशी तुलना केल्यास, आम्ही असे म्हणू शकतो की आम्हाला वनस्पतींच्या वैशिष्ट्यांच्या अनेक आण्विक यंत्रणा (उदाहरणार्थ, प्रतिकार, उत्पादकता इ.) चांगल्या प्रकारे माहित नाहीत. त्याच वेळी, वनस्पती जीनोम मोठे आणि अधिक जटिल आहेत, जे कार्य अजिबात सोपे करत नाही. तथापि, वनस्पती जीवशास्त्रातील मूलभूत संशोधनाद्वारे बरेच काही आधीच ज्ञात आहे आणि आपण हे जितके अधिक समजून घेऊ तितके बदल करण्याच्या आपल्या शक्यता वाढतात.
याव्यतिरिक्त, आम्ही अशा पद्धतीबद्दल बोलत आहोत ज्यामुळे विशिष्ट वैशिष्ट्ये दुरुस्त करणे शक्य होते, परंतु बाजारात नवीन वाण सादर करणे शक्य नाही, ज्यावर काही प्रवेग असूनही, अद्याप वर्षे लागतात.
- बायोटेक्नॉलॉजिस्ट जीन एडिटिंग करतात का? ते कामाची खरी दिशा (संपादनाचा हेतू) कशी ठरवतात?
V.T.: बायोटेक्नॉलॉजिस्टने निवडलेल्या पिकाच्या यशस्वी ब्रीडरसह एकत्रितपणे काम केले पाहिजे आणि आदर्शपणे, इतर तज्ञ उत्पादकांचा समावेश केला पाहिजे. प्रजननकर्ता, शेतकऱ्यांसह, कार्य सेट करतो, ब्रीडर योग्य जीनोटाइप निवडण्यास मदत करतो. आम्ही, यामधून, बायोकेमिस्ट आणि अनुवांशिकशास्त्रज्ञांशी सल्लामसलत करतो, आम्ही या आधारावर काय देऊ शकतो याचा विचार करतो (आवश्यक वैशिष्ट्ये नेहमी जैविक दृष्टिकोनातून पुरेशा प्रमाणात अभ्यासली जात नाहीत). आम्ही प्रत्यक्षात काय करू शकतो ते आम्ही पाहतो, आमच्या कामाचा टप्पा पार पाडतो, परिणामी रेषा ब्रीडरला परत करतो आणि ब्रीडर विविधतेवर परिणाम आणतो.
- जीनोम संपादन हे एक महाग तंत्रज्ञान आहे का?
V.T.: रोप मिळविण्याची किंमत पिकावर अवलंबून असते आणि परिणामी वनस्पती संपादित आहे की ट्रान्सजेनिक आहे.
जर आपण उपकरणांबद्दल बोललो तर, व्हायरस-मुक्त सामग्री आणि मायक्रोक्लोनिंग मिळवण्यात आधीच गुंतलेल्या कंपनीसाठी, जीनोम संपादनासाठी उपकरणे आणि अभिकर्मकांच्या खरेदीसाठी तुलनेने कमी खर्च येईल. अशा प्रकारचे काम सुरू करण्यात अडथळे हे गुंतवणुकीची प्रचंड रक्कम नसून पात्र कर्मचाऱ्यांची कमतरता असू शकते. असे विशेष कार्य स्वीकारणारे आणि पार पाडणारे फार कमी लोक आहेत.
आणि खर्चावर परत येणे: या क्षेत्रातील तांत्रिक प्रगती खूप वेगवान आहे. 2012 मध्ये जेव्हा CRISPR/Cas9 चा शोध लागला तेव्हा जीनोम संपादनाच्या पद्धती (बॅक्टेरियाच्या रोगप्रतिकारक शक्तीवर आधारित, उच्च जीवांचे जीनोम संपादित करण्याचे तंत्रज्ञान) आणि आता आपल्याकडे जे आहे ते खूप वेगळे आहे. ऑपरेटिंग कार्यक्षमता वर्षानुवर्षे वाढते आणि खर्च कमी होतो.
M.L.: याची तुलना मानवी जीनोम सिक्वेन्सिंग प्रकल्पाशी करता येईल. प्रथम मानवी जीनोम 10 वर्षांसाठी 2.7 अब्ज डॉलर्ससाठी आंतरराष्ट्रीय संघाद्वारे अनुक्रमित केले गेले कारण असे तंत्रज्ञान 90 च्या दशकात उपलब्ध होते. सध्या, संपूर्ण मानवी जीनोम अनुक्रमित करण्यासाठी $1000 पेक्षा कमी खर्च येतो आणि काही दिवस लागतात.
- चला तुमच्या प्रयोगशाळेबद्दल बोलूया, ते मूलभूत विज्ञानावर केंद्रित आहे की उपयोजित संशोधनावर?
V.T.: आम्ही दोन्ही करण्याचा प्रयत्न करतो. सुरुवातीला मूलभूत गोष्टींना प्राधान्य दिले जात होते, परंतु आता आम्ही आमच्या घडामोडी सरावात लागू करण्याचा प्रयत्न करीत आहोत.
या क्षणी, उदाहरणार्थ, आम्ही विषाणू Y ला बटाट्याच्या प्रतिकारशक्तीच्या यंत्रणेचा अभ्यास करत आहोत. हे खूप मूलभूत काम आहे, परंतु यशस्वी झाल्यास, प्रतिरोधक वाणांच्या निवडीसाठी परिणाम खूप मनोरंजक असेल.
M.L.: मूलभूत आणि उपयोजित विज्ञान एकमेकांशी जवळून जोडलेले आहेत; विषाणू वनस्पतीशी, कोणत्या विशिष्ट प्रथिनांसह कसा संवाद साधतो हे आम्हाला माहित नसल्यास, आम्ही वनस्पती प्रतिरोधक बनवण्यासाठी त्यांना बदलू शकणार नाही.
आम्ही 2018 पासून Y विषाणूवर संशोधन करत आहोत आणि आता या वस्तुस्थितीकडे आलो आहोत की येत्या दोन-तीन वर्षांत आम्हाला प्रतिकारशक्तीचे सूत्र मिळेल आणि भविष्यात आवश्यक व्यावहारिक परिणाम: बटाट्याची वनस्पती विषाणूजन्य प्रथिने संश्लेषित करणार नाही. व्हायरसला प्रतिरोधक असेल.
- आपण रशियन प्रजनन कंपन्या/प्रजननकर्त्यांना सहकार्य करता?
V.T.: बटाट्यांवर, आम्ही तरुण ब्रीडर मारिया पॉलीकोवासोबत काम करतो, बटाटा युनियनच्या तज्ञांशी सक्रियपणे संवाद साधतो आणि बटाटा फेडरल रिसर्च सेंटरशी संपर्क ठेवतो. ए.जी. लोर्जा. कोबीसाठी, आम्ही नावाच्या रशियन स्टेट ॲग्रिरियन युनिव्हर्सिटी-मॉस्को ॲग्रिकल्चरल अकादमीच्या प्रजनक आणि बियाणे उत्पादकांशी संवाद साधतो. के.ए. ग्रिगोरी आणि सॉक्रेटिस मोनाचोस द्वारे तिमिर्याझेव्ह. आणि या क्षेत्रात आम्ही जे काही करतो, त्यामध्ये आम्ही पूर्णपणे त्यांचे मार्गदर्शन करतो.
- आणि पुन्हा व्हायरसबद्दल. मरीना व्हॅलेरिव्हना, तुमच्या वैज्ञानिक आवडीच्या श्रेणीमध्ये केवळ व्हायरसचा समावेश नाही Y. 2023 मध्ये, तुम्हाला रशियन सायन्स फाउंडेशनकडून "उच्च-थ्रूपुट सिक्वेन्सिंग पद्धती वापरून लागवड केलेल्या बटाट्यांच्या विषाणूंचा अभ्यास (सोलॅनम ट्यूबरोसम एल.)" या प्रकल्पावर संशोधन करण्यासाठी अनुदान मिळाले. हा विषय मनोरंजक का आहे?
M.L.: बटाटे, इतर अनेक वनस्पतींपेक्षा जास्त प्रमाणात, विषाणूजन्य रोगांमुळे ग्रस्त आहेत, कारण त्यांचा प्रसार वनस्पतिजन्य पद्धतीने केला जातो. विषाणू कंदांमध्ये जमा होतात आणि पुढच्या पिढ्यांकडे जातात, म्हणून विषाणूचा भार सतत वाढत आहे. जेव्हा ते म्हणतात की बटाटे खराब होत आहेत, तेव्हा आपण नेमके हेच बोलत आहोत.
विषाणू निष्क्रिय प्रणाली नाहीत; ते यजमान वनस्पती आणि एकमेकांशी सक्रियपणे संवाद साधतात. अशी काही प्रकरणे आहेत जिथे आधीच एका विशिष्ट विषाणूने आजारी असलेल्या वनस्पतीला दुसऱ्या विषाणूचा संसर्ग होऊ शकत नाही. आणि असे विषाणू आहेत जे एकट्या वनस्पतीला संक्रमित करू शकत नाहीत ते फक्त इतर विषाणूंच्या सहकार्याने कार्य करतात. नुकतेच, झाडांना दुष्काळात टिकून राहण्यास मदत करणाऱ्या विषाणूंच्या प्रकारांचे वर्णन करणारे एक काम प्रकाशित झाले आहे. परजीवीपासून परस्परवादाकडे असे अनपेक्षित संक्रमण.
बटाट्यांवरील विषाणूजन्य रोगांचा सामना करण्यासाठी प्रभावी रसायने नाहीत. त्याचे आरोग्य सुधारण्यासाठी, अत्यंत क्लिष्ट आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे महागड्या पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत: इन विट्रो कल्चरद्वारे, मायक्रोट्यूबर्स मिळवणे. पण परिणाम फक्त काही पिढ्या टिकतो. इतर उपाय शोधण्यासाठी, आपल्याला व्हायरसच्या वैशिष्ट्यांचा अधिक तपशीलवार अभ्यास करणे आवश्यक आहे, म्हणून अभ्यास अतिशय, अतिशय संबंधित आहे.
– GOST 33996-2016 “बियाणे बटाटे. गुणवत्ता निश्चित करण्यासाठी तांत्रिक परिस्थिती आणि पद्धती" पाच विषाणूंची यादी देते (PVK - X potato virus; SBK - S potato virus; MVK - M potato virus; YBK - Y potato virus; VSLK - लीफ कर्ल व्हायरस बटाटा) आणि एक व्हायरॉइड (PSTV – पोटॅटो स्पिंडल ट्यूबर वायरॉइड). तुम्ही त्यांच्यावर लक्ष केंद्रित कराल का?
M.L.: रशियामधील बटाट्यांवर असलेल्या विषाणूंचा (विषाणूंचा संग्रह) अभ्यास करण्यासाठी उच्च-थ्रूपुट पद्धती वापरण्याचा माझा प्रकल्प आहे. एका वनस्पतीवर वेगवेगळ्या विषाणूंचे कोणते कॉम्प्लेक्स आढळतात या दृष्टिकोनातून आणि या विषाणूंच्या प्रसाराच्या दृष्टिकोनातून हे दोन्ही मनोरंजक आहे.
एकूण, बटाट्यांवर आढळणारे 50 हून अधिक विषाणू जगात ज्ञात आहेत. GOST मध्ये सूचीबद्ध केलेले सर्वात धोकादायक आहेत आणि त्याव्यतिरिक्त, त्यांच्याकडे स्पष्ट बाह्य चिन्हे आहेत. अशाप्रकारे, मोज़ेक नेक्रोसिस हे व्हायरस Y संसर्गाचे एक सामान्य प्रकटीकरण आहे आणि लीफ कर्ल व्हायरसची उपस्थिती लीफ ब्लेडच्या वैशिष्ट्यपूर्ण विकृतीद्वारे निर्धारित केली जाऊ शकते.
परंतु असे बरेच विषाणू आहेत जे स्वतःला phenotypically प्रकट करत नाहीत, जरी त्यांचा पिकावर परिणाम होऊ शकतो. ते क्वचितच शोधले जातात, परंतु केवळ ते शोधले जात नाहीत म्हणून.
उदाहरण म्हणून, मी ऑल-रशियन रिसर्च इन्स्टिट्यूट ऑफ प्लांट प्रोटेक्शन (VIZR) मधील सहकाऱ्यांचे कार्य उद्धृत करू शकतो. 2019 मध्ये, त्यांनी रशियामध्ये बटाटा विषाणू पीच्या शोधाबद्दल एक लेख प्रकाशित केला होता, पूर्वी असे मानले जात होते की ते केवळ दक्षिण अमेरिकेत वितरित केले गेले होते.
प्रश्न असा आहे की आपण "स्ट्रीटलाइटच्या खाली" जिथे प्रकाश आहे, परंतु आपण अद्याप जिथे पाहिले नाही तिथे पाहिले तर आपल्याला काय सापडेल.
- तुम्ही तुमचे संशोधन कोठे कराल?
M.L.: अनुदानाच्या अटींनुसार या प्रकल्पाला दोन वर्षांचा कालावधी लागणार आहे. गेल्या वर्षी आम्ही तुला प्रदेशात बटाट्याच्या शेतात सहकार्य केले, साहित्य गोळा केले, विविध प्रकार आणि पुनरुत्पादनांसह काम केले. या वर्षी आपण इतर प्रदेशात जाऊन तेथे कोणते विषाणू आढळतात ते पाहू.
अभ्यासाचे परिणाम 2025 मध्ये सारांशित केले जातील आणि आम्ही त्यांच्याबद्दल रशियन बटाटा उत्पादकांना नक्कीच सांगू.