कम खाद-पानी में अधिक मिलेगी पैदावार, वैज्ञानिकों ने फोटोसिंथेसिस बढ़ाने के लिए नैनो-स्ट्रक्चर बनाए

ऑस्ट्रेलियाई वैज्ञानिकों ने प्रकाश संश्लेषण (फोटोसिंथेसिस, जिस विधि से पेड़ पौधे अपना खाना बनाते हैं) को सुपरचार्ज करने में मदद करने के लिए छोटे स्ट्रक्चर बनाए हैं, जिससे गेहूं और चावल की पैदावार बढ़ सकती है और पानी और नाइट्रोजन का इस्तेमाल भी कम हो सकता है.

एक मीडिया स्टेटमेंट में कहा गया है कि सिडनी यूनिवर्सिटी में एसोसिएट प्रोफेसर यू हेंग लाउ के ग्रुप और ऑस्ट्रेलियन नेशनल यूनिवर्सिटी में प्रोफेसर स्पेंसर व्हिटनी के ग्रुप के वैज्ञानिकों (रिसर्चर्स) ने पौधों को कार्बन को ज्यादा कुशलता से फिक्स करने में मदद करने के लिए पांच साल तक इस समस्या पर काम किया है.

कार्बन डाईऑक्साइड की फिक्सिंग

स्टेटमेंट में कहा गया है, "टीम ने नैनोस्केल 'ऑफिस ' बनाए हैं जो रुबिस्को नाम के एक एंजाइम को एक सीमित जगह में रख सकते हैं, जिससे वैज्ञानिक फसलों में भविष्य में इस्तेमाल के लिए कम्पैटिबिलिटी को ठीक कर सकते हैं, जिससे वे कम संसाधनों में खाना बना पाएंगे." रुबिस्को पौधों में एक आम एंजाइम है जो फोटोसिंथेसिस के लिए कार्बन डाइऑक्साइड को 'फिक्स' करने के लिए जरूरी है.

रिसर्चर्स इस बात पर जोर देते हैं कि यह सिर्फ एक कॉन्सेप्ट का प्रूफ है. उन्हें और भी कंपोनेंट जोड़ने होंगे जो रुबिस्को को वह ज्यादा बढ़िया काम करने वाला माहौल देंगे जिसकी उसे जरूरत है. ऑस्ट्रेलियन नेशनल यूनिवर्सिटी में शुरुआती दौर के पौधों पर प्रयोग पहले ही शुरू हो चुके हैं.

पौधों के लिए महत्वपूर्ण एंजाइम

ARC सेंटर ऑफ एक्सीलेंस इन सिंथेटिक बायोलॉजी और सिडनी यूनिवर्सिटी के स्कूल ऑफ केमिस्ट्री के टेलर सिज्ज्का के हवाले से स्टेटमेंट में कहा गया है: "धरती पर सबसे महत्वपूर्ण एंजाइमों में से एक होने के बावजूद, रुबिस्को हैरानी की बात है कि बहुत कारगर नहीं है. रुबिस्को बहुत धीमा है और गलती से कार्बन डाइऑक्साइड के बजाय ऑक्सीजन के साथ रिएक्ट कर सकता है, जिससे एक पूरी अलग प्रक्रिया शुरू हो जाती है जो ऊर्जा और संसाधनों को बर्बाद करती है. यह गलती इतनी आम है कि गेहूं, चावल, कैनोला और आलू जैसी महत्वपूर्ण खाद्य फसलों ने एक जबरदस्त समाधान निकाला है: रुबिस्को का बड़े पैमाने पर उत्पादन."

कुछ पत्तियों में, घुलनशील प्रोटीन का 50 प्रतिशत तक सिर्फ इसी एक एंजाइम की कॉपी होती है, जो पौधे के लिए बहुत ज्यादा ऊर्जा और नाइट्रोजन का खर्च होता है.

ऑस्ट्रेलियन नेशनल यूनिवर्सिटी में पीएचडी उम्मीदवार डेविन विजाया, जिन्होंने इस स्टडी का नेतृत्व किया, ने कहा, "यह इस बात में एक बड़ी रुकावट है कि पौधे कितनी कुशलता से बढ़ सकते हैं."

कुछ जीवों ने लाखों साल पहले इस समस्या को हल कर लिया था. शैवाल और साइनोबैक्टीरिया रुबिस्को को खास कंपार्टमेंट में रखते हैं और उन्हें इसके बदले कार्बन डाइऑक्साइड देते हैं. वे छोटे होम ऑफिस की तरह होते हैं जो एंजाइम को तेजी से और ज्यादा कुशलता से काम करने देते हैं, जिसमें उसे जरूरत की हर चीज पास में मिल जाती है.

वैज्ञानिक कई साल से इन प्राकृतिक कार्बन डाइऑक्साइड-कंसंट्रेटिंग सिस्टम को फसलों में लगाने की कोशिश कर रहे हैं. लेकिन साइनोबैक्टीरिया से रुबिस्को वाले सबसे सरल कंपार्टमेंट, जिन्हें कार्बोक्सिसोम कहा जाता है, भी संरचनात्मक रूप से जटिल होते हैं. बयान में कहा गया है कि उन्हें सटीक संतुलन में काम करने वाले कई जीन की जरूरत होती है और वे केवल अपने नेटिव रुबिस्को को ही रख सकते हैं.

कैसे काम करता है रुबिस्को एंजाइम

लाउ और व्हिटनी की टीम ने एनकैप्सुलिन का इस्तेमाल करके एक अलग तरीका अपनाया. ये साधारण बैक्टीरियल प्रोटीन केज होते हैं जिन्हें बनाने के लिए सिर्फ एक जीन की जरूरत होती है. यह जटिल फ्लैट-पैक फर्नीचर को असेंबल करने के बजाय लेगो ब्लॉक की तरह है जो अपने आप जगह पर फिट हो जाते हैं.

रुबिस्को को अंदर लोड करने के लिए, रिसर्चर्स ने एंजाइम में 14 अमीनो एसिड का एक छोटा 'एड्रेस टैग' जोड़ा, जो पोस्टकोड की तरह, एंजाइम को असेंबलिंग कंपार्टमेंट के अंदर उसकी मंजिल तक पहुंचाता है.

टीम ने तीन तरह के रुबिस्को का टेस्ट किया: एक पौधे से और दो बैक्टीरिया से. उन्होंने पाया कि टाइमिंग मायने रखती है. एंजाइम के ज्यादा जटिल रूपों के लिए, उन्हें पहले रुबिस्को बनाना पड़ा, फिर उसके चारों ओर प्रोटीन का खोल बनाना पड़ा. विजाया ने कहा कि जब दोनों काम एक साथ करने की कोशिश की गई तो रुबिस्को ठीक से असेंबल नहीं हुआ.

"हमारे सिस्टम का एक और बढ़िया फायदा यह है कि यह मॉड्यूलर है. कार्बोक्सिसोम केवल अपने ही रुबिस्को को पैक कर सकते हैं, जबकि हमारा एनकैप्सुलिन सिस्टम किसी भी तरह के रुबिस्को को पैक कर सकता है. सबसे रोमांचक बात यह है कि हमने पाया कि एनकैप्सुलिन शेल में मौजूद छेद रुबिस्को के सबस्ट्रेट और प्रोडक्ट को अंदर आने और बाहर जाने देते हैं," सिज्का ने कहा.

"हम जानते हैं कि हम बैक्टीरिया या यीस्ट में एनकैप्सुलिन बना सकते हैं. उन्हें पौधों में बनाना अगला सही कदम है. हमारे शुरुआती नतीजे अच्छे दिख रहे हैं," विजाया ने कहा.

अगर यह सफल होता है, तो इस बेहतर कार्बन डाइऑक्साइड-फिक्सिंग टेक्नोलॉजी वाली फसलें कम पानी और नाइट्रोजन फर्टिलाइजर का इस्तेमाल करके ज्यादा पैदावार दे सकती हैं बयान में कहा गया है कि ये महत्वपूर्ण फायदे हैं क्योंकि जलवायु परिवर्तन और जनसंख्या वृद्धि वैश्विक खाद्य प्रणालियों पर दबाव डाल रहे हैं.