टीम वर्जीनिया द्वारा लिखित
परिचय:
यह ब्लॉग, हम फसलों की पैदावार बढ़ाने के लिए CRISPR और TALEN जैसी जीनोम एडिटिंग तकनीकों के उपयोग का पता लगाने के लिए पौधों की दुनिया में गोता लगा रहे हैं। हमने "भविष्य की इंजीनियरिंग फसलें: जलवायु-लचीला और रोग प्रतिरोधी पौधों को विकसित करने के लिए CRISPR दृष्टिकोण" (2020) नामक एक लेख पढ़ा, ताकि हमें बढ़ती वैश्विक आबादी के लिए अधिक भोजन का उत्पादन करने के लिए इस नए सिंथेटिक जीव विज्ञान दृष्टिकोण को समझने में मदद मिल सके।
लेख का लिंक: https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-020-02204-y
उद्धरण:
जैदी, S.SeA., Mahas, A., Vanderschuren, H. et al। भविष्य की इंजीनियरिंग फसलें: CRISPR जलवायु-लचीला और रोग प्रतिरोधी पौधों को विकसित करने के लिए दृष्टिकोण करता है। जीनोम बायोल21, 289 (2020)। https://doi.org/10.1186/s13059-020-02204-y
समस्या:
संयुक्त राष्ट्र के अनुसार, 2050 (1) तक वैश्विक जनसंख्या लगभग 9.7 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है। यह कृषि के लिए एक बड़ी समस्या है क्योंकि जैसे-जैसे जनसंख्या बढ़ती है, प्रति व्यक्ति कृषि भूमि का क्षेत्रफल कम होता जाता है। इससे फसल की पैदावार कम हो जाती है जो बढ़ती आबादी की मांगों को पूरा करने में सक्षम नहीं होती है। इसके अतिरिक्त, जलवायु परिवर्तन के कारण ग्रीष्मकाल गर्म होता है जिसके परिणामस्वरूप फसल रोग के गंभीर और अप्रत्याशित पैटर्न होते हैं। जलवायु परिवर्तन से समुद्र का स्तर भी ऊंचा होता है जिससे सुलभ कृषि योग्य भूमि की मात्रा कम हो जाती है।
समाधान
वर्तमान तरीके:
आनुवंशिक संशोधन (जीएम)
जीएम कैसे काम करता है?
वांछनीय जीन की पहचान
डीएनए का क्लोनिंग एक वाहक या वेक्टर प्लाज्मिड है
लक्ष्य संयंत्र को वितरण
वांछित विशेषता के साथ वांछित पौधे का उत्पादन
जीएम के साथ क्या समस्या है?
क्षेत्रीय समाधान:
फसल रोग को रोकने के लिए फसलों को जलवायु प्रतिरोधी बनाएं
कई अजैविक कारकों (सूखा, लवणता, बाढ़, आदि) के बावजूद हरित क्रांति के बाद से फसल की उपज में वृद्धि के कारण फसल की उपज में वृद्धि संभव है।
ज्यादातर जागरूकता, अधिक फंडिंग, बाजार विकास, बुनियादी ढांचे और नीतिगत समर्थन के कारण
कार्यात्मक समाधान:
प्लास्मिड वेक्टर में एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन जैसे बहिर्जात डीएनए को पेश किए बिना जीन को ठीक से हेरफेर करने के लिए CRISPR और TALEN जैसी नई पादप प्रजनन तकनीकों (NPBTs) का उपयोग करें।
लाभ: प्रजनन चक्र को छोटा करना, फसल अनुसंधान में तेजी लाना (स्पीड ब्रीडिंग, अगली पीढ़ी के जीनोटाइप और फेनोटाइप प्लेटफॉर्म), जीनोम एडिटिंग, किफायती, खाद्य उत्पादों में तेजी से बदलाव, और यूएसडीए (अमेरिकी कृषि विभाग) द्वारा तेजी से अनुमोदन।
उदाहरण
ब्राउनिंग प्रतिरोधी मशरूम
उच्च-एमाइलोपेक्टिन मोमी मकई (ज़ी मेस)
बढ़े हुए ओमेगा 3 तेल के साथ फ़ाल्स फ्लैक्स (कैमेलीना सैटिवा)
क्रिसप्र का परिचय
CRISPR = नियमित रूप से गुच्छित छोटे पैलिंड्रोमिक दोहराव
TALEN = ट्रांसक्रिप्शन एक्टीवेटर-लाइक इफ़ेक्टर न्यूक्लियस
सीआरआईएसपीआर कैसे काम करता है?
साइट-विशिष्ट न्यूक्लियस (एसएसएन) विशिष्ट, सटीक न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों को बांधते हैं और काटते हैं जो लक्ष्य पर या उसके पास डबल फंसे हुए ब्रेक पेश करते हैं और फिर प्राकृतिक डीएनए मरम्मत प्रक्रियाओं को वांछित परिवर्तन डालने और फिर डीएनए को फिर से जोड़ने देते हैं।
CRISPR/Cas9 (2) द्वारा कौन से तीन संशोधन संभव हैं?
ओ व्यवधा
ओ हटाना
ओ सम्मिलन
सीआरआईएसपीआर शब्दावली:
1. CRISPR: वायरस से बचाव के लिए बैक्टीरिया में उपयोग किए जाने वाले अनुक्रम का संक्षिप्त दोहराव
2. Cas9: एक एंडोन्यूक्लिज़ (एंजाइम जो न्यूक्लियोटाइड्स को साफ करता है जो दो सिरों पर नहीं होते हैं) जो गाइड आरएनए के मार्गदर्शन के साथ एक सटीक स्थान पर प्रोकैरियोट्स में वायरल डीएनए को साफ करता है।
कक्षा I (टाइप I, III, IV) में कई सबयूनिट्स और क्लास 2 (टाइप II, V, VI) में सिंगल सबयूनिट के साथ वर्गीकृत
टाइप II जेनेटिक इंजीनियरिंग में सबसे आम है
3. गाइड आरएनए: डीएनए पर एक विशिष्ट स्थान को साफ करने के लिए इसे मार्गदर्शन करने के लिए कैस 9 से बांधता है
4. डीएसडीएनए: डबल फंसे डीएनए
5. पीएएम: डीएनए का अनुक्रम जो कट साइट से डाउनस्ट्रीम संरक्षित है
सीआरआईएसपीआर प्रौद्योगिकी के चरण
सीआरआईएसपीआर कैसे काम करता है और वास्तव में क्या होता है?
सीआरआईएसपीआर के चरण (3):
मान्यता
गाइड आरएनए कैस9 एंजाइम से जुड़ता है और अपने पूरक घटक सीआरआरएनए के माध्यम से डीएसडीएनए में एक विशेष अनुक्रम को लक्षित करता है।
दरार
Cas9 कट साइट के पास उपयुक्त PAM साइट को पहचानता है और फिर लक्ष्य साइट पर डीएनए अनुक्रम में एक डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक बनाता है।
मरम्मत करना
दो तंत्र, गैर-होमोलॉगस एंड जॉइनिंग (एनएचजे) और होमोलॉजी-निर्देशित मरम्मत (एचडीआर), डीएनए की मरम्मत करते हैं और एक संशोधन पेश करते हैं
NHEJ डीएनए के दो भागों को जोड़ने के लिए एक एंजाइम का उपयोग करता है और एक बहिर्जात समरूप डीएनए की आवश्यकता नहीं होती है
एचडीआर एनएचईजे की तुलना में अधिक सटीक है लेकिन डीएनए के अनुक्रम को सम्मिलित करने या बदलने के लिए समरूप डीएनए के उपयोग की आवश्यकता होती है।
सीआरआईएसपीआर कैसे बढ़ी हुई उपज में वृद्धि करता है (4):
1. एनएचजे/एचडीआर तंत्र के माध्यम से जीन व्यवधान: जीन उत्पादन को बाधित करने के लिए अनुक्रम डालें या हटाएं
2. प्रमोटर संशोधन के माध्यम से जीन व्यवधान: प्रमोटर को जीन अभिव्यक्ति को अवरुद्ध करने या प्रमोटर के लिए रोगजनक बंधन को अवरुद्ध करने के लिए प्रमोटर को बाधित करें
3. जीन विलोपन: एक जीन के चारों ओर डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक बनाने के लिए डीएनए में कई गाइड आरएनए पेश किए जाते हैं ताकि डीएनए के एक साथ वापस जुड़ने पर रुचि के जीन को हटा दिया जाए
4. प्रमोटर, एलील और जीन प्रतिस्थापन के माध्यम से बायोमिमिकिंग: सीआरआईएसपीआर-मध्यस्थ उत्परिवर्तन की एक श्रृंखला जो डीएनए के अनुक्रम को रोग प्रतिरोधी किस्म से वांछित जीन अनुक्रम में बदल देती है
फसल की उपज बढ़ाने से संबंधित करियर:
1. यूएसडीए अधिकारी
2. सिंथेटिक बायोलॉजिस्ट/जेनेटिक इंजीनियर
3. किसान
सन्दर्भ:
1. धीमी गति से बढ़ते हुए, विश्व की जनसंख्या 2050 में 9.7 बिलियन तक पहुंचने की उम्मीद है और 2100 के आसपास लगभग 11 बिलियन तक पहुंच सकती है | संयुक्त राष्ट्र देसा | संयुक्त राष्ट्र आर्थिक और सामाजिक मामलों का विभाग [इंटरनेट]। [उद्धृत 2022 अक्टूबर 12]। से उपलब्ध: https://www.un.org/Development/desa/en/news/population/world-population-prospects-2019.html
2. CRISPR/Cas9 [इंटरनेट]। सीआरआईएसपीआर। [उद्धृत 2022 अक्टूबर 12]। से उपलब्ध: http://crisprtx.com/gene-editing/crispr-cas9
3. Asmamaw M, Zawdie B. CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing के तंत्र और अनुप्रयोग। जीवविज्ञान। 2021 अगस्त 21;15:353–61।
4. जैदी एसएस ई ए, महास ए, वेंडर्सचुरेन एच, महफौज एमएम। भविष्य की इंजीनियरिंग फसलें: CRISPR जलवायु-लचीला और रोग प्रतिरोधी पौधों को विकसित करने के लिए दृष्टिकोण करता है। जीनोम जीवविज्ञान। 2020 नवंबर 30;21(1):289.
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