डॉ. जितेन्द्र गिरी
स्टाफ साइंटिस्ट Vपीएच.डी., दिल्ली विश्वविद्यालय, साउथ कैंपस
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अनुसंधान रुचियाँ
कम फॉस्फेट अनुकूलन के आणविक विनियमन को समझना
मेरी प्रयोगशाला का ध्यान नए जीन खोजने और सीमित फॉस्फोरस (P) स्थितियों के जवाब में सेलुलर सिग्नलिंग में उनके कार्यों को समझने पर है। पौधे P की कमी का सामना करने के लिए विभिन्न प्रकार की प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करते हैं और परिणामस्वरूप शारीरिक, जैव रासायनिक और विकासात्मक प्रक्रियाओं को बदलते हैं। हम चावल और चने में संसाधन अधिग्रहण और उपयोग में सुधार करने के लिए P घुलनशील एंजाइम, झिल्ली रीमॉडलिंग जीन और जड़ विकास को लक्षित कर रहे हैं। हम ट्रांसक्रिप्टोमिक्स, मेटाबोलोमिक्स, फेनोमिक्स, ट्रांसजेनेसिस और जीन एडिटिंग जैसे जीनोमिक्स के आधुनिक उपकरणों का उपयोग करते हैं, ताकि कम P इनपुट सिस्टम में पौधों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए उम्मीदवार जीन की पहचान की जा सके।
वर्तमान शोध
प्रकाश संश्लेषण से परे: क्लोरोप्लास्ट के अनुकूलन पौधों को फॉस्फेट की कमी में पनपने में मदद करते हैं
क्लोरोप्लास्ट की बदौलत पौधों में अपना भोजन खुद बनाने की अविश्वसनीय क्षमता होती है। ये अंगक पौधों को कम फॉस्फेट स्तर वाले वातावरण में भी पनपने में मदद करते हैं। क्लोरोप्लास्ट ऐसा करने के लिए सबसे प्रभावशाली तरीकों में से एक गैलेक्टोलिपिड्स का उपयोग करना है, जो ऐसे लिपिड हैं जिन्हें फॉस्फेट की आवश्यकता नहीं होती है।
फॉस्फेट कई सेलुलर प्रक्रियाओं के लिए एक महत्वपूर्ण पोषक तत्व है, जिसमें प्रकाश संश्लेषण भी शामिल है। हालाँकि, कई मिट्टी और वातावरण में फॉस्फेट का उप-इष्टतम स्तर होता है, जिससे पौधों की वृद्धि और फसल की उपज खराब होती है। क्लोरोप्लास्टिक झिल्ली थायलाकोइड/लिफाफा पौधों में सबसे प्रचुर मात्रा में सेलुलर झिल्ली हैं। गैलेक्टोलिपिड्स क्लोरोप्लास्ट झिल्ली में अधिकांश ग्लिसरोलिपिड्स बनाते हैं, जो कुल लिपिड का 80% से अधिक हिस्सा बनाते हैं। जब फॉस्फेट का स्तर कम होता है, तो पौधे फॉस्फेट लिपिड, फॉस्फोलिपिड्स को और अधिक तोड़ते हैं और गैलेक्टोलिपिड्स का उत्पादन बढ़ाते हैं। यह प्रक्रिया, जिसे झिल्ली लिपिड रीमॉडलिंग कहा जाता है, पौधों की कोशिकाओं को फॉस्फेट सीमित होने पर भी अपनी संरचनात्मक अखंडता और कार्य को बनाए रखने में सक्षम बनाती है (वर्मा एट अल., 2021 प्लांट फिजियोलॉजी और बायोकेमिस्ट्री)।
सेलुलर P के इस आकर्षक प्रदर्शन को समझना और उसमें हेरफेर करना पर्यावरण-लचीली फसलें पैदा करने की हमारी रणनीति है। हम इस मार्ग के कई एंजाइमों को लक्षित कर रहे हैं जैसे कि जीडीपीडी (मेहरा एट अल., प्लांट सेल एंड एनवायरनमेंट), एमजीडीजी (वर्मा एट अल., 2021; जेएक्सबी) और डीजीडीजी, ताकि जैव रसायन, आणविक जीव विज्ञान, ट्रांसजेनेसिस और जीनोम एडिटिंग दृष्टिकोण का उपयोग करके चावल में उनकी भूमिका को समझा जा सके।
पी-संबंधित जीन की भूमिका की खोज और नए जीन वेरिएंट बनाने के लिए जीन-संपादन
CRISPR/Cas9 और नए उभरते जीन-संपादन उपकरणों ने जीनोमिक्स के क्षेत्र में क्रांति ला दी है। किसी अन्य विधि ने पौधों में जीन कार्यों को बदलने पर ऐसा नियंत्रण नहीं दिया है। हम चावल में जीन संपादन का उपयोग जीन को खत्म करने, नए एलील बनाने और फॉस्फेट परिवहन और सिग्नलिंग जीन के ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन को बदलने के लिए कर रहे हैं। हमने पी-संबंधित सिग्नलिंग में शामिल विभिन्न जीनों में हेरफेर करने के लिए sgRNA और मल्टीप्लेक्सिंग रणनीतियों का उपयोग किया है। हमारी प्रयोगशाला की कुछ सफल कहानियों में चावल के खट्टे फलों का लक्षण वर्णन शामिल है एट ट्रांसपोर्टर, OsCT1, को पाई अपटेक और धातु वितरण में इसकी भूमिका के लिए (पंचाल एट अल., 2023; प्लांट जर्नल); एमजीडी3 सिंथेस जीन में केवल एक एसएनपी ले जाने वाली मार्कर-मुक्त जीन-संपादित लाइनों का प्रदर्शन, ओएसएमजीडी3 चावल में एक फॉस्फोलिपिड रीमॉडलिंग जीन (वर्मा एट अल., 2022; जर्नल ऑफ एक्सपेरिमेंटल बॉटनी) और फॉस्फेट होमियोस्टेसिस में चावल PAP3b जीन की एक नई भूमिका का खुलासा (भदौरिया एट अल., 2023; प्लांट सेल एंड फिजियोलॉजी)। हम चावल में डीएनए-मुक्त राइबो-न्यूक्लियो प्रोटीन (आरएनपी) प्रणाली का उपयोग करके जीन-संपादित लाइनें विकसित करने में भी सक्षम हैं। प्रयोगशाला चुनौतीपूर्ण वातावरण में पौधों की प्रतिक्रिया में सुधार के लिए चावल के जीन में सटीक जीन-संपादन करने के लिए नए उपकरणों का परीक्षण करने में रुचि रखती है।
भूमिगत दृष्टिः भविष्य के पौधों के लिए जड़ों को समझना
जड़ों, जिन्हें अक्सर पौधों के शोधकर्ताओं द्वारा नजरअंदाज कर दिया जाता है, में भविष्य के चुनौतीपूर्ण वातावरण में फसल उत्पादन की क्षमता होती है। स्थानीय वातावरण के अनुकूल कुशल जड़ों वाले पौधे न्यूनतम पानी और उर्वरक इनपुट वाली मिट्टी में फसल की पैदावार को बनाए रख सकते हैं। हमारा ध्यान जड़ों के उन लक्षणों की पहचान करने पर है जो पौधों को मिट्टी के खनिज की कमी को सहन करने में सक्षम बनाते हैं। शोध से पता चला है कि जड़ के बाल, जो कुल फॉस्फेट अवशोषण के आधे हिस्से के लिए जिम्मेदार होते हैं, कम फॉस्फोरस की कमी के प्रति अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं (गिरी एट अल., 2018 नेचर कम्युनिकेशंस; भोसले और गिरी एट अल., 2018, नेचर कम्युनिकेशंस)। हमने चावल और छोले में इस प्रतिक्रिया का अध्ययन अत्याधुनिक तकनीकों जैसे कि हाई-थ्रूपुट रूट फेनोटाइपिंग, जीन एडिटिंग, GWAS और ट्रांसक्रिप्टोमिक्स (कोहली एट अल., 2020 FIGE; कोहली एट अल., 2021 प्लांट सेल एंड एनवायरनमेंट) का उपयोग करके किया है। हम यह भी जांच कर रहे हैं कि जड़ें उन्नत आणविक और आनुवंशिक तकनीकों का उपयोग करके अन्य अजैविक तनावों पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं। हमारे शोध में अजैविक तनावों के प्रति जड़ों की प्रतिक्रियाओं की हमारी समझ को बेहतर बनाने की क्षमता है, जो टिकाऊ कृषि के लिए महत्वपूर्ण है
बैंगनी एसिड फॉस्फेटेस (पीएपी): गतिशील भूमिका वाले एंजाइम
जलीय घोल में अपने बैंगनी रंग के कारण नामित एंजाइमों का यह रंगीन समूह, कोशिका के अंदर और बाहर कार्बनिक-पी के घुलनशीलता में अपनी प्रमुख भूमिका के अलावा पौधों में विविध भूमिकाएँ निभाता है। पीएपी एसिड फॉस्फेटस (एपीज़) की बड़ी श्रेणी में आते हैं और सेलुलर सिग्नलिंग को नियंत्रित कर सकते हैं या पी-रीमोबिलाइज़ेशन, सेनेसेंस, सीड फॉस्फेट लोडिंग, आरओएस डिटॉक्सिफिकेशन, कार्बन मेटाबोलिज्म जैसी प्रक्रियाओं को उनके सिग्नलिंग और एंजाइमेटिक गतिविधियों के आधार पर प्रभावित कर सकते हैं (मेहरा एट अल., 2017; भदौरिया एट अल., 2017)। उनके ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन के अलावा पर्यावरणीय तनावों के कारण, PAPs को अपने कार्यों को निष्पादित करने के लिए व्यापक अनुवादोत्तर संशोधनों के अधीन होना पड़ता है। APase का एक अन्य वर्ग जिसे हेलो एसिड डीहेलोजेनेस (HADs) के रूप में जाना जाता है, मजबूत उत्प्रेरक गतिविधि वाले हाइड्रोलेस हैं (पांडेय एट अल., 2017)। हम नए APases की खोज करने, उनके जैव रासायनिक गुणों को खोजने और उन्हें बढ़ी हुई जैव रासायनिक गतिविधि के साथ इंजीनियर करने में रुचि रखते हैं ताकि कम इनपुट उत्पादन के लिए फसल सुधार की दिशा में उनकी जैविक क्रियाओं में हेरफेर किया जा सके।
PAP21b वाले ट्रांसजेनिक, P सीमित मिट्टी में WT की तुलना में अधिक कुशल हैं
चल रही परियोजनाएँ:
- ट्रांसजेनिक पौधों से परे: कम फॉस्फोरस इनपुट के तहत पौधों की वृद्धि में सुधार के लिए सटीक जीनोम संपादन का उपयोग। वित्तपोषित: डीबीटी-इंडो-स्विस संयुक्त परियोजना
- चावल की वृद्धि पर फॉस्फेट की कमी की प्रतिक्रियाओं को उनके प्रतिकूल प्रभावों से अलग करना। वित्तपोषक: स्वर्ण जयंती फेलोशिप
- चावल में कम मिट्टी फास्फोरस सहिष्णुता और उपयोग-दक्षता में सुधार के लिए Pup1 स्वतंत्र तंत्र को लक्षित करना। द्वारा वित्तपोषित: DBT NIPGR-IIRR, संयुक्त अनुसंधान परियोजना
समूह सदस्य
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श्री अजीत पाल सिंह Ph. डी. छात्र पोषक तत्वों की कमी की प्रतिक्रियाओं में जैस्मोनेट सिग्नलिंग घटकों की भूमिका ajit@nipgr.ac.in |
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श्री लोकेश वर्मा पीएच. डी. छात्र फास्फोरस उपयोग दक्षता में सुधार के लिए गैलेक्टोलिपिड जैवसंश्लेषण मार्ग की इंजीनियरिंग lokeshverma203@gmail.com |
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सुश्री ज्योति भदौरिया पीएच. डी. छात्र चने में बैंगनी एसिड फॉस्फेटेस की विविध भूमिकाओं पर प्रकाश डालना jyoti@nipgr.ac.in |
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सुश्री पूनम पंचाल पीएच. डी. छात्र चावल में अनेक अजैविक तनावों में कार्बनिक अम्ल चयापचय का अध्ययन poonampanchal68@gmail.com |
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सुश्री रीता वर्मा रीता हाल ही में DBT-IYBA परियोजना में JRF के रूप में शामिल हुई हैं |
प्रयोगशाला पूर्व छात्र
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डॉ. श्वेता झा मेरी लैब में पहली पोस्टडॉक के रूप में शामिल हुईं। वह अब JNV यूनिवर्सिटी जोधपुर, राजस्थान में असिस्टेंट प्रोफेसर हैं।. jha.shweta80@gmail.com |
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डॉ. पूनम मेहरा पूनम मेरी लैब में पहली पीएच.डी. छात्रा थी (2011-2017)। वह वर्तमान में दिल्ली विश्वविद्यालय, साउथ कैंपस, नई दिल्ली के प्लांट मॉलिक्यूलर बायोलॉजी विभाग में DST-INSPIRE संकाय के रूप में कार्यरत हैं। poonammehra261@gmail.com |
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डॉ. बिपिन कुमार पांडे बिपिन मेरी लैब में पहले पीएचडी बैच के छात्र थे (2011-2017)। वह अब यू.के. के नॉटिंघम विश्वविद्यालय में फ्यूचर फूड बीकन फेलो के रूप में काम कर रहे हैं। bipinkbiotech@gmail.com |
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डॉ. गुंजन सिरोही गुंजन लैब में पोस्टडॉक्टरल थीं और अब वह आईपी यूनिवर्सिटी, नई दिल्ली में एसईआरबी-यंग साइंटिस्ट के तौर पर काम कर रही हैं। gunjan.roy08@gmail.com |
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डॉ. तीर्थंकर बंद्योपाध्याय
ने मेरी प्रयोगशाला में अपना पोस्टडॉक्टरल प्रशिक्षण प्राप्त किया और वह एनआईपीजीआर, नई दिल्ली में नाइट्रोजन में ट्रांसलेशनल रिसर्च के लिए कैम्ब्रिज-इंडिया नेटवर्क (CINTRIN) में रिसर्च एसोसिएट के रूप में अपना शोध जारी रख रहे हैं। cybertirtha@gmail.com |
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डॉ. नीलम सोधा नीलम ने मेरी लैब में पोस्टडॉक के रूप में काम किया और वह अब यूएसए में मेडिकल डिवाइस कंपनी के साथ काम कर रही है। sodha.neelam@gmail.com |
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मीनाक्षी शर्मा मीनाक्षी लैब में लंबे समय तक जेआरएफ रहीं और अब वह आईएआरआई, नई दिल्ली में पीएचडी उम्मीदवार हैं। |