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Transgenic Plant PPT | Procedure, Advantages, Application, and More.. | PDF Download - Agrobotany .
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परिचय
जैसा कि हम सभी जानते हैं, प्लांट बायोटेक्नोलॉजी का मुख्य उद्देश्य चयनित पौधों में वांछित परिवर्तन लाना है। जब कोई नया पौधा बायोटेक्नोलॉजी की तकनीकों के माध्यम से विकसित किया जाता है, तो उसे एक निश्चित नाम यानी ट्रांसजेनिक प्लांट दिया जाना चाहिए। ट्रांसजेनिक मूल रूप से:
जैव प्रौद्योगिकी की तकनीकों द्वारा विकसित पौधों को ट्रांसजेनिक पौधे कहा जाता है।
या
जेनेटिक इंजीनियरिंग की प्रक्रिया द्वारा विकसित पौधों को ट्रांसजेनिक पौधे कहा जाता है।
ट्रांसजेनिक प्रजनन से तात्पर्य फसल पौधों और पालतू पशुओं के आनुवंशिक सुधार और मानव जाति के लिए उनके आर्थिक उपयोग के लिए जैव प्रौद्योगिकी के माध्यम से सूक्ष्म जीवों के पूर्ण उपयोग से है।
ट्रांसजेनिक शब्द का तात्पर्य ऐसे जीव या पौधे से है जिसमें परिवर्तित या ट्रांसजीन होते हैं और आनुवंशिक रूप से इंजीनियर जीवों को ट्रांसजेनिक कहा जाता है।
ट्रांसजीन एक जीन है जो एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित हो जाता है। ट्रांसजीन से तात्पर्य एक ही प्रजाति, संबंधित जंगली प्रजातियों, असंबंधित प्रजातियों और सूक्ष्मजीवों के विदेशी जीन या संशोधित जीन से है।
ट्रांसजेनिक पौधों की मुख्य विशेषताएं
A. ट्रांसजीन होते हैं:
ट्रांसजेनिक पौधों में ट्रांसजीन होते हैं जो संबंधित और असंबंधित प्रजातियों से हो सकते हैं। यह तकनीक क्रॉसिंग की बाधाओं को कम करती है
B. जैव प्रौद्योगिकी को शामिल करें
जैव प्रौद्योगिकी का योगदान बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि आनुवंशिक इंजीनियरिंग की तकनीकों के माध्यम से ट्रांसजीन को एकल कोशिका में स्थानांतरित किया जा सकता है, इसके अलावा, आनुवंशिक रूप से परिवर्तित एकल कोशिकाओं को पूरे पौधों में पुनर्जीवित करने के लिए ऊतक संवर्धन आवश्यक है।
C. यौन प्रक्रिया को बायपास करें
ट्रांसजेनिक पौधे दाता और प्राप्तकर्ता माता-पिता के बीच यौन संलयन को शामिल किए बिना विकसित किए जाते हैं। एक बार जब एक ट्रांसजेनिक पौधा विकसित हो जाता है, तो ट्रांसजेनिक विशेषता को बैकक्रॉस विधि के माध्यम से दूसरे जीनोटाइप में स्थानांतरित किया जा सकता है।
D. कम आवृत्ति
ट्रांसजीन को कई एकल कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जाता है, लेकिन उनमें से केवल कुछ ही संवर्धन माध्यम में जीवित रहते हैं और कोशिका विभाजन के दौरान ट्रांसजीन नहीं खोते हैं। इसलिए ट्रांसजेनिक पौधों को बहुत कम आवृत्ति पर पुनर्प्राप्त किया जाता है। स्थानांतरित कोशिकाओं की पहचान पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन द्वारा की जाती है।
E. उपयोगिता
ट्रांसजेनिक पौधों की उपयोगिता अधिक है क्योंकि वे फसलों में कीट समस्याओं, रोग समस्याओं, सूखे आदि जैसी विशिष्ट समस्याओं को हल करने के लिए विकसित होते हैं।
ट्रांसजीन प्रजनन के चरण
ट्रांसजेनिक पौधे बनाने में निम्नलिखित कई चरण शामिल हैं।
1. विशेषता की पहचान:
प्रक्रिया वांछित विशेषता की पहचान करने से शुरू होती है जिसे पौधे में हस्तानंत्रण किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यह कीट प्रतिरोध, पोषण मूल्य में वृद्धि या पर्यावरणीय तनावों के प्रति सहनशीलता के लिए एक विशेषता हो सकती है।
2. दाता जीन का चयन:
वांछित गुण के लिए जिम्मेदार जीन को दाता जीव से अलग किया जाता है। इन जीनों को उनके कार्य और प्राप्तकर्ता पौधे में वांछित गुण को व्यक्त करने की क्षमता के लिए चुना जाता है।
3. जीन क्लोनिंग:
अलग किए गए जीन को क्लोन करके उन्हें डालने के लिए तैयार किया जाता है। उन्हें आमतौर पर विनियामक तत्वों के साथ जोड़ा जाता है जो यह सुनिश्चित करते हैं कि जीन पौधे के भीतर ठीक से काम करे ।
4. रूपांतरण:
इस चरण में पौधों की कोशिकाओं में रुचि के जीन को सम्मिलित करना शामिल है। इसके लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि एग्रोबैक्टीरियम-मध्यस्थ रूपांतरण या कण बमबारी विधियाँ।
5. ट्रांसजेनिक पौधों का पुनर्जनन:
एक बार जब जीन को पौधों की कोशिकाओं में सफलतापूर्वक एकीकृत कर दिया जाता है, तो इन कोशिकाओं को पूरे पौधों में पुनर्जीवित करने के लिए प्रेरित किया जाता है। इसमें संशोधित कोशिकाओं से पूरे पौधे उगाने के लिए ऊतक संवर्धन तकनीक शामिल हो सकती है।
6. चयन और स्क्रीनिंग:
सभी रूपांतरित कोशिकाओं में वांछित जीन नहीं होगा। इसलिए, चयन विधियों का उपयोग उन कोशिकाओं या पौधों की पहचान करने और उन्हें अलग करने के लिए किया जाता है जिनमें जीन शामिल है। इसमें अक्सर चयन योग्य मार्कर, पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन [पीसीआर], एंजाइम-लिंक्ड इम्यूनोसोरैबेंट परख [एलिसा] आदि का उपयोग करना शामिल होता है।
*कैनामाइसिन-प्रतिरोधी जीन का उपयोग रूपांतरित कोशिकाओं की पहचान के लिए किया जाता है, कैनामाइसिन की घातक सांद्रता को प्रोटोप्लास्ट कल्चर के प्लास्मिड मिश्रित निलंबन में डाला जाता है। रूपांतरित कोशिकाएँ मर जाएँगी और केवल रूपांतरित प्रोटोप्लास्ट ही जीवित रहेंगे।
7. पुष्टि और लक्षण वर्णन:
पौधों की ट्रांसजेनिक प्रकृति की पुष्टि विभिन्न आणविक और आनुवंशिक विश्लेषणों के माध्यम से की जाती है। ये परीक्षण सत्यापित करते हैं कि क्या वांछित जीन को सफलतापूर्वक शामिल किया गया है और क्या यह पौधे में कार्यात्मक है
8. फील्ड ट्रायल और जांच:
इन शुरुआती परीक्षणों में सफल होने वाले ट्रांसजेनिक पौधों को वास्तविक पर्यावरणीय परिस्थितियों में उनके प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए फील्ड ट्रायल के अधीन किया जाता है। ये परीक्षण वांछित विशेषता, उपज और पर्यावरण के साथ अंतःक्रिया की अभिव्यक्ति का आकलन करते हैं।
9. विनियामक अनुमोदन:
विनियामक प्राधिकरण द्वारा पारित ट्रांसजेनिक पौधों का मूल्यांकन तीन वर्षों तक बहु-स्थान परीक्षणों में किया जाता है ताकि रुचि के जीन के प्रदर्शन का परीक्षण किया जा सके। स्थिर प्रदर्शन वाले बेहतर जीनोटाइप को खेती के लिए जारी किया जाता है। इस प्रक्रिया में सटीकता की आवश्यकता होती है, क्योंकि पेश किए गए जीन को पौधे के स्वास्थ्य या पर्यावरण पर प्रतिकूल प्रभाव डाले बिना पौधे के डीएनए में एकीकृत होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, नैतिक और विनियामक विचार ट्रांसजेनिक पौधों के विकास और रिलीज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
ट्रांसजेनिक प्रजनन या संयंत्र के लाभ
1. फसल सुधार की तीव्र विधि:
यह समूह सुधार की तीव्र विधि है। एक नई किस्म/संकर विकसित करने में 3 से 4 साल लगते हैं, जबकि पारंपरिक विधि में 10 से 15 साल लगते हैं।
पुनर्जनन के माध्यम से प्राप्त ट्रांसजेनिक पौधों की पहली पीढ़ी को T0 संतान कहा जाता है। ट्रांसजेनिक पौधों की दूसरी पीढ़ी पहली पीढ़ी के क्रॉस के माध्यम से प्राप्त होती है जिसे T1 संतान कहा जाता है।
2. क्रॉसिंग बाधाओं पर काबू पाना:
ट्रांसजेनिक बिल्डिंग परमिट जीन को असंबंधित प्रजातियों और यहां तक कि असंबंधित जीवों के बीच स्थानांतरित करता है। खेती किए लिए टमाटरों में एक ठंड-प्रतिरोधी जीन स्थानांतरित किया गया है।
3. नए जीनोटाइप का विकास:
कभी-कभी, ट्रांसजेनिक प्रजनन से पूरी तरह से नई पौधों की प्रजातियों का विकास हो सकता है, इस प्रकार यह प्राकृतिक विकास की प्रक्रिया को प्रभावित करेगा।
4. अनुप्रयोग:
ट्रांसजेनिक प्रजनन का उपयोग ऑटोगैमस और एलोगैमस फसल पौधों के आनुवंशिक सुधार के लिए किया जा सकता है। बीज-प्रसारित और वानस्पतिक रूप से प्रचारित दोनों प्रजातियों को ट्रांसजीन के उपयोग के माध्यम से सुधारा जा सकता है।
5. प्रभावशीलता:
ट्रांसजेनिक प्रजनन केवल मोनोजेनिक लक्षणों के आनुवंशिक सुधार के लिए प्रभावी पाया गया है। इसका उपयोग अब तक पॉलीजेनिक लक्षणों के आनुवंशिक सुधार के लिए नहीं किया गया है। यह विभिन्न रोगों, अनाचार और शाकनाशियों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता वाले पौधों के विकास में बहुत प्रभावी पाया गया है।
ट्रांसजेनिक पौधे का अनुप्रयोग
ट्रांसजेनिक प्लांट प्रौद्योगिकी के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उपज में सुधार, खाद्य उत्पादों की गुणवत्ता और जैविक और अजैविक तनावों के प्रति प्रतिरोध शामिल हैं।
उपलब्धियां
कीट प्रतिरोध:
इसमें कपास में बॉलवर्म प्रतिरोध और मक्का में यूरोपीय बोरर प्रतिरोध शामिल है, इन कीटों के प्रतिरोध को बैसिलस थुरिंजिएंसिस से स्थानांतरित किया गया है।
रोग प्रतिरोध:
अंगूर में पियर्स रोग के प्रतिरोध को फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में विकसित किया गया है।
लवणता प्रतिरोध:
कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और टोरंटो विश्वविद्यालय में लवणता प्रतिरोध टमाटर विकसित किए गए हैं।
शाकनाशी प्रतिरोध:
यह कपास, सन, सोयाबीन, गेहूं, आलू, टमाटर, रेपसीड आदि में हासिल किया गया है। शाकनाशी प्रतिरोध के लिए जीन को स्ट्रेप्टोमाइस से गेहूं, आलू और टमाटर में स्थानांतरित किया गया है, और कपास, सोयाबीन और अलसी में माइक्रोबियल जीन से।
मात्रा में वृद्धि और गुणवत्ता में सुधार:
आलू में स्टार्च की मात्रा को मानव आंत के बैक्टीरिया [एसचेरिचिया कोली] से जीन स्थानांतरित करके बढ़ाया गया है और अमरंथस से एक उच्च जीन स्थानांतरित किया गया है।
चावल में, डैफोडिल्स से एक उच्च कैरोटीन सामग्री जीन स्थानांतरित किया गया है और गोल्डन राइस विकसित किया गया है। गोल्डन राइस में विटामिन ए की मात्रा भरपूर होती है।
टमाटर में, एंटी क्रैकिंग जीन विंटर फ्लाउंडर मछली से और ठंड प्रतिरोधी जीन अरेबिडोप्सिस थालियाना से स्थानांतरित किया गया है। इससे परिवहन और गुणवत्ता में वृद्धि हुई है।
सीमाएँ
ट्रांसजेनिक प्रजनन की कुछ सीमाएँ इस प्रकार हैं:
1. सुरक्षा संबंधी चिंताएँ:
आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों (जीएमओ) के सेवन की सुरक्षा के बारे में बहस जारी है, साथ ही संभावित दीर्घकालिक स्वास्थ्य प्रभावों के बारे में भी चिंताएँ हैं।
2. पर्यावरणीय प्रभाव:
ट्रांसजेनिक पौधे क्रॉसब्रीडिंग या अन्य इंटरैक्शन के माध्यम से स्थानीय पारिस्थितिकी तंत्र या जंगली पौधों की आबादी को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से अनपेक्षित परिणाम हो सकते हैं।
3. प्रतिरोध विकास:
कीट या रोग ट्रांसजेनिक पौधों में पेश किए गए लक्षणों के प्रति प्रतिरोध विकसित कर सकते हैं, जिससे समय के साथ संशोधित फसलों की प्रभावशीलता कम हो सकती है।
4. नैतिक चिंताएँ:
जीन के हेरफेर और ट्रांसजेनिक पौधों के व्यावसायीकरण के आसपास नैतिक विचार हैं, विशेष रूप से स्वामित्व, पेटेंट और लाभों के न्यायसंगत वितरण के संदर्भ में।
5. विनियामक बाधाएँ:
कड़े नियम और सार्वजनिक धारणा कभी-कभी ट्रांसजेनिक पौधों के विकास और इसे अपनाने में बाधा डालती है, जिसके परिणामस्वरूप सीमित व्यावसायीकरण और बाजार स्वीकृति होती है।
6. अज्ञात दीर्घकालिक प्रभाव:
पर्यावरण में ट्रांसजेनिक पौधों को छोड़ने के दीर्घकालिक परिणाम पूरी तरह से समझ में नहीं आए हैं, जिससे जैव विविधता और पारिस्थितिकी तंत्र पर उनके प्रभाव के बारे में चिंताएँ पैदा होती हैं।
इन सीमाओं को संबोधित करने के लिए ट्रांसजेनिक पौधों की सुरक्षा और जिम्मेदार उपयोग सुनिश्चित करने के लिए निरंतर अनुसंधान, कठोर परीक्षण और नियामक निरीक्षण की आवश्यकता होती है।
What is Transgenic Plant?
As we all know, the main purpose of plant biotechnology is to bring desirable change to selected plants. When a new plant is developed through the techniques of biotechnology then it deserves a defined name i.e. transgenic plant. Basically
Plants developed by the techniques of biotechnology are referred to as transgenic plants.
or
The Plants developed by the process of genetic engineering are called transgenic plants.
Transgenic breeding refers to the genetic improvement of crop plants, and domestic animals and the full use of micro-organisms through biotechnology for their economic use for mankind.
The word Transgenic refers to the individual containing altered or Transgenes and Genetically engineered organisms are referred to as transgenic.
A transgene is a gene that has been transferred from one organism to another Transgene refers to a foreign gene or modified gene of the same species, related wild species, unrelated species and microbes.
What are Main Features of Transgenic Plants?
A. Contain transgene:
transgenic plants contain transgenes which may be from related and unrelated species. this technology reduce the crossing barriers.
B. Involve Biotechnology
The contribution of biotechnology is very important because transgene can be transferred into a single cell through the techniques of genetic engineering, Moreover, tissue culture is essential for the regeneration of genetically transformed single cells into whole plants.
C. Bypass sexual process
transgenic plants are developed without involving sexual fusion between donor and recipient parent. Once a transgenic plant is developed, the transgenic trait can be transferred to another genotype through the backcross method.
D. Low Frequency
the transgene is transferred into many single cells but only some of them survive in a culture medium and don't lose transgene during cell division. Hence transgenic plants are recovered at a very low frequency. The transferred cells are identified by Polymerase chain reaction.
E. Utility
the utility of transgenic plants is high because they develop to solve specific problems in crops such as insect problems, Disease Problems, drought etc.
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What are the Procedures of Transgenes breeding ?
Creating transgenic plants involves several following steps.
1. Identification of Trait:
The process begins with identifying the desired trait that needs to be introduced into the plant. For instance, it could be a trait for pest resistance, increased nutritional value, or tolerance to environmental stresses.
2. Selection of Donor Gene:
Genes responsible for the desired trait are isolated from the donor organism. These genes are chosen for their function and ability to express the desired trait in the recipient plant.
3. Gene Cloning:
The isolated genes are cloned and prepared for insertion. They are typically combined with regulatory elements that ensure the gene functions properly within the plant.
4. Transformation:
This step involves inserting the gene of interest into the plant cells. Various methods are used for this, such as Agrobacterium-mediated transformation or particle bombardment methods.
5. Regeneration of Transgenic Plants:
Once the gene is successfully integrated into the plant cells, these cells are stimulated to regenerate into whole plants. This can involve tissue culture techniques to grow whole plants from the modified cells.
6. Selection and Screening:
Not all transformed cells will contain the desired gene. Thus, selection methods are used to identify and isolate the cells or plants that have incorporated the gene. This often involves using selectable markers, Polymerase chain reaction [PCR], Enzyme-linked Immunosorabant assay [ELISA], etc.
*The kanamycin-resistant gene is used for the identification of transformed cells, the lethal concentration of kanamycin is put in the plasmid mixed suspension of protoplast culture. The on-transformed cells will die and only transformed protoplasts will survive.
7. Confirmation and Characterization:
The transgenic nature of the plants is confirmed through various molecular and genetic analyses. These tests verify if the desired gene has been successfully incorporated and is functional in the plant.
8. Field Trials and Testing:
The transgenic plants that pass these initial tests are then subjected to field trials to evaluate their performance under real environmental conditions. These trials assess the expression of the desired trait, yield, and interactions with the environment.
9. Regulatory Approval:
Transgenic plants which are passed by the regulatory authority are evaluated in multi-location trials for three years to test the performance of the gene of interest. Superior genotypes with stable performance are released for cultivation.
This process requires precision, as the introduced gene must integrate into the plant's DNA without causing adverse effects on the plant's health or the environment. Additionally, ethical and regulatory considerations play a significant role in the development and release of transgenic plants.
What are the Advantages of Transgenic Breeding or Plant?
1. Rapid method of crop improvement
It is a rapid method of group improvement. It takes 3 to 4 years 4 developing a new cultivar/hybrid against 10 to 15 years taken by a conventional method.
The first generation of transgenic plants obtained through the regeneration is called T0 progeny. The second generation of transgenic plants is obtained through the cross of the first generation called T1 progeny.
2. Overcome Crossing Barriers
Transgenic building permits Jean transfer between unrelated species and even between unrelated organisms. A freezing-resistant gene has been transferred from the face to cultivated tomatoes.
3. Evolution of New genotype
Sometimes, Transgenic Breeding may lead to the evolution of altogether new plant species, thus it will affect the process of natural evolution.
4. Application
Transgenic Breeding can be used for the genetic improvement of autogamous and allogamous crop plants. Both seed-propagated and vegetatively propagated species can be improved through the use of transgenes.
5. Effectiveness
Transgenic Breeding has been found effective for the genetic improvement of monogenic characters only.It has not been used, so far, for the genetic improvement of polygenic characters. It has been found very effective in the development of plants with resistance to various diseases, incest and herbicides.
What are the Applications of Transgenic Plant?
Important applications of Transgenic Plant technology include improvement in yield, quality of food products and resistance to biotic and abiotic stresses.
What are the Achievements of Transgenic Plant?
Insect Resistance:
It includes bollworm resistance in cotton, and European borer resistance in maize, Resistance to these insects has been transferred from Bacillus thuringiensis.
Disease Resistance:
Resistance to Pierce disease in grapes has been developed at the University of Florida.
Salinity Resistance:
Salinity Resistance tomatoes have been developed at the University of California and at the University of Toronto.
Herbicide Resistance:
It has been achieved in cotton, flax, Soybean, Wheat, Potato, tomato, rapeseed etc. The gene for herbicide Resistance has been transferred from streptomyces to wheat, potato and tomato, and from microbial genes in cotton, soybean and linseed.
Quantity Increase & Quality Improvement :
In potatoes starch content has been increased by transferring genes from human intestine bacteria [ Escherichia coli] and a high gene has been transferred from Amaranthus.
In rice, a high carotene content gene has been transferred from Daffodils and Golden Rice has been developed. The golden rice is rich in vitamin A content.
In tomatoes, anti cracking gene has been transferred from winter flounder fish and cold resistant gene from Arabidopsis thaliana. This has increased transportation and quality.
What are the Limitations of Transgenic Plant?
Some limitations of transgenic breeding include:
1. Safety Concerns:
There are ongoing debates about the safety of consuming genetically modified organisms (GMOs), with concerns about potential long-term health effects.
2. Environmental Impact:
Transgenic plants might affect local ecosystems or wild plant populations through crossbreeding or other interactions, potentially leading to unintended consequences.
3. Resistance Development:
Pests or diseases might evolve resistance to the traits introduced in transgenic plants, reducing the effectiveness of the modified crops over time.
4. Ethical Concerns:
There are ethical considerations surrounding the manipulation of genes and the commercialization of transgenic plants, especially in terms of ownership, patents, and equitable distribution of benefits.
5. Regulatory Hurdles:
Stringent regulations and public perception sometimes hinder the development and adoption of transgenic plants, resulting in limited commercialization and market acceptance.
6. Unknown Long-Term Effects:
The long-term consequences of releasing transgenic plants into the environment are not fully understood, leading to concerns about their impact on biodiversity and ecosystems.
Addressing these limitations involves ongoing research, rigorous testing, and regulatory oversight to ensure the safety and responsible use of transgenic plants.
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Pundhan Singh. 2016. Objectives Plant biotechnology. Kalyani publishes, New Delhi.
Pundhan Singh. 2016. Plant Breeding. Kalyani publishes, New Delhi.