ആധുനിക കൃഷി : മെൻഡല്‍ മുതല്‍ മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിങ് വരെ

Read Time:13 Minute

ഡോ.ഷെറിന്‍മോള്‍ തോമസ്

ഗ്രിഗർ മെൻഡലിന്റെ 200ാം ജന്മവാർഷികത്തിന്റെ ഭാഗമായി ലൂക്ക പ്രസിദ്ധീകരിക്കുന്ന ജനിതകശാസ്ത്ര ലേഖന പരമ്പര..

ലഭ്യമായ വിവരങ്ങൾ പ്രകാരം, ഏകദേശം 10,000 വർഷങ്ങൾക്കെങ്കിലും മുമ്പാണ് മനുഷ്യന്‍ കൃഷി ആരംഭിച്ചത്. ഈ കാലഘട്ടത്തിൽ തന്നെ ആണ് ഹോമോസാപ്പിയൻ (മനുഷ്യന്‍) ഒരു വേട്ടക്കാരനില്‍ നിന്നും കർഷകനിലേക്കുള്ള തന്റെ യാത്ര ആരംഭിക്കുന്നതും. കൃഷിയുടെ ആരംഭത്തിന് ശേഷമുള്ള ആയിരക്കണക്കിന് വര്‍ഷങ്ങളുടെ കഠിനാദ്ധ്വാനഫലമായി വളരെ അധികം വിളകളെ മനുഷ്യൻ മെരുക്കി എടുത്തിട്ടുണ്ട്. രസകരമായ സംഗതി എന്താണെന്ന് വച്ചാല്‍ ഇന്ന് നമ്മള്‍ സര്‍വ സാധാരണമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അരി, ഗോതമ്പ്, ചോളം തുടങ്ങിയ ഭഷ്യ വിളകളുടെ പൂര്‍വ്വിക സസ്യങ്ങളെ (wild ancestors) കണ്ടാല്‍ ആധുനിക സമൂഹത്തിലെ ഒട്ടുമുക്കാൽ പേര്‍ക്കും തിരിച്ചറിയാന്‍ സാധിക്കില്ല എന്നതാണ്.

ഇന്നത്തെ പല പ്രബല സസ്യ വിളകളും, പുല്ലു വർഗ്ഗത്തിൽപ്പെട്ട പൂർവിക സസ്യങ്ങളിൽ നിന്നാണ് ഉരുത്തിരിഞ്ഞു വന്നിരിക്കുന്നത്. ‘നിസ്സാരന്മാരായ’ പുല്ലു വര്‍ഗങ്ങളില്‍ നിന്നും ലോകചരിത്രത്തെ വരെ നിയന്ത്രിക്കാനാകുന്ന, മനുഷ്യ വർഗ്ഗത്തിന്റെ അന്നദാതാക്കളായ വിളകളായി മാറിയതില്‍ ശാസ്ത്രത്തിന് പ്രത്യേകിച്ച് ആധുനിക ജനിതക ശാസ്ത്രത്തിന് പ്രത്യേക പങ്ക് ഉണ്ട്. പ്രകൃതി നിര്‍ദ്ധാരണം മുതൽ കൃത്രിമ നിര്‍ദ്ധാരണവും ക്രോസ് ബ്രീഡിംഗും, മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗും വരെയുള്ള ഒരു നീണ്ട ചരിത്രം.

ആധുനിക വിളകളും അവയുടെ പൂര്‍വിക സസ്യങ്ങളും.

കൃത്രിമ നിര്‍ദ്ധാരണം

ആദ്യകാല കര്‍ഷകർ കൃത്രിമ നിര്‍ദ്ധാരണ(artificial selection)മാണ് തങ്ങളുടെ ആവശ്യങ്ങൾക്ക് അനുസൃതമായി വിളകളെ മെരുക്കി എടുക്കുവാന്‍ വേണ്ടി ഉപയോഗിച്ചത്. ഇങ്ങനെയുള്ള പ്രജനനത്തില്‍ വിളകളുടെ പ്രത്യഷ്യമായ സ്വഭാവ സവിശേഷതകളാണ് നിര്‍ദ്ധാരണത്തിനായി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന് തക്കാളി പഴത്തിന്റെ വലുപ്പവും നിറവും നിര്‍ദ്ധാരണത്തിന് മാനദണ്ഡങ്ങള്‍ ആയെങ്കില്‍ ധാന്യങ്ങളുടെ കാര്യത്തില്‍ വിത്തിന്റെ വലുപ്പവും എണ്ണവും ഒക്കെ തിരഞ്ഞെടുപ്പിന് കാരണങ്ങള്‍ ആയി.

ആധുനിക വിളകളും അവയുടെ പൂര്‍വിക സസ്യങ്ങളും. കടപ്പാട് : www.integratedbreeding.net

ജനിതക ശാസ്ത്രത്തിന്റെ വളർച്ച

ആദ്യകാല കര്‍ഷകനില്‍ നിന്നും ആധുനിക കര്‍ഷകനിലേക്കുള്ള യാത്രയില്‍ പരമ്പരാഗത രീതിയിലുള്ള കൃഷിയുടെ കാര്യഷമതയില്ലായ്മ മനുഷ്യന്‍ മനസ്സിലാക്കി. അനുദിനം വര്‍ദ്ധിച്ചു വന്നു കൊണ്ടിരുന്ന ജനസംഖ്യയുടെ ആവശ്യാനുസരണം കാര്‍ഷിക ഉല്‍പാദനത്തിന് കൂടുതല്‍ മികച്ച സാങ്കേതിക വിദ്യകള്‍ ആവശ്യമായി വന്നു. ശാസ്ത്ര വളര്‍ച്ചയുടെ വിവിധ ഘട്ടങ്ങളില്‍ അനുചിതമായ പല രീതികളും ഭഷ്യോല്പാദനം മെച്ചപ്പെടുത്താനായി ഉരുത്തിരിഞ്ഞു വന്നു. ഗ്രിഗർ മെൻഡലും ചാൾസ് ഡാർവിനും തുറന്നിട്ട വാതിലിലൂടെ കടന്നു വന്ന ജനതിക വിപ്ലവം ജീവശാസ്ത്രത്തിന്റെ വളർച്ചയെ ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും ബഹുദൂരം മുന്നോട്ടു കൊണ്ടുപോവുകയും ചെയ്തു.

ഗ്രിഗർ മെൻഡലിന്റെ കാലഘട്ടത്തിന് മുൻപ് തന്നെ ക്രോസ് ബ്രീഡിങ്, ഹൈബ്രിഡ് ബ്രീഡിങ് എന്നിവയുടെ സാധ്യതകളെ പറ്റി അറിവുണ്ടായിരുന്നുവെങ്കിലും മെൻഡലിന്റെ പരീക്ഷണങ്ങൾ പാരമ്പര്യ ജനിതകത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരണയെ വളരെയധികം വിപുലീകരിക്കുകയും, പുതിയ പരീക്ഷണാത്മക രീതികളുടെ വികാസത്തിലേക്ക് നയിക്കുകയും, നിരവധി ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഗവേഷണങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു. 1900-കളിൽ ജനിതകശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഹ്യൂഗോ ഡി വ്രീസ് (Hugo de Vries) ആണ് ജീനോമുകളില്‍ പെട്ടെന്നുണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങളെ “മ്യൂട്ടേഷൻ” എന്ന പേര് നല്കി വിളിച്ചത്. 1920 കളിൽ ലൂയിസ് ജോൺ സ്റ്റാഡ്‌ലർ (Lewis Stadler) ജനിതക വ്യതിയാനം സൃഷ്ടിക്കാൻ എക്സ്-റേ പോലെയുള്ള വികിരണങ്ങളെ ഉപയോഗിച്ചതോടെയാണ് മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിങ്ങ് എന്ന ആശയത്തിന്റെ തുടക്കം.

മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ്

ഡൊമെസ്റ്റിക്കേഷന്‍ അഥവാ മെരുക്കിയെടുക്കല്‍ എന്ന പ്രക്രിയ ജീവികളുടെ ജനിതകമാറ്റത്തെ(മ്യൂട്ടേഷൻ) ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതാണ്. സസ്യങ്ങളിലെ സ്വാഭാവിക മ്യൂട്ടേഷനുകളുടെ നിരക്ക് വിരളമായതിനാല്‍ മേന്‍മയേറിയ വിളകളുടെ ഉല്‍പാദനത്തിന് ഇവയെ മാത്രം ഉപയോഗിക്കുന്നത് പ്രയോഗികമല്ല. ചോള ചെടികളില്‍ സ്റ്റാഡ്‌ലര്‍ നടത്തിയ പരീഷണങ്ങള്‍ കൃത്രിമമായി ജനിതക വൈവിധ്യം സൃഷ്ടിക്കാമെന്ന് തെളിയിച്ചു. ജനിതക വൈവിധ്യം വര്‍ധിപ്പിക്കുന്നതിനും അഭികാമ്യമായ സ്വഭാവ സവിശേഷതകള്‍ (desirable traits/phenotypes) വികസിപ്പിക്കുന്നതിന്നും മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് 1930 മുതൽ പ്രയോഗിച്ചു വരുന്നു.

കൃത്രിമമായി മ്യൂട്ടേഷൻ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രക്രിയയെ മ്യൂടാജെനിസിസ് (Mutagenesis) എന്നും മ്യൂട്ടേഷൻ സൃഷ്ടിക്കാന്‍ കഴിവുള്ള വസ്തുക്കളെ മ്യൂട്ടജൻ(mutagen) എന്നും വിളിക്കുന്നു. ഇഎംഎസ്(ethyl methane sulphonate) പോലെയുള്ള രാസവസ്തുക്കള്‍, അല്ലെങ്കിൽ ഗാമ, എക്സ്-റേ, ഫാസ്റ്റ് ന്യൂട്രോണുകൾ തുടങ്ങിയ വ്യത്യസ്ത മ്യൂട്ടജെനിസിസ് ഉറവിടങ്ങൾ എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് സസ്യങ്ങളില്‍ മ്യൂട്ടേഷൻ ഉണ്ടാക്കാവുന്നതാണ്.

വിളകളുടെ ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയും ഗുണനിലവാരവും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിൽ മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്, തൽഫലമായി 70-ലധികം രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള 210-ലധികം സസ്യജാലങ്ങളിൽ വാണിജ്യ ഉപയോഗത്തിനായി 3,200-ലധികം മ്യൂട്ടന്റ് ഇനങ്ങൾ (വിളകളും അലങ്കാര സസ്യങ്ങളും ഉൾപ്പെടെ) ഔദ്യോഗികമായി പുറത്തിറക്കിയിട്ടുണ്ട്. മറ്റു ബ്രീഡിംഗ് രീതികളെ അപേഷിച്ചു മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് ചെലവ് കുറഞ്ഞതും വേഗതയേറിയതും പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദവുമാണ്. ഹൈബ്രിഡൈസേഷന്‍ ബ്രീഡീങ്ങുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗിലൂടെ ഒരു പുതിയ ഇനം വികസിപ്പിക്കുന്നത് താരതമ്യേന സമയദൈർഘ്യം കുറവാണ്. മാത്രമല്ല, മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗിലൂടെ ഒന്നിലധികം സ്വഭാവസവിശേഷതകളുള്ള മ്യൂട്ടന്റുകളെ സൃഷ്ടിക്കുവാനും കഴിയും. മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംങ്ങിന് അടിസ്ഥാനപരമായി വലിയ അളവിൽ ജനതിക വൈവിധ്യം ഉണ്ടാക്കാനുള്ള കഴിവുള്ളതിനാൽ അത്യുല്പാദനശേഷിയുള്ള വിളകളുടെ വികസനത്തില്‍ മാത്രമല്ല ഫിനോടൈപ്പുകളുമായി ബന്ധപ്പെട്ടുള്ള ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങൾ പഠിക്കുന്നതിനും ജീനുകളുടെ ധര്‍മം മനസ്സിലാക്കുന്നതിനും കൂടുതൽ അവസരങ്ങൾ നല്‍കുന്നു. പലതരം ജനതിക പഠനങ്ങൾക്കും ജീനോമിക്സിന്റെ വളര്‍ച്ചക്കും മ്യൂടാജെനിസിസ് ഒരു ഒരു വലിയ പങ്ക് വഹിച്ചിട്ടുണ്ട്.

ജീനോമിക്സിന്റെ വളര്‍ച മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയ പല പുതിയ സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ആവിഷ്കരിക്കാന്‍ സഹായകമായി. ഇൻ വിട്രോ മ്യൂട്ടജെനിസിസ്, ഹെവി-അയോൺ ബീം, സ്പേസ് മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് എന്നീ നൂതന പതിപ്പുകള്‍ സസ്യങ്ങളിലെ വിവിധ സങ്കീർണ്ണമായ സ്വഭാവവിശേഷങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് ജനിതക വ്യതിയാനം സൃഷ്ടിക്കാൻ കാര്യക്ഷമമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗിന്റെ മറ്റൊരു പതിപ്പായ ടില്ലിങ്, (TILLING:Targeting induced local lesion in genome) വളരെയധികം സസ്യങ്ങളില്‍ ഒരുമിച്ച് മ്യൂടാജെനിസിസ് നടത്തുവാനും, മ്യൂട്ടന്റ് സസ്യങ്ങളിലെ നിർദ്ദിഷ്ട ജീനോമിക് മാറ്റങ്ങൾ(targeted mutation) തിരിച്ചറിയാനും ഫലപ്രദമാണ്. തന്മാത്രാ സാങ്കേതികതയില്‍(molecular biology) അധിഷ്ടിടമായ ഈ രീതി പതിനായിരക്കണക്കിന് സസ്യ സാംബിളുകളിലുള്ള ഡി‌എന്‍‌എകളില്‍ നിന്നും കാര്യഷമമായി ജനിതക വ്യതിയാനങ്ങള്‍ കണ്ടു പിടിക്കാന്‍ പ്രാപ്തിയുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യയാണ്. പൂർണ്ണ-ജീനോം സീക്വൻസിംഗ് ഡാറ്റയുടെ ലഭ്യതയ്ക്ക് ശേഷം എന്‍‌ജി‌എസ്(next generation sequencing) ഇല്‍ അധിഷ്ടിടമായ പല നൂതന സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ഇപ്പോള്‍ വിവിധ വിള സസ്യങ്ങളില്‍ ഉപയോഗിച്ച് വരുന്നു.

ചുരുക്കത്തില്‍ പരമ്പരാഗത കൃഷിയില്‍ നിന്നും ആധുനിക കൃഷിയിലേക്ക് എത്തുമ്പോൾ സസ്യങ്ങളുടെ ജനിതക ഘടന മനസ്സിലാക്കി, ശാസ്ത്രീയമായി മേന്‍മയുള്ള വിളകളെ ഉല്പാദിപ്പിക്കുന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യങ്ങള്‍ രംഗത്തു വന്നു. അത്യുല്പാദനശേഷിയുള്ള വിളകളുടെ വികസനത്തില്‍ ക്രിസ്പെര്‍ സാങ്കേതിക വിദ്യ അടക്കം പല സമീപനങ്ങളും ഉണ്ടെങ്കിലും വിപുലമായ തോതില്‍ ജനതിക വൈവിധ്യം സൃഷ്ടിക്കാന്‍ കഴിവുള്ള മ്യൂട്ടേഷൻ ബ്രീഡിംഗ് പോലെയുള്ള സാങ്കേതിക വിദ്യകള്‍ കാര്‍ഷിക രംഗത്തു വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങളാണ് കൊണ്ട് വന്നിട്ടുള്ളത്.

അധികവായനയ്ക്ക്

Lindstrom EW. Hereditary radium-induced variations in the tomato. Journal of Heredity. 1933 Apr 1;24(4):129-37
Macarthur JW. X-ray mutations in the tomato. Journal of Heredity. 1934 Feb 1;25(2):75-8
Ma L, Kong F, Sun K, Wang T, Guo T. From Classical Radiation to Modern Radiation: Past, Present, and Future of Radiation Mutation Breeding. Front Public Health. 2021 Dec 21;9:768071.
Doebley JF, Gaut BS, Smith BD. The molecular genetics of crop domestication. Cell. 2006 Dec 29;127(7):1309-21
Till BJ, Reynolds SH, Weil C, Springer N, Burtner C, Young K, Bowers E, Codomo CA, Enns LC, Odden AR, Greene EA. Discovery of induced point mutations in maize genes by TILLING. BMC plant biology. 2004 Dec 1;4(1):12
Gupta P, Reddaiah B, Salava H, Upadhyaya P, Tyagi K, Sarma S, Datta S, Malhotra B, Thomas S, Sunkum A, Devulapalli S, Till BJ, Sreelakshmi Y, Sharma R. Next-generation sequencing (NGS)-based identification of induced mutations in a doubly mutagenized tomato (Solanum lycopersicum) population. Plant J. 2017 Nov;92(3):495-508.
Broad, William J. (28 August 2007). “Useful Mutants, Bred With Radiation”. New York Times. Retrieved 20 April 2011.
De Vries H (1905). Species and Varieties: Their Origin by Mutation.

ലേഖനപരമ്പരയിലെ മറ്റു ലേഖനങ്ങൾ