ऊस हा जगातील 70 टक्के साखरेची गरज पूर्ण करतोच शिवाय बायोइथेनॉलचा प्रमुख स्रोत देखील आहे. परिणामी, त्याला “ऊर्जा ऊस” म्हणून ओळखले जाते, साखरेचा ऊस नव्हे. आता ऊसाचे दोन प्रकार असतील, एक साखर उत्पादनासाठी असेल, दुसरा बायोइथेनॉल निर्मितीसाठी असेल. ऊस पीक हे प्रामुख्याने उष्णकटिबंधीय आणि उपोष्णकटिबंधीय प्रदेशात घेतले जाते. इंडोनेशियातील ऊस संशोधकांनी ऊसामध्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारणा केलेल्या आहेत. त्याच्या खोडात (कांडित) 18 टक्केपर्यंत सुक्रोज जमा करण्याची क्षमता असलेली ऊर्जा ऊस विकसित केलेली आहे. जटिल जीनोम, कमी प्रजनन क्षमता, दीर्घ उत्पादन चक्र आणि विविध जैविक आणि अजैविक ताणांना संवेदनशीलता यामुळे या पिकाच्या सुधारणेस अडथळा येतो. सुधारित ऊस पीक मिळविण्यासाठी या अडथळ्यांना दूर करण्यासाठी बायोटेक्नॉलॉजिकल हस्तक्षेप हे एक उत्तम साधन आहे. कृषी क्षेत्रांमध्ये वनस्पतिजन्य पद्धतीने प्रचार केला जात असल्याने, ते काम करण्यासाठी अधिक आकर्षक वनस्पती बनले आहे. ऊस पीक सुधारण्यासाठी ओमिक्सचे प्रगत ज्ञान (जीनोमिक्स, ट्रान्सक्रिप्टॉमिक्स, प्रोटीओमिक्स आणि मेटाबोलॉमिक्स) कसे वापरले जाऊ शकते, हे या प्रकरणावर प्रकाश टाकते. याशिवाय, साखरेच्या सुधारित रिकव्हरीसह सुधारित उसाचे क्लोन विकसित करण्यासाठी इन विट्रो तंत्र आणि ट्रान्सजेनिक तंत्रज्ञानाच्या संभाव्य भूमिकेवरही चर्चा करण्यात आली आहे. ओमिक्स, हे एक भविष्यातील संशोधनाचे एक वास्तविक संभाव्य क्षेत्र आहे.
ऊस पीक सुधारण्यामध्ये आणि ऊर्जा ऊस विकसित करण्यामध्ये जीनोमिक्स, ट्रान्सक्रिप्टॉमिक्स, प्रोटीओमिक्स आणि मेटाबोलॉमिक्सची भूमिका अधोरेखित करण्यासाठी वारंवार पुनरावलोकन केले गेले आहे. ऊस पीक आणि साखर उत्पादन सुधारण्यासाठी जैवतंत्रज्ञानाच्या हस्तक्षेपाची भूमिका चार श्रेणींमध्ये महत्त्वपूर्ण आहे; एक ट्रान्सजेनिक तंत्रज्ञान, दोन बायोएनर्जी, तीन टिश्यू कल्चर आणि चार ओमिक्स दृष्टीकोन. ‘ओमिक्स’ हा शब्द एक व्यापक शब्द बनला आहे आणि तो फक्त एका विषयात समाविष्ट करणे अशक्य आहे. ओमिक्स पध्दतीने जीन्स, प्रथिने आणि चयापचय यांच्यातील जटिल परस्परसंवादाची समज शोधली आहे. हे एकात्मिक पध्दती, विश्लेषणात्मक पद्धती, जैव सूचनाशास्त्र, संगणकीय विश्लेषण आणि जीवशास्त्राच्या इतर अनेक विषयांवर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतात. जीनोमिक्स, प्रोटीओमिक्स, ट्रान्सक्रिप्टॉमिक्स आणि मेटाबोलॉमिक्स पद्धतींचा वापर करून, वनस्पती प्रजनन आणि ट्रान्सजेनिक तंत्रज्ञानामध्ये सुसंगतता आणि अंदाज सुधारण्यात आला आहे. यामुळे कमी वेळेत आणि कमी इनपुट वापरामध्ये वर्धित पोषण मूल्यांसह उच्च दर्जाची आणि तणाव प्रतिरोधक पिके तयार करण्यास मदत झाली आहे. ओमिक्सने तणनाशके, थंडी, खारटपणा आणि दुष्काळी तणाव यांच्याशी कीटकांचा प्रतिकार आणि सहिष्णुता यामध्ये अंतर्भूत असलेल्या आण्विक यंत्रणेची अंतर्दृष्टी प्रदान केली आहे.
उसातील ओमिक्स (जीनोमिक्स, ट्रान्सक्रिप्टॉमिक्स, प्रोटीओमिक्स आणि मेटाबोलॉमिक्स) उच्च उत्पादन, उच्च सुक्रोज सामग्री, जैविक आणि अजैविक ताण सहनशीलतेसाठी, इतर संबंधित पिकांसह उसाची जीनोम रचना, शरीरविज्ञान आणि कार्यात्मक सत्यता याबद्दल माहिती असणे आवश्यक आहे. ट्रान्सजेनिक तंत्रज्ञान हे एकमेव तंत्रज्ञान आहे, ज्याद्वारे संपूर्ण ऊसाच्या प्रजातींमध्ये एलियन जनुकांचा परिचय होऊ शकतो. काही मौल्यवान कृषी वैशिष्ट्यांसाठी आणि वर्धित सुक्रोज सामग्रीसाठी उसाचे चांगले अन्वेषण केले गेले आहे. उसामध्ये नोंदवलेल्या बहुतांश परिवर्तन घटना बायोलिस्टिकद्वारे होतात. अॅग्रोबॅक्टेरियम आणि इलेक्ट्रोपोरेशनचा देखील कोणत्याही प्रकारे वापर केला गेला आहे. रेषांचे यश हे सादर केलेल्या जनुकांच्या एकत्रीकरणावर आणि स्थिर अभिव्यक्तीवर अवलंबून असते. ऊस परिवर्तनामध्ये पुनर्संचयता, कमी परिवर्तन कार्यक्षमता, ट्रान्सजीन निक्रियता आणि कठीण बॅकक्रॉसिंग हे प्रमुख अडथळे आहेत. ट्रान्सजेनिक उसाच्या फील्ड लागवडीबाबत मर्यादित अहवाल उपलब्ध असले तरी, ऊस जीनोममध्ये मोठ्या संख्येने संशोधक गुंतलेले आहेत. ट्रान्सजेनिक पीक वाणांचे आणि तणनाशकांचे विविध प्रकार आहेत. हे इतके वांछनीय आहे की जगभरात उगवणाऱ्या ट्रान्सजेनिक पिकांपैकी 70 टक्केपेक्षा जास्त तणनाशके प्रतिरोधक आहेत. ग्लायफोसेटचा उच्च डोस सहन करण्याची क्षमता असलेल्या वनस्पती बायोलिस्टिक ट्रान्सफॉर्मेशनद्वारे विकसित केल्या गेल्या आहेत तर अॅग्रोबॅक्टेरियम आणि ट्रान्सफॉर्मेशनच्या इतर पद्धती (इलेक्ट्रोपोरेशन) देखील तपासल्या गेल्या आहेत. ऊस पिकातील तणांचे नियंत्रण करण्यासाठी शेतकऱ्यांना तणनाशकांची मदत होत आहे. आता हे तंत्रज्ञान ऊस पिकांमध्येच टाकण्यात येणार असून, त्यामुळे उसाच्या शेतीत खुद्द ऊस पीकच तण येऊ देणार नाही. हे तंत्रज्ञान ऊर्जा उसासाठी अधिक योग्य होईल, कारण त्याचा मानवी वापरावर कोणताही परिणाम होणार नाही. ऊर्जा उसापासून जैवइंधन (इथेनॉल, रेक्टिफाइड स्पिरिट, ई.एन.ए., औद्योगिक अल्कोहोल, सीएनजी) आणि बायोप्लास्टिक ही उत्पादने आपण तयार करू शकतो. आपण जी उत्पादने तयार करू शकतो ती जैवइंधन आणि बायोप्लास्टिक आहेत, जी आपण थेट उपभोगासाठी वापरत नाही. ट्रान्सजेनिक तंत्रज्ञानाचा मानवी आरोग्यावर कोणताही परिणाम होत नसल्याने पर्यावरणवादी त्याला विरोध करणार नाहीत. त्यासाठी शेतकऱ्यांनी अॅग्रिप्रेन्यूअर (कृषी उद्योजक) झाले पाहिजे. कृषी तंत्रज्ञानातील गतिशीलता अचूक आणि काळजीपूर्वक स्वीकारली पाहिजे. कीटकनाशक कीटक हे उत्पादन मर्यादित करणारे प्रमुख घटक आहेत, जे पीक उत्पादनाचे गंभीर नुकसान करतात. उसाच्या आर्थिकदृष्ट्या महत्त्वाच्या कीटकांचे वर्गीकरण बोअरर, सॅप शोषक कीटक, पांढरे खरपूस आणि दीमक यांमध्ये केले जाऊ शकते. ऊसावरील कीटक वेगवेगळ्या उष्णकटिबंधीय आणि उपोष्णकटिबंधीय कृषी हवामान क्षेत्रांमध्ये प्रजातींच्या रचनेत व्यापक फरक दर्शवतात. जगभर उसाला कीटक आणि रोगांचा सामना करावा लागत आहे, ज्यामुळे साखर उत्पादनावर गंभीर परिणाम होत आहे. कीटक आणि रोगांमुळे होणाऱ्या नुकसानाचा अचूक अंदाज उपलब्ध नाही. असे असले तरी, काही कीटकांमुळे होणारे आर्थिक नुकसान अंदाजित केले गेले आहेत. टेक्सासच्या लोअर रिओ ग्रॅन्डे व्हॅली येथील साखर उद्योगाला 10 ते 20 दशलक्ष डॉलर वार्षिक नुकसानीचा अंदाज व्यक्त केला होता. त्याचप्रमाणे, वूली अॅफिड (सेराटोव्हॅकुना लॅनिगेरा) सहाव्या महिन्यांत 18.3 टक्के उत्पन्न नुकसानास कारणीभूत असल्याचा अंदाज आहे. शेतात उगवणाऱ्या उसाच्या बहुतेक जाती हे संकरीकरण आणि निवडीचे परिणाम आहेत. आण्विक जीवशास्त्र आणि अनुवांशिक परिवर्तनातील प्रगतीमुळे संशोधकांना विशेषत: कीटकांच्या प्रतिकारासाठी इच्छित कृषी वैशिष्ट्यांसह ट्रान्सजेनिक ऊस रोपे विकसित करण्यास मदत झाली आहे. कीटक-प्रतिरोधक वनस्पती जसे की लेक्टिन, प्रोटीनेज इनहिबिटर, राइबोसोम निक्रिय करणारे प्रथिने, दुय्यम चयापचय, डेल्टा एंडोटॉक्सिन आणि कीटकनाशक प्रथिने तयार करण्यासाठी विविध प्रकारचे रेणू हाताळले गेले आहेत. अजैविक ताणामुळे चयापचय, वाढ आणि विकासात अडथळा आणून प्रत्यक्ष किंवा अप्रत्यक्षपणे वनस्पतीची शारीरिक स्थिती बदलू शकते. अजैविक ताणांमध्ये क्षारता, दुष्काळ आणि कमी तापमान हे मूलभूत घटक आहेत जे वनस्पतींच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम करतात. या तणावांचा सामना करण्यासाठी वनस्पती शारीरिक आणि जैवरासायनिक प्रतिक्रियांचे कॅस्केड सुरू करते. कोणत्याही प्रकारच्या तणावासाठी तंत्रज्ञान विकसित केले आहे. उदा. दुष्काळ प्रतिरोधक वाण. उसामध्ये त्याच्या ताज्या वजनाच्या 25 टक्केपेक्षा जास्त सुक्रोज साठवण्याची क्षमता आहे, त्यामुळे साखरेची पुनर्प्राप्ती वाढवण्याची मोठी क्षमता आहे. जैवतंत्रज्ञान साधनांमधील प्रगतीमुळे उसामध्ये सुक्रोज जमा होण्यात गुंतलेले चयापचय मार्ग समजण्यास मदत झाली आहे. सुक्रोज चयापचय मार्ग, प्रकाशसंश्लेषण कार्यक्षमता, फ्लोएम लोडिंग/अनलोडिंगची डिग्री, सुक्रोज अॅसिमिलेशनचा दर आणि स्टेम आणि व्हॅक्यूल्समध्ये कार्बन विभाजन हे मुख्य लक्ष्य आहेत जे सुक्रोज संचय वाढवण्यासाठी शोधले जाणे आवश्यक आहे. उसाच्या पानांद्वारे सीओ 2 आणि एच 2 ओ प्रकाशसंश्लेषण केले जाते आणि त्यातून प्रकाशसंश्लेषण सुक्रोज तयार केले जाते आणि उसाच्या कांडीतील पोकळीद्वारे प्रत्येक कांडीत सुक्रोज ढकलले जाते. जरी, जैवतंत्रज्ञानाच्या हस्तक्षेपाने कृषी दृष्ट्या सुधारित जीनोटाइप तयार केले असले तरी, शास्त्रज्ञ सध्या ऊस पिकाला औद्योगिक तसेच उपचारात्मक महत्त्व असलेल्या रसायनांच्या मोठ्या प्रमाणावर उत्पादनासाठी काम करत आहेत. म्हणून, जैवतंत्रज्ञान हस्तक्षेप सुधारित कृषी गुणधर्म, साखर सामग्री आणि जैवइंधन उत्पादनासह चांगले ऊस पीक विकसित करण्याचे मोठे आश्वासन देतात.
डॉ. वसंतराव जुगळे
