कोशिकाओं के बीच आनुवंशिक मॉड्यूल की अदला-बदली से फसलें विकसित हुईं: अध्ययन

वाशिंगटन (एएनआई): न्यूयॉर्क विश्वविद्यालय के नेतृत्व में एक नए अध्ययन के अनुसार, शोधकर्ताओं ने मकई, ज्वार और बाजरा में अलग-अलग कोशिकाओं की तुलना करने के बाद इन महत्वपूर्ण अनाज फसलों के बीच विकासवादी अंतर प्रकट किया।

नेचर में प्रकाशित निष्कर्ष, शोधकर्ताओं को यह इंगित करने के करीब लाते हैं कि कौन से जीन सूखे सहिष्णुता जैसे महत्वपूर्ण कृषि लक्षणों को नियंत्रित करते हैं, जो वैज्ञानिकों को बदलती जलवायु के अनुकूल फसलों को सूखे वातावरण के अनुकूल बनाने में मदद करेंगे।

मकई, ज्वार और बाजरा दुनिया भर के मनुष्यों और जानवरों के लिए भोजन प्रदान करते हैं। मकई और ज्वार प्राचीन रिश्तेदार हैं जो लगभग 12 मिलियन वर्ष पहले दो अलग-अलग प्रजातियों में विकसित हुए थे, और बाजरा एक अधिक दूर का रिश्तेदार है।

उनके साझा पूर्वज के बावजूद, फसलों में प्रमुख लक्षणों में पर्याप्त अंतर है - उदाहरण के लिए, मकई की तुलना में ज्वार सूखे के लिए कहीं अधिक सहिष्णु है, और पौधे अपनी जड़ों से अद्वितीय चिपचिपा पदार्थ छोड़ते हैं ताकि वे अपने आसपास की मिट्टी के साथ कैसे बातचीत कर सकें। ज्वार से विभाजित होने के बाद इन मतभेदों को पूरे जीनोम डुप्लिकेशन से गुजरने वाले मक्का में वापस देखा जा सकता है।

एनवाईयू के जीव विज्ञान विभाग में पोस्टडॉक्टरल सहयोगी और अध्ययन के पहले लेखक ब्रूनो गुइलोटिन ने कहा, "इन फसलों का महत्व, उनकी विकासवादी निकटता और उनके कार्यात्मक अंतर कोशिका स्तर पर जीन अभिव्यक्ति के पैटर्न की तुलना करने का एक रोमांचक अवसर प्रस्तुत करते हैं।" "जबकि ये तीन फ़सलें समान हैं, वे एक-दूसरे से कैसे भिन्न हैं, यह महत्वपूर्ण है क्योंकि उनमें ऐसे गुण हैं जिन्हें हम एक से दूसरे में स्थानांतरित करना चाहते हैं, जैसे कि सूखा सहिष्णुता।"

शोधकर्ताओं ने मकई, ज्वार और बाजरा की जड़ों की एकल-कोशिका एमआरएनए प्रोफाइलिंग का आयोजन किया, जड़ों को अलग-अलग कोशिकाओं को अलग-अलग देखने और सटीक रूप से देखने के लिए जहां एक विशेष कोशिका में जीन व्यक्त किए जाते हैं। इसके बाद उन्होंने तीनों फसलों में समान विशिष्ट कोशिकाओं की तुलना की।

"जड़ें सूखे और गर्मी के खिलाफ रक्षा की पहली पंक्ति हैं। आप जड़ को कई काम करने वाले भागों के साथ एक मशीन के रूप में सोच सकते हैं - इस मामले में, सेल प्रकार - तो यह जानना कि मशीन पानी इकट्ठा करने और सूखे से निपटने के लिए कैसे काम करती है और गर्मी वास्तव में महत्वपूर्ण है," एनवाईयू के जीव विज्ञान विभाग और जीनोमिक्स एंड सिस्टम्स बायोलॉजी सेंटर के एक प्रोफेसर और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक केनेथ बिरनबाम ने कहा। "विभिन्न प्रजातियों की तुलना करने से हमें यह पता लगाने में मदद मिलती है कि कौन से जीन प्रमुख कृषि लक्षणों की ओर ले जाते हैं।"

विभिन्न प्रजातियों में कोशिकाओं का विकास और विचलन कैसे हुआ है, इसकी जांच करने में, शोधकर्ताओं ने कई प्रवृत्तियों की पहचान की जो "टिंकरिंग" - या मौजूदा तत्वों की पुनर्व्यवस्था - समय के साथ कोशिकाओं की ओर इशारा करते हैं। सबसे पहले, उन्होंने देखा कि कोशिकाएं अक्सर जीन अभिव्यक्ति मॉड्यूल, या समन्वित कार्यों के साथ 10 या 50 जीनों के समूह का व्यापार करती हैं, विकास के दौरान सेल प्रकारों के बीच।

"यह जीन मॉड्यूल स्वैपिंग पशु प्रणालियों में दिखाया गया है, लेकिन हमने जो डेटा उत्पन्न किया है वह पहली बार पौधों में बड़े स्तर पर सचित्र किया गया है," बिरनबाम ने कहा।

मॉड्यूल की इस अदला-बदली को रूट स्लाइम के बारे में एक खोज में प्रदर्शित किया गया था - पोषक तत्वों से भरा चिपचिपा पदार्थ जो जड़ें मिट्टी में छोड़ती हैं। कीचड़ मिट्टी को चिकनाई देने के लिए उपयोगी है ताकि जड़ें गुजर सकें और लाभकारी बैक्टीरिया को आकर्षित कर सकें जो पौधे की रक्षा करते हैं या मुश्किल से मिलने वाले पोषक तत्व प्रदान करते हैं।

शोधकर्ताओं ने पाया कि रूट स्लाइम बनाने में मदद करने वाले जीन मकई, ज्वार और बाजरा रूट के विभिन्न हिस्सों में स्थित थे। ज्वार में, कीचड़ जीन जड़ के बाहरी ऊतक में पाए गए थे, जबकि मकई में इन्हें रूट कैप में एक नए सेल प्रकार में बदल दिया गया था, एक विकासवादी परिवर्तन जो मकई को बैक्टीरिया को आकर्षित करने में सक्षम बनाता है जो पौधे को नाइट्रोजन प्राप्त करने में मदद करता है। उन्होंने अन्य जीन नियामकों की भी पहचान की जिन्हें फसल के आधार पर विभिन्न सेल प्रकारों में बदल दिया गया था, जो विशिष्ट लक्षणों को व्यक्त करने वाले जीन के परीक्षण के लिए प्रमुख उम्मीदवारों के साथ शोधकर्ताओं को प्रदान करते थे।

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने पाया कि 12 मिलियन साल पहले ज्वार से अलग होने के बाद मकई में पूरे जीनोम दोहराव ने विशिष्ट प्रकार की कोशिकाओं को प्रभावित किया, जिससे मकई की कोशिकाएं तेजी से विशेषज्ञ बन गईं। उन्होंने यह भी देखा कि कुछ प्रकार की कोशिकाएं नए जीन के दाताओं के रूप में काम करती हैं जबकि अन्य नए जीन डुप्लिकेट एकत्र करते हैं, जो यह सुझाव दे सकते हैं कि जीन दोहराव ने कुछ कोशिकाओं के विकास को गति दी।

एकल-कोशिका अनुक्रमण तकनीकों में हालिया प्रगति ने इस शोध को संभव बनाया और फसलों में जीन और सेलुलर लक्षणों के बीच संबंध का पता लगाने के लिए नए तरीके खोले।

"एक दशक पहले, हम प्रारंभिक एकल-कोशिका अनुक्रमण तकनीकों के साथ केवल एक दर्जन या कुछ दर्जन कोशिकाओं का विश्लेषण करने में सक्षम थे। अब हम प्रोफाइल कर सकते हैं