ડીએનએ બારકોડિંગ - જંતુઓની પ્રજાતિની ઓળખ માટેનું ઝડપી અને વિશ્વસનીય પદ્ધતિ

ડીએનએ બારકોડિંગ એ નવી પ્રજાતિઓની શોધની સુવિધા ઉપરાંત પ્રજાતિઓને અજાણ્યા નમુનાઓને ઓળખવા અને સોંપવા માટે ટૂંકા પ્રમાણિત ડીએનએ ક્રમ (જંતુઓમાં, મિટોકોન્ડ્રીયલ સાયટોક્રોમ સી ઓક્સિડેઝ (COX I) જનીનનો આશરે 700 bp ભાગ) નો ઉપયોગ છે. હાર્ડ-કોર ટેક્સોનોમિસ્ટ્સથી ગ્રેજ્યુએટ મોલેક્યુલર બાયોલોજીસ્ટ્સ સુધી આ ટૂલ સમગ્ર વિશ્વમાં વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવે છે.અનેક પરિબળોને કારણે ખાદ્ય સુરક્ષા એ એક મોટો પડકાર છે જેમાંથી ઉભરતી અને આક્રમક જીવાતો એ કૃષિ ઉત્પાદન માટે જોખમ ઊભું કરનાર મહત્ત્વનું પરિબળ છે. આવા આક્રમક જીવાતોના સફળ સંચાલન માટે ભવિષ્યની કાર્યવાહી નક્કી કરવા માટે પ્રથમ અને સૌથી નિર્ણાયક પગલા તરીકે તેમની સાચી ઓળખની જરૂર છે.

પરંપરાગત રીતે, જંતુઓની ઓળખ વર્ગીકરણ અભ્યાસો દ્વારા આપવામાં આવેલા મોર્ફોલોજિકલ નિદાન પર આધારિત છે. માત્ર વર્ગીકરણશાસ્ત્રીઓ અને પ્રશિક્ષિત ટેકનિશિયન જેવા નિષ્ણાતો જ ટેક્સાને ચોક્કસ રીતે ઓળખી શકે છે, કારણ કે તેના માટે વ્યાપક અનુભવ દ્વારા હસ્તગત વિશેષ કુશળતા જરૂરી છે. ઇકોલોજી, ઇવોલ્યુશનરી બાયોલોજી, કૃષિ અને અર્થશાસ્ત્રના ક્ષેત્રોમાં જૈવવિવિધતામાં રસ વધ્યો હોવાથી, પ્રજાતિઓને ચોક્કસ રીતે ઓળખવાનું વધુને વધુ મહત્વનું બન્યું છે. જો કે, વર્ગીકરણશાસ્ત્રીઓ અને અન્ય ઓળખ નિષ્ણાતોની સંખ્યામાં ભારે ઘટાડો થયો છે. પરિણામે, બિન-નિષ્ણાતો ઉપયોગ કરી શકે તેવી વૈકલ્પિક અને સચોટ ઓળખ પદ્ધતિઓ જરૂરી છે. ટેક્સાને ઓળખવા માટે મોર્ફોલોજિકલ ડેટાને બદલે મોલેક્યુલરનો ઉપયોગ એ સૌથી આશાસ્પદ અભિગમોમાંનો એક છે, જે ઘણા જીવવિજ્ઞાનીઓનો લાંબા સમયથી મૂળભૂત વિચાર છે. ડીએનએ સિક્વન્સિંગ ટેક્નોલોજીમાં એડવાન્સિસે જૈવવિવિધતાનો અભ્યાસ કરતા સંશોધકોને સરળ, ખર્ચ-અસરકારક અને ઝડપી ડીએનએ વિશ્લેષણ કરવા સક્ષમ બનાવ્યા છે. બાયોટેકનોલોજીમાં આ પ્રગતિ, અને વર્ગીકરણ કટોકટી પોતે ડીએનએ બારકોડિંગના નિર્માણમાં મોટી ભૂમિકા ભજવી હતી.

ડીએનએ બારકોડિંગ એ નવી પ્રજાતિઓની શોધની સુવિધા ઉપરાંત પ્રજાતિઓને અજાણ્યા નમુનાઓને ઓળખવા અને સોંપવા માટે ટૂંકા પ્રમાણિત ડીએનએ ક્રમ (જંતુઓમાં, મિટોકોન્ડ્રીયલ સાયટોક્રોમ સી ઓક્સિડેઝ (COX I) જનીનનો આશરે 700 bp ભાગ) નો ઉપયોગ છે. હાર્ડ-કોર ટેક્સોનોમિસ્ટ્સથી ગ્રેજ્યુએટ મોલેક્યુલર બાયોલોજીસ્ટ્સ સુધી આ ટૂલ સમગ્ર વિશ્વમાં વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવે છે. તાજેતરના ભૂતકાળમાં, મોલેક્યુલર બાયોલોજી, ન્યુક્લિક એસિડ સિક્વન્સિંગ અને મોટા ડેટાના વિશ્લેષણમાં તકનીકોના ઝડપી વિકાસને કારણે, એમટીડીએનએ અભ્યાસ વધુ લોકપ્રિય બની રહ્યો છે. પરમાણુ માર્કર્સની તુલનામાં, મિટોકોન્ડ્રીયલ માર્કર્સ આનુવંશિક ડ્રિફ્ટની અસરો માટે વધુ સંવેદનશીલ હોય છે. એક શક્તિશાળી અને વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા મોલેક્યુલર માર્કર તરીકે, mtDNA ઘણા સજીવોમાં આનુવંશિક ભિન્નતા અને વસ્તીની રચના નક્કી કરવા માટે લાગુ કરવામાં આવ્યું છે. મિટોકોન્ડ્રીયલ ડીએનએ તુલનાત્મક જીનોમિક્સનું મુખ્ય સાધન બની ગયું છે અને વસ્તીના આનુવંશિક બંધારણમાં અને પરમાણુ વિવિધતાઓમાં નોંધપાત્ર ભૂમિકા ભજવે છે કારણ કે તે ઉત્ક્રાંતિના ઝડપી દર સાથે કોઈ આંતર-પરમાણુ આનુવંશિક પુનઃસંયોજન વિના માતૃત્વથી વારસામાં મળે છે. COI એ mtDNA માં પ્રોટીન-કોડિંગ જનીન છે. ઝડપી ઉત્ક્રાંતિ, ઉચ્ચ પોલીમોર્ફિઝમ, સરળ એમ્પ્લીફિકેશન અને સિક્વન્સિંગને લીધે, તેણે મૂલ્યવાન માહિતી દર્શાવી છે અને વસ્તીના આનુવંશિક અભ્યાસો ખાસ કરીને આંતર-વિશિષ્ટ વિશ્લેષણ માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું આનુવંશિક માર્કર છે. જંતુનાશકોના વારંવાર ઉપયોગથી મુખ્ય જંતુઓમાં જીનોટાઇપિક વિવિધતાઓ દ્વારા આનુવંશિક પ્રતિકારમાં ફેરફાર અને વિકાસ થયો. તેથી અસરકારક જંતુ જંતુ વ્યવસ્થાપન કાર્યક્રમોની રચના અને રચના કરવા માટે પ્રજાતિની વસ્તીમાં બનતી જીનોટાઇપિક વિવિધતાઓનું અન્વેષણ કરવું જરૂરી છે.

શા માટે CO-1 પ્રમાણભૂત DNA બારકોડ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યો:

વિવિધ પ્રાણીઓના જૂથો વચ્ચે ભેદભાવમાં કાર્યક્ષમતા અને પ્રજાતિઓની ઓળખ માટે ઉચ્ચ યોગ્યતા પ્રમાણભૂત DNA બારકોડ CO-I ની વિશેષતાઓ છે. આ સાર્વત્રિક પ્રાઈમર તમામ પ્રાણી ફાયલા પર લાગુ કરી શકાય છે જે મૂળ રૂપે દરિયાઈ અપૃષ્ઠવંશી પ્રાણીઓ માટે રચાયેલ છે. આશરે 700 bp ફ્રેગમેન્ટમાં પૂરતી માહિતી હોય છે અને તેને સિક્વન્સર સાથે સીધો ક્રમ કરી શકાય છે. સંરેખણ પ્રક્રિયા સખત નથી કારણ કે આ પ્રોટીન-કોડિંગ ક્ષેત્ર છે. મેળવેલ ક્રમ અનુવાદયોગ્ય છે કે કેમ તે ચકાસીને ભૂલોનું નિદાન કરી શકાય છે. આ કારણો છે કે શા માટે CO-I પ્રદેશને પ્રમાણભૂત DNA બારકોડ તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યો હતો. આથી, ડીએનએ બારકોડિંગ બિન-નિષ્ણાતો માટે એક સરળ પણ બળવાન સાધન બની શકે છે, ખાસ કરીને જેઓ પરંપરાગત રીતે મોટી સંખ્યામાં નમૂનાઓને ઓળખે છે.

ડીએનએ બારકોડિંગની ઉપયોગીતા

ટેક્સાના સાર્વજનિક સંદર્ભ ડેટાબેઝની ઍક્સેસથી વિવિધ જાતિઓની સચોટ વર્ગીકરણ ઓળખ કરવામાં મદદ મળી. આમ, ડીએનએ બારકોડ વિવિધ વૈજ્ઞાનિક ડોમેન્સને સપોર્ટ કરી શકે છે ડીએનએ બારકોડિંગ બાયોટેક્નોલોજીમાં પેટન્ટ કરાયેલા સજીવોને ઓળખવા, શોધવા અને વિખેરી નાખવામાં મદદ કરે છે, કાં તો સ્ત્રોત સજીવ (દા.ત. ટ્રફલ્સ, રસ્તોગીટ અલ., 2007) ચકાસવામાં અથવા જૈવ સંસાધનોના બૌદ્ધિક સંપદા અધિકારોની ખાતરી કરવા માટે. ડીએનએ બારકોડિંગનો ઉપયોગ કરીને મોલેક્યુલર ડેટા ઝડપથી પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે. જો કે, મોર્ફોલોજિકલ ટૂલ્સ માટે એક વિશાળ વિસંગતતા છે, આ ઉપરાંત તે સમય માંગી શકે છે અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં તદ્દન ગૂંચવણમાં મૂકે છે.

ક્ષતિગ્રસ્ત સજીવો અથવા ટુકડાઓ (દા.ત. માલ, ખોરાક અને પેટના અર્ક) ની વર્ગીકરણ ઓળખ નક્કી કરવા માટે. ડીએનએ બારકોડિંગ ટૂલ ખાદ્ય ઉદ્યોગ, ફોરેન્સિક અને ગેરકાયદેસર વેપાર અને ભયંકર પ્રજાતિઓના શિકારને રોકવામાં ઉપયોગી થવાની સંભાવના છે. જ્યારે અપરિપક્વ નમુનાઓ સાથે પુખ્તોને મેચ કરવા માટે અન્ય કોઈ માધ્યમો ન હોય ત્યારે પરમાણુ લાક્ષણિકતા જરૂરી હોય છે (દા.ત. Coleoptera, Caterino અને Tishechkin, 2006). જ્યારે મોર્ફોલોજિકલ લક્ષણો પ્રજાતિઓમાં ભેદભાવ કરવામાં નિષ્ફળ જાય છે ત્યારે ડીએનએ બારકોડિંગ એકમાત્ર વિકલ્પ ઉપલબ્ધ છે પ્રજાતિની ઓળખના સાધન તરીકે ડીએનએ બારકોડિંગ માત્ર બિન-નિષ્ણાતોને જ આકર્ષે છે પણ નિષ્ણાતોને પણ આકર્ષે છે. CBOL ઉદ્દેશ્યો હાંસલ કરવા માટે, જાતિઓને BOLDમાં જમા કરાવતા પહેલા વર્ગીકરણની જરૂર છે, જે સંશોધકોને વિશ્લેષણાત્મક, ટેકનિકલ અને મૂળભૂત મુદ્દાઓને અગાઉથી ઉકેલવામાં મદદ કરે છે. વર્ગીકરણ, મોલેક્યુલર ફાયલોજેનેટિક્સ અને વસ્તી આનુવંશિકતાને એકસાથે લાવી શકાય છે અને ડીએનએ બારકોડિંગ દ્વારા પૂરક બનાવી શકાય છે. ડીએનએ બારકોડિંગને પ્રજાતિઓની શોધ અને પ્રજાતિઓના વર્ણનને ઝડપી બનાવવા માટે એક 'પ્રચંડ સાધન' તરીકે ગણી શકાય.

ડીએનએ બારકોડિંગની મર્યાદાઓ:

૧)   જૈવવિવિધતાનો નીચે વર્ણવેલ ભાગ: સમગ્ર ટેક્સામાં નમૂનાઓની અછત 'બારકોડિંગ ગેપ્સ' તરફ દોરી જશે તેથી ડેટાબેઝ નિર્માણના તબક્કા દરમિયાન નમૂનાની ગુણવત્તાને અત્યંત સાવધાની સાથે ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. પસંદ કરેલ નમૂના વર્તમાન જૈવવિવિધતાના મુખ્ય ભાગનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને આવરી લેવું જોઈએ.

૨) મિટોકોન્ડ્રીયલ વારસાને કારણે સહજ જોખમો: માઇટોકોન્ડ્રીયલ ડીએનએ (એમટીડીએનએ) માતૃત્વથી વારસાગત છે તેથી તેની વિવિધતા સ્ત્રી આનુવંશિક બંધારણ સાથે મજબૂત રીતે જોડાયેલી છે. મિટોકોન્ડ્રીયલ લોકીનો ઉપયોગ અતિશયોક્તિપૂર્ણ નમૂનાના વિચલન તરફ દોરી શકે છે અને પ્રજાતિઓની સ્થિતિ વિશે અસ્પષ્ટ નિષ્કર્ષ લાવી શકે છે. દાખલા તરીકે, હોમોનમેર્મરોડ્સ (લેપિડોપ્ટેરા) માં એમટીડીએનએ પોલીમોર્ફિઝમ એ યજમાન છોડના આધારે રચાયેલ છે કે જેના પર માદાઓ ખોરાક લે છે, અને ફિલોજેનેટિક વિશ્લેષણ દ્વારા મેળવેલા બે ક્લેડ એ સ્ત્રી પોષણની પસંદગીની કલાકૃતિઓ છે.

૩) COI ની અણુ નકલો (NUMTs): ન્યુક્લિયર મિટોકોન્ડ્રીયલ ડીએનએ (NUMTs) યુકેરીયોટિક સજીવોના પરમાણુ જીનોમમાં કોઈપણ પ્રકારના સાયટોપ્લાઝમિક મિટોકોન્ડ્રીયલ ડીએનએના સ્થાનાંતરણનું વર્ણન કરે છે. વિવિધ પ્રજાતિઓમાં NUMT સંખ્યા અને કદમાં ભિન્ન છે. ડીએનએ બારકોડ લાઇબ્રેરીના બાંધકામ અને આગળના નમુનાઓની ઓળખ બંનેમાં NUMTs ને લીધે થતી ખલેલને ગંભીરતાથી ધ્યાનમાં લેવી આવશ્યક છે.

૪) COI માં ઉત્ક્રાંતિનો દર: જીનોમ ઉત્ક્રાંતિનો દર (મિટોકોન્ડ્રીયલ અથવા ન્યુક્લિયર) તમામ જીવંત જાતિઓ માટે સમાન નથી. ઉત્ક્રાંતિનો દર સામાન્ય સ્તરે બદલાઈ શકે છે દા.ત. ડર્માપ્ટેરન જંતુઓની પ્રજાતિઓ.

૫) આંતર-વિશિષ્ટ ભૌગોલિક માળખું ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ: પ્રજાતિઓની ભૌગોલિક રચના, જો અવગણવામાં આવે તો તે પ્રજાતિઓના ચિત્રને વિકૃત કરી શકે છે. આંતરવિશિષ્ટ વિચલન ભૌગોલિક રીતે અલગ વસ્તીમાંથી મેળવી શકાય છે ડીએનએ બારકોડ સંદર્ભ ડેટાબેઝ સેટ કરતી વખતે તેને ધ્યાનમાં લેવું આવશ્યક છે.

જ્યારે mt-DNA આધારિત બારકોડ પરમાણુ બારકોડને પૂરક બનાવશે ત્યારે ટૂંકા DNA ક્રમનો ઉપયોગ કરીને પ્રજાતિઓની ઓળખ વધુ વિશ્વસનીય બનશે. તે એક પાત્ર પરની અવલંબન ઘટાડશે અને mt-DNA પરમાણુ જનીનો માટે અલગ રીતે વર્તે છે તેવા કિસ્સાઓમાં ઓળખવામાં મદદ કરશે. મોલેક્યુલર ફાયલોજેનેટિક અભ્યાસો નિયમિતપણે બહુવિધ પરમાણુ જનીનોનો ઉપયોગ કરે છે, તેથી તે એક નવો વિચાર નથી. ડીએનએ બારકોડિંગની મર્યાદાઓ હોવા છતાં, ટેક્સાથી પ્રજાતિઓને અલગ કરવા અને ગુપ્ત પ્રજાતિઓને જાહેર કરવા માટે બારકોડિંગનો ઉપયોગ કરીને નોંધાયેલી સફળતા નોંધપાત્ર છે. આમ, ન્યુક્લિયર બારકોડ વિકસાવવા માટે પ્રયત્નો કરવા જોઈએ જે એમટી-ડીએનએ આધારિત બારકોડને પૂરક બનાવી શકે. ડીએનએ બારકોડિંગ માત્ર પ્રજાતિની ચોક્કસ ઓળખ અને વર્ણનમાં મદદ કરી શકતું નથી. તેથી, ડીએનએ બારકોડિંગ, મોર્ફોલોજિકલ અને ઇકોલોજીકલ અભ્યાસનું એકીકરણ પ્રજાતિની ચોક્કસ ઓળખ અને વર્ણન પ્રાપ્ત કરવામાં મદદ કરશે.