Functional Validation of the Glucose Dehydrogenase Gene HaGDH in Harmonia axyridis

एक कृषि पारिस्थितिकी तंत्र के जटिल जाल में, लेडीबर्ड बीटल Harmonia axyridis एक ऐसी भूमिका निभाता है जो उसके चितकबरे स्वरूप से कहीं अधिक विस्तृत है। एफिड्स (aphids) के एक भक्षक शिकारी के रूप में, यह कीट फसलों के लिए एक प्राकृतिक संरक्षक के रूप में कार्य करता है, जिससे किसानों को रासायनिक स्प्रे पर अत्यधिक निर्भर हुए बिना कीटों को नियंत्रित करने में मदद मिलती है। हालाँकि, इन लाभकारी कीटों की सुरक्षा अक्सर उन्हीं रसायनों द्वारा परखी जाती है जिनका उपयोग पौधों की रक्षा के लिए किया जाता है। ऐसा ही एक रसायन ग्लाइफोसेट (glyphosate) है, जो एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शाकनाशी (herbicide) है। दशकों तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि ग्लाइफोसेट कीटों के लिए हानिरहित है क्योंकि यह एक विशिष्ट जैविक मार्ग को लक्षित करता है जो पौधों में तो पाया जाता है लेकिन जानवरों में नहीं। फिर भी, हालिया अवलोकनों ने इस निश्चितता को चुनौती दी है, जिससे पता चलता है कि यह रसायन अभी भी कीटों के स्वास्थ्य और प्रजनन में व्यवधान डाल सकता है, और कभी-कभी खाद्य श्रृंखला के माध्यम से यात्रा करके लेडीबर्ड जैसे शिकारियों को प्रभावित कर सकता है। यह समझने के लिए कि यह कैसे होता है, शोधकर्ताओं को कीट के भीतर की कोशिकाओं, विशेष रूप रूप से ऊर्जा का प्रबंधन करने वाली मशीनरी को देखना होगा। जिस तरह एक कार को चलने के लिए ईंधन की आवश्यकता होती है, उसी तरह एक कीट को बढ़ने, चलने और जीवित रहने के लिए चीनी को ऊर्जा में बदलने की आवश्यकता होती है। जब यह ऊर्जा प्रणाली बाधित होती है, तो कीट की कार्य करने की क्षमता ढह जाती है।

गुइयांग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम लेडीबर्ड बीटल में HaGDH नामक एक विशिष्ट जीन पर ध्यान केंद्रित करके इस संवेदनशीलता की जांच करने के उद्देश्य से आगे बढ़ी। यह जीन ग्लूकोज डिहाइड्रोजनेज (glucose dehydrogenase) नामक एंजाइम के लिए एक ब्लूप्रिंट के रूप में कार्य करता है, जो एक प्रोटीन है और कीट के प्राथमिक चीनी स्रोत, ग्लूकोज को तोड़ने के लिए आवश्यक है ताकि ऊर्जा मुक्त की जा सके। वैज्ञानिक जानना चाहते थे कि क्या यह जीन कीट के तनाव के लिए एक चेतावनी संकेत के रूप में कार्य कर सकता है और क्या इसे बाधित करने से बीटल को नुकसान होगा। शुरुआत करने के लिए, उन्होंने बीटल के डीएनए से जीन को अलग किया और इसकी पूरी संरचना निर्धारित की। उन्होंने पाया कि जीन जेनेटिक कोड की एक लंबी स्ट्रैंड है जो बीटल को 622 अमीनो एसिड से बना प्रोटीन बनाने का निर्देश देती है। अन्य कीटों के साथ इस अनुक्रम की तुलना करके, उन्होंने पाया कि बीटल का संस्करण सात-स्पॉटेड लेडीबर्ड (सात धब्बों वाली लेडीबर्ड) के साथ सबसे निकटता से संबंधित है, जो कि बीटल की एक अन्य प्रजाति है, जिससे पता चलता है कि वे एक हालिया सामान्य पूर्वज साझा करते हैं।

शोधकर्ताओं ने इसके बाद बीटल के शरीर के भीतर यह जीन कब और कहाँ सबसे अधिक सक्रिय होता है, इसका परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि यह जीन हर समय या हर जगह समान रूप से सक्रिय नहीं होता है। यह बीटल के लार्वा जीवन के दूसरे चरण के दौरान सबसे अधिक सक्रिय होता है, जो तीव्र विकास की अवधि है जब कीट को अपना शरीर बनाने के लिए सबसे अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। स्थान के संदर्भ में, यह जीन कठोर पंख आवरणों, जिन्हें एलीट्रा (elytra) कहा जाता है, में सबसे अधिक सक्रिय है, जो बीटल के नाजुक पंखों की रक्षा करते हैं। यह समझ में आता है, क्योंकि इस मजबूत बाहरी कवच को बनाने और बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है। पैरों और अन्य कोमल ऊतकों में यह जीन बहुत कम सक्रिय है। इस पैटर्न ने पुष्टि की कि जीन बीटल के विकास और शारीरिक विकास से गहराई से जुड़ा हुआ है।

पर्यावरणीय तनाव के प्रति बीटल की प्रतिक्रिया देखने के लिए, टीम ने लार्वा को ग्लाइफोसेट की विभिन्न मात्राओं के संपर्क में रखा। जब लार्वा को हर्बिसाइड की कम सांद्रता, विशेष रूप से 5 मिलीग्राम प्रति लीटर, के साथ उपचारित किया गया, तो HaGDH जीन की गतिविधि बढ़ गई, जो अनुपचारित बीटल्स की तुलना में लगभग चार गुना अधिक हो गई। शोधकर्ताओं को संदेह है कि यह उछाल एक रक्षात्मक प्रतिक्रिया है; बीटल रासायनिक तनाव से लड़ने और ऊर्जा को संसाधित करने के लिए अधिक मेहनत करने की कोशिश कर रहा है। हालाँकि, जब सांद्रता बढ़ाकर 20 मिलीग्राम प्रति लीटर कर दी गई, तो जीन की गतिविधि तेजी से गिरकर सामान्य स्तर के दो-तिहाई से भी कम रह गई। यह सुझाव देता है कि जबकि बीटल कम स्तर के रसायन के साथ अपनी ऊर्जा प्रणालियों को बढ़ाकर शुरुआत में मुकाबला कर सकता है, उच्च खुराक उसकी रक्षा प्रणाली को पछाड़ देती है और प्रतिक्रिया देने की उसकी क्षमता को बंद कर देती है।

यह सिद्ध करने के लिए कि यह जीन बीटल के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण है, वैज्ञानिकों ने जीन को अस्थायी रूप से शांत करने के लिए आरएनए इंटरफेरेंस (RNA interference) नामक तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने लार्वा में एक छोटी मात्रा में सिंथेटिक जेनेटिक सामग्री इंजेक्ट की, जिसने प्रभावी रूप से बीटल की कोशिकाओं को ग्लूकोज डिहाइड्रोजनेज प्रोटीन बनाना बंद करने का निर्देश दिया। परिणाम तत्काल और गंभीर थे। 24 घंटों के भीतर, जीन की गतिविधि आधी हो गई। अगले कुछ दिनों में, उपचार प्राप्त करने वाले बीटल्स के मरने की दर चिंताजनक स्तर पर पहुँच गई। दसवें दिन तक, उपचारित लार्वा में से 1 से भी कम 10 प्रतिशत जीवित बचे थे, जबकि नियंत्रण समूह (control group) में, जिसे एक हानिरहित इंजेक्शन दिया गया था, 60 प्रतिशत से अधिक जीवित थे।

सबसे आश्चर्यजनक खोज बीटल्स के भीतर चीनी के स्तर से संबंधित थी। चूंकि जीन सामान्य रूप से ऊर्जा बनाने के लिए चीनी को तोड़ने में मदद करता है, इसलिए शोधकर्ताओं ने शुरू में उम्मीद की थी कि इसे रोकने से कीट के शरीर के भीतर चीनी जमा हो जाएगी, जैसे कि ट्रैफिक जाम होता है। इसके विपरीत, उन्होंने बिल्कुल उल्टा पाया। शांत किए गए जीन वाले बीटल्स के शरीर में ग्लूकोज का स्तर काफी कम पाया गया। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि जब प्राथमिक ऊर्जा मार्ग अवरुद्ध हो जाता है, तो बीटल घबरा जाता है और खुद को जीवित रखने के लिए अन्य, कम कुशल तरीकों का उपयोग करके अपने शेष चीनी भंडार को जलाने की कोशिश करता है। ऊर्जा उत्पन्न करने का यह हताशापूर्ण प्रयास उसके चीनी भंडार को पूरी तरह से समाप्त कर देता है, जिससे भुखमरी और मृत्यु हो जाती है।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि HaGDH जीन लेडीबर्ड बीटल के अस्तित्व के लिए एक महत्वपूर्ण घटक है, जो ऊर्जा प्रबंधन के एक केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है। यह यह भी प्रकट करता है कि यह जीन ग्लाइफोसेट के संपर्क के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है, जो रसायन की खुराक के आधार पर अपना व्यवहार बदल लेता है। चूंकि यह जीन इतना महत्वपूर्ण है, इसलिए इसकी व्यवधान से मृत्यु दर में तेजी आती है, जो पुष्टि करता है कि भले ही रसायन कीटों के लिए सुरक्षित माने जाते हों, उनके आंतरिक जीव विज्ञान पर विनाशकारी प्रभाव हो सकते हैं। ये निष्कर्ष बताते हैं कि इस जीन की निगरानी करना वैज्ञानिकों को लाभकारी कीटों के लिए कीटनाशकों के जोखिम का आकलन करने में मदद कर सकता है, जिससे उन प्राकृतिक शत्रुओं की रक्षा करने का एक तरीका मिलता है जो हमारे पारिस्थितिकी तंत्र को संतुलित रखते हैं।