Development and validation of a 28S rDNA-based TaqMan real-time PCR assay for sensitive detection of Rhizoctonia theobromaein cassava tissues

उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों के नम और धूप से सराबोर खेतों में, कसावा का पौधा उत्तरजीविता के एक स्तंभ के रूप में खड़ा है। यह एक कठिन फसल है, जो खराब मिट्टी में पनपने और सूखे को सहने में सक्षम है, जो उन करोड़ों लोगों को भोजन और ईंधन प्रदान करती है जिनके पास अन्य विकल्प बहुत कम हैं। लेकिन किसी भी जीवित चीज़ की तरह, यह भी अदृश्य आक्रमणकारियों के प्रति संवेदनशील है। वर्षों से, किसान और वैज्ञानिक कसावा की फसलों में फैलती एक अजीब बीमारी को देखते आए हैं, जिसे 'विच्स ब्रूम' (witches' broom) के रूप में जाना जाता है। यह नाम संक्रमित पौधों के मुड़ने और सिकुड़ने के तरीके से आता है, जहाँ वे छोटी, विकृत शाखाओं के एक अराजक समूह के रूप में फूटते हैं, जो टहनियों से बने झाड़ू की तरह दिखते हैं। ये पौधे ठीक से बढ़ना बंद कर देते हैं, इनकी पत्तियाँ सिकुड़ जाती हैं और पीली पड़ जाती हैं, और इनकी जड़ें विकसित होने में विफल रहती हैं, जिससे किसानों के पास खाली खेत रह जाते हैं जहाँ फसल होनी चाहिए थी। लंबे समय तक, इस विनाश का कारण एक रहस्य बना रहा। शुरुआती जांच ने फाइटोप्लाज्मा नामक सूक्ष्म जीवाणु जैसे जीवों की ओर संकेत किया, जो अन्य फसलों में भी इसी तरह की विकृतियाँ पैदा करने के लिए जाने जाते हैं। हालाँकि, ये जीवाणु स्वस्थ पौधों में भी उतनी ही बार पाए गए जितने कि बीमार पौधों में, और इस बीमारी से उन्हें जोड़ने वाले सबूत कमजोर थे। असली अपराधी की खोज जारी रही, जिससे शोधकर्ताओं को पौधे के ऊपर और भीतर रहने वाले कवक (फंगस) की सूक्ष्म दुनिया में गहराई से देखने के लिए प्रेरित किया गया।

वैज्ञानिकों की एक टीम ने अब इस पहेली को सुलझाने के लिए एक शक्तिशाली नया उपकरण विकसित किया है, जो अविश्वसनीय सटीकता के साथ बीमारी के संभावित कारण का पता लगा सकता है। शोधकर्ताओं ने 'राइजोक्टोनिया थियोब्रोमे' (Rhizoctonia theobromae) नामक एक कवक पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक सूक्ष्म जीव है जिसे हाल ही में विच्स ब्रूम के लक्षणों के पीछे का असली चालक होने का संदेह जताया गया है। पहले संदिग्ध जीवाणुओं के विपरीत, यह कवक प्रयोगशाला में उगाना कठिन है और इसे नग्न आंखों से देखना और भी कठिन है, जो इसे पारंपरिक पहचान विधियों के लिए एक मायावी लक्ष्य बनाता है। इसे पकड़ने के लिए, टीम ने एक आणविक परीक्षण बनाया जो एक अत्यधिक विशिष्ट सर्चलाइट की तरह काम करता है। उन्होंने जेनेटिक निर्देशों का एक सेट तैयार किया, जो अनिवार्य रूप से एक कस्टम-मेड चाबी की तरह है, जो केवल इस विशिष्ट कवक के अद्वितीय डीएनए में फिट बैठता है। यह चाबी 'रियल-टाइम पीसीआर' (real-time PCR) नामक एक परीक्षण का हिस्सा है, जो आनुवंशिक सामग्री के सूक्ष्म अंशों को तब तक बढ़ाता है जब तक कि वे एक मशीन द्वारा सुने जाने लायक पर्याप्त शोर न बन जाएं। इस नई विधि की खूबसूरती यह है कि यह केवल किसी भी कवक को नहीं ढूंढता; यह बाकी सब कुछ को नजरअंदाज कर देता है, जिसमें अन्य सामान्य पादप रोग भी शामिल हैं, और केवल तभी सक्रिय होता है जब इसे 'राइजोक्टोनिया थियोब्रोमे' का विशिष्ट जेनेटिक सिग्नेचर मिलता है।

वैज्ञानिकों ने इस उपकरण को पूर्ण करने में समय बिताया ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह संवेदनशील और सटीक दोनों है। उन्होंने इसका परीक्षण अन्य विविध कवकों के विरुद्ध किया जो अक्सर कसावा के पौधों पर रहते हैं, जैसे कि वे जो सड़न या पत्तियों के धब्बों का कारण बनते हैं, और पाया कि परीक्षण शांत रहा। इसने इन अन्य जीवों को लक्षित जीव के रूप में गलत नहीं पहचाना। जब उन्होंने परीक्षण को संदिग्ध कवक के शुद्ध नमूनों के साथ खिलाया, तो इसने तुरंत प्रतिक्रिया दी, भले ही आनुवंशिक सामग्री की मात्रा अत्यंत कम थी। परीक्षण उस समय भी कवक का पता लगा सका जब नमूने में केवल एक दस-ट्रिलियनवां ग्राम डीएनए मौजूद था। संवेदनशीलता का यह स्तर महत्वपूर्ण है क्योंकि कवक बीमारी स्पष्ट होने से पहले पौधे के भीतर बहुत कम संख्या में छिपा हो सकता है। इस परीक्षण को वास्तविक दुनिया में काम करने के लिए सिद्ध करने हेतु, शोधकर्ताओं ने इसे खेत में उतारा। उन्होंने उन कसावा के पौधों की पत्तियाँ, तने और जड़ें एकत्र कीं जिनमें मुड़े हुए, झाड़ू जैसे लक्षण दिखाई दे रहे थे, साथ ही उन पौधों से भी भी एकत्र कीं जो पूरी तरह स्वस्थ दिख रहे थे।

क्षेत्र कार्य के परिणामों ने इस बारे में एक स्पष्ट पैटर्न का खुलासा किया कि कवक कहाँ छिपता है। जब शोधकर्ताओं ने बीमार पौधों की पत्तियों और तनों का परीक्षण किया, तो परीक्षण ने अधिकांश नमूनों में कवक को पाया। हालाँकि, स्थान महत्वपूर्ण था। कवक सबसे लगातार रूपों में तनों में पाया गया, जो पौधे के वे मोटे, लकड़ी वाले हिस्से हैं जो पत्तियों को जड़ों से जोड़ते हैं। वास्तव में, कटाई के समय बीमार पौधों से लिए गए लगभग सभी तने के नमूनों में परीक्षण ने कवक का पता लगाया। पत्तियों और जड़ों में भी कवक मौजूद था, लेकिन तनों की तरह विश्वसनीय रूप से नहीं। यह अंतर किसानों और निरीक्षकों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। यदि वे जानना चाहते हैं कि क्या कोई पौधा बीमारी से ग्रस्त है, तो तने का एक टुकड़ा काटना सत्य खोजने का सबसे अच्छा अवसर प्रदान करता है। अध्ययन ने उन पौधों को भी देखा जिनमें कोई लक्षण नहीं थे। इन स्वस्थ दिखने वाले पौधों में से कुछ में, परीक्षण ने अभी भी कवक के अंश पाए। यह सुझाव देता है कि बीमारी एक छिपे हुए, प्रारंभिक चरण में हो सकती है इससे पहले कि पौधा मुड़ने और मरने लगे, एक ऐसी अवस्था जहाँ पौधा ठीक दिखता है लेकिन पहले से ही संक्रमित होता है।

इस परीक्षण का विकास खाद्य सुरक्षा के लिए इस खतरे को प्रबंधित करने के तरीके को बदल देता है। चूंकि कवक को उगाना और देखना बहुत कठिन है, इसलिए इसे जाँचने के पिछले तरीके धीमे और अक्सर अविश्वसनीय थे। अब, इस परीक्षण के साथ जो सीधे पौधे के ऊतकों के भीतर कवक का पता लगा सकता है, वैज्ञानिक और कृषि अधिकारी रोपण सामग्री की अधिक प्रभावी ढंग से स्क्रीनिंग कर सकते हैं। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि बीमारी तब फैलती है जब किसान एक नए खेत को शुरू करने के लिए एक पौधे से कटिंग (कलम) साझा करते हैं। यदि कटिंग एक ऐसे पौधे से आती है जो स्वस्थ दिखता है लेकिन वास्तव में कवक को ढो रहा है, तो बीमारी चुपचाप नए क्षेत्र में फैल सकती है। "मदर प्लांट्स" (मूल पौधों) के तनों पर इस नए परीक्षण का उपयोग करके, अधिकारी बीमारी को नए क्षेत्रों में जाने से रोक सकते हैं। अनुसंधान पुष्टि करता है कि हालांकि कवक पत्तियों और जड़ों में मौजूद है, लेकिन तना देखने के लिए सबसे विश्वसनीय स्थान है, विशेष रूप से जब फसल परिपक्व होती है। यह खोज किसानों को एक व्यावहारिक मार्गदर्शिका देती है: यदि आपको किसी पौधे की जांच करनी है, तो उसके तने को देखें।

यह कार्य इस बीमारी से जुड़े हर रहस्य को सुलझाने का दावा नहीं करता है। शोधकर्ता बताते हैं कि कवक का अध्ययन करना अभी भी कठिन है क्योंकि यह अपने बढ़ने के तरीके के प्रति बहुत चयनात्मक है, और वे अभी तक इस नए उपकरण का परीक्षण कवक के प्रत्येक करीबी संबंधी के विरुद्ध नहीं कर पाए हैं जो प्रकृति में मौजूद हो सकता है। हालाँकि, उन्होंने जो परीक्षण बनाया है वह एक महत्वपूर्ण कदम है। यह एक स्वस्थ पौधे और संक्रमित पौधे के बीच अंतर करने का एक स्पष्ट, वैज्ञानिक तरीका प्रदान करता है, भले ही संक्रमण छिपा हुआ हो। एक ऐसा तरीका प्रदान करके जो तेज़ और विशिष्ट दोनों है, यह अध्ययन बेहतर निगरानी और दुनिया के सबसे महत्वपूर्ण खाद्य फसलों में से एक के माध्यम through बीमारी के प्रसार की गहरी समझ के द्वार खोलता है। यह बातचीत को इस अनुमान से हटाकर कि नुकसान का कारण क्या हो सकता है, इस निश्चित ज्ञान की ओर ले जाता है कि वास्तव में वहां क्या मौजूद है, जिससे अधिक लक्षित और प्रभावी सुरक्षा संभव हो पाती है।