अंतरिक्ष में खेती के लिए आदर्श पौधा जितना संभव हो उतना कम इनपुट से अधिक से अधिक पोषक तत्व प्रदान करेगा। यहां, हम चर्चा करते हैं कि अंतरिक्ष में मनुष्यों के लिए उपयुक्त आलू की खेती के लिए जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग कैसे किया जा सकता है।
यदि मानव जाति को कभी भी दीर्घकालिक अंतरिक्ष मिशन और उपनिवेशीकरण करना है, तो अंतरिक्ष में मानव अस्तित्व के लिए एक कुशल अंतरिक्ष कृषि प्रणाली स्थापित करना आवश्यक होगा। हालांकि, मौजूदा फसलें अंतरिक्ष खेतों में उपयोग के लिए पर्याप्त रूप से लागत प्रभावी और उत्पादक नहीं हैं। इसलिए, हम अंतरिक्ष फसल सुधार के लिए एक संपूर्ण-शारीरिक खाद्य और कुलीन संयंत्र (WBEEP) रणनीति का प्रस्ताव करते हैं। प्लांट बायोटेक्नोलॉजी पर भरोसा करते हुए, डब्ल्यूबीईईपी रणनीति का उद्देश्य अधिक खाद्य भागों, समृद्ध पोषक तत्व, उच्च पैदावार, और उच्च खनिज पोषक तत्वों के साथ अंतरिक्ष खेतों के लिए फसलों को विकसित करना है।
आलू (सोलनम ट्यूबरोसम एल.) को निम्नलिखित लाभों के कारण अंतरिक्ष कृषि के लिए शीर्ष दावेदारों में से एक माना जाता है: (1) उच्च फसल सूचकांक और कंद उपज और कार्बोहाइड्रेट युक्त कंद जो मनुष्यों के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा प्रदान कर सकते हैं; (२) साधारण बागवानी और खाद्य प्रसंस्करण आवश्यकताएं; और (2) स्पेसफ्लाइट के दौरान सामान्य रूप से विकसित होने की क्षमता वाले तनावों के प्रति उच्च सहनशीलता। महत्वपूर्ण रूप से, आलू को कंद के माध्यम से अलैंगिक रूप से प्रचारित किया जा सकता है और बीज के माध्यम से यौन रूप से प्रचारित किया जा सकता है। अलैंगिक प्रजनन खाद्य संसाधनों और स्थिर पोषण मूल्य के पुनर्जनन को सुनिश्चित कर सकता है, जबकि यौन प्रजनन उच्च प्रसार गुणांक और कम भंडारण और परिवहन लागत की गारंटी दे सकता है। हालांकि, आलू को अंतरिक्ष में कुशलता से तब तक नहीं उगाया जा सकता जब तक कि उनकी उच्च सोलनिन सामग्री, कम उपज और पोषक तत्व संचय, और कम उर्वरक उपयोग दक्षता से संबंधित अंतर्निहित दोषों को दूर नहीं किया जाता है। नीचे, हम आलू सुधार के लिए एक WBEEP रणनीति का वर्णन करते हैं जो अंतरिक्ष खेती के लिए WBEEP-आलू बना सकती है (चित्र 3)।
WBEEP-आलू के लिए संपूर्ण शरीर वाले खाद्य संयंत्र का विकास करना
ऐसे पौधे जिनके पूरे शरीर खाने योग्य हैं, वे अंतरिक्ष खेतों के लिए वांछनीय होंगे क्योंकि वे मनुष्यों को अधिक भोजन ला सकते हैं और कचरे को कम कर सकते हैं। हालांकि, आलू के तने, पत्ते और जामुन अखाद्य हैं। आलू के पौधों के हवाई भागों में संचित सोलनिन (मुख्य रूप से α-solanine और α-chaconine) होता है, जो कीटों और रोगजनकों से बचाव करता है लेकिन मनुष्यों के लिए विषाक्त है। अंतरिक्ष कृषि प्रणालियों में, अत्यधिक नियंत्रित वातावरण के साथ, सोलनिन-मध्यस्थता वाले पौधों का प्रतिरोध अनावश्यक होगा। यदि सोलनिन को हटा दिया जाता है, तो आलू का पूरा पौधा संभावित रूप से खाने योग्य हो सकता है। आलू के पौधों में सोलनिन के संचय को रोकने के लिए जैवसंश्लेषण को लक्षित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, साइटोक्रोम P450 एंजाइम GAME4, डाइअॉॉक्सिनेज DPS या AP2/ERF प्रतिलेखन कारक GAME9 को कूटबद्ध करने वाले जीन को मौन या उत्परिवर्तित करने से सोलनिन की मात्रा बहुत कम हो जाती है। टमाटर भी जहरीले सोलनिन (मुख्य रूप से α-tomatine) का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन फलों में सोलनिन को गैर-कड़वा और गैर-विषैले ग्लाइकोसाइड एस्क्यूलोसाइड ए में परिवर्तित कर सकते हैं।6. चूंकि सोलनिन चयापचय में आलू और टमाटर के बीच आम तौर पर कई एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, इसलिए सोलनिन संचय को कम करने के लिए टमाटर से सोलनिन चयापचय जीन को आलू में पेश करना संभव हो सकता है।
WBEEP-आलू के लिए लाभकारी पोषक तत्वों के साथ बायोफोर्टिफिकेशन
फाइटोन्यूट्रिएंट्स (जैसे, फ्लेवोनोइड्स और एंथोसायनिन) और विटामिन मानव स्वास्थ्य के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। अंतरिक्ष में शरीर अधिक नाजुक हो जाता है और उसे अधिक पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है। हालांकि, डिब्बाबंद खाद्य पदार्थों में कई सूक्ष्म पोषक तत्व अंतरिक्ष में भंडारण की स्थिति के तहत टूटने की संभावना है, जिससे कर्मचारियों के लिए स्थिर पोषक तत्व प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है।8. इसलिए, लोगों के लिए यह वांछनीय है कि वे सीधे ताजे कृषि उत्पादों से पोषण प्राप्त करें। आलू कंदों में प्रोटीन, फाइटोन्यूट्रिएंट्स, विटामिन और अन्य आवश्यक पोषक तत्वों की अपर्याप्त सामग्री को देखते हुए, मानव शरीर की पोषक आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करने के लिए आलू को बायोफोर्टिफाइड करना आवश्यक होगा। अंतर्जात चयापचय मार्गों को संशोधित करके विटामिन और कार्यात्मक माध्यमिक मेटाबोलाइट्स को संश्लेषित करने के लिए पौधों में सुधार किया जा सकता है, जिसमें (1) अग्रदूत आपूर्ति बढ़ाना शामिल है; (२) टोंटी एंजाइमों की अधिकता, स्थानांतरण, या उत्परिवर्तन; (३) अवांछित रास्तों को बंद करना; (४) प्रतिस्पर्धी रास्तों को अवरुद्ध करना; (५) प्रतिक्रिया अवरोध को कम करने के लिए चयापचय प्रवाह का विस्तार; और (2) प्रतिलेखन कारकों का विनियमन। उपरोक्त रणनीतियों के आवेदन के माध्यम से, विभिन्न विटामिन, प्रोटीन, फ्लेवोनोइड्स, एंथोसायनिन और अन्य पोषक तत्वों से भरपूर आलू विकसित किए गए हैं। इसके अलावा, आलू की किस्मों में कैंथैक्सैन्थिन, एस्टैक्सैन्थिन, या बहुत लंबी-श्रृंखला वाले पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड (वीएलसी-पीयूएफए) बायोसिंथेटिक मार्गों का पुनर्निर्माण करके विकसित किए जा सकते हैं।
WBEEP-आलू के लिए उपज में सुधार
कंद आलू के पौधों के प्राथमिक खाद्य भाग हैं। आलू कंदीकरण एक जटिल जैविक प्रक्रिया है। प्रमुख नियामकों में फोटोरिसेप्टर फाइटोक्रोम बी (पीएचवाईबी), ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर एसटीसीओ, मोबाइल सिग्नल (एसटीबीईएल5 और पोथ1 mRNA, StSP6A प्रोटीन, और एमआईआर172), और सुक्रोज ट्रांसपोर्टर StSUT4 और StSP5G। का अतिअभिव्यक्ति StSP6A, STPOTH1, एसटीबीईएल5, तथा StmiR172 या निषेध StPHYB, एसटीसीओ, सेंटएसयूटी4, तथा एसटीएसपी5जी ट्यूबराइजेशन में सुधार के लिए किया जा सकता है11. प्रकाश संश्लेषण का अनुकूलन फसल की उपज बढ़ाने के प्राथमिक तरीकों में से एक है, और आलू के ट्यूबराइजेशन के लिए भी ऊपर के हिस्सों से बड़ी मात्रा में प्रकाश संश्लेषक उत्पादों (विशेषकर सुक्रोज) की आवश्यकता होती है। रूबिस्को एंजाइम की कार्बोक्सिलेशन क्षमता में सुधार, कार्बन कमी चक्र की पुनर्योजी क्षमता को बढ़ाकर, इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला को अनुकूलित करके और ऑक्सीजन और फोटोरेस्पिरेशन को कम करके प्रकाश संश्लेषक दक्षता बढ़ाने के प्रयास जारी हैं।12. प्रकाश संश्लेषण दक्षता में सुधार के लिए उपर्युक्त आनुवंशिक इंजीनियरिंग रणनीतियों में से अधिकांश को चावल या तंबाकू में सफलतापूर्वक लागू किया गया है और उम्मीद है कि आलू की उपज में सुधार के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक पुनः संयोजक ग्लाइकोलेट डिहाइड्रोजनेज पॉलीप्रोटीन की अभिव्यक्ति के माध्यम से एक कृत्रिम रूप से निर्मित फोटोरेस्पिरेटरी बाईपास फोटोरेस्पिरेशन को कम करके और सीओ में सुधार करके प्रकाश संश्लेषक दक्षता और कंद उपज में काफी वृद्धि कर सकता है।2 ग्रहण करना हाल ही में, मॉड्यूलेटिंग प्लांट RNA m6पौधों की वृद्धि और फसल की उपज में सुधार के लिए एक मिथाइलेशन एक कुशल तरीका बन गया है। एम . को कम करने के लिए मानव आरएनए डेमिथाइलस एफटीओ की ट्रांसजेनिक अभिव्यक्ति6आलू में एक स्तर के कारण कंद उपज और हवाई बायोमास में ~ 50% की वृद्धि हुई।
WBEEP-आलू के लिए खनिज पोषक तत्व उपयोग दक्षता बढ़ाना
फसल वृद्धि और विकास के लिए नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम सहित कई खनिज तत्वों की आवश्यकता होती है। पृथ्वी से उर्वरकों के परिवहन की लागत बहुत अधिक है। इसलिए, उर्वरक खपत को कम करने के लिए फसल पोषक तत्व उपयोग दक्षता में सुधार करना आवश्यक है। पौधों के पोषक तत्वों के अवशोषण, आवंटन और चयापचय को बढ़ाने या जड़ वास्तुकला को अनुकूलित करने के लिए आनुवंशिक संशोधन किया जा सकता है। नाइट्रोजन पौधों के लिए आवश्यक सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक है। निचले जीवों से ग्लूटामेट डिहाइड्रोजनेज (जीडीएच) NH . के लिए एक उच्च आत्मीयता दिखाते हैं4+ और एक मजबूत अमोनिया आत्मसात करने की क्षमता। जीडीएच की विषम अभिव्यक्ति जिसमें NH . के लिए उच्च आत्मीयता है4+ पौधों की तुलना में जीडीएच आलू सहित कई फसलों की नाइट्रोजन उपयोग दक्षता में सुधार कर सकता है, और यह सुनिश्चित कर सकता है कि फसलें कम नाइट्रोजन वाली परिस्थितियों में उच्च पैदावार प्राप्त कर सकें। फास्फोरस पौधों की वृद्धि के लिए एक और आवश्यक तत्व है, और फॉस्फेट उर्वरक आलू के कंदों की उपज और गुणवत्ता में वृद्धि को बढ़ावा दे सकते हैं। फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज की अभिव्यक्ति (पीटीएक्सडी) से स्यूडोमोनास एसपीपी चावल और कपास को फॉस्फेट के अलावा फॉस्फेट को चयापचय करने की अनुमति देता है, और आलू में इसकी भूमिका तलाशने लायक है। आलू को वृद्धि और गुणवत्ता के लिए नाइट्रोजन या फॉस्फेट उर्वरकों की तुलना में अधिक पोटेशियम उर्वरक की आवश्यकता होती है। अरेबिडोप्सिस K . की विषम अभिव्यक्ति+ चैनल एकेटी1 और इसके सक्रियकर्ता CBL1, CBL9, तथा सीआईपीके23 कई फसलों में मिट्टी से पोटेशियम के अवशोषण की क्षमता को बढ़ा सकता है, और K . को ओवरएक्सप्रेस कर सकता है+ ट्रांसपोर्टर एचएके5 पोटेशियम-सीमित परिस्थितियों में कई फसलों में पोटेशियम के अवशोषण की दक्षता में वृद्धि कर सकता है। हाल ही में, जड़ प्रणाली की वास्तुकला में आनुवंशिक रूप से हेरफेर करना कंद फसलों में पोषक तत्वों के अधिग्रहण और उपज को बढ़ाने के लिए एक उभरती हुई रणनीति बन गई है, लेकिन आलू में जिन जीनों का दोहन किया जा सकता है, उन्हें खनन किया जाना चाहिए।
WBEEPs के लिए भविष्य की संभावनाएं
अंतरिक्ष में पौधे कैसे बढ़ते और विकसित होते हैं, यह दिखाने के लिए प्रयोग किए गए हैं, लेकिन स्पष्ट स्थान कृषि अपनी प्रारंभिक अवस्था में बनी हुई है। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर वर्तमान में केवल हरी पत्तेदार सब्जियां जैसे लेट्यूस और सरसों को भोजन के लिए उगाया जाता है। इस प्रकार, अधिक पौधों को अंतरिक्ष खेतों में लाने के लिए, हम फसल सुधार के लिए WBEEP दृष्टिकोण का प्रस्ताव करते हैं। एक व्यापक रूप से लागू WBEEP न्यूनतम उर्वरक खपत के साथ अंतरिक्ष में मनुष्यों के लिए पर्याप्त और पौष्टिक भोजन प्रदान कर सकता है। जैसे-जैसे अधिक पोषण-विरोधी कारक जैवसंश्लेषण तंत्र प्रकट होते हैं, और पोषण, उपज और उर्वरक उपयोग दक्षता में सुधार के लिए रणनीति विकसित की जाती है, WBEEP दृष्टिकोण को अधिक फसलों पर लागू किया जा सकता है। हालांकि भोजन के लिए अंतरिक्ष में डब्ल्यूबीईईपी की व्यावहारिक खेती जल्द ही प्राप्त नहीं की जा सकती है, हम सुझाव देते हैं कि इस तरह के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए आवश्यक वृद्धिशील अग्रिमों पर विचार करना न केवल अंतरिक्ष कृषि के लिए बल्कि पारंपरिक कृषि के लिए भी फायदेमंद हो सकता है।
