क्लोन तंत्र आणि इलेक्ट्रोमेकॅनिकल उपकरणे वापरून पिकाची वाढ, गुणवत्ता आणि आरोग्य ओळखता येते. हे सुक्रोज नैसर्गिकरित्या उसामध्ये कसे विकसित होत आहे, हे समजण्यास मदत करू शकते. ऊस हे एक विशिष्ट प्रकारचे पीक आहे. सुक्रोज हे देठाच्या सांध्यामध्ये तयार होते, जिथे पान त्याला जोडलेले असते. जोपर्यंत पाने हिरवी असतात तोपर्यंत सुक्रोज निर्मितीची प्रक्रिया विकसित होत असते. कोरडे पान हे सूचित करते की, देठाच्या तुकडय़ातील सुक्रोज पूर्ण भरुन झाले आहे. जगातील विविध प्रयोगशाळांमध्ये अनेक संशोधने होत आहेत. ब्राझीलमध्ये ऊस पिकाला जीएम तंत्रज्ञान लागू करण्यात आले आहे. परिणामी उसाचे उत्पादन आणि दर्जा खूप सुधारला आहे. उसावर कोणतेही रोग संभवत नाहीत. बीटी तणनाशके देखील शेतकऱयांना त्याच्या लागवडीचा खर्च वाचविण्यात मदत करीत आहे. हे शेतकऱयांसाठी अधिक फायदेशीर आहे. भविष्यात अशा प्रकारचे आणखी संशोधन शक्मय आहे. पिकांच्या आवश्यकता, कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि आय. ओ. टी. तंत्राद्वारे ओळखल्या जाऊ शकतात. कृत्रिम बुद्धिमत्ता आणि आय. ओ. टी. ने इलेक्ट्रोमेकॅनिक्सच्या इतिहासात तांत्रिक क्रांती घडवली आहे. कृषी 4.0 च्या युगात शेती करण्याच्या पद्धती सतत बदलत आहेत. वरील तंत्रांचा वापर दैनंदिन शेतीमध्ये केला जात आहे. शेती डिजिटल आणि डायग्नोस्टिक होत आहे. ह्याचे परिणाम म्हणून शेतीमध्ये परिपूर्णता लागू होत आहे. शेती आता पारंपारिक राहिली नाही. अगदी अलीकडे एका वैज्ञानिक अहवालात प्रकाशित झालेल्या ब्राझिलियन अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की, कृत्रिम बुद्धिमत्तेचा (आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स) वापर करून उसाच्या आणि चारा-गवत जातींच्या जीनोमिक वाणांसाठी एक कार्यक्षम मॉडेल बनवून त्याच्या डी.एन.ए. च्या आधारे उसाच्या शेतात त्याच्या कार्यपद्धतीचा अंदाज केला जाऊ शकतो. पारंपारिक प्रजनन तंत्राच्या तुलनेत अचूकतेच्या दृष्टीने, प्रस्तावित पद्धतीमुळे भविष्य-सूचक-शक्ती 50 टक्केपेक्षा जास्त वाढली आहे. पॉलीप्लॉइड वनस्पतींसाठी (पेशींमध्ये क्रोमोसोमचे दोन पूर्ण संच असतात), अभ्यास केलेल्या गवतांसह, मशीन लर्निंगवर आधारित अत्यंत कार्यक्षम जीनोमिक निवड पद्धतीची ही पहिलीच वेळ आहे.
मशीन लर्निंग ही ए.आय. (कृत्रिम बुद्धिमत्ता) आणि कॉम्प्युटर सायन्सची एक शाखा आहे, ज्यामध्ये असंख्य ऍप्लिकेशन्ससह आकडेवारी आणि ऑप्टीमायझेशन समाविष्ट आहे. डेटा-सेटमधून आपोआप नमुने काढणारे अल्गोरिदम तयार करणे, हे त्याचे मुख्य ध्येय आहे. कीटक, नेमाटोड्स, बुरशी किंवा जीवाणूंमुळे होणारे रोग, किंवा थंड, दुष्काळ, खारटपणा यासारख्या अजैविक तणावांसारख्या जैव ताणांना ते प्रतिरोधक किंवा सहनशील असेल किंवा नाही, यासह वनस्पतीच्या कामगिरीचा अंदाज लावण्यासाठी याचा वापर केला जाऊ शकतो.
पारंपारिक प्रजनन कार्यक्रमांमध्ये क्रॉसिंग हे सर्वात जास्त वापरले जाणारे तंत्र आहे. उसाच्या बाबतीत, अशी विविधता आणली जाऊ शकते, जे जास्त प्रमाणात साखर निर्माण करते. ती अधिक प्रतिरोधक असते. परिणामी जीनोटाइपच्या कामगिरीचे मूल्यांकन करता येते. या मूल्यमापन प्रक्रियेला बराच वेळ लागतो आणि ही बाब खूप खर्चिक आहे. फील्ड संगणक शास्त्रज्ञ अलेक्झांडर हिल्ड आनो हे या अभ्यासावरील लेखाचे पहिले लेखक आहेत. आनो हे स्टेट युनिव्हर्सिटी ऑफ कॅम्पीनासमधील सेंटर फॉर मॉलिक्मयुलर बायोलॉजी अँड जेनेटिक इंजिनिअरिंगमध्ये संशोधक आहेत. त्यांनी दर्शवल्याप्रमाणे या पद्धतीत वनस्पतींच्या वाढीपूर्वीच त्यांच्या कार्यक्षमतेचा अंदाज लावू शकतो. अनुवांशिक सामग्रीच्या आधारे उत्पादनाचा अंदाज लावण्यात ते यशस्वी झाले आहेत.
उसाच्या बाबतीत हे आव्हान अत्यंत गुंतागुंतीचे आहे. पारंपारिक प्रजनन तंत्राला नऊ ते 12 वर्षे लागतात आणि त्याचा जास्त खर्च येतो. जेव्हा प्रजननकर्ते एखादी मनोरंजक वनस्पती ओळखतात, तेव्हा ते क्लोनिंगद्वारे गुणाकार करतात, जेणेकरून जीनोटाइप नष्ट होणार नाही, परंतु यासाठी वेळ लागतो आणि खूप खर्च येतो. एक अत्यंत चांगले उदाहरण म्हणजे रबराच्या झाडांची पैदास, ज्याला 30 वर्षे लागू शकतात. या अडचणींवर मात करण्याचा एक मार्ग म्हणजे ‘प्लांट ब्रीडिंग 4.0’, जे डेटा विश्लेषण आणि अत्यंत कार्यक्षम संगणकीय आणि सांख्यीकीय साधनांचा सखोल वापर करते. प्रत्येक जीनोटाइपिंग-बाय-सिक्वेंसिंग प्रक्रियेमध्ये एक अब्ज अनुक्रमांचा समावेश असू शकतो. ऊस आणि चारा-गवत यांसारख्या पॉलीप्लॉइड वनस्पतींच्या चांगल्या जातींची पैदास करण्याच्या प्रयत्नात शास्त्रज्ञांना येणारा मुख्य अडथळा म्हणजे, त्यांच्या जीनोमची जटिलता. या प्रकरणात, दुर्मिळ संसाधने आणि या जटिलतेसह काम करण्याची अडचण लक्षात घेता, जीनोमिक निवड शक्मय होईल की नाही हे माहित नसते.
संशोधकांनी जीनोमिक निवड प्रक्रिया डिप्लोइड वनस्पतींसह सुरू केली (गुणसूत्रांचे दोन संच असलेल्या पेशी), कारण त्यांच्याकडे सोपे जीनोम आहेत. परंतु समस्या अशी आहे की, उसासारख्या उच्च-मूल्याच्या ऊष्णकटिबंधीय वनस्पती डिप्लोइड नसून पॉलीप्लॉइड्स आहे, जी आणखी एक गुंतागुंत आहे. मनुष्यप्राणी आणि जवळजवळ सर्व प्राणी द्विगुणि असताना, उसामध्ये प्रत्येक गुणसूत्राच्या 12 प्रती असू शकतात. होमो सेपियन्स प्रजातीतील कोणत्याही व्यक्तीमध्ये प्रत्येक जनुकाची दोन रूपे असू शकतात, एक वडिलांकडून आणि दुसरा आईकडून वारशाने मिळालेले असते. ऊस अधिक जटिल आहे, कारण सैद्धांतिकदृष्टय़ा कोणत्याही जनुकामध्ये एकाच व्यक्तीमध्ये अनेक रूपे असू शकतात. गुणसूत्रांच्या सहा संचांसह त्याच्या जीनोमचे क्षेत्र असते. इतर आठ, दहा आणि अगदी 12 संच आहेत. आनुवंशिकता इतकी गुंतागुंतीची आहे की, प्रजननकर्ते उसासोबत डिप्लोइड असल्यासारखे काम करतात. 2001 मध्ये, थिओडोरस मेऊविसेन, एक डच शास्त्रज्ञ, जे सध्या नॉर्वेजियन युनिव्हर्सिटी ऑफ लाइफ सायन्सेस येथे प्राणी प्रजनन आणि अनुवंशशास्त्राचे प्राध्यापक आहेत, यांनी प्राणी आणि वनस्पतींमधील जटिल वैशिष्टय़ांचा अंदाज लावण्यासाठी पर्यावरणासह त्यांच्या जीनोटाइपच्या परस्परसंवादातून जीनोमिक निवड प्रस्तावित केली आहे. वनस्पती प्रजननाच्या या दृष्टिकोनाचा फायदा म्हणजे ऊत्पन्न, साखरेची पातळी किंवा प्रीकोसिटी आणि सिंगल न्यूक्लियोटाइड पॉलिमॉर्फिझम (एस.एन.पी.) यासारख्या फेनोटाइपिक वैशिष्टय़ांमधील दुवा आहे. स्नीप (जसे एस.एन.पी. उच्चारले जाते) डी.एन.ए. मध्ये एकल बेस स्थानावर एक जीनोमिक प्रकार आहे. कोणत्याही दोन व्यक्तींच्या जीनोममध्ये हा फरक आहे. उदाहरणार्थ, एखाद्यामध्ये ‘ए’ (न्यूक्लियोटाइड ऍडेनाइनशी संबंधित) असू शकतो, जो जीनोममध्ये त्याच स्थानावर ‘जी’ (ग्वानीन) सह दुसऱयापेक्षा थोडे अधिक निर्माण करतो. ते सर्व काही बदलते. साखर उत्पादनाची उच्च पातळी आणि जीनोममधील वेगवेगळय़ा ठिकाणी विशिष्ट एस.एन.पी. सारख्या गोष्टींशी त्याचा संबंध सापडतो.
आनो आणि सहकाऱयांनी प्रस्तावित केलेल्या प्रगती संपूर्ण प्रजनन चक्रात रोपे लावण्याची आणि फेनोटाइप करण्याची गरज पूर्ण करतात. प्रत्येक क्लोनसाठी स्वारस्य असलेले फेनोटाइप मिळविण्यासाठी कार्यक्रमाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात फील्ड प्रयोग केला जातो. समांतरपणे प्रजनन लोकसंख्येतील सर्व क्लोन अगदी सरळपणे क्रमबद्ध केला जातो. प्रत्येक क्लोनसाठी संपूर्ण जीनोम असणे आवश्यक नाही. यालाच जीनोटाइपिंग-बाय-सिक्वेंसिंग म्हणतात. बेस जोडय़ांमधील फरक आणि समानता शोधण्यासाठी आंशिक अनुक्रम क्लोनसाठी आणि प्रत्येक क्लोनच्या उत्पादनाशी त्यांचा संबंध असतो. फेनोटाइप आणि जीनोममध्ये, कोणते अधिक उत्पादन करतात आणि कोणते एस.एन.पी. उच्च उत्पादनाशी संबंधित आहेत याशी संबंध दर्शविते. अशा प्रकारे, मोठय़ा प्रमाणात एस.एन.पी. सह क्लोन ओळखू शकतो. सुरुवातीच्या प्रयोगांमध्ये जास्त उत्पादन दिसून आले. जलद आणि अधिक स्वस्तात सर्वात उत्पादक वाण मिळवता येतो. यासारखे संशोधन समजणे कठीण आहे, परंतु असे सर्व संशोधन सामान्यांना संबोधित केले पाहिजे. हे लेखकाचे उद्दिष्ट आहे.
डॉ वसंतराव जुगळे