एंजाइम इंजीनियरिंग
खुला एक्सेस

अमूर्त

सूखे की स्थिति में पौधों में ऑक्सीडेटिव तनाव और विभिन्न एंजाइमों की भूमिका

लियोनोरा मंसूर मैटोस, सेल्सो लुइज़ मोरेटी

पौधों के चयापचय पर सूखे के तनाव का प्रभाव प्रत्यक्ष या द्वितीयक होता है। ऑक्सीडेटिव तनाव जैविक और अजैविक तनावों की एक विस्तृत श्रृंखला से प्रेरित होता है जिसमें यूवी-प्रकाश, रोगजनक आक्रमण (अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया), शाकनाशी क्रिया, ऑक्सीजन की कमी, आदि शामिल हैं। सूखे और नमक के तनाव से आमतौर पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) और सुपरऑक्साइड (O2 ·–) जैसी प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ (ROS) उत्पन्न होती हैं, जो कई कोशिकीय प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न होती हैं, जिसमें लौह-उत्प्रेरित फेंटन प्रतिक्रिया और लिपोक्सीजेनेस, पेरोक्सीडेस, NADPH ऑक्सीडेस और ज़ैंथिन ऑक्सीडेस जैसे विभिन्न एंजाइम शामिल हैं। तनाव की स्थिति में ROS के स्तर को नियंत्रित करने के लिए, पौधों के ऊतकों में ROS के एंजाइम स्कैवेंजर की एक श्रृंखला होती है। मुक्त कणों द्वारा क्षति के लिए अतिसंवेदनशील मुख्य कोशिकीय घटक लिपिड (झिल्ली में असंतृप्त फैटी एसिड का पेरोक्सीडेशन), प्रोटीन और एंजाइम (विकृतीकरण), कार्बोहाइड्रेट और न्यूक्लिक एसिड हैं। नमक/पानी के तनाव की अवधि के दौरान पौधों का कार्बन संतुलन और उसके बाद की रिकवरी प्रकाश संश्लेषण रिकवरी की गति और डिग्री पर उतनी ही निर्भर हो सकती है, जितनी कि पानी की कमी के दौरान प्रकाश संश्लेषण में गिरावट की डिग्री और गति पर निर्भर करती है। पानी और नमक के तनाव की विभिन्न तीव्रता के बाद प्रकाश संश्लेषण रिकवरी के लिए शारीरिक सीमाओं के बारे में वर्तमान ज्ञान अभी भी दुर्लभ है। सूखे के अधीन पौधों में ट्रांसक्रिप्ट-प्रोफाइलिंग अध्ययनों पर उपलब्ध बड़ी मात्रा में डेटा से यह स्पष्ट हो रहा है कि पौधे शारीरिक और जैव रासायनिक परिवर्तनों के समानांतर जीन अभिव्यक्ति को जल्दी से बदलकर इन तनावों को समझते हैं और उनका जवाब देते हैं; यह हल्के से मध्यम तनाव की स्थिति में भी होता है। नमक और सूखे के तनाव की तुलना करने वाले हाल के एक व्यापक अध्ययन से यह स्पष्ट है कि दोनों तनावों ने कुछ प्रकाश संश्लेषक जीनों के डाउन-रेगुलेशन को जन्म दिया, जिसमें अधिकांश परिवर्तन छोटे थे जो संभवतः लगाए गए हल्के तनाव को दर्शाते हैं। सूखा और नमक का तनाव मानव जाति के लिए महत्वपूर्ण चुनौतियां हैं। विभिन्न रणनीतियों, अर्थात् आनुवंशिक और एंजाइम इंजीनियरिंग का उपयोग, संबंधित ऑक्सीडेटिव तनावों को कम करने में योगदान दे सकता है। विशिष्ट प्रोटीन और एंजाइमों के लिए एन्कोडिंग जीन की अभिव्यक्ति को विनियमित करने से सूखा और नमक सहिष्णुता हो सकती है। गन्ना, सोयाबीन और गेहूं जैसे विभिन्न फसल जीनोटाइप को पहले से ही सूखा सहन करने के लिए इंजीनियर किया गया है। गेहूं के जीनोटाइप ने एंटीऑक्सीडेंट एंजाइमों के साथ-साथ कार्बन चयापचय से जुड़े एंजाइमों में भी परिवर्तन दिखाया। ये महत्वपूर्ण रणनीतियाँ भोजन, ऊर्जा और पर्यावरण से संबंधित पृथ्वी की भविष्य की समस्याओं को कम करने की खोज में एक महत्वपूर्ण उपकरण होंगी। वर्तमान समीक्षा सूखे और नमक की स्थिति से जुड़े ऑक्सीडेटिव तनावों पर ध्यान केंद्रित करती है, जो ऐसी बाधाओं में शामिल मेटाबोलोमिक्स को संबोधित करती है।