Upregulation of chitinase and β-1,3-glucanase enzymes and modulation of biochemical defense response by fungal endophytes against Rhizoctonia solani in cotton

कपास केवल एक कपड़ा नहीं है; यह एक वैश्विक कृषि इंजन है, जिसमें अकेले भारत दुनिया के लगभग आधे कपास के खेतों की खेती करता है। फिर भी, यह महत्वपूर्ण फसल एक शांत, भूमिगत दुश्मन का सामना कर रही है। Rhizoctonia solani नामक एक सूक्ष्म कवक मिट्टी में रहता है, जो युवा कपास के पौधों पर हमला करने के लिए घात लगाए बैठा है। यह 'डैम्पिंग-ऑफ' (damping-off) नामक स्थिति का कारण बनता है, जहाँ पौधों के तने आधार से सड़ जाते हैं, जिससे वे स्थापित होने से पहले ही ढह जाते और मर जाते हैं। दशकों से, किसान इस दुश्मन से लड़ने के लिए रासायनिक कवकनाशकों का उपयोग करते रहे हैं, लेकिन ये रसायन मिट्टी और इसमें रहने वाले लाभकारी सूक्ष्मजीवों को नुकसान पहुँचा सकते हैं, जबकि स्वयं वह कवक समय के साथ उनके प्रति प्रतिरोधी भी हो सकता है। हालाँकि, प्रकृति एक अलग प्रकार का समाधान प्रदान करती है। स्वस्थ पौधों के ऊतकों के भीतर सूक्ष्म कवक रहते हैं जिन्हें एंडोफाइट्स (endophytes) कहा जाता है। ये आक्रमणकारी नहीं हैं; ये स्थायी, हानिरहित निवासी हैं जो बिना बीमारी पैदा किए पौधे के भीतर रहते हैं। कई मामलों में, ये आंतरिक अतिथि कीटों को दूर भगाने वाले यौगिकों का उत्पादन करते हैं या पौधे की अपनी प्रतिरक्षा प्रणाली को हमले के लिए तैयार रहने के लिए सक्रिय करते हैं।

नागपुर, भारत में स्थित सेंट्रल इंस्टीट्यूट फॉर कॉटन रिसर्च के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह देखने के लिए प्रयास किया कि क्या वे इन आंतरिक रक्षकों का उपयोग कपास को घातक मिट्टी के कवक से बचाने के लिए कर सकते हैं। उन्होंने तीन विशिष्ट प्रकार के कवक एंडोफाइट्स पर ध्यान केंद्रित किया जो उन्हें पहले स्वस्थ कपास के पौधों के भीतर पाए गए थे। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या वे दुश्मन के आने से पहले कपास के पौधे की प्राकृतिक रक्षा प्रणाली को जगा सकते हैं। ऐसा करने के लिए, उन्होंने कपास के बीजों को इन लाभकारी कवक के बीजाणुओं (spores) वाले तरल में भिगोया, जिसे 'सीड बायोप्राइमिंग' (seed biopriming) कहा जाता है। यह चरण अनिवार्य रूप से बीजों को उनके नए सूक्ष्म सहयोगियों के साथ लेपित करके उन्हें एक बढ़त प्रदान करता है। फिर उन्होंने इन उपचारित बीजों को रोग पैदा करने वाले कवक से संक्रमित मिट्टी में, बिना उपचार वाले बीजों के साथ लगाया। लक्ष्य यह देखना था कि उपचारित पौधे संक्रमण के विरुद्ध कैसा प्रदर्शन करते हैं और यह समझना था कि पौधे की कोशिकाओं के भीतर मजबूती लाने के लिए वास्तव में क्या हुआ।

परिणामों ने दिखाया कि यह रणनीति उल्लेखनीय रूप से सफल रही। लाभकारी कवक से उपचारित बीज ऐसे पौधों के रूप में विकसित हुए जिनके जीवित रहने की संभावना उपचारित न किए गए बीजों की तुलना में बहुत अधिक थी। वास्तव में, एक विशिष्ट एंडोफाइट, Daldinia eschscholtzii से उपचारित बीजों में अंकुरण की दर सबसे अधिक थी, जिसमें संक्रमित मिट्टी की उपस्थिति में भी 91 प्रतिशत बीज सफलतापूर्वक अंकुरित हुए, जबकि बिना उपचार वाले बीजों के लिए यह दर केवल 67 प्रतिशत थी। लेकिन कहानी केवल जीवित रहने की दर तक ही सीमित नहीं है। शोधकर्ताओं ने जीवित बचे पौधों के ऊतकों के भीतर देखा कि कौन से जैव-रासायनिक परिवर्तन हुए थे। उन्होंने पाया कि उपचारित पौधे अनिवार्य रूप रूप से उच्च सतर्कता की स्थिति में थे। उनमें प्रोटीन और शर्करा का स्तर काफी अधिक जमा हो गया था, जो पौधे की रक्षा प्रणाली के निर्माण खंड और ईंधन के रूप में कार्य करते हैं। पौधों ने बहुत अधिक फेनोलिक यौगिकों का भी उत्पादन किया, जो प्राकृतिक एंटीसेप्टिक की तरह कार्य करते हैं और पौधे की कोशिका भित्तियों को मजबूत करने में मदद करते हैं, जिससे आक्रमणकारी कवक के लिए अंदर घुसना कठिन हो जाता है।

अध्ययन ने विशिष्ट एंजाइमों की गतिविधि को भी मापा, जो वे उपकरण हैं जिनका उपयोग पौधा मुकाबला करने के लिए करता है। उपचारित पौधों में एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि में उछाल देखा गया, जो रोगजनक कवक द्वारा पौधे को नुकसान पहुँचाने के लिए छोड़े जाने वाले हानिकारक रसायनों को बेअसर करने में मदद करता है। एक एंजाइम, जिसे कैटालेज (catalase) कहा जाता है, जो पौधे की अपनी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के विषाक्त उपोत्पादों को तोड़ने में मदद करता है, विशेष रूप से Daldinia eschscholtzii से उपचारित पौधों में अत्यधिक सक्रिय था। एक अन्य एंजाइम, पेरोक्सीडेज (peroxidase), जो पौधे की कोशिका भित्तियों को सख्त करने में शामिल है, वह भी अत्यधिक सक्रिय था, विशेष रूप से Trichoderma sulphureum नामक एक अन्य एंडोफाइट से उपचारित पौधों में। शायद सबसे महत्वपूर्ण बात आनुवंशिक साक्ष्य था। शोधकर्ताओं ने चिटिनेज (chitinase) और बीटा-1,3-ग्लूकेनेज (beta-1,3-glucanase) बनाने के लिए जिम्मेदार जीन की जांच की, जो दो शक्तिशाली हथियार हैं जिनका उपयोग पौधे कवक की कोशिका भित्तियों को नष्ट करने के लिए करते हैं। लाभकारी कवक से उपचारित पौधों में, इन हथियारों को बनाने के निर्देश अविश्वसनीय गति और तीव्रता के साथ सक्रिय हो गए थे। रोपण के पंद्रह दिनों के भीतर, Daldinia eschscholtzii से उपचारित पौधों में चिटिनेज के जीन की गतिविधि में चौबीस गुना तक वृद्धि हुई, जबकि बीटा-1,3-ग्लूकेनेज के जीन में नौ गुना वृद्धि देखी गई। यह सुझाव देता है कि लाभकारी कवक ने केवल बीमारी से सीधे लड़ाई नहीं लड़ी; बल्कि उन्होंने कपास के पौधे को खुद लड़ने का तरीका भी सिखाया।

शोधकर्ताओं ने देखा कि यह रक्षा प्रतिक्रिया एक एकल घटना नहीं थी बल्कि एक समन्वित प्रयास था जो समय के साथ विकसित हुआ। जबकि आनुवंशिक संकेत पौधे के जीवन के शुरुआती दिनों में सबसे मजबूत थे, जैव-रासायनिक रक्षाएं, जैसे कि शर्करा और प्रोटीन का संचय, पौधे के बड़े होने के साथ जारी रहा। यह इंगित करता है कि लाभकारी कवक ने पौधे को हमले के लिए तुरंत तैयार होने हेतु प्रेरित किया, और फिर पौधे के परिपक्व होने के साथ उस रक्षा को बनाए रखने में मदद की। अध्ययन में यह नहीं पाया गया कि लाभकारी कवक ने रोगजनक कवक को पूरी तरह से समाप्त कर दिया, बल्कि उन्होंने इससे होने वाले नुकसान को काफी कम कर दिया। एंडोफाइट्स से उपचारित पौधे प्रतिरक्षित तो नहीं थे, लेकिन वे इतने लचीले थे कि वे वहां जीवित रह सके और बढ़ सके जहां उपचारित न किए गए पौधे नष्ट हो जाते। यह दृष्टिकोण रासायनिक स्प्रे के एक आशाजनक विकल्प के रूप में कार्य करता है, जो पौधों और उनके भीतर रहने वाले सूक्ष्म जीवन के बीच प्राकृतिक साझेदारी पर निर्भर करता है। केवल इन सहायक कवकों के घोल में बीजों को भिगोकर, किसान अपनी फसलों की रक्षा करने के लिए एक ऐसी विधि का उपयोग कर सकते हैं जो प्रभावी होने के साथ-साथ पर्यावरण के लिए भी सौम्य है, जिससे कपास के पौधे के अपने आंतरिक सहयोगियों को एक निरंतर और विनाशकारी दुश्मन के खिलाफ उसकी पहली रक्षा पंक्ति में बदला जा सकता है।