Cultivation-dependent transcriptomic reprogramming and insecticidal performance of Beauveria bassiana A1 from solid-state and submerged cultures
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जबकि सॉलिड-स्टेट और सबमर्ज्ड फर्मेंटेशन (डूबे हुए किण्वन) *Beauveria bassiana* A1 में विशिष्ट ट्रांसक्रिप्टोमिक पुनर्गठन प्रेरित करते हैं, जो विशेष रूप से माध्यमिक चयापचय और बाह्यकोशिकीय क्षरण जीन को प्रभावित करते हैं, दोनों खेती विधियां अंततः उच्च सांद्रता पर *Plutella xylostella* के विरुद्ध तुलनीय कीटनाशक प्रभावकारिता वाले बीजाणु उत्पन्न करती हैं, जो जैव-कीटनाशक उत्पादन के लिए एक स्केलेबल विकल्प के रूप में सबमर्ज्ड फर्मेंटेशन की क्षमता का समर्थन करती हैं।
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कृषि की दुनिया में, किसान अक्सर एक निरंतर दुश्मन का सामना करते हैं: वे कीट जो फसलों को काटने की गति से अधिक तेजी से उन्हें चबा जाते हैं। कठोर रसायनों का उपयोग किए बिना इससे निपटने के लिए, वैज्ञानिक प्रकृति के अपने शिकारियों की ओर मुड़ते हैं, विशेष रूप से बौवेरिया बासियाना (Beauveria bassiana) नामक एक सूक्ष्म कवक (फंगस) की ओर। यह कवक एक जैविक हथियार की तरह कार्य करता है, जो कीटों को खोजता है, उन पर उतरता है, और उनके शरीर के भीतर तब तक बढ़ता है जब तक कि कीट मर नहीं जाता। इसके बाद कवक बाहर निकल आता है, और नए शिकार खोजने के लिए लाखों छोटे बीजाणुओं (स्पोर्स) को छोड़ देता है। वास्तविक दुनिया में इसके काम करने के लिए, किसानों को इन बीजाणुओं की विशाल मात्रा की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि वैज्ञानिकों को इन बीjaणुओं को बड़े बैचों में उगाना होगा।
इन कवक सेनाओं को उगाने के दो मुख्य तरीके हैं। पहला तरीका, जिसे सॉलिड-स्टेट फर्मेंटेशन (solid-state fermentation) के रूप में जाना जाता है, एक गर्म, नम ओवन में ब्रेड पकाने जैसा है। कवक नम अनाज या कृषि कचरे पर बढ़ता है, जिससे बीजाणुओं की एक सूखी, रोएंदार परत बनती है जो स्वाभाविक रूप से सख्त होती है और कीट की मोमी त्वचा से चिपकने के लिए तैयार होती है। दूसरा तरीका, जिसे सबमर्ज्ड फर्मेंटेशन (submerged fermentation) कहा जाता है, बीयर बनाने जैसा है। कवक तरल के एक विशाल टैंक में बढ़ता है, जहाँ वैज्ञानिक तापमान, ऑक्सीजन और पोषक तत्वों को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते हैं। हालांकि तरल विधि को बड़े पैमाने पर बढ़ाना और स्वचालित करना आसान है, लेकिन एक लंबे समय से चला आ रहा संदेह था: क्या पानी में उगाने से कवक का व्यक्तित्व बदल जाता है? क्या ठोस अनाज पर उगाए गए बीजाणुओं की तुलना में पानी में उगाए गए बीजाणु कीटों को मारने में कम प्रभावी होते हैं?
नेशनल ताइवान यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए न केवल यह देखने के लिए कि कितने बीजाणु उत्पादित हुए, बल्कि उनके भीतर के आनुवंशिक निर्देशों को देखकर प्रयास किया। उन्होंने दोनों वातावरणों—ठोस अनाज और तरल टैंक—में बौवेरिया बासियाना के एक ही स्ट्रेन को उगाया। एक बार जब बीजाणु तैयार हो गए, तो उन्होंने कीट के आनुवंशिक कोड की गहराई से जांच की ताकि यह देखा जा सके कि प्रत्येक वातावरण में कौन से जीन सक्रिय या निष्क्रिय थे। उन्होंने पाया कि दोनों समूहों के कवक बहुत अलग जीवन जी रहे थे। ठोस अनाज वाले बीजाणुओं ने कठिन सामग्रियों को तोड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए जीन का एक विशाल समूह सक्रिय कर दिया था। ये जीन शक्तिशाली एंजाइमों का उत्पादन करते थे, जो जैविक उपकरण हैं जो आणविक कैंची की तरह कार्य करते हैं, और कीट के कठोर बाहरी कवच को काटने में सक्षम होते हैं। उन्होंने माध्यमिक रसायनों को बनाने के लिए भी जीन को सक्रिय किया, जो कवक को प्रतिस्पर्धा करने और रक्षा करने में मदद करते हैं।
इसके विपरीत, तरल टैंक में उगाए गए बीजाणुओं की प्राथमिकताएं अलग थीं। उनकी आनुवंशिक गतिविधि लोहे (आयरन) को खोजने और अवशोषित करने, तथा विशिष्ट विषाक्त पदार्थों (टॉक्सिन्स) के उत्पादन पर केंद्रित थी, जो अक्सर तरल वातावरण में दुर्लभ होता है। उन्होंने समान भारी-भरकम काटने वाले औजारों को सक्रिय नहीं किया जो ठोस-उगाए गए बीजाणुओं ने किया था। इससे पता चलता है कि तरल-उगाए गए बीजाणु कीट के कवच को तुरंत चबाने के कार्य के लिए उतने तैयार नहीं थे। शोधकर्ताओं ने डायमंडबैक मॉथ (diamondback moth) के लार्वा पर दोनों प्रकार के बीजाणुओं का छिड़काव करके इस सिद्धांत का परीक्षण किया, जो सब्जियों को नुकसान पहुँचाने वाला एक सामान्य कीट है। उन्होंने बीजाणुओं की कम मात्रा से लेकर बहुत अधिक मात्रा तक के विभिन्न सांद्रणों (कॉन्सेंट्रेशन) का उपयोग किया।
परिणामों ने समय (टाइमिंग) में स्पष्ट अंतर दिखाया, लेकिन अंतिम परिणाम में नहीं। जब शोधकर्ताओं ने बीजाणुओं की मध्यम मात्रा का उपयोग किया, तो ठोस अनाज पर उगाए गए बीजाणुओं ने कीटों को थोड़ा तेजी से मारा। लार्वा जल्दी मर गए क्योंकि ठोस-उगाए गए बीजाणु संपर्क में आते ही हमला करने के लिए आनुवंशिक रूप से तैयार थे। तरल-उगाए गए बीजाणुओं को शुरू करने में थोड़ा अधिक समय लगा, संभवतः इसलिए क्योंकि उन्हें कीट पर उतरने के बाद अपने स्वयं के काटने वाले औजारों को सक्रिय करना पड़ता था। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने बीजाणुओं की उच्च सांद्रता का उपयोग किया, तो अंतर समाप्त हो गया। इस उच्च खुराक पर, दोनों प्रकार के बीजाणुओं ने तीन दिनों के भीतर सभी कीटों को मार डाला। हमलावरों की भारी संख्या ने कीटों को इस बात की परवाह किए बिना अभिभूत कर दिया कि बीजाणु तत्काल कार्रवाई के लिए आनुवंशिक रूप से तैयार थे या नहीं।
यह खोज बताती है कि तरल विधि इन जैव-कीटनाशकों (biopesticides) को बनाने के लिए एक व्यवहार्य विकल्प है, बशर्ते कि अनुप्रयोग रणनीति (application strategy) को समायोजित किया जाए। जबकि ठोस-उगाए गए बीजाणु गति में बढ़त दे सकते हैं, तरल-उगाए गए बीजाणु भी उतने ही घातक होते हैं यदि पर्याप्त मात्रा में उनका प्रयोग किया जाए। अध्ययन इंगित करता है कि उगाने के वातावरण के कारण होने वाले आनुवंशिक अंतर हमले की गति को बदलते हैं, न कि मिशन की अंतिम सफलता को। किसानों और निर्माताओं के लिए, इसका अर्थ है कि तरल विधि, जो अधिक नियंत्रण योग्य है, का उपयोग इन जैविक नियंत्रणों को बनाने के लिए किया जा सकता है, जब तक कि वे थोड़े धीमे स्टार्ट की भरपाई के लिए फसल पर बीजाणुओं का पर्याप्त घनत्व सुनिश्चित करें। कवक एक शक्तिशाली उपकरण बना हुआ है, और इसकी प्रभावशीलता इस बात पर कम निर्भर करती है कि वे कहाँ पैदा हुए और इस बात पर अधिक निर्भर करती है कि युद्ध के मैदान में कितने भेजे गए हैं।
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