पहले ट्रांसजेनिक पौधे (सूक्ष्मजीवों से डाले गए जीन वाले तंबाकू के पौधे) 1983 में प्राप्त किए गए थे। ट्रांसजेनिक पौधों (वायरल संक्रमण के प्रतिरोधी तंबाकू के पौधे) का पहला सफल क्षेत्रीय परीक्षण 1986 में ही संयुक्त राज्य अमेरिका में किया गया था।

विषाक्तता, एलर्जी, उत्परिवर्तन आदि के लिए सभी आवश्यक परीक्षण पास करने के बाद। पहला ट्रांसजेनिक उत्पाद 1994 में संयुक्त राज्य अमेरिका में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हुआ। ये थे कैलजेन के देर से पकने वाले फ्लेवर सेवर टमाटर और मोनसेंटो के शाकनाशी-प्रतिरोधी सोयाबीन। 1-2 वर्षों के भीतर, बायोटेक फर्मों ने आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधों की एक पूरी श्रृंखला बाजार में उतार दी: टमाटर, मक्का, आलू, तम्बाकू, सोयाबीन, रेपसीड, तोरी, मूली, कपास।

वर्तमान में, दुनिया भर में सौ अरब डॉलर से अधिक की कुल पूंजी वाली सैकड़ों वाणिज्यिक कंपनियां आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधों के उत्पादन और परीक्षण में लगी हुई हैं। 1999 में, लगभग 40 मिलियन हेक्टेयर के कुल क्षेत्रफल पर ट्रांसजेनिक पौधे लगाए गए, जो ब्रिटेन जैसे देश के आकार से भी बड़ा है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधे (जीएम फसलें) अब लगभग 50% मकई और सोयाबीन फसलें और 30-40% से अधिक कपास फसलें हैं। इससे पता चलता है कि आनुवंशिक रूप से इंजीनियर्ड प्लांट बायोटेक्नोलॉजी पहले से ही खाद्य और अन्य उपयोगी उत्पादों के उत्पादन में एक महत्वपूर्ण क्षेत्र बन गया है, जो महत्वपूर्ण मानव संसाधनों और वित्तीय प्रवाह को आकर्षित कर रहा है। आने वाले वर्षों में, खेती वाले पौधों के ट्रांसजेनिक रूपों के कब्जे वाले क्षेत्रों में और तेजी से वृद्धि होने की उम्मीद है।

व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुमोदित ट्रांसजेनिक पौधों की पहली लहर में प्रतिरोध (बीमारियों, शाकनाशी, कीट, भंडारण के दौरान क्षति, तनाव) के लिए अतिरिक्त जीन शामिल थे।

पादप आनुवंशिक इंजीनियरिंग के विकास के वर्तमान चरण को "मेटाबॉलिक इंजीनियरिंग" कहा जाता है। इस मामले में, कार्य पारंपरिक प्रजनन की तरह पौधे के कुछ मौजूदा गुणों में सुधार करना नहीं है, बल्कि पौधे को दवा, रासायनिक उत्पादन और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले पूरी तरह से नए यौगिकों का उत्पादन करना सिखाना है। ये यौगिक हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, विशेष फैटी एसिड, आवश्यक अमीनो एसिड की उच्च सामग्री वाले उपयोगी प्रोटीन, संशोधित पॉलीसेकेराइड, खाद्य टीके, एंटीबॉडी, इंटरफेरॉन और अन्य "औषधीय" प्रोटीन, नए पॉलिमर जो पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करते हैं, और बहुत कुछ , बहुत अधिक। ट्रांसजेनिक पौधों का उपयोग ऐसे पदार्थों के बड़े पैमाने पर और सस्ते उत्पादन को स्थापित करना संभव बनाता है और इस तरह उन्हें व्यापक उपभोग के लिए अधिक सुलभ बनाता है।

पादप भंडारण प्रोटीन की गुणवत्ता में सुधार

प्रमुख खेती की गई प्रजातियों के भंडारण प्रोटीन को निकट से संबंधित जीनों के एक परिवार द्वारा एन्कोड किया जाता है। बीज भंडारण प्रोटीन का संचय एक जटिल जैवसंश्लेषण प्रक्रिया है। एक पौधे के गुणों में सुधार करने के लिए दूसरे पौधे से भंडारण प्रोटीन के लिए जीन को शामिल करने का पहला आनुवंशिक इंजीनियरिंग प्रयास 1983 में संयुक्त राज्य अमेरिका में डी. केम्प और टी. हॉल द्वारा किया गया था। बीन फेज़ोलिन जीन को Ti प्लास्मिड का उपयोग करके सूरजमुखी जीनोम में स्थानांतरित किया गया था। इस प्रयोग का परिणाम केवल काइमेरिक पौधा था, जिसे सैनबिन कहा जाता था। सूरजमुखी कोशिकाओं में इम्यूनोलॉजिकल रूप से संबंधित फेज़ोलिन पॉलीपेप्टाइड्स की खोज की गई, जिसने विभिन्न परिवारों से संबंधित पौधों के बीच जीन स्थानांतरण के तथ्य की पुष्टि की।

बाद में, फ़ेज़ियोलिन जीन को तंबाकू कोशिकाओं में स्थानांतरित कर दिया गया: पुनर्जीवित पौधों में, जीन सभी ऊतकों में व्यक्त किया गया था, हालांकि कम मात्रा में। फेज़ियोलिन जीन की गैर-विशिष्ट अभिव्यक्ति, जैसा कि सूरजमुखी कोशिकाओं में इसके स्थानांतरण के मामले में, परिपक्व बीन कोटिलेडोन में इस जीन की अभिव्यक्ति से बहुत अलग है, जहां फेज़ियोलिन कुल प्रोटीन का 25-50% होता है। यह तथ्य काइमेरिक पौधों का निर्माण करते समय इस जीन के अन्य नियामक संकेतों को संरक्षित करने की आवश्यकता और पौधों के ओटोजेनेसिस के दौरान जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने के महत्व को इंगित करता है।

मकई भंडारण प्रोटीन, ज़ीन को एन्कोडिंग करने वाला जीन, टी-डीएनए में एकीकरण के बाद, निम्नानुसार सूरजमुखी जीनोम में स्थानांतरित किया गया था। ज़ीन जीन के साथ टीआई प्लास्मिड युक्त एग्रोबैक्टीरियम उपभेदों का उपयोग सूरजमुखी के तनों में ट्यूमर उत्पन्न करने के लिए किया गया था। परिणामी ट्यूमर में से कुछ में मक्के के जीन से संश्लेषित एमआरएनए शामिल था, जो इन परिणामों को एक मोनोकोट जीन के डायकोट में प्रतिलेखन का पहला सबूत मानने का कारण देता है। हालाँकि, सूरजमुखी के ऊतकों में ज़ीन प्रोटीन की उपस्थिति का पता नहीं चला।

आनुवंशिक इंजीनियरिंग के लिए एक अधिक यथार्थवादी लक्ष्य प्रोटीन की अमीनो एसिड संरचना में सुधार करना है। जैसा कि ज्ञात है, अधिकांश अनाजों के भंडारण प्रोटीन में लाइसिन, थ्रेओनीन, ट्रिप्टोफैन और फलियों में मेथिओनिन और सिस्टीन की कमी होती है। इन प्रोटीनों में कमी वाले अमीनो एसिड की अतिरिक्त मात्रा शामिल करने से अमीनो एसिड असंतुलन को खत्म किया जा सकता है। पारंपरिक प्रजनन विधियों का उपयोग करके, अनाज भंडारण प्रोटीन में लाइसिन सामग्री में उल्लेखनीय वृद्धि करना संभव था। इन सभी मामलों में, प्रोलमिन (अनाज के अल्कोहल-घुलनशील भंडारण प्रोटीन) का हिस्सा अन्य प्रोटीन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था जिसमें बहुत अधिक लाइसिन था। हालाँकि, ऐसे पौधों में दाने का आकार कम हो गया और उपज कम हो गई। जाहिर है, सामान्य अनाज के निर्माण के लिए प्रोलामिन आवश्यक हैं, और अन्य प्रोटीन के साथ उनके प्रतिस्थापन से उपज पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इस परिस्थिति को ध्यान में रखते हुए, अनाज भंडारण प्रोटीन की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए, एक ऐसे प्रोटीन की आवश्यकता होती है जिसमें न केवल लाइसिन और थ्रेओनीन की उच्च सामग्री होती है, बल्कि अनाज निर्माण के दौरान प्रोलमिन के एक निश्चित हिस्से को पूरी तरह से प्रतिस्थापित भी किया जा सकता है।

पौधे पशु प्रोटीन भी पैदा कर सकते हैं। इस प्रकार, पौधों के जीनोम में एराबिडोप्सिस थालियाना और ब्रैसिका नैपस के एक काइमेरिक जीन के सम्मिलन से जिसमें एराबिडोप्सिस स्टोरेज प्रोटीन 25 जीन का हिस्सा और न्यूरोपेप्टाइड एन्केफेलिन का कोडिंग भाग शामिल था, जिससे 200 एनजी तक के काइमेरिक प्रोटीन का संश्लेषण हुआ। प्रति 1 ग्राम बीज। दो संरचनात्मक प्रोटीन डोमेन ट्रिप्सिन द्वारा पहचाने गए अनुक्रम से जुड़े हुए थे, जिससे बाद में शुद्ध एन्केफेलिन को आसानी से अलग करना संभव हो गया।

एक अन्य प्रयोग में, ट्रांसजेनिक पौधों को पार करने के बाद, जिनमें से एक में गामा सबयूनिट के लिए जीन डाला गया था, और दूसरे में - इम्युनोग्लोबुलिन के कप्पा सबयूनिट के लिए जीन, संतानों में दोनों श्रृंखलाओं की अभिव्यक्ति प्राप्त करना संभव था। परिणामस्वरूप, पौधे में कुल पत्ती प्रोटीन का 1.3% तक एंटीबॉडी का निर्माण हुआ। यह भी दिखाया गया है कि तंबाकू के पौधों में पूरी तरह कार्यात्मक स्रावी मोनोक्लोनल इम्युनोग्लोबुलिन को इकट्ठा किया जा सकता है। स्रावी इम्युनोग्लोबुलिन आमतौर पर मनुष्यों और जानवरों की मौखिक गुहा और पेट में स्रावित होते हैं और आंतों के संक्रमण के लिए पहली बाधा के रूप में काम करते हैं। ऊपर उल्लिखित कार्य में, पौधों में मोनोक्लोनल एंटीबॉडी का उत्पादन किया गया था जो स्ट्रेप्टोकोकस म्यूटन्स के लिए विशिष्ट थे, बैक्टीरिया जो दंत क्षय का कारण बनता है। यह माना जाता है कि ट्रांसजेनिक पौधों द्वारा उत्पादित ऐसे मोनोक्लोनल एंटीबॉडी के आधार पर, वास्तव में एंटी-कैरीज़ टूथपेस्ट बनाना संभव होगा। अन्य पशु प्रोटीनों में, जो चिकित्सा हित में हैं, पौधों में मानव β-इंटरफेरॉन का उत्पादन दिखाया गया है।

पौधों में जीवाणु प्रतिजन प्राप्त करने और उन्हें टीके के रूप में उपयोग करने के लिए दृष्टिकोण भी विकसित किए गए हैं। हैजा विष के गैर विषैले सबयूनिट के ओलिगोमर्स को व्यक्त करने वाले आलू प्राप्त किए गए हैं। इन ट्रांसजेनिक पौधों का उपयोग हैजा के खिलाफ एक सस्ता टीका बनाने के लिए किया जा सकता है।

वसा

विभिन्न प्रकार के रसायनों के उत्पादन के लिए सबसे महत्वपूर्ण कच्चा माल फैटी एसिड हैं - वनस्पति तेल का मुख्य घटक। उनकी संरचना में, ये कार्बन श्रृंखलाएं हैं जिनमें उनकी लंबाई और कार्बन बांड की संतृप्ति की डिग्री के आधार पर विभिन्न भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं। 1995 में, प्रायोगिक परीक्षण पूरा हो गया और सामान्य 16- और 18-सदस्यीय फैटी एसिड सहित, वनस्पति तेल की संशोधित संरचना के साथ ट्रांसजेनिक रेपसीड पौधों की खेती और व्यावसायिक उपयोग के लिए अमेरिकी संघीय अधिकारियों से अनुमति प्राप्त हुई। 12-सदस्यीय फैटी एसिड का 45% - लौराटा। इस पदार्थ का व्यापक रूप से वाशिंग पाउडर, शैंपू और सौंदर्य प्रसाधनों के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रायोगिक कार्य में पौधे उम्बेलुलरिया कैलिफोमिका से एक विशिष्ट थियोएस्टरेज़ के लिए जीन की क्लोनिंग शामिल थी, जहां बीज वसा में लॉरेट सामग्री 70% तक पहुंच गई थी। इस एंजाइम के लिए जीन का संरचनात्मक भाग, बीज निर्माण के प्रारंभिक चरण के लिए विशिष्ट प्रोटीन जीन के प्रमोटर-टर्मिनेटर के नियंत्रण में, रेपसीड और अरेबिडोप्सिस के जीनोम में डाला गया था, जिससे लॉरेट सामग्री में वृद्धि हुई इन पौधों के तेल में.

फैटी एसिड की संरचना को बदलने से संबंधित अन्य परियोजनाओं में वनस्पति तेल में असंतृप्त फैटी एसिड की सामग्री को बढ़ाने या घटाने के उद्देश्य से काम शामिल है। पेट्रोसेलिनिक एसिड, ओलिक एसिड का एक आइसोमर, जहां दोहरा बंधन छठे कार्बन सदस्य के पीछे स्थित होता है, के साथ प्रयोग दिलचस्प हैं। यह फैटी एसिड धनिया तेल का हिस्सा है और इसके उच्च गलनांक (33°C) को निर्धारित करता है, जबकि ओलिक एसिड की उपस्थिति में गलनांक केवल 12°C होता है। यह माना जाता है कि वनस्पति तेल का उत्पादन करने वाले पौधों में पेट्रोसेलिनिक एसिड के संश्लेषण को निर्धारित करने वाले जीन को स्थानांतरित करने के बाद, असंतृप्त फैटी एसिड युक्त आहार मार्जरीन का उत्पादन करना संभव होगा। इसके अलावा, ओजोन के साथ ऑक्सीकरण द्वारा पेट्रोसेलिनिक एसिड से लॉरेट प्राप्त करना बहुत आसान है। फैटी एसिड के जैव रासायनिक संश्लेषण की बारीकियों के आगे के अध्ययन से स्पष्ट रूप से अलग-अलग लंबाई और संतृप्ति की अलग-अलग डिग्री के फैटी एसिड प्राप्त करने के लिए इस संश्लेषण को नियंत्रित करने की क्षमता प्राप्त होगी, जो डिटर्जेंट, सौंदर्य प्रसाधन, कन्फेक्शनरी उत्पादों के उत्पादन में महत्वपूर्ण बदलाव लाएगा। , हार्डनर्स, स्नेहक, दवाएं, पॉलिमर, डीजल ईंधन और हाइड्रोकार्बन कच्चे माल के उपयोग से संबंधित बहुत कुछ।

पॉलिसैक्राइड

ट्रांसजेनिक आलू के पौधे और अन्य स्टार्च संचय करने वाली फसलें बनाने पर काम चल रहा है, जिसमें यह पदार्थ मुख्य रूप से एमाइलोपेक्टिन यानी स्टार्च का शाखित रूप या मुख्य रूप से केवल एमाइलोज यानी एमाइलोज के रूप में मिलेगा। स्टार्च के रैखिक रूप. पानी में एमाइलोपेक्टिन का घोल एमाइलोज की तुलना में अधिक तरल और पारदर्शी होता है, जो पानी के साथ क्रिया करके एक कठोर जेल बनाता है। उदाहरण के लिए, स्टार्च, जिसमें मुख्य रूप से एमाइलोपेक्टिन होता है, विभिन्न पोषण मिश्रणों के निर्माताओं के लिए बाजार में मांग में होने की संभावना है, जहां संशोधित स्टार्च वर्तमान में एक भराव के रूप में उपयोग किया जाता है। प्लास्टिड्स और माइटोकॉन्ड्रिया के जीनोम भी आनुवंशिक संशोधन के अधीन हो सकते हैं। ऐसी प्रणालियाँ ट्रांसजेनिक सामग्री में उत्पाद सामग्री को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाना संभव बनाती हैं।

शाकनाशी-प्रतिरोधी पौधों का निर्माण

नई, गहन कृषि प्रौद्योगिकियों में, शाकनाशी का उपयोग बहुत व्यापक रूप से किया जाता है। यह उसी से संबंधित है. पूर्व पर्यावरणीय रूप से खतरनाक व्यापक-स्पेक्ट्रम शाकनाशी, जो स्तनधारियों के लिए विषाक्त हैं और बाहरी वातावरण में लंबे समय तक बने रहते हैं, को नए, अधिक उन्नत और सुरक्षित यौगिकों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। हालाँकि, उनमें न केवल खरपतवार, बल्कि खेती वाले पौधों के विकास को रोकने का नुकसान है। कुछ खरपतवारों के प्रति सहनशीलता के तंत्र की पहचान करने के लिए ग्लाइफोसेट और एट्राज़िन जैसे अत्यधिक प्रभावी जड़ी-बूटियों का गहन अध्ययन किया जा रहा है। इस प्रकार, जिन क्षेत्रों में एट्राज़िन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, वहां कई पौधों की प्रजातियों में एट्राज़िन-प्रतिरोधी बायोटाइप अक्सर दिखाई देते हैं।

आनुवांशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके, इस विशेषता वाले खेती वाले पौधों को प्राप्त करने के लिए शाकनाशियों के प्रतिरोध के तंत्र का अध्ययन करना, निम्नलिखित चरण शामिल हैं: पौधे कोशिका में शाकनाशी क्रिया के जैव रासायनिक लक्ष्यों की पहचान करना: किसी दिए गए शाकनाशी के प्रति प्रतिरोधी जीवों को स्रोतों के रूप में चुनना प्रतिरोध जीन: इन जीनों की क्लोनिंग: उन्हें खेती वाले पौधों में पेश करना और उनकी कार्यप्रणाली का अध्ययन करना

चार मूलभूत रूप से अलग-अलग तंत्र हैं जो जड़ी-बूटियों सहित कुछ रासायनिक यौगिकों को प्रतिरोध प्रदान कर सकते हैं: परिवहन, उन्मूलन, नियामक और संपर्क। प्रतिरोध का परिवहन तंत्र शाकनाशी की कोशिका में प्रवेश करने में असमर्थता है। प्रतिरोध के उन्मूलन तंत्र की कार्रवाई के तहत, कोशिका में प्रवेश करने वाले पदार्थों को प्रेरक सेलुलर कारकों की मदद से नष्ट किया जा सकता है, जो अक्सर एंजाइमों को नष्ट कर देते हैं, और एक या दूसरे प्रकार के संशोधन से भी गुजरते हैं, जिससे कोशिका के लिए हानिरहित निष्क्रिय उत्पाद बनते हैं। नियामक प्रतिरोध के साथ, एक कोशिका प्रोटीन या एंजाइम जो शाकनाशी द्वारा निष्क्रिय हो जाता है, गहन रूप से संश्लेषित होना शुरू हो जाता है, जिससे कोशिका में वांछित मेटाबोलाइट की कमी दूर हो जाती है। प्रतिरोध का संपर्क तंत्र लक्ष्य (प्रोटीन या एंजाइम) की संरचना में बदलाव से सुनिश्चित होता है, जिसके साथ बातचीत शाकनाशी के हानिकारक प्रभाव से जुड़ी होती है।

यह स्थापित किया गया है कि शाकनाशी प्रतिरोध का लक्षण मोनोजेनिक है, अर्थात, लक्षण अक्सर एक जीन द्वारा निर्धारित होता है। इससे इस विशेषता को स्थानांतरित करने के लिए पुनः संयोजक डीएनए तकनीक का उपयोग करना बहुत आसान हो जाता है। जड़ी-बूटियों के विनाश और संशोधन के लिए कुछ एंजाइमों को एन्कोड करने वाले जीन का उपयोग आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके जड़ी-बूटियों-प्रतिरोधी पौधों को बनाने के लिए सफलतापूर्वक किया जा सकता है।

शाकनाशी-प्रतिरोधी किस्में बनाने के लिए पारंपरिक प्रजनन विधियां बहुत समय लेने वाली और अप्रभावी हैं। विदेशों में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शाकनाशी, ग्लाइफोसेट (व्यावसायिक नाम राउंडअप), एंजाइम 5-एनोलपाइरुविलशिकीमेट-3-फॉस्फेट सिंथेज़ (ईपीएस सिंथेज़) पर कार्य करके आवश्यक सुगंधित अमीनो एसिड के संश्लेषण को रोकता है। इस शाकनाशी के प्रतिरोध के ज्ञात मामले या तो इस एंजाइम (नियामक तंत्र) के संश्लेषण के स्तर में वृद्धि या ग्लाइफॉस्फेट (संपर्क तंत्र) के प्रति असंवेदनशील उत्परिवर्ती एंजाइम के उद्भव के साथ जुड़े हुए हैं। ईपीएसएफ सिंथेज़ जीन को ग्लाइफॉस्फेट-प्रतिरोधी पौधों से अलग किया गया था और फूलगोभी मोज़ेक वायरस प्रमोटर के तहत रखा गया था। टीआई प्लास्मिड का उपयोग करके, इस आनुवंशिक निर्माण को पेटुनिया कोशिकाओं में पेश किया गया था। जीन की एक प्रति की उपस्थिति में, परिवर्तित कोशिकाओं से पुनर्जीवित पौधों ने मूल पौधों की तुलना में 20-40 गुना अधिक एंजाइम संश्लेषित किया, लेकिन ग्लाइफॉस्फेट के प्रति प्रतिरोध केवल 10 गुना बढ़ गया।

अनाज की फसलों पर उपयोग किए जाने वाले सबसे आम जड़ी-बूटियों में से एक एट्राज़िन है। यह फोटोसिस्टम II के प्रोटीनों में से एक से जुड़कर और इलेक्ट्रॉन परिवहन को रोककर प्रकाश संश्लेषण को रोकता है। शाकनाशी प्रतिरोध इस प्लास्टोक्विनोन बाइंडिंग प्रोटीन (ग्लाइसिन के साथ सेरीन का प्रतिस्थापन) में बिंदु उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप होता है, जिससे यह शाकनाशी के साथ बातचीत करने की क्षमता खो देता है। कई मामलों में, Ti प्लास्मिड का उपयोग करके उत्परिवर्ती प्रोटीन जीन को एट्राज़िन-संवेदनशील पौधों में स्थानांतरित करना संभव था। पौधे के गुणसूत्र में एकीकृत प्रतिरोध जीन एक सिग्नल अनुक्रम से सुसज्जित था जो संश्लेषित प्रोटीन के क्लोरोप्लास्ट में परिवहन को सुनिश्चित करता था। काइमेरिक पौधों ने एट्राज़िन सांद्रता के प्रति महत्वपूर्ण प्रतिरोध प्रदर्शित किया जिसके कारण जंगली प्रकार के प्रोटीन जीन वाले नियंत्रण पौधों की मृत्यु हो गई। कुछ पौधे एंजाइम ग्लूटाथियोन-एस-ट्रांसफरेज़ के साथ क्लोरीन अवशेषों को समाप्त करके एट्राज़िन को निष्क्रिय करने में सक्षम हैं। वही एंजाइम ट्राईज़िन श्रृंखला (प्रोपेज़िन, सिमाज़िन, आदि) के अन्य संबंधित जड़ी-बूटियों को निष्क्रिय कर देता है।

ऐसे पौधे हैं जिनका जड़ी-बूटियों के प्रति प्राकृतिक प्रतिरोध विषहरण पर आधारित है। इस प्रकार, क्लोरसल्फ्यूरॉन के प्रति पौधों का प्रतिरोध इसके हाइड्रॉक्सिलेशन द्वारा हर्बिसाइड अणु के निष्क्रिय होने और बाद में पेश किए गए हाइड्रॉक्सिल समूह के ग्लाइकोसिलेशन से जुड़ा हो सकता है। रोगज़नक़ों और कीटों के प्रति प्रतिरोधी पौधों का निर्माण, विशेष रोगजनकों के प्रति पौधों का प्रतिरोध अक्सर एक जटिल बहुजीन लक्षण होता है।

कई लोकी का एक साथ संचरण आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके भी मुश्किल है, शास्त्रीय चयन विधियों का उल्लेख नहीं किया गया है। दूसरा तरीका आसान है. यह ज्ञात है कि रोगज़नक़ों द्वारा हमला किए जाने पर प्रतिरोधी पौधे अपना चयापचय बदल देते हैं। H2O2, सैलिसिलिक एसिड और फाइटोएलेक्सिन जैसे यौगिक जमा हो जाते हैं। इन यौगिकों के बढ़े हुए स्तर से पौधे को रोगजनकों का प्रतिरोध करने में मदद मिलती है।

पौधों की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया में सैलिसिलिक एसिड की भूमिका साबित करने वाला एक उदाहरण यहां दिया गया है। ट्रांसजेनिक तम्बाकू पौधे, जिनमें एक जीवाणु जीन होता है जो सैलिसिलेट हाइड्रोलेज़ (यह एंजाइम सैलिसिलिक एसिड को तोड़ता है) के संश्लेषण को नियंत्रित करता है, प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया विकसित करने में असमर्थ थे। इसलिए, रोगज़नक़ H2O2 के जवाब में पौधों में आनुवंशिक रूप से सैलिसिलिक एसिड के स्तर या उत्पादन में परिवर्तन प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक पौधों के निर्माण के लिए आशाजनक हो सकता है।

फाइटोवायरोलॉजी में, वायरल संक्रमण के प्रति पौधों के प्रेरित क्रॉस-प्रतिरोध की घटना व्यापक रूप से ज्ञात है। इस घटना का सार यह है कि वायरस के एक स्ट्रेन के साथ एक पौधे का संक्रमण इन पौधों के दूसरे वायरल स्ट्रेन के साथ बाद के संक्रमण को रोकता है। वायरल संक्रमण के दमन का आणविक तंत्र अभी भी अस्पष्ट है। यह दिखाया गया है कि व्यक्तिगत वायरल जीन का परिचय, उदाहरण के लिए कैप्सिड प्रोटीन के जीन, पौधों को प्रतिरक्षित करने के लिए पर्याप्त है। इस प्रकार, तंबाकू मोज़ेक वायरस के आवरण प्रोटीन के जीन को तंबाकू कोशिकाओं में स्थानांतरित किया गया और ट्रांसजेनिक पौधे प्राप्त किए गए, जिसमें सभी पत्ती प्रोटीन का 0.1% वायरल प्रोटीन द्वारा दर्शाया गया था। इन पौधों के एक महत्वपूर्ण हिस्से में वायरस से संक्रमित होने पर बीमारी के कोई लक्षण नहीं दिखे। यह संभव है कि कोशिकाओं में संश्लेषित वायरल लिफाफा प्रोटीन वायरल आरएनए को सामान्य रूप से कार्य करने और पूर्ण वायरल कण बनाने से रोकता है। यह स्थापित किया गया है कि संबंधित ट्रांसजेनिक पौधों (तंबाकू, टमाटर, आलू, खीरे, मिर्च) में तंबाकू मोज़ेक वायरस, अल्फाल्फा मोज़ेक वायरस, ककड़ी मोज़ेक वायरस और आलू वायरस एक्स के कैप्सिड प्रोटीन की अभिव्यक्ति उच्च स्तर प्रदान करती है। बाद के वायरल संक्रमण से सुरक्षा। इसके अलावा, परिवर्तित पौधों में प्रजनन क्षमता में कोई कमी नहीं हुई, मूल नमूनों और उनकी संतानों की वृद्धि और शारीरिक विशेषताओं में कोई अवांछनीय परिवर्तन नहीं हुआ। ऐसा माना जाता है कि पौधों में वायरस के प्रति प्रेरित प्रतिरोध एक विशेष एंटीवायरल प्रोटीन के कारण होता है, जो पशु इंटरफेरॉन के समान होता है। इस प्रोटीन को एन्कोडिंग करने वाले जीन की अभिव्यक्ति को बढ़ाने या इसे एक मजबूत प्रमोटर के तहत प्रतिस्थापित करने के लिए जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग करना संभव लगता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पौधों को विभिन्न रोगजनक सूक्ष्मजीवों से बचाने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग पौधों की रक्षा प्रतिक्रियाओं के तंत्र के बारे में ज्ञान की कमी के कारण काफी हद तक बाधित होता है। फसल उत्पादन में कीटों से निपटने के लिए रासायनिक एजेंटों - कीटनाशकों - का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, वे स्तनधारियों पर हानिकारक प्रभाव डालते हैं, लाभकारी कीड़ों को मारते हैं, पर्यावरण, सड़कों को प्रदूषित करते हैं और इसके अलावा, कीड़े जल्दी से उनके अनुकूल हो जाते हैं। ज्ञात है कि कीटों की 400 से अधिक प्रजातियाँ प्रयुक्त कीटनाशकों के प्रति प्रतिरोधी हैं। इसलिए, अधिक से अधिक ध्यान जैविक नियंत्रण एजेंटों की ओर आकर्षित किया जा रहा है जो कार्रवाई की सख्त चयनात्मकता और उपयोग किए जाने वाले जैव कीटनाशकों के लिए कीटों के अनुकूलन की अनुपस्थिति को सुनिश्चित करते हैं।

बैसिलस थुरिंजिएन्सिस जीवाणु काफी समय से जाना जाता है, जो एक प्रोटीन का उत्पादन करता है जो कीड़ों की कई प्रजातियों के लिए बहुत जहरीला है, लेकिन साथ ही स्तनधारियों के लिए सुरक्षित है। प्रोटीन (डेल्टा एंडोटॉक्सिन, सीआरवाई प्रोटीन) बी. थुरिंगिएन्सिस के विभिन्न उपभेदों द्वारा निर्मित होता है। रिसेप्टर्स के साथ विष की अंतःक्रिया सख्ती से विशिष्ट होती है, जो विष-कीट संयोजन के चयन को जटिल बनाती है। प्रकृति में बड़ी संख्या में बी. थुरिंगिएन्सिस के उपभेद पाए गए हैं, जिनके विषाक्त पदार्थ केवल कुछ प्रकार के कीड़ों को प्रभावित करते हैं। खेतों में कीड़ों को नियंत्रित करने के लिए बी. थुरिंगिएन्सिस तैयारियों का उपयोग दशकों से किया जा रहा है। मनुष्यों और अन्य स्तनधारियों के लिए विष और उसके घटक प्रोटीन की सुरक्षा पूरी तरह से सिद्ध हो चुकी है। इस प्रोटीन के लिए जीन को पौधे के जीनोम में डालने से ऐसे ट्रांसजेनिक पौधे प्राप्त करना संभव हो जाता है जिन्हें कीड़े नहीं खाते हैं।

कीड़ों पर प्रजाति-विशिष्ट प्रभाव के अलावा, पौधे के जीनोम में प्रोकैरियोटिक डेल्टा-टॉक्सिन जीन के एकीकरण से, यहां तक ​​कि मजबूत यूकेरियोटिक प्रमोटरों के नियंत्रण में भी, उच्च स्तर की अभिव्यक्ति नहीं हुई। संभवतः, यह घटना इस तथ्य के कारण उत्पन्न हुई कि इन जीवाणु जीनों में पौधों के डीएनए की तुलना में काफी अधिक एडेनिन और थाइमिन न्यूक्लियोटाइड आधार होते हैं। इस समस्या को संशोधित जीन बनाकर हल किया गया था, जहां डेल्टा विष के सक्रिय भागों को एन्कोडिंग करने वाले डोमेन को संरक्षित करते हुए, प्राकृतिक जीन से कुछ अंशों को काटकर जोड़ा गया था। उदाहरण के लिए, ऐसे तरीकों का उपयोग करके, कोलोराडो आलू बीटल के प्रतिरोधी आलू प्राप्त किए गए। विष को संश्लेषित करने में सक्षम ट्रांसजेनिक तम्बाकू पौधे प्राप्त किए गए हैं। ऐसे पौधे मंडुका सेक्स्टा कैटरपिलर के प्रति असंवेदनशील थे। विष पैदा करने वाले पौधों के संपर्क में आने के 3 दिनों के भीतर उनकी मृत्यु हो गई। विष उत्पादन और इसके परिणामस्वरूप कीड़ों के प्रति प्रतिरोध एक प्रमुख गुण के रूप में विरासत में मिला था।

वर्तमान में, कपास और मकई के तथाकथित बीटी पौधे (बी. थुरिंगिएन्सिस से) इन फसलों के आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधों की कुल मात्रा के बड़े हिस्से पर कब्जा कर लेते हैं जो अमेरिकी खेतों में उगाए जाते हैं।

माइक्रोबियल मूल के विषाक्त पदार्थों के आधार पर एंटोमोपैथोजेनिक पौधों का निर्माण करने की आनुवंशिक इंजीनियरिंग की क्षमता के कारण, पौधों की उत्पत्ति के विषाक्त पदार्थ और भी अधिक रुचि रखते हैं। फाइटोटॉक्सिन प्रोटीन संश्लेषण के अवरोधक हैं और कीटों, सूक्ष्मजीवों और वायरस के खिलाफ सुरक्षात्मक कार्य करते हैं। उनमें से सबसे अच्छा अध्ययन अरंडी की फलियों में संश्लेषित रिसिन का है: इसके जीन को क्लोन किया गया है और इसका न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम स्थापित किया गया है। हालाँकि, स्तनधारियों के लिए राइसिन की उच्च विषाक्तता आनुवंशिक इंजीनियरिंग के काम को केवल उन औद्योगिक फसलों तक सीमित करती है जिनका उपयोग मानव भोजन या पशु चारे के लिए नहीं किया जाता है। अमेरिकन फाइटोलैक्का द्वारा उत्पादित विष वायरस के खिलाफ प्रभावी है और जानवरों के लिए हानिरहित है। इसकी क्रिया का तंत्र अपने स्वयं के राइबोसोम को निष्क्रिय करना है जब फाइटोवायरस सहित विभिन्न रोगजनक कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं। प्रभावित कोशिकाएं परिगलित हो जाती हैं, जिससे रोगज़नक़ को बढ़ने और पूरे पौधे में फैलने से रोक दिया जाता है। इस प्रोटीन के जीन का अध्ययन करने और इसे अन्य पौधों में स्थानांतरित करने के लिए अनुसंधान वर्तमान में चल रहा है।

वायरल रोग कीटों के बीच व्यापक हैं, इसलिए प्राकृतिक कीट वायरस, जिनकी तैयारी को वायरल कीटनाशक कहा जाता है, का उपयोग कीटों को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है। कीटनाशकों के विपरीत, उनकी कार्रवाई का एक संकीर्ण स्पेक्ट्रम होता है, वे लाभकारी कीड़ों को नहीं मारते हैं, वे बाहरी वातावरण में जल्दी से टूट जाते हैं और पौधों और जानवरों के लिए खतरनाक नहीं होते हैं। कीट विषाणुओं के साथ-साथ, कुछ कवक जो कीड़ों पर हमला करते हैं, उनका उपयोग जैव कीटनाशकों के रूप में किया जाता है। वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले जैव कीटनाशक एंटोमोपैथोजेनिक वायरस और कवक के प्राकृतिक उपभेद हैं, लेकिन आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके भविष्य में नए प्रभावी जैव कीटनाशक बनाने की संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता है।

तनावपूर्ण स्थितियों के प्रति पौधों की प्रतिरोधक क्षमता बढ़ाना

पौधे अक्सर विभिन्न प्रतिकूल पर्यावरणीय कारकों के संपर्क में आते हैं: उच्च और निम्न तापमान, नमी की कमी, मिट्टी की लवणता और पर्यावरण प्रदूषण, कमी या, इसके विपरीत, कुछ खनिजों की अधिकता, आदि।

इनमें से कई कारक हैं, और इसलिए उनके खिलाफ सुरक्षा के तरीके विविध हैं - शारीरिक गुणों से लेकर संरचनात्मक अनुकूलन तक जो किसी को उनके हानिकारक प्रभावों पर काबू पाने की अनुमति देते हैं।

किसी विशेष तनाव कारक के प्रति पौधों का प्रतिरोध कई अलग-अलग जीनों के प्रभाव का परिणाम है, इसलिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके एक पौधे की प्रजाति से दूसरे में सहनशीलता गुणों के पूर्ण हस्तांतरण के बारे में बात करना संभव नहीं है। हालाँकि, जेनेटिक इंजीनियरिंग में पौधों की प्रतिरोधक क्षमता में सुधार करने की कुछ क्षमता है। यह व्यक्तिगत जीनों के साथ काम करता है जो तनाव की स्थिति में पौधों की चयापचय प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं, उदाहरण के लिए, ऑस्मोटिक शॉक के जवाब में प्रोलाइन का अधिक उत्पादन, लवणता, गर्मी के झटके के जवाब में विशेष प्रोटीन का संश्लेषण आदि। आगे का गहन अध्ययन शारीरिक, जैव रासायनिक और आनुवंशिक आधार पर पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया निस्संदेह प्रतिरोधी पौधों को डिजाइन करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करना संभव बनाएगी।

अब तक, स्यूडोमोनास सिरिंज के साथ आनुवंशिक इंजीनियरिंग हेरफेर के आधार पर, ठंढ-प्रतिरोधी पौधों को प्राप्त करने के लिए केवल एक अप्रत्यक्ष दृष्टिकोण पर ध्यान दिया जा सकता है। यह सूक्ष्मजीव, पौधों के साथ सह-अस्तित्व में है, शुरुआती ठंढों से उनकी क्षति में योगदान देता है। घटना का तंत्र इस तथ्य के कारण है कि सूक्ष्मजीव की कोशिकाएं एक विशेष प्रोटीन को संश्लेषित करती हैं जो बाहरी झिल्ली में स्थानीयकृत होती है और बर्फ क्रिस्टलीकरण का केंद्र होती है। यह ज्ञात है कि पानी में बर्फ का निर्माण उन पदार्थों पर निर्भर करता है जो बर्फ निर्माण के केंद्र के रूप में काम कर सकते हैं। प्रोटीन, जो पौधे के विभिन्न हिस्सों (पत्तियां, तना, जड़ें) में बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण का कारण बनता है, शुरुआती ठंढों के प्रति संवेदनशील पौधों के ऊतकों को नुकसान पहुंचाने वाले मुख्य कारकों में से एक है। कड़ाई से नियंत्रित परिस्थितियों में किए गए कई प्रयोगों से पता चला है कि बाँझ पौधों को -6 - 8 डिग्री सेल्सियस तक के ठंढों से कोई नुकसान नहीं होता है, जबकि उपयुक्त माइक्रोफ्लोरा वाले पौधों में - 1.5 - 2 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पहले से ही नुकसान होता है। इन जीवाणुओं के उत्परिवर्ती, वे इससे बर्फ के क्रिस्टल के निर्माण का कारण बनने वाले प्रोटीन को संश्लेषित करने की क्षमता खो गई, जिससे बर्फ के निर्माण का तापमान नहीं बढ़ा, और ऐसे माइक्रोफ्लोरा वाले पौधे ठंढ के प्रति प्रतिरोधी थे। आलू के कंदों पर छिड़के गए ऐसे जीवाणुओं की एक किस्म ने पारंपरिक जीवाणुओं से प्रतिस्पर्धा की, जिससे पौधों की ठंढ प्रतिरोध में वृद्धि हुई। शायद ऐसे बैक्टीरिया, जो आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके बनाए गए हैं और बाहरी वातावरण के एक घटक के रूप में उपयोग किए जाते हैं, ठंढ से निपटने में काम आएंगे।

जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की दक्षता में सुधार

आणविक नाइट्रोजन को अमोनियम में बदलने के लिए जिम्मेदार एंजाइम का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है। - नाइट्रोजनेज़। नाइट्रोजन स्थिरीकरण करने वाले सभी जीवों में नाइट्रोजनेज़ की संरचना समान होती है। नाइट्रोजन स्थिरीकरण के दौरान, एक अपरिहार्य शारीरिक स्थिति ऑक्सीजन के प्रभाव में नाइट्रोजनेज़ को विनाश से बचाना है। सबसे अच्छे अध्ययन किए गए नाइट्रोजन फिक्सर राइजोबिया हैं, जो फलियां के साथ सहजीवन बनाते हैं, और मुक्त-जीवित जीवाणु क्लेबसिएला निमोनिया। यह स्थापित किया गया है कि इन जीवाणुओं में 17 जीन, तथाकथित निफ़ जीन, नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए जिम्मेदार हैं। ये सभी जीन एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं और हिस्टिडीन बायोसिंथेसिस एंजाइमों के जीन और शिकिमिक एसिड के अवशोषण को निर्धारित करने वाले जीन के बीच गुणसूत्र पर स्थित हैं। तेजी से बढ़ने वाले राइजोबिया में, निफ़ जीन 200-300 हजार बेस जोड़े वाले मेगाप्लाज्मिड के रूप में मौजूद होते हैं।

नाइट्रोजन निर्धारण जीनों के बीच, ऐसे जीनों की पहचान की गई जो नाइट्रोजनेज़ की संरचना को नियंत्रित करते हैं, इलेक्ट्रॉन परिवहन में शामिल एक प्रोटीन कारक और नियामक जीन। नाइट्रोजन निर्धारण जीन का विनियमन काफी जटिल है, इसलिए बैक्टीरिया से सीधे उच्च पौधों तक नाइट्रोजन-फिक्सिंग फ़ंक्शन के आनुवंशिक रूप से इंजीनियर हस्तांतरण पर अब चर्चा नहीं की जाती है। जैसा कि प्रयोगों से पता चला है, यहां तक ​​कि सबसे सरल यूकेरियोटिक जीव, यीस्ट में भी निफ़ जीन की अभिव्यक्ति प्राप्त करना संभव नहीं था, हालांकि वे 50 पीढ़ियों तक संरक्षित थे।

इन प्रयोगों से पता चला कि डायज़ोट्रॉफी (नाइट्रोजन निर्धारण) विशेष रूप से प्रोकैरियोटिक जीवों की विशेषता है, और निफ़ जीन निफ़ क्षेत्र के बाहर स्थित जीनों द्वारा उनकी अत्यधिक जटिल संरचना और विनियमन के कारण प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स को अलग करने वाली बाधा को दूर करने में असमर्थ थे। Ti प्लास्मिड का उपयोग करके निफ़ जीन को क्लोरोप्लास्ट में स्थानांतरित करना अधिक सफल हो सकता है, क्योंकि क्लोरोप्लास्ट और प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति के तंत्र समान हैं। किसी भी स्थिति में, नाइट्रोजनेज़ को ऑक्सीजन के निरोधात्मक प्रभाव से बचाया जाना चाहिए। इसके अलावा, वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण एक बहुत ही ऊर्जा-गहन प्रक्रिया है। यह संभावना नहीं है कि निफ़ जीन के प्रभाव में एक पौधा अपने चयापचय को इतनी मौलिक रूप से बदल सकता है कि ये सभी स्थितियाँ पैदा कर सकें। यद्यपि यह संभव है कि भविष्य में, आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके, अधिक किफायती रूप से संचालित नाइट्रोजनेज़ कॉम्प्लेक्स बनाना संभव होगा।

निम्नलिखित समस्याओं को हल करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करना अधिक यथार्थवादी है: फलियों को उपनिवेशित करने के लिए राइजोबिया की क्षमता बढ़ाना, आनुवंशिक तंत्र को प्रभावित करके नाइट्रोजन स्थिरीकरण और आत्मसात करने की दक्षता बढ़ाना, उनमें निफ़ जीन को शामिल करके नए नाइट्रोजन स्थिरीकरण सूक्ष्मजीवों का निर्माण करना। , सहजीवन की क्षमता को फलियों से अन्य में स्थानांतरित करना।

जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण की दक्षता में सुधार करने के लिए जेनेटिक इंजीनियरिंग का प्राथमिक लक्ष्य बढ़ी हुई नाइट्रोजन स्थिरीकरण और उपनिवेशण क्षमता के साथ राइजोबिया उपभेदों का निर्माण करना है। राइजोबिया द्वारा फलीदार पौधों का उपनिवेशीकरण बहुत धीमी गति से होता है, उनमें से केवल कुछ ही गांठों को जन्म देते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि राइजोबिया के आक्रमण का स्थान जड़ के विकास बिंदु और निकटतम जड़ बाल के बीच केवल एक छोटा सा क्षेत्र है, जो प्रारंभिक चरण में है। पौधे की जड़ के अन्य सभी भाग और विकसित जड़ के बाल उपनिवेशण के प्रति असंवेदनशील होते हैं। कुछ मामलों में, गठित नोड्यूल नाइट्रोजन को ठीक करने में असमर्थ होते हैं, जो कई पौधों के जीन (कम से कम पांच की पहचान की गई है) पर निर्भर करता है, विशेष रूप से दो अप्रभावी जीन के प्रतिकूल संयोजन पर।

आनुवंशिकी और चयन के पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके, उच्च उपनिवेशण क्षमता वाले राइजोबिया के प्रयोगशाला उपभेदों को प्राप्त करना संभव था। लेकिन मैदानी परिस्थितियों में उन्हें स्थानीय उपभेदों से प्रतिस्पर्धा का अनुभव होता है। उनकी प्रतिस्पर्धात्मकता में वृद्धि, जाहिरा तौर पर, आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके प्राप्त की जा सकती है। जीन प्रतियों को बढ़ाने, उन जीनों के प्रतिलेखन को बढ़ाने, जिनके उत्पाद नाइट्रोजन स्थिरीकरण के कैस्केड तंत्र में "अड़चन" बनाते हैं, मजबूत प्रमोटरों को पेश करके, आदि के आधार पर आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग करके नाइट्रोजन स्थिरीकरण प्रक्रिया की दक्षता बढ़ाना संभव है। नाइट्रोजन की दक्षता बढ़ाने के लिए स्वयं जेनेज़ प्रणाली महत्वपूर्ण है, जो आणविक नाइट्रोजन को सीधे अमोनिया में कम कर देती है।

प्रकाश संश्लेषण की क्षमता बढ़ाना

C4 पौधों की विशेषता उच्च विकास दर और प्रकाश संश्लेषण की दर है; उनमें वस्तुतः कोई दृश्यमान प्रकाश श्वसन नहीं होता है। C3 पौधों से संबंधित अधिकांश फसलों में प्रकाश श्वसन की तीव्रता अधिक होती है। प्रकाश संश्लेषण और प्रकाश श्वसन बारीकी से संबंधित प्रक्रियाएं हैं, जो एक ही प्रमुख एंजाइम - राइबुलोज बिस्फोस्फेट कार्बोक्सिलेज (आरयूबीपीसी) की द्विकार्यात्मक गतिविधि पर आधारित हैं। आरयूबीपी कार्बोक्सिलेज न केवल CO2, बल्कि O2 भी जोड़ सकता है, यानी यह कार्बोक्सिलेशन और ऑक्सीजनेशन प्रतिक्रियाएं करता है। जब आरयूबीपी को ऑक्सीजनित किया जाता है, तो फॉस्फोग्लाइकोलेट बनता है, जो फोटोरेस्पिरेशन के मुख्य सब्सट्रेट के रूप में कार्य करता है - प्रकाश में CO2 रिलीज की प्रक्रिया, जिसके परिणामस्वरूप कुछ प्रकाश संश्लेषक उत्पाद खो जाते हैं। C4 पौधों में कम फोटोरेस्पिरेशन को ग्लाइकोलेट मार्ग के एंजाइमों की अनुपस्थिति से नहीं, बल्कि ऑक्सीजनेज प्रतिक्रिया की सीमा के साथ-साथ CO2 फोटोरेस्पिरेशन के पुनर्मिलन द्वारा समझाया गया है।

जेनेटिक इंजीनियरिंग के सामने आने वाली चुनौतियों में से एक प्रमुख कार्बोक्सिलेज गतिविधि के साथ आरयूबीपीए बनाने की संभावना का अध्ययन करना है।

नये गुणों वाले पौधे प्राप्त करना

हाल के वर्षों में, वैज्ञानिक "एंटीसेंस आरएनए" (रिवर्स या एंटीसेंस आरएनए) के साथ ट्रांसजेनिक पौधों का उत्पादन करने के लिए एक नए दृष्टिकोण का उपयोग कर रहे हैं, जो उन्हें रुचि के जीन के संचालन को नियंत्रित करने की अनुमति देता है। इस मामले में, एक वेक्टर का निर्माण करते समय, सम्मिलित जीन की डीएनए कॉपी (सी-डीएनए) को 180° घुमाया जाता है। परिणामस्वरूप, ट्रांसजेनिक पौधे में एक सामान्य एमआरएनए अणु और एक उल्टा अणु बनता है, जो सामान्य एमआरएनए की पूरकता के कारण इसके साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाता है और एन्कोडेड प्रोटीन संश्लेषित नहीं होता है।

इस दृष्टिकोण का उपयोग बेहतर फल गुणवत्ता वाले ट्रांसजेनिक टमाटर के पौधे प्राप्त करने के लिए किया गया था। वेक्टर में पीजी जीन का सी-डीएनए शामिल है, जो पॉलीगैलेक्टुरोनेज़ के संश्लेषण को नियंत्रित करता है, एक एंजाइम जो पेक्टिन के विनाश में शामिल है, जो पौधों के ऊतकों के अंतरकोशिकीय स्थान का मुख्य घटक है। पीजी जीन उत्पाद को टमाटर के फलों के पकने की अवधि के दौरान संश्लेषित किया जाता है, और इसकी मात्रा में वृद्धि से टमाटर नरम हो जाते हैं, जिससे उनकी शेल्फ लाइफ काफी कम हो जाती है। ट्रांसजीन में इस जीन को निष्क्रिय करने से नए फलों के गुणों वाले टमाटर के पौधे प्राप्त करना संभव हो गया, जो न केवल लंबे समय तक टिके रहे, बल्कि पौधे स्वयं फंगल रोगों के प्रति अधिक प्रतिरोधी थे।

टमाटर के पकने के समय को विनियमित करने के लिए उसी दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है, और इस मामले में ईएफई (एथिलीन बनाने वाला एंजाइम) जीन को लक्ष्य के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसका उत्पाद एथिलीन जैवसंश्लेषण में शामिल एक एंजाइम है। एथिलीन एक गैसीय हार्मोन है, जिसका एक कार्य फलों के पकने की प्रक्रिया को नियंत्रित करना है।

जीन अभिव्यक्ति को संशोधित करने के लिए एंटीसेंस निर्माण की रणनीति व्यापक रूप से लागू होती है। इस रणनीति का उपयोग न केवल नए गुणों वाले पौधों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है, बल्कि पौधों के आनुवंशिकी में मौलिक अनुसंधान के लिए भी किया जाता है। यह पादप आनुवंशिक इंजीनियरिंग में एक और दिशा का उल्लेख करने योग्य है, जिसका उपयोग हाल तक मुख्य रूप से मौलिक अनुसंधान में किया जाता था - पौधों के विकास में हार्मोन की भूमिका का अध्ययन करने के लिए। प्रयोगों का सार कुछ जीवाणु हार्मोनल जीन के संयोजन के साथ ट्रांसजेनिक पौधों को प्राप्त करना था, उदाहरण के लिए, केवल आईएएएम या आईपीटी, आदि। इन प्रयोगों ने पौधों के विभेदन में ऑक्सिन और साइटोकिनिन की भूमिका को प्रदर्शित करने में महत्वपूर्ण योगदान दिया।

हाल के वर्षों में, इस दृष्टिकोण का उपयोग व्यावहारिक चयन में किया जाने लगा है। यह पता चला कि डेफ जीन (एक जीन जो केवल फलों में व्यक्त होता है) के प्रमोटर के तहत स्थित आईएएएम जीन वाले ट्रांसजेनिक पौधों के फल पार्थेनोकार्पिक होते हैं, यानी परागण के बिना बनते हैं। पार्थेनोकार्पिक फलों की विशेषता या तो बीजों की पूर्ण अनुपस्थिति या उनकी बहुत कम संख्या है, जिससे "अतिरिक्त बीज" की समस्या को हल करना संभव हो जाता है, उदाहरण के लिए तरबूज, खट्टे फल, आदि। ट्रांसजेनिक तोरी के पौधे पहले ही प्राप्त किए जा चुके हैं, जो आम तौर पर नियंत्रण वाले पौधों से भिन्न नहीं होते हैं, लेकिन व्यावहारिक रूप से उनमें बीज नहीं होते हैं।

उत्परिवर्तन प्राप्त करने के लिए वैज्ञानिक सक्रिय रूप से ऑन्कोजीन से रहित निहत्थे टीआई-प्लास्मिड का उपयोग करते हैं। इस विधि को टी-डीएनए इंसर्शनल म्यूटेनेसिस कहा जाता है। टी-डीएनए, एक पौधे के जीनोम में एकीकृत होने पर, उस जीन को बंद कर देता है जिसमें इसे एकीकृत किया गया था, और कार्य के नुकसान से, उत्परिवर्ती को आसानी से चुना जा सकता है (साइलेंसिंग की घटना - जीन साइलेंसिंग)। यह विधि इस मायने में भी उल्लेखनीय है कि यह संबंधित जीन का तुरंत पता लगाने और क्लोन करने की अनुमति देती है। वर्तमान में, इस तरह से कई नए पौधों के उत्परिवर्तन प्राप्त किए गए हैं और संबंधित जीन का क्लोन बनाया गया है। टी-डीएनए उत्परिवर्तन के आधार पर एम. ए. रेमेन्सकोय ने लेट ब्लाइट के लिए गैर-विशिष्ट प्रतिरोध वाले टमाटर के पौधे प्राप्त किए। कार्य का एक अन्य पहलू भी कम दिलचस्प नहीं है - परिवर्तित सजावटी गुणों वाले ट्रांसजेनिक पौधे प्राप्त किए गए हैं।

एक उदाहरण रंग-बिरंगे फूलों वाले पेटुनिया पौधों का उत्पादन है। इसके बाद नीले गुलाब हैं जिनमें एक जीन है जो डेल्फीनियम से क्लोन किए गए नीले रंगद्रव्य के संश्लेषण को नियंत्रित करता है।



रणनीतिक कंप्यूटर गेम स्टारक्राफ्ट के ब्रह्मांड में, ज़र्ग की अलौकिक जाति इस तथ्य के लिए उल्लेखनीय है कि इसने अन्य जीवों की आनुवंशिक सामग्री को आत्मसात करना और अपने स्वयं के जीन को बदलना, बदलना और नई परिस्थितियों के अनुकूल होना सीख लिया है। यह, पहली नज़र में, शानदार विचार जितना लगता है उससे कहीं अधिक जीवित जीवों की वास्तविक क्षमताओं के करीब है।

आज हम डीएनए के बारे में बहुत कुछ जानते हैं: दो मिलियन से अधिक वैज्ञानिक प्रकाशन इस डबल-स्ट्रैंडेड अणु के लिए समर्पित हैं। एक डीएनए अणु को चार अक्षरों (न्यूक्लियोटाइड्स) की वर्णमाला का उपयोग करके लिखा गया एक पाठ माना जा सकता है। किसी भी जीव के गुणसूत्र बनाने वाले सभी न्यूक्लियोटाइडों की समग्रता को जीनोम कहा जाता है। मानव जीनोम में लगभग तीन अरब "अक्षर" होते हैं।

जीनोम के अलग-अलग खंड अलग-अलग जीन होते हैं - कार्यात्मक तत्व जो विशिष्ट प्रोटीन के संश्लेषण के लिए सबसे अधिक जिम्मेदार होते हैं। मनुष्य में लगभग 20,000 प्रोटीन-कोडिंग जीन होते हैं। प्रोटीन, डीएनए अणुओं की तरह, पॉलिमर हैं, लेकिन उनमें न्यूक्लियोटाइड नहीं, बल्कि अमीनो एसिड होते हैं। प्रोटीन बनाने वाले अमीनो एसिड की "वर्णमाला" में 20 अणु होते हैं। किसी जीन के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को जानने के बाद, उसके द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन के अमीनो एसिड अनुक्रम को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव है। तथ्य यह है कि सभी जीव समान (मामूली बदलाव के साथ) अच्छी तरह से अध्ययन किए गए आनुवंशिक कोड का उपयोग करते हैं - कुछ अमीनो एसिड के लिए कोडन (न्यूक्लियोटाइड के ट्रिपल) के मिलान के नियम। यह बहुमुखी प्रतिभा एक जीव के जीन को दूसरे जीव में काम करने की अनुमति देती है और फिर भी उसी प्रोटीन का उत्पादन करती है।

प्राकृतिक इंजीनियरिंग

पौधों की जेनेटिक इंजीनियरिंग के मुख्य तरीकों में से एक में एग्रोबैक्टीरिया और पौधों के जीनोम को संशोधित करने के लिए उनके द्वारा विकसित तंत्र का उपयोग किया जाता है (पीएम नंबर 10 "2005 देखें)। मिट्टी में रहने वाले एग्रोबैक्टीरिया के जीन विशेष प्रोटीन को एनकोड करते हैं जो एक निश्चित डीएनए को "खींच" सकते हैं अणु को पौधे की कोशिका में डालें और इसे पौधे के जीनोम में एकीकृत करें और इस तरह पौधे को बैक्टीरिया के लिए आवश्यक पोषक तत्वों का उत्पादन करने के लिए मजबूर करें। वैज्ञानिकों ने इस विचार को लिया और बैक्टीरिया के लिए आवश्यक जीन को उन जीनों से प्रतिस्थापित करके उपयोग में लाया जो आवश्यक प्रोटीन के लिए कोड करते हैं। कृषि। उदाहरण के लिए, बीटी विषाक्त पदार्थ, जो मिट्टी के जीवाणुओं द्वारा उत्पन्न होते हैं बैसिलस थुरिंजिनिसिस, स्तनधारियों के लिए बिल्कुल सुरक्षित और कुछ कीड़ों के लिए जहरीला, या प्रोटीन जो पौधे को एक विशिष्ट शाकनाशी के प्रति प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

बैक्टीरिया के लिए जीन का आदान-प्रदान, यहां तक ​​​​कि असंबंधित भी, एक बहुत ही सामान्य घटना है। यही कारण है कि पेनिसिलिन के प्रति प्रतिरोधी रोगाणु इसके बड़े पैमाने पर उपयोग की शुरुआत के कुछ ही वर्षों बाद दिखाई दिए, और आज एंटीबायोटिक प्रतिरोध की समस्या चिकित्सा में सबसे चिंताजनक में से एक बन गई है।

वायरस से लेकर जीवों तक

प्राकृतिक "जेनेटिक इंजीनियरिंग" में न केवल बैक्टीरिया, बल्कि वायरस भी शामिल हैं। मनुष्यों सहित कई जीवों के जीनोम में ट्रांसपोज़न होते हैं - पूर्व वायरस जो लंबे समय से मेजबान के डीएनए में एकीकृत होते हैं और, एक नियम के रूप में, मेजबान को नुकसान पहुंचाए बिना, जीनोम में एक स्थान से दूसरे स्थान पर "कूद" सकते हैं।

रेट्रोवायरस (जैसे एचआईवी) अपनी आनुवंशिक सामग्री को सीधे यूकेरियोटिक कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, मानव कोशिकाओं) के जीनोम में डालने में सक्षम हैं। एडेनोवायरस अपनी आनुवंशिक जानकारी को जानवरों और पौधों के जीनोम में एकीकृत नहीं करते हैं: उनके जीन इसके बिना चालू और काम कर सकते हैं। ये और अन्य वायरस वंशानुगत बीमारियों की एक पूरी श्रृंखला के इलाज के लिए जीन थेरेपी में सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं।

इस प्रकार, प्राकृतिक आनुवंशिक इंजीनियरिंग प्रकृति में बहुत व्यापक रूप से उपयोग की जाती है और पर्यावरण के लिए जीवों के अनुकूलन में एक बड़ी भूमिका निभाती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि सभी जीवित जीव लगातार यादृच्छिक उत्परिवर्तन के माध्यम से आनुवंशिक परिवर्तनों के अधीन होते हैं। इससे एक महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकलता है: वास्तव में, प्रत्येक जीव (क्लोन को छोड़कर) अपने पूर्वजों की तुलना में अद्वितीय और आनुवंशिक रूप से संशोधित होता है। उसके पास नए उत्परिवर्तन और पहले से मौजूद जीन वेरिएंट के नए संयोजन दोनों हैं - किसी भी बच्चे के जीनोम में दर्जनों आनुवंशिक वेरिएंट पाए जाते हैं जो माता-पिता में से किसी में भी नहीं थे। नए उत्परिवर्तनों के उद्भव के अलावा, प्रत्येक पीढ़ी में यौन प्रजनन के दौरान माता-पिता में पहले से मौजूद आनुवंशिक वेरिएंट का एक नया संयोजन उत्पन्न होता है।

प्रयोगों में परीक्षण किया गया

आज, आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों (जीएमओ) युक्त खाद्य उत्पादों की सुरक्षा पर सक्रिय रूप से चर्चा की जा रही है। मनुष्यों द्वारा किए गए जेनेटिक इंजीनियरिंग के उत्पादों के लिए, "आनुवंशिक रूप से आधुनिक जीव" शब्द अधिक उपयुक्त है, क्योंकि जेनेटिक इंजीनियरिंग आनुवंशिक परिवर्तनों की उन प्रक्रियाओं को तेज करना संभव बनाती है जो प्रकृति में स्वतंत्र रूप से होती हैं और उन्हें मनुष्यों द्वारा वांछित दिशा में निर्देशित करती हैं। . हालाँकि, आनुवंशिक आधुनिकीकरण के तंत्र और आनुवंशिक संशोधन की प्राकृतिक प्रक्रियाओं के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं हैं, इसलिए यह उचित रूप से माना जा सकता है कि जीएम भोजन का उत्पादन अतिरिक्त जोखिम पैदा नहीं करता है।

हालाँकि, किसी भी वैज्ञानिक परिकल्पना की तरह, जीएमओ की सुरक्षा के लिए प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता थी। जीएमओ के विरोधियों के कई दावों के विपरीत, इस मुद्दे का दशकों से बहुत सावधानी से अध्ययन किया गया है। इस वर्ष पत्रिका में जैव प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण समीक्षाएँपिछले दस वर्षों में जीएमओ की सुरक्षा की जांच करने वाले लगभग 1,800 वैज्ञानिक पत्रों की समीक्षा प्रकाशित की गई थी। केवल तीन अध्ययनों ने तीन विशिष्ट जीएम किस्मों के नकारात्मक प्रभाव के बारे में संदेह जताया, लेकिन ये संदेह उचित नहीं थे; दो और मामलों में, जीएम किस्मों की संभावित एलर्जी स्थापित की गई थी। एकमात्र पुष्टि किए गए मामले में जीएम सोयाबीन किस्म में ब्राज़ील नट जीन डाला गया था। ऐसे मामलों में मानक, एक नई जीएम किस्म के प्रोटीन के प्रति एलर्जी से पीड़ित लोगों के रक्त सीरम की प्रतिक्रिया का परीक्षण करने से खतरे का अस्तित्व दिखा, और डेवलपर्स ने इस किस्म को बाजार में बढ़ावा देने से इनकार कर दिया।

इसके अलावा जर्नल में प्रकाशित 2012 की समीक्षा का भी अलग से जिक्र करना जरूरी है खाद्य और रासायनिक विष विज्ञान, जिसमें जानवरों की कई (दो से पांच) पीढ़ियों पर भोजन में जीएमओ की खपत की सुरक्षा पर 12 अध्ययन और भोजन में जीएमओ की दीर्घकालिक (तीन महीने से दो साल तक) खपत पर अन्य 12 पशु अध्ययन शामिल थे। समीक्षा के लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि जीएमओ का कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं है (गैर-आधुनिकीकृत एनालॉग्स की तुलना में)।

निंदनीय खुलासे

कुछ कार्यों को लेकर जिज्ञासाएँ उठती हैं जो कथित तौर पर कुछ जीएम पौधों की किस्मों के नुकसान को दर्शाते हैं। एक विशिष्ट उदाहरण जिसे जीएमओ के विरोधी उद्धृत करना पसंद करते हैं वह जर्नल में फ्रांसीसी शोधकर्ता सेरालिनी का सनसनीखेज प्रकाशन है। खाद्य और रासायनिक विष विज्ञान, जिन्होंने दावा किया कि जीएम मकई चूहों में कैंसर और मृत्यु दर में वृद्धि का कारण बनता है। वैज्ञानिक समुदाय में, सेरालिनी के काम पर गरमागरम चर्चा हुई, लेकिन इसलिए नहीं कि शोधकर्ता ने कुछ अद्वितीय डेटा प्राप्त किया और प्रकाशित किया। इसका कारण यह था कि, वैज्ञानिक दृष्टिकोण से, कार्य अत्यंत लापरवाही से किया गया था और इसमें पहली नज़र में ही ध्यान देने योग्य गंभीर त्रुटियाँ थीं।

फिर भी, सेरालिनी की बड़े ट्यूमर वाले चूहों की तस्वीरों ने जनता पर भारी प्रभाव डाला। इस तथ्य के बावजूद कि उनका लेख वस्तुनिष्ठ आलोचना का सामना नहीं कर सका और पत्रिका से वापस ले लिया गया, इसे जीएमओ के विरोधियों द्वारा उद्धृत किया जाना जारी है, जो स्पष्ट रूप से मुद्दे के वैज्ञानिक पक्ष में रुचि नहीं रखते हैं, और बीमार चूहों की तस्वीरें अभी भी दिखाई जाती हैं। स्क्रीन.

मीडिया और समग्र रूप से समाज में जीएमओ के संभावित खतरों की वैज्ञानिक स्तर पर चर्चा आश्चर्यजनक रूप से अनुभवहीन है। स्टोर अलमारियों पर आप स्टार्च, नमक और यहां तक ​​कि "गैर-जीएमओ" पानी भी पा सकते हैं। जीएमओ लगातार परिरक्षकों, कीटनाशकों, सिंथेटिक उर्वरकों और खाद्य योजकों के साथ भ्रमित रहते हैं, जिनसे जेनेटिक इंजीनियरिंग का कोई सीधा संबंध नहीं है। इस तरह की चर्चाएँ वास्तविक खाद्य सुरक्षा समस्याओं से दूर अटकलों और अवधारणाओं के प्रतिस्थापन के दायरे में ले जाती हैं।

खतरे - वास्तविक भी और नहीं भी

हालाँकि, न तो यह लेख और न ही अन्य वैज्ञानिक कार्य यह साबित करने की कोशिश कर रहे हैं कि जीएमओ "बिल्कुल सुरक्षित" हैं। वास्तव में, कोई भी खाद्य उत्पाद पूरी तरह से सुरक्षित नहीं है, क्योंकि पेरासेलसस ने प्रसिद्ध वाक्यांश कहा था: “सब कुछ जहर है, और कुछ भी जहरीला नहीं है; बस एक खुराक जहर को अदृश्य कर देती है।” यहां तक ​​​​कि साधारण आलू भी एलर्जी का कारण बन सकते हैं, और हरे आलू में जहरीले एल्कलॉइड - सोलनिन होते हैं।

क्या नए जीन के प्रवेश के परिणामस्वरूप मौजूदा पौधों के जीन का संचालन किसी तरह बदल सकता है? हाँ, यह हो सकता है, लेकिन कोई भी जीव जीन की कार्यप्रणाली में परिवर्तन से प्रतिरक्षित नहीं है। क्या आनुवंशिक इंजीनियरिंग के परिणामस्वरूप पौधों की एक नई किस्म सामने आ सकती है जो कृषि भूमि से परे फैल जाएगी और किसी तरह पारिस्थितिकी तंत्र को प्रभावित करेगी? सैद्धांतिक रूप से, यह संभव है, लेकिन यह प्रकृति में हर जगह होता है: नई प्रजातियां दिखाई देती हैं, पारिस्थितिक तंत्र बदलते हैं, कुछ प्रजातियां मर जाती हैं, अन्य उनकी जगह ले लेती हैं। हालाँकि, यह मानने का कोई कारण नहीं है कि आनुवंशिक इंजीनियरिंग पर्यावरण या मानव या पशु स्वास्थ्य के लिए अतिरिक्त जोखिम पैदा करती है। लेकिन मीडिया में इन खतरों का लगातार ढिंढोरा पीटा जाता है। क्यों?

जीएमओ बाजार पर काफी हद तक एकाधिकार है। दिग्गजों में मोन्सेंटो पहले स्थान पर है। बेशक, जीएम बीजों और प्रौद्योगिकियों के बड़े उत्पादक मुनाफे में रुचि रखते हैं, उनके अपने हित और अपनी लॉबी हैं। लेकिन वे हवा से पैसा नहीं कमाते हैं, बल्कि मानवता को उन्नत कृषि प्रौद्योगिकियों की पेशकश करके कमाते हैं, जिसके लिए निर्माता सबसे ठोस तरीके से वोट करते हैं - डॉलर, पेसोस, युआन, आदि में।

पुरानी तकनीकों का उपयोग करके उगाए गए और इसलिए अधिक महंगे (लेकिन उच्च गुणवत्ता वाले नहीं) "जैविक" उत्पादों के मुख्य उत्पादक और आपूर्तिकर्ता भी छोटे किसान नहीं हैं, बल्कि अरबों डॉलर के कारोबार वाली बड़ी कंपनियां हैं। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, 2012 में जैविक उत्पादों का बाज़ार 31 अरब डॉलर का था। यह एक गंभीर व्यवसाय है, और चूंकि जैविक उत्पादों का जीएमओ पर कोई लाभ नहीं है, लेकिन उत्पादन करना अधिक महंगा है, इसलिए वे जीएम किस्मों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकते हैं। बाज़ार के तरीके. इसलिए, मीडिया के माध्यम से, हमें भोले-भाले उपभोक्ताओं के मन में पौराणिक "स्कॉर्पियो जीन" का निराधार डर पैदा करना होगा, जो महंगे और कम तकनीक वाले "जैविक उत्पादों" की मांग पैदा करता है। इसके अलावा, जीएमओ के विरोधियों ने प्रोटीन का उत्पादन करने वाली आनुवंशिक रूप से संशोधित किस्मों के गंभीर खतरों का वर्णन किया है बी. थुरिंगिएन्सिस, वे आमतौर पर यह उल्लेख करना भूल जाते हैं कि ऐसी फसलों या उनसे अलग किए गए प्रोटीन पर आधारित तैयारियों को "जैविक खेती" में अनुमति दी जाती है (और व्यापक रूप से उपयोग की जाती है)। साथ ही प्राकृतिक खाद, जो रोगजनक बैक्टीरिया और अन्य प्राकृतिक गंदगी का एक स्रोत हो सकता है।

थोड़ी राजनीति

आज, जेनेटिक इंजीनियरिंग सुरक्षा की दृष्टि से सबसे अधिक अध्ययन की जाने वाली तकनीकों में से एक है। यह आपको उच्च गुणवत्ता वाले खाद्य उत्पाद बनाने, खेतों में उपयोग किए जाने वाले कीटनाशकों की मात्रा को कम करने और पर्यावरण की रक्षा करने की अनुमति देता है (हां, रक्षा करें: "नियमित" किस्मों की तुलना में बीटी किस्मों के साथ बोए गए खेतों में अधिक कीड़े और पक्षी रहते हैं, जिन्हें नियमित रूप से करना पड़ता है कीटनाशकों से उपचारित)।

लेकिन जीएमओ के खिलाफ "लड़ाई" का एक और कारण है - विशुद्ध रूप से राजनीतिक। जो देश जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में काफी पीछे हैं, वे दूसरे देशों के सस्ते उत्पादों को अपने बाजार में आने से रोकने का कारण ढूंढने की कोशिश कर रहे हैं। हालाँकि, विदेशी उत्पादों से घरेलू उत्पादकों की ऐसी सुरक्षा केवल तभी समझ में आती है जब यह प्रतिस्पर्धी स्थिति में अपनी प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए समय खरीदने में मदद करती है। यदि ऐसा नहीं किया गया तो विश्व वैज्ञानिक एवं तकनीकी स्तर पर पिछड़ जाने का गंभीर खतरा है। हमेशा के लिए।

अनुवंशिक संशोधन ( जीएम) - आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीक का उपयोग करके, एक दाता जीव से लिए गए एक या अधिक जीनों को दूसरे में प्रविष्ट करके जीवित जीव के जीनोम को बदलना। इस तरह के परिचय (स्थानांतरण) के बाद, परिणामी पौधे को आनुवंशिक रूप से संशोधित, या ट्रांसजेनिक कहा जाएगा। पारंपरिक प्रजनन के विपरीत, पौधे का मूल जीनोम लगभग प्रभावित नहीं होता है और पौधे को नई विशेषताएं प्राप्त होती हैं जो पहले उसके पास नहीं थीं। ऐसी विशेषताओं (विशेषताएं, गुण) में शामिल हैं: विभिन्न पर्यावरणीय कारकों (ठंढ, सूखा, नमी, आदि) का प्रतिरोध, रोग, कीट, बेहतर विकास गुण, शाकनाशी, कीटनाशकों का प्रतिरोध। अंत में, वैज्ञानिक पौधों के पोषण गुणों को बदल सकते हैं: स्वाद, सुगंध, कैलोरी सामग्री, भंडारण समय। जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके, फसल की पैदावार बढ़ाना संभव है, जो बहुत महत्वपूर्ण है, यह देखते हुए कि दुनिया की आबादी हर साल बढ़ रही है और विकासशील देशों में भूखे लोगों की संख्या बढ़ रही है।

पारंपरिक प्रजनन के साथ, एक नई किस्म केवल एक प्रजाति के भीतर ही प्राप्त की जा सकती है। उदाहरण के लिए, चावल की विभिन्न किस्मों को एक-दूसरे के साथ संकरण करके चावल की एक बिल्कुल नई किस्म विकसित की जा सकती है। यह एक संकर संयोजन उत्पन्न करता है, जिसमें से ब्रीडर केवल उन्हीं रूपों का चयन करता है जिनमें उसकी रुचि होती है।

चूंकि संकरण अलग-अलग पौधों के बीच होता है, इसलिए ऐसी विविधता विकसित करना लगभग असंभव है जिसमें वे विशेषताएं हों जिनमें हम रुचि रखते हैं, जो बाद की पीढ़ियों को विरासत में मिलेंगी। ऐसी समस्या को सुलझाने में काफी समय लगता है। यदि गेहूं की एक नई किस्म विकसित करना और इस किस्म के लिए चावल की कुछ विशेषताओं को प्राप्त करना आवश्यक है, तो पारंपरिक चयन शक्तिहीन है। यह बचाव के लिए आया; जब इसका उपयोग किया जाता है, तो कुछ विशेषताओं (गुणों) को प्रायोगिक संयंत्र में स्थानांतरित करना संभव है और यह सब स्तर पर किया जाएगा डीएनए, व्यक्तिगत जीन। इसी तरह, उदाहरण के लिए, आप गेहूं को स्थानांतरित कर सकते हैं जीनठंढ प्रतिरोध।

आनुवंशिक संशोधन की विधि, कम से कम सैद्धांतिक रूप से, उन व्यक्तिगत जीनों को अलग करना संभव बनाती है जो जीवित जीवों के कुछ गुणों के लिए ज़िम्मेदार हैं और उन्हें पूरी तरह से अलग जीवों में ग्राफ्ट करते हैं, जिससे एक नई प्रजाति बनाने में लगने वाला समय काफी कम हो जाता है। इसीलिए दुनिया भर के कई प्रजनक और वैज्ञानिक नई किस्में विकसित करते समय इस तकनीक का उपयोग करते हैं। वर्तमान में, कृषि फसलों की कुछ व्यावसायिक किस्में पहले ही विकसित की जा चुकी हैं जो कीटनाशकों (शाकनाशी), कीटों और बीमारियों के प्रति प्रतिरोधी हैं। इसके अलावा, बेहतर स्वाद और सूखे और पाले के प्रति प्रतिरोधक क्षमता वाली किस्में भी प्राप्त की गई हैं।

"जीनोम संपादक"। जिंक फिंगर्स से लेकर CRISPR तक

आनुवंशिक सामग्री में हेरफेर करने के तरीकों के उद्भव ने जीव विज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा में एक वास्तविक क्रांति ला दी। जीवित जीवों के जीनोम में लक्षित हस्तक्षेप ने कई प्रकार की समस्याओं को हल करना संभव बना दिया है, जिसमें नए मूल्यवान गुणों वाले बैक्टीरिया, पौधों और जानवरों की संशोधित प्रजातियों के निर्माण से लेकर नई दवाओं के निर्माण के लिए आवश्यक सेलुलर मॉडल शामिल हैं। जीन थेरेपी विधियों का विकास, जो जन्मजात आनुवंशिक विकारों को ठीक करने की संभावनाएं खोलता है

लेकिन किसी कोशिका के "पवित्रों के पवित्र" - उसकी वंशानुगत सामग्री - पर सफलतापूर्वक आक्रमण करने के लिए, ऐसी प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है जो इसे दिए गए क्षेत्रों में डीएनए अणुओं को विभाजित करने और जोड़ने की अनुमति देती हैं। इस क्षेत्र में वास्तव में क्रांतिकारी सफलता कुछ साल पहले हुई थी, जब "जीवाणु प्रतिरक्षा" के तंत्र के आधार पर, एक सरल आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधि, सीआरआईएसपीआर/कैस विकसित की गई थी, जो डीएनए के विशिष्ट क्षेत्रों पर सटीक प्रभाव प्रदान करती है। इस पद्धति ने उच्च जीवों के जीनोम स्तर पर हेरफेर के लिए मौलिक रूप से नई संभावनाएं खोल दी हैं, जिससे बिंदु उत्परिवर्तन, सुधार, टुकड़ों के सम्मिलन या विलोपन और यहां तक ​​कि पूरे जीन की शुरूआत की अनुमति मिलती है।

किसी कोशिका के "पवित्र स्थान" पर सफलतापूर्वक आक्रमण करने के लिए - इसकी वंशानुगत सामग्री, प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है जो इसे दिए गए क्षेत्रों में डीएनए अणुओं को विभाजित करने और जोड़ने की अनुमति देती हैं।

इन उद्देश्यों के लिए, आप प्रतिबंध एंजाइमों का उपयोग कर सकते हैं - एंजाइम जो कुछ छोटे न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को पहचान सकते हैं और उनके साथ डीएनए अणु को विभाजित कर सकते हैं। न्यूक्लियोटाइड टुकड़ों को जोड़ने के लिए, डीएनए लिगेज एंजाइम का उपयोग किया जाता है, जो प्राकृतिक एंजाइम परिसरों का हिस्सा हैं जो डीएनए संरचना में क्षति को ठीक (मरम्मत) करते हैं। डीएनए "क्रॉस-लिंकिंग" को पुनर्संयोजन प्रणाली के एंजाइम कॉम्प्लेक्स द्वारा भी किया जा सकता है, जिसके कारण रोगाणु कोशिकाओं के निर्माण के दौरान जीनोमिक डीएनए के भीतर समजात टुकड़ों का आदान-प्रदान होता है।

1960 और 1970 के दशक में प्रतिबंध एंजाइमों और डीएनए लिगेज की खोज। आनुवंशिक इंजीनियरिंग के उद्भव के लिए प्रेरणा बन गई: इन एंजाइमों की मदद से डीएनए को दिए गए टुकड़ों में विभाजित करना और उन्हें फिर से जोड़ना, नए आनुवंशिक निर्माण करना संभव हो गया। इस प्रकार बैक्टीरिया और वायरल जीनोम के विभिन्न प्रकार प्राप्त किए गए (और अब प्राप्त किए जा रहे हैं)।

हालाँकि, उपकरणों के इस सेट का उपयोग करके उच्च जीवों के बड़े, जटिल जीनोम में हेरफेर करना बेहद मुश्किल साबित हुआ है। समस्या यह थी कि प्रतिबंध एंजाइम केवल अपेक्षाकृत छोटे डीएनए अनुक्रमों को "पहचान" सकते थे। यह विशिष्टता वायरस और बैक्टीरिया के छोटे डीएनए के साथ काम करने के लिए काफी पर्याप्त है, क्योंकि एक ही जीवाणु डीएनए के भीतर विशिष्ट लघु न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम बहुत बार नहीं पाए जाते हैं। इसलिए, एक प्रतिबंध एंजाइम का चयन करना लगभग हमेशा संभव होता है जो बैक्टीरिया के डीएनए को काफी छोटे टुकड़ों में विभाजित कर देगा, जिसमें से आवश्यक टुकड़ों का चयन किया जा सकता है। यदि आप भाग्यशाली हैं, तो आप एक ऐसे एंजाइम का चयन करने में भी सक्षम हो सकते हैं जो डीएनए को एक सटीक परिभाषित स्थान पर विभाजित कर देगा।

लेकिन पौधों और जानवरों के जीनोम के साथ काम करने के लिए प्रतिबंध एंजाइमों की विशिष्टता पूरी तरह से अपर्याप्त है। ऐसे जीनोम में कई छोटे न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होते हैं जिन्हें प्रतिबंध एंजाइमों द्वारा पहचाना जाता है, इसलिए एक विशिष्ट क्षेत्र को लक्षित करना असंभव हो जाता है। इस बीच, जैव प्रौद्योगिकी और मौलिक चिकित्सा में सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं की एक बड़ी संख्या को हल करने के लिए, मनुष्यों सहित उच्च जीवों के जीनोम में कुछ डीएनए वर्गों पर लक्षित प्रभाव डालने के लिए प्रभावी और सटीक उपकरणों की आवश्यकता थी।

सबसे पहले काइमेरा थे

जटिल जीनोम को संपादित करने के तरीके बनाने के पहले प्रयासों में ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स (लघु न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम) के रूप में "कृत्रिम एंजाइम" का निर्माण शामिल था, जो लक्ष्य डीएनए संरचना में कुछ अनुक्रमों को चुनिंदा रूप से बांध सकता था और डीएनए को तोड़ने में सक्षम रासायनिक समूहों को ले जा सकता था ( नॉर्रे, व्लासोव, 1985)। हालाँकि, अभी तक इस आधार पर डीएनए क्लीवेज के लिए प्रभावी तरीके बनाना संभव नहीं हो सका है।

वास्तव में काम करने वाला दृष्टिकोण काइमेरिक न्यूक्लियस का निर्माण निकला - दो संरचनात्मक इकाइयों वाले जटिल प्रोटीन, जिनमें से एक डीएनए दरार को उत्प्रेरित करता है, और दूसरा लक्ष्य अणु में कुछ न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों को चुनिंदा रूप से बांधने में सक्षम है, जो कार्रवाई को निर्देशित करता है। इस साइट पर न्यूक्लियस। इस तरह के काइमेरिक न्यूक्लिअस को सीधे कोशिका में "उत्पादित" किया जा सकता है: इस उद्देश्य के लिए, उपयुक्त आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए निर्माण (वेक्टर) एन्कोडिंग न्यूक्लिअस को इसमें पेश किया जाता है। ऐसे वैक्टरों को एक परमाणु स्थानीयकरण संकेत के साथ आपूर्ति की जाती है - एक प्रोटीन संरचना जो कोशिका नाभिक में जीनोमिक डीएनए में निर्माण के प्रवेश को सुनिश्चित करती है।

काइमेरिक न्यूक्लिअस में सबसे पहले जिंक-फिंगर न्यूक्लिअस थे, जिनमें लक्ष्यीकरण संरचनाओं के रूप में तथाकथित "जिंक फिंगर" होते हैं। उत्तरार्द्ध प्रोटीन डोमेन (प्रोटीन की तृतीयक संरचना के काफी स्थिर और स्वतंत्र तत्व) हैं, जिसमें एक जस्ता अणु होता है और वास्तव में आकार में एक उंगली जैसा दिखता है (किम) और अन्य।, 1996). प्रत्येक "जस्ता उंगली" "पहचानने" में सक्षम है और विशेष रूप से एक विशिष्ट तीन-न्यूक्लियोटाइड डीएनए अनुक्रम से जुड़ती है।

यह कहा जाना चाहिए कि जिंक फिंगर डोमेन मानव प्रतिलेखन कारकों में पाए जाते हैं - प्रोटीन जो डीएनए टेम्पलेट के साथ आरएनए संश्लेषण की प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। कृत्रिम न्यूक्लियस बनाते समय, "जस्ता उंगलियों" की एक श्रृंखला बनाना संभव है ताकि यह डीएनए के एक विशिष्ट खंड को पहचान सके। यदि ऐसी श्रृंखला काफी लंबी है, तो यह कई ट्रिन्यूक्लियोटाइड टुकड़ों से युक्त अपेक्षाकृत लंबे डीएनए अनुक्रमों को पहचान सकती है। इसका मतलब बड़े जटिल जीनोम के भीतर दिए गए क्षेत्रों पर लक्षित प्रभाव की वास्तविक संभावना है।

हालाँकि, "जिंक फिंगर" विधि में गंभीर कमियां भी हैं: सबसे पहले, यह ट्रिन्यूक्लियोटाइड दोहराव को सख्ती से नहीं पहचानता है, जिससे "गैर-लक्षित" क्षेत्रों में डीएनए दरारों की ध्यान देने योग्य संख्या होती है। दूसरे, यह विधि बहुत श्रमसाध्य और महंगी निकली, क्योंकि प्रत्येक डीएनए अनुक्रम के लिए जिंक-फिंगर न्यूक्लियस की अपनी स्वयं की अनुकूलित प्रोटीन संरचना बनाना आवश्यक है। इसलिए, "जिंक फिंगर्स" प्रणाली का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

चूंकि इस मामले में डीएनए "पहचान" का तंत्र स्पष्ट और सरल है (एक न्यूक्लियोटाइड को एक प्रोटीन डोमेन द्वारा पहचाना जाता है), एक ऐसा निर्माण प्राप्त करना जो शोधकर्ता द्वारा आवश्यक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को विशेष रूप से पहचानता है, एक अपेक्षाकृत सरल कार्य है। ऐसे गाइड निर्माण को एक एंजाइम के साथ जोड़कर जो डीएनए को विभाजित करता है (एक नियम के रूप में, FokI, एक प्रतिबंध एंजाइम का उत्प्रेरक डोमेन, इन उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है), हम कार्रवाई की उच्च विशिष्टता के साथ एक प्रणाली प्राप्त करते हैं।

यहां यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि FokI के साथ एक डीएनए अणु को सफलतापूर्वक काटने के लिए, इस एंजाइम की दो सबयूनिट की आवश्यकता होती है। इसलिए, सभी काइमेरिक न्यूक्लियस जिनमें FokI होता है, जोड़े में काम करते हैं: उनमें से प्रत्येक डीएनए अणु की विभिन्न श्रृंखलाओं पर अपनी विशिष्ट साइट को पहचानता है। इन लक्ष्य स्थलों को उत्प्रेरक रूप से सक्रिय संरचना बनाने के लिए FokI डोमेन के डिमराइजेशन की अनुमति देने के लिए पर्याप्त कम दूरी (10-20 न्यूक्लियोटाइड) के भीतर चुना जाता है। चूंकि ऐसे बाइनरी न्यूक्लीज का प्रत्येक ब्लॉक स्वतंत्र रूप से डीएनए से जुड़ता है, डीएनए दरार की सटीकता बढ़ जाती है, और "गैर-लक्ष्य" अनुक्रमों पर प्रभाव कम हो जाता है।

जीवाणु संबंधी जानकारी

कृत्रिम न्यूक्लियस TALENs की मदद से, जीनोम के किसी भी हिस्से में डबल-स्ट्रैंड ब्रेक लगाना सैद्धांतिक रूप से संभव हो गया। 2011 में, कार्यात्मक जीनोमिक्स से लेकर बुनियादी और अनुप्रयुक्त विज्ञानों की एक विस्तृत श्रृंखला में संभावित अनुप्रयोगों की विशाल श्रृंखला के कारण, जीनोम इंजीनियरिंग विधियों, विशेष रूप से TALENs के उपयोग को सम्मानित पत्रिका नेचर मेथड्स द्वारा "वर्ष की विधि" नामित किया गया था। विकासात्मक जीव विज्ञान से कृषि जैव प्रौद्योगिकी तक।

हालाँकि, 2012-2013 में। इस क्षेत्र में वास्तव में एक क्रांतिकारी सफलता हुई है: एक नई आनुवंशिक इंजीनियरिंग पद्धति, सीआरआईएसपीआर/कैस, विकसित की गई है, जिसने उच्च जीवों के जीनोम स्तर पर हेरफेर के लिए मौलिक रूप से नए अवसर खोले हैं। और अन्य।, 2013). यह विधि अत्यंत सरल है, डीएनए के निर्दिष्ट अनुभागों पर सटीक प्रदर्शन प्रदान करती है और इसका उपयोग लगभग किसी भी आधुनिक आणविक जीवविज्ञान प्रयोगशाला में किया जा सकता है।

काइमेरिक न्यूक्लियस के विपरीत, सीआरआईएसपीआर/कैस में डीएनए को पहचानने वाली संरचनाएं प्रोटीन नहीं, बल्कि छोटे आरएनए हैं। ऐसी प्रणाली बनाने का विचार उन तंत्रों का अध्ययन करते समय पैदा हुआ था जिनका उपयोग बैक्टीरिया अपने रोगजनक वायरस (बैक्टीरियोफेज) से खुद को बचाने के लिए करते हैं। विशेष रूप से, हम एक निश्चित बैक्टीरियोफेज के प्रवेश के लिए बैक्टीरिया की अनोखी "प्रतिरक्षा" प्रतिक्रियाओं के बारे में बात कर रहे हैं, जो इसके जीनोमिक डीएनए के चयनात्मक दरार में व्यक्त की जाती है।

इस तंत्र का संचालन जीवाणु जीनोम के विशेष वर्गों द्वारा सुनिश्चित किया जाता है - सीआरआईएसपीआर लोकी (क्लस्टर्ड रेगुलरली इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिंड्रोमिक रिपीट से - छोटे पैलिंड्रोमिक रिपीट नियमित रूप से समूहों में स्थित होते हैं)। जैसा कि नाम से पता चलता है, इस स्थान में बैक्टीरिया डीएनए के मानक दोहराए गए गैर-कोडिंग अनुक्रम होते हैं, और ये दोहराव स्पेसर द्वारा अलग किए जाते हैं - विदेशी (वायरल या प्लास्मिड) डीएनए के छोटे टुकड़े। बाद वाले को जीवाणु कोशिका में प्रवेश करने वाले बैक्टीरियोफेज के डीएनए के उसके जीनोम के साथ पुनः संयोजित होने के बाद जीवाणु जीनोम में एकीकृत किया जाता है। स्पेसर्स की संरचना और व्यवस्था का क्रम बैक्टीरिया कोशिका और (या) इसकी मूल पीढ़ियों द्वारा सफलतापूर्वक जीवित रहने वाले विभिन्न वायरस के "हमलों" की संख्या को इंगित करता है।

यह काम किस प्रकार करता है? जब कोई वायरस पहले से ही "ज्ञात" होता है तो वह जीवाणु कोशिका में फिर से प्रवेश करता है, तो सीआरआईएसपीआर लोकस में एन्कोडेड एक विस्तारित प्राथमिक आरएनए का संश्लेषण होता है। इस प्राथमिक डीएनए की "परिपक्वता" के परिणामस्वरूप, कई छोटे टुकड़े (सीआरएनए) बनते हैं, जिनमें से प्रत्येक में स्पेसर के अनुरूप एक विशिष्ट क्षेत्र और बैक्टीरिया डीएनए के पैलिंड्रोमिक दोहराव के अनुरूप सार्वभौमिक क्षेत्र होते हैं। बैक्टीरियल डीएनए पहले से उल्लिखित कैस प्रोटीन को आकर्षित करने के लिए जिम्मेदार है, और स्पेसर एक मार्गदर्शक की भूमिका निभाता है: यह वायरल डीएनए के एक निश्चित, पूरक भाग से जुड़ता है, जिसके बाद कैस प्रोटीन इसे काट देता है, जिससे बैक्टीरियोफेज का विनाश सुनिश्चित होता है। अपनी उच्च विशिष्टता और शीघ्रता से "ट्यून" करने की क्षमता के कारण, CRISPR/Cas प्रणाली बहुत प्रभावी ढंग से काम करती है, बैक्टीरिया और उनकी संतानों को रोगजनकों से विश्वसनीय सुरक्षा प्रदान करती है।

आज तक, विभिन्न जीवाणुओं की कोशिकाओं में कार्य करने वाली कई प्रकार की सीआरआईएसपीआर रक्षा प्रणालियों का विस्तार से वर्णन किया गया है। सबसे "लोकप्रिय" प्रणाली बैक्टीरिया में पाई जाने वाली CRISPR/Cas प्रकार II-A प्रणाली थी स्ट्रेप्टोकोकस प्योगेनेस, जिसमें तीन जीन एन्कोडिंग crRNA, ट्रांसएक्टिवेटिंग RNA (tracrRNA) और Cas9 प्रोटीन शामिल हैं। इस प्रणाली के आधार पर, सार्वभौमिक आनुवंशिक संरचनाएं बनाई गईं जो कृत्रिम "जीनोम संपादक" सीआरआईएसपीआर/कैस के तत्वों को एनकोड करती हैं।

सिस्टम का एक सरलीकृत संस्करण भी बनाया गया था, जो Cas9 प्रोटीन और एकल गाइड आरएनए के एक कॉम्प्लेक्स के रूप में कार्य करता था, जिसमें ट्रांसएक्टिवेटिंग CRISPR RNA और एक छोटा "परिपक्व" crRNA शामिल था। गाइड अनुक्रम लक्ष्य डीएनए क्षेत्र को पहचानता है और उसे पूरक रूप से बांधता है, और Cas9 डीएनए को सही जगह पर काटता है।

सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली का उपयोग करके, सभी प्रकार के जीनोम संशोधनों को अंजाम देना संभव है: बिंदु उत्परिवर्तन शुरू करना, कुछ स्थानों पर नए जीन डालना या, इसके विपरीत, न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों के बड़े वर्गों को हटाना, व्यक्तिगत आनुवंशिक तत्वों और जीन टुकड़ों को सही करना या बदलना।

तकनीकी रूप से, सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली का उपयोग करके जीनोम इंजीनियरिंग की रणनीति में निम्नलिखित चरण शामिल हैं: लक्ष्य अनुक्रम का चयन और आवश्यक प्रभाव के प्रकार का निर्धारण; एक जीन-लक्षित निर्माण का निर्माण और कोशिका नाभिक तक इसकी डिलीवरी; प्रभावित जीनोमिक क्षेत्र का विश्लेषण।

सीआरआईएसपीआर प्रणाली का उपयोग संस्कृति और जीवित जीवों में विकसित आनुवंशिक रूप से संशोधित कोशिकाओं दोनों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। पहले मामले में, प्लास्मिड या वायरल वैक्टर को कोशिकाओं में पेश किया जाता है, जो सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली के तत्वों के उच्च और स्थिर संश्लेषण को सुनिश्चित करते हैं। दूसरे मामले में, पहले से ही "तैयार" crRNA और mRNA को माइक्रोइंजेक्शन द्वारा एक-कोशिका पशु भ्रूण में पेश किया जाता है, जिससे Cas9 प्रोटीन संश्लेषित होता है। आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधों को प्राप्त करने के लिए, जिनकी कोशिकाओं में एक टिकाऊ खोल होता है, संस्कृति में उगाए गए प्रोटोप्लास्ट (बाहरी आवरण के बिना पौधों की कोशिकाएं) और सीआरआईएसपीआर/कैस तत्वों को एन्कोडिंग करने वाले प्लास्मिड का उपयोग किया जाता है। पौधों के लिए उपयोग किया जाने वाला एक अन्य दृष्टिकोण एग्रोबैक्टीरिया का उपयोग है, प्राकृतिक "आनुवंशिक इंजीनियर" जो एक विशेष प्लास्मिड ले जाते हैं।

वर्तमान और भविष्य

अपनी सरलता, दक्षता और व्यापक क्षमताओं के कारण, CRISPR/Cas प्रणाली ने पहले ही कम समय में मौलिक और अनुप्रयुक्त जीव विज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा के विभिन्न क्षेत्रों में आवेदन पा लिया है।

जानवरों और पौधों की कोशिकाओं के जीनोम के विभिन्न तत्वों में संशोधन करके और परिणामों का अध्ययन करके, वैज्ञानिक व्यक्तिगत कोशिकाओं और पूरे जीव के कामकाज में व्यक्तिगत जीन की भूमिका का अध्ययन करने में सक्षम हैं। सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली का उपयोग करके, कई उत्परिवर्ती प्रयोगशाला जानवर (चूहे, चूहे, मेंढक, मछली) पहले ही प्राप्त किए जा चुके हैं। ये सभी मॉडल जीव विकासात्मक जीव विज्ञान, प्रतिरक्षा विज्ञान और मानव और पशु रोगों के अध्ययन में अनुसंधान के लिए नए दृष्टिकोण खोलते हैं।

डीएनए के कुछ क्षेत्रों को चुनिंदा रूप से बांधने की सीआरआईएसपीआर/कैस सिस्टम कॉम्प्लेक्स की अद्वितीय क्षमता ने इसके आधार पर जीन गतिविधि के नियामकों को विकसित करना संभव बना दिया है। ऐसा करने के लिए, सिस्टम में एक उत्प्रेरक रूप से निष्क्रिय उत्परिवर्ती Cas9 प्रोटीन शामिल होता है, जिसमें प्रोटीन संलग्न किया जा सकता है जो जीन के संचालन को नियंत्रित करने वाले प्रमोटरों के कार्यों को सक्रिय या दबा देता है। जब ऐसा कॉम्प्लेक्स लक्ष्य डीएनए से जुड़ जाता है, तो लक्ष्य जीन का काम दबाया या उत्तेजित किया जा सकता है।

इसके अलावा, सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली का उपयोग करते समय, जीनोम के विभिन्न भागों के उद्देश्य से कोशिकाओं में एक साथ कई आनुवंशिक निर्माणों को पेश करना संभव है। इससे उनके बीच संबंधों और जीवन की सामान्य और रोग संबंधी प्रक्रियाओं में उनकी भागीदारी का अध्ययन करने के लिए एक साथ कई जीनों के काम को प्रभावित करना संभव हो जाता है। इस तरह, उदाहरण के लिए, कीमोथेरेपी के प्रति कैंसर प्रतिरोध के विकास के लिए जिम्मेदार जीन में उत्परिवर्तन का निर्धारण करना संभव है।

आधुनिक बायोमेडिसिन के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक नई दवाओं की खोज और प्रीक्लिनिकल अध्ययन के लिए सेल मॉडल का निर्माण है। मानव स्टेम कोशिकाओं के जीनोम में लक्षित संशोधन करके, हम कोशिका रेखाएँ प्राप्त करते हैं जो कुछ जीनों की शिथिलता के कारण होने वाली वंशानुगत बीमारियों के मॉडल हैं। ऐसी कोशिका रेखाएं अनिवार्य रूप से "टेस्ट ट्यूब रोगियों" का एक असीमित स्रोत हैं जिन पर हजारों विभिन्न रासायनिक यौगिकों-संभावित दवाओं-का परीक्षण किया जा सकता है।

जीन थेरेपी के विकास के संबंध में CRISPR/Cas पर बड़ी उम्मीदें लगाई गई हैं। कई वर्षों के व्यापक शोध के बावजूद, कोशिकाओं में दोषपूर्ण जीन को प्रतिस्थापित करने वाले जीन को शामिल करने के लिए स्वीकार्य तरीकों को विकसित करना अभी तक संभव नहीं हो पाया है। विफलताओं का मुख्य कारण "अतिरिक्त" डीएनए (जीवाणु या वायरल) युक्त आनुवंशिक संरचनाओं का उपयोग है; इसके अलावा, उन्हें जीनोम के मनमाने क्षेत्रों में अनियंत्रित रूप से एकीकृत किया गया था। इस सबके कारण आनुवंशिक तंत्र के कामकाज में विभिन्न व्यवधान उत्पन्न हुए, जिनमें कोशिकाओं का घातक अध:पतन भी शामिल था। हालाँकि, CRISPR/Cas जीन को सर्जिकल परिशुद्धता के साथ जीनोम में डालने की अनुमति देता है, जिससे जीन थेरेपी सुरक्षित हो जाती है।

इसके अलावा, इस पद्धति का उपयोग करके, कोई भी बाहर से "विदेशी" लोगों को पेश नहीं कर सकता है, बल्कि "अपने स्वयं के" नियामक प्रणालियों को संरक्षित करते हुए, अपने स्वयं के आनुवंशिक तंत्र को संपादित कर सकता है। सिस्टिक फाइब्रोसिस (श्वांक) से पीड़ित रोगी की स्टेम कोशिकाओं में एक असामान्य जीन को संपादित करना पहले से ही संभव हो गया है और अन्य।, 2013). "मरम्मत" जीनोम वाली ऐसी कोशिकाओं को रोगी के शरीर में वापस प्रत्यारोपित किया जा सकता है, जहां वे रोगग्रस्त कोशिकाओं को प्रतिस्थापित करेंगे और उनके खोए हुए कार्य को फिर से भर देंगे।

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी और बायोमेडिसिन के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में जीनोम संपादन प्रौद्योगिकियों के विकास की आवश्यकता है:
नए, मूल्यवान गुणों और लक्षणों (उत्पादकता, प्रतिकूल पर्यावरणीय परिस्थितियों, कीटों और रोगजनकों के प्रति प्रतिरोध) के साथ पौधों और जानवरों का निर्माण;
मानव रोगों के अध्ययन के लिए उत्परिवर्ती मॉडल जानवर प्राप्त करना;
जीन थेरेपी विधियों का विकास, सुसंस्कृत मानव स्टेम कोशिकाओं में आनुवंशिक उत्परिवर्तन का सुधार;
नई दवाओं की खोज और प्रीक्लिनिकल अध्ययन के लिए सेल मॉडल का निर्माण

सेलुलर प्रौद्योगिकियों के साथ संयोजन में सीआरआईएसपीआर/कैस विधि का उपयोग लोगों को मधुमेह मेलेटस, हंटिंगटन कोरिया, मस्कुलर डिस्ट्रॉफी आदि जैसी आनुवंशिक बीमारियों से मौलिक रूप से छुटकारा दिलाने की मौलिक संभावना को खोलता है। आनुवंशिक हस्तक्षेप भ्रूण के स्तर पर किया जा सकता है। इन विट्रो निषेचन के दौरान प्राप्त किया गया, जिससे एक ऐसे जीव का विकास संभव है जिसमें सभी कोशिकाओं में एक संशोधित जीनोम होगा। ऐसी प्रौद्योगिकियों के विकास में एकमात्र बाधा नैतिक समस्याएं हैं: सभी आवश्यक उपकरण पहले से ही मौजूद हैं और प्रयोगशाला जानवरों पर परीक्षण किया गया है। उदाहरण के लिए, भ्रूण कोशिकाओं से स्वस्थ चूहों को विकसित करना संभव था जिसमें मोतियाबिंद के विकास के लिए जिम्मेदार दोषपूर्ण जीन को ठीक किया गया था। इन व्यक्तियों ने स्वस्थ संतानों को जन्म दिया (वू)। और अन्य।, 2013).

आधुनिक चिकित्सीय एजेंट, दुर्भाग्य से, मानव डीएनए में निहित वायरल डीएनए को प्रभावित करने में सक्षम नहीं हैं। सीआरआईएसपीआर तंत्र का उपयोग करने वाले सिस्टम भविष्य में मानव जीनोम (हेपेटाइटिस बी वायरस, हर्पस, एचआईवी इत्यादि) में एकीकृत वायरस के कारण होने वाली समान पुरानी बीमारियों को मौलिक रूप से ठीक करना संभव बना सकते हैं। इस प्रकार, एचआईवी के लिए "प्रतिरक्षा" उत्परिवर्तन ले जाने वाले दाता से रक्त स्टेम कोशिकाओं के प्रत्यारोपण के परिणामस्वरूप तथाकथित "बर्लिन रोगी" टी. ब्राउन के एड्स से ठीक होने का एक ज्ञात मामला है। सीआरआईएसपीआर/कैस तकनीक का उपयोग करके, कोशिकाओं में इस जीन में उत्परिवर्तन शुरू करना संभव है, जिसे बाद में संक्रमित व्यक्ति के शरीर में प्रत्यारोपित किया जा सकता है।

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक पशुधन की नई नस्लों के साथ-साथ उच्च उपज देने वाली और प्रतिकूल परिस्थितियों के लिए प्रतिरोधी कृषि पौधों की फसलों का निर्माण है। जैव प्रौद्योगिकी में सीआरआईएसपीआर/कैस विधि का उपयोग करने का मुख्य लक्ष्य आनुवंशिक रूप से संशोधित जानवरों और फसलों का निर्माण करना है जिनमें नए मूल्यवान गुण होंगे। इस प्रणाली का उपयोग करके, गेहूं और तंबाकू के जीनोम में पहले से ही सटीक संशोधन किए जा चुके हैं, और बैक्टीरिया के प्रति प्रतिरोधी चावल की किस्में प्राप्त की गई हैं ज़ैंथोमोनास, जीवाणु सड़न का कारण बनता है, जो कृषि को बड़ी आर्थिक क्षति पहुंचाता है (चेन और गाओ, 2013)।

सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली का एक और दिलचस्प जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग मानव प्रोटीन को संश्लेषित करने में सक्षम जानवरों या पौधों की श्रृंखला का उत्पादन है, उदाहरण के लिए, मधुमेह के रोगियों के लिए आवश्यक इंसुलिन, या एल्ब्यूमिन, जिसका उपयोग रक्तस्रावी सदमे, जलन और सिरोसिस के उपचार में किया जाता है। जिगर का. अब एल्ब्यूमिन मानव रक्त प्लाज्मा से प्राप्त किया जाता है - एक बहुत ही सीमित स्रोत, लेकिन इस दवा की विश्व मांग लगातार बढ़ रही है और आज इसकी मात्रा प्रति वर्ष 500 टन है। जीनोम इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके, मानव एल्ब्यूमिन जीन को पहले ही चावल और मवेशियों के जीनोम में पेश किया जा चुका है (हे)। और अन्य।, 2011; मोघदस्सी और अन्य।, 2014). ऐसे प्रोटीन को पौधों और जानवरों के ऊतकों से अलग किया जा सकता है जहां इसे संश्लेषित किया गया था और, शुद्धिकरण के बाद, चिकित्सा उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है।

निस्संदेह, निकट भविष्य में सीआरआईएसपीआर/कैस प्रणाली में सुधार किया जाएगा: हम प्रोटीन उत्प्रेरक घटक के सरलीकरण, प्रणाली की बढ़ी हुई चयनात्मकता और विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं और संपूर्ण जीवों के लिए अधिक प्रभावी वितरण वाहनों के निर्माण की उम्मीद कर सकते हैं। डेटा पहले ही प्राप्त किया जा चुका है जो दर्शाता है कि, सीआरआईएसपीआर प्रणाली के आधार पर, न केवल डीएनए, बल्कि आरएनए को भी लक्षित करने के साधन बनाना संभव है, जो जीन गतिविधि को विनियमित करने और वायरल संक्रमण से निपटने के लिए नए अवसर खोलेगा।

हालाँकि CRISPR/Cas जीनोम एडिटिंग सिस्टम 2012 में ही बनाया गया था, लेकिन इसका उपयोग विकसित देशों में कई प्रयोगशालाओं और कंपनियों में पहले से ही किया जा रहा है। इस तकनीक का उपयोग करके सैकड़ों शोध परिणाम प्रकाशित किए गए हैं, और खमीर, कृंतक, कीड़े, पौधों और मानव कोशिकाओं के जीनोम को संपादित करने पर दर्जनों सफल प्रयोगों का वर्णन किया गया है।

सिस्टम के घटकों का निर्माण लाइफ टेक्नोलॉजीज द्वारा तैयार किट के रूप में किया जाता है, जिसका हाल ही में थर्मो फिशर (यूएसए) में विलय हो गया है, और शोधकर्ताओं के लिए उपलब्ध हैं। टेकेडा जैसी प्रमुख फार्मास्युटिकल कंपनियां आनुवंशिक रूप से संशोधित स्टेम कोशिकाओं - रोगों के सेलुलर मॉडल - के बैंक बनाने के लिए सीआरआईएसपीआर तकनीक का उपयोग कर रही हैं।

प्रमुख वैश्विक वैज्ञानिक केंद्रों में इस तकनीक के सक्रिय उपयोग के बावजूद, रूस में CRISPR/Cas का उपयोग केवल कुछ अनुसंधान केंद्रों में किया जाता है, जिसमें नोवोसिबिर्स्क अकादमीगोरोडोक भी शामिल है। आज, TALENs और CRISPR/Cas प्रौद्योगिकियों का उपयोग SB RAS के साइटोलॉजी और जेनेटिक्स संस्थान के विकासात्मक एपिजेनेटिक्स की प्रयोगशाला में किया जाता है, जो इंस्टीट्यूट ऑफ सर्कुलेटरी पैथोलॉजी की आणविक और सेलुलर चिकित्सा की प्रयोगशाला है। शिक्षाविद ई.एन. मेशाल्किन और इंस्टीट्यूट ऑफ केमिकल बायोलॉजी एंड फंडामेंटल मेडिसिन एसबी आरएएस की स्टेम कोशिकाओं की प्रयोगशाला में मानव स्टेम कोशिकाओं में उत्परिवर्तन की शुरूआत से संबंधित काम में, विशेष रूप से, एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस, अल्जाइमर रोग, पार्किंसंस के सेल मॉडल बनाने के लिए रोग और लंबे अंतराल सिंड्रोम क्यूटी।

हालाँकि, TALENs और CRISPR/Cas का उपयोग करके पूर्ण पैमाने पर अनुसंधान करने के लिए, रूसी चिकित्सा विज्ञान अकादमी के विशेष अनुसंधान संस्थानों पर आधारित प्रमुख विशेषज्ञों की भागीदारी के साथ सेलुलर प्रौद्योगिकियों पर एक संघ बनाना आवश्यक है: कार्डियोलॉजी, इम्यूनोलॉजी, न्यूरोलॉजी , ऑन्कोलॉजी, आदि। नोवोसिबिर्स्क अकादमिक शहर में सेल टेक्नोलॉजीज सेंटर का निर्माण नई बायोमेडिकल प्रौद्योगिकियों और उच्च तकनीक फार्मास्युटिकल उद्योग के विकास के लिए एक ढांचागत आधार बन सकता है - देश की वैज्ञानिक और तकनीकी क्षमता के विकास के लिए प्राथमिकता वाले क्षेत्र .

वर्तमान में विकास में मानव रोगों के सेल मॉडल के बायोबैंक के लिए एक परियोजना है, जिसका आधार विभिन्न वंशानुगत और अधिग्रहित बीमारियों से पीड़ित लोगों की सामान्य दैहिक कोशिकाओं से प्राप्त प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम कोशिकाओं की लाइनें होंगी। इसके अलावा, बायोबैंक में वंशानुगत मानव रोगों के सेलुलर मॉडल शामिल होंगे - TALENs और CRISPR/Cas जीनोमिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके प्राप्त सेल लाइनें।

सेल लाइनों और संस्कृतियों को तरल नाइट्रोजन में संग्रहीत किया जाएगा, जहां वे दशकों तक व्यवहार्य रह सकते हैं और आवश्यकतानुसार उपयोग किए जा सकते हैं। बायोबैंक में संग्रहीत सभी सेल संस्कृतियों और लाइनों को विस्तार से वर्णित किया जाएगा: प्रत्येक के लिए, एक "पासपोर्ट" संकलित किया जाएगा जिसमें इसकी उत्पत्ति और विशेषताओं के बारे में जानकारी होगी। ऐसी सेल लाइनें रोग विकास के तंत्र में बुनियादी अनुसंधान करने के लिए शैक्षणिक संस्थानों और नई दवाओं की खोज, विकास, उत्पादन और परीक्षण में लगी निजी कंपनियों दोनों को उपलब्ध कराई जा सकती हैं।

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पॉलिमरिज्म गैर-एलिलिक एकाधिक जीनों की परस्पर क्रिया है जो एक ही गुण के विकास को अप्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करता है; किसी गुण की अभिव्यक्ति की डिग्री जीन की संख्या पर निर्भर करती है। पॉलिमर जीन को समान अक्षरों द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, और एक ही स्थान के एलील्स की सबस्क्रिप्ट एक ही होती है।

गैर-एलील जीन की बहुलक अंतःक्रिया संचयी और गैर-संचयी हो सकती है। संचयी (संचयी) पोलीमराइजेशन के साथ, लक्षण की अभिव्यक्ति की डिग्री कई जीनों की कुल क्रिया पर निर्भर करती है। जीन एलील्स जितने अधिक प्रभावशाली होंगे, कोई विशेष गुण उतना ही अधिक स्पष्ट होगा। डायहाइब्रिड क्रॉसिंग के दौरान फेनोटाइप के अनुसार F2 में विभाजन 1: 4: 6: 4: 1 के अनुपात में होता है, और सामान्य तौर पर तीसरे, पांचवें (डायहाइब्रिड क्रॉसिंग के साथ), सातवें (ट्राइहाइब्रिड क्रॉसिंग के साथ), आदि से मेल खाता है। पास्कल के त्रिभुज में रेखाएँ.

गैर-संचयी पोलीमराइजेशन के साथ, लक्षण पॉलिमर जीन के कम से कम एक प्रमुख एलील की उपस्थिति में प्रकट होता है। प्रमुख एलील्स की संख्या विशेषता की अभिव्यक्ति की डिग्री को प्रभावित नहीं करती है। डायहाइब्रिड क्रॉसिंग के दौरान फेनोटाइप के अनुसार F2 में पृथक्करण 15:1 है।

पोलीमराइजेशन का एक उदाहरण मनुष्यों में त्वचा के रंग की विरासत है, जो संचयी प्रभाव वाले चार जीनों पर (पहले अनुमान के अनुसार) निर्भर करता है।

संशोधक जीन

एक जीन जिसकी फेनोटाइप में अपनी अभिव्यक्ति नहीं होती है, लेकिन अन्य जीन (क्रमशः, एक गहन जीन) की अभिव्यक्ति पर प्रभाव बढ़ाने या कमजोर करने वाला होता है और अवरोधक जीन ); कभी-कभी "संशोधक जीन" की अवधारणा को अधिक व्यापक रूप से समझा जाता है - कोई भी जीन जो किसी अन्य (गैर-एलील) जीन की अभिव्यक्ति की डिग्री पर कोई प्रभाव डालता है, तो एक संशोधक जीन जो केवल मुख्य जीन की उपस्थिति में फेनोटाइप को प्रभावित करता है ( इसके माध्यम से) एक विशिष्ट जीन-संशोधक कहलाता है।

20. गुणसूत्र सिद्धांत और इसके निर्माण का इतिहास।

21. लिंग वंशानुक्रम की क्रियाविधि। लिंग विशेषताओं के विकास पर आंतरिक और बाहरी पर्यावरणीय कारकों का प्रभाव।

22. लिंग से जुड़े लक्षणों का वंशानुक्रम।

सभी उभयलिंगी जीवों में दो प्रकार के गुणसूत्र होते हैं। पहला प्रकार ऑटोसोम्स (गैर-लिंग गुणसूत्र) है। वे महिला और पुरुष जीवों में समान हैं। दूसरा प्रकार लिंग गुणसूत्र है, जिसके अनुसार जीवों में लिंग के आधार पर अंतर होता है: महिलाओं में 2 समान गुणसूत्र XX होते हैं, पुरुषों में XY होते हैं। इस प्रकार के सेक्स को होमोगैमेटिक कहा जाता है। स्तनधारियों, मछलियों, कीड़ों की विशेषता। दूसरे प्रकार का लिंग विषमलैंगिक है, महिला XY, पुरुष XX। लिंग गुणसूत्र आकार में भिन्न होते हैं। अधिकांश जीवों में, X गुणसूत्र में कई जीन होते हैं, जबकि Y गुणसूत्र में एकल जीन होते हैं। केवल मछली में Y गुणसूत्र जीन में अपेक्षाकृत समृद्ध होता है। यदि जीन X गुणसूत्र पर स्थानीयकृत हैं, और Y गुणसूत्र आनुवंशिक रूप से आंतरिक है, तो लक्षणों के इस प्रकार के वंशानुक्रम को सेक्स-लिंक्ड वंशानुक्रम कहा जाता है। यदि जीन केवल एक गुणसूत्र पर मौजूद हैं, और दूसरा आनुवंशिक रूप से आंतरिक है, तो ऐसे जीवों को जीनिज़ीगस कहा जाता है।

23. जंजीरों में जकड़ी हुई विरासत और पारगमन

चूँकि अधिकांश जीवों में कई (कई हजार) जीन होते हैं, और गुणसूत्रों की संख्या सीमित होती है, कई जीन एक गुणसूत्र पर एक साथ स्थित होते हैं। वे जीन जो एक गुणसूत्र का हिस्सा होते हैं, जुड़े हुए कहलाते हैं और एक लिंकेज समूह बनाते हैं। वे एक पूरे के रूप में विरासत में मिले हैं, क्योंकि यह अर्धसूत्रीविभाजन में गुणसूत्र के व्यवहार से निर्धारित होता है। इस मामले में, जुड़ी हुई विशेषताओं के अनुसार पृथक्करण स्वतंत्र विरासत के कानून का पालन नहीं करता है। यदि जीन एक-दूसरे के करीब स्थित हैं, तो वे हमेशा अपने मूल संयोजन में संरक्षित रहते हैं।

उदाहरण के लिए, AB/ab x ab/ab -> 1 Ab/ab: 1 ab/ab।

यह तथाकथित पूर्ण युग्मन का मामला है, जो शायद ही कभी देखा जाता है। ऐसी स्थितियाँ बहुत अधिक सामान्य हैं जहाँ जीन एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित होते हैं। आंशिक जुड़ाव के इस मामले में, वे क्रॉसिंग ओवर नामक प्रक्रिया के माध्यम से अलग हो सकते हैं। यह एक अन्य प्रकार का आनुवंशिक पुनर्संयोजन है। क्रॉसिंग ओवर गुणसूत्र संयुग्मन के समय पहले अर्धसूत्रीविभाजन के प्रोफ़ेज़ में होता है। इस समय, समजात गुणसूत्रों के क्रोमैटिड वंशानुगत सामग्री के टुकड़ों का आदान-प्रदान करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जीन के नए संयोजन दिखाई देते हैं।

उदाहरण के लिए, AB/ab x ab/ab → AB/ab: ab/ab: Ab/ab: aB

पुनः संयोजक (या क्रॉसओवर) वर्गों की संख्या हमेशा गैर-पुनः संयोजक वर्गों की तुलना में छोटी होती है, और प्रत्येक समूह के भीतर दो वर्गों का अनुपात हमेशा 1:1 होता है। क्रॉसओवर मान, संतानों की कुल संख्या में पुनः संयोजकों के प्रतिशत के रूप में गणना की जाती है, जीन के बीच की दूरी का एक संकेतक है और क्रोमोसोम मैपिंग के लिए उपयोग किया जाता है - कड़ाई से परिभाषित क्रम में और निश्चित दूरी पर क्रोमोसोम मानचित्र पर जीन का स्थान। इन दूरियों में योगात्मकता का गुण होता है, जो इस प्रकार है। यदि तीन जीन ए-बी-सी क्रम में व्यवस्थित हैं, तो एसी = एबी + बीसी। यह संवेदनशीलता स्पष्ट रूप से गुणसूत्रों पर जीन की व्यवस्था की रैखिकता को इंगित करती है।

यदि बड़ी संख्या में जीनों के बीच क्रॉसिंग ओवर पर विचार किया जाए, तो एक बहुत अधिक जटिल तस्वीर सामने आती है - क्रॉसिंग ओवर की व्यक्तिगत क्रियाएं एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। क्रॉस-ओवर क्रियाओं के इस पारस्परिक प्रभाव को हस्तक्षेप कहा जाता है।