The petal identity gene PhDEF has a major binding and regulatory action in the epidermis

फूल केवल सुंदरता की स्थिर वस्तुएं नहीं हैं; वे एक सटीक जैविक निर्माण परियोजना का परिणाम हैं जहाँ प्रत्येक भाग को सही समय पर सही स्थान पर दिखाई देना चाहिए। एक पौधा यह कैसे जानता है कि उसे पत्ती के बजाय पंखुड़ी उगानी है, या तने के बजाय पुंकेसर उगाना है, इसे समझने के लिए वैज्ञानिकों ने लंबे समय से होमियोटिक जीन (homeotic genes) के रूप में ज्ञात मास्टर निर्देशों के एक सेट का अध्ययन किया है। ये जीन एक ब्लूप्रिंट के रूप में कार्य करते हैं, जो कोशिकाओं को बताते हैं कि उन्हें किस प्रकार का अंग बनना है। दशकों तक, इस शोध का ध्यान फूल के जीवन की शुरुआत पर रहा है, जब ये जीन पहली बार अंग के भाग्य का निर्णय लेते हैं। हालाँकि, एक फूल विभिन्न परतों वाली कोशिकाओं से बनी एक जटिल संरचना है, ठीक वैसे ही जैसे एक दीवार की बाहरी सतह और एक आंतरिक कोर होता है। यह एक रहस्य बना हुआ है कि "पंखुड़ी बनो" कहने वाले मास्टर निर्देश उस पंखुड़ी की प्रत्येक परत में एक ही तरह से काम करते हैं, या कोशिका की विशिष्ट परत यह बदल देती है कि उन निर्देशों को कैसे पढ़ा और उन पर अमल किया जाता है।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस पहेली को सुलझाने के लिए पेटुनिया (petunia) के फूल की ओर ध्यान आकर्षित किया, जिसमें उन्होंने PhDEF नामक एक विशिष्ट मास्टर जीन पर ध्यान केंद्रित किया, जो कोशिकाओं को पंखुड़ी का हिस्सा बनने के लिए निर्देशित करने के लिए जिम्मेदार है। वे पिछले कार्यों से जानते थे कि यदि यह जीन पंखुड़ी की बाहरी परत, यानी एपिडर्मिस (epidermis) में गायब है, तो फूल बहुत अलग दिखता है बजाय इसके कि यदि यह जीन आंतरिक ऊतक, जिसे मेसोफिल (mesophyll) कहा जाता है, में गायब हो। इससे यह संकेत मिला कि जीन की भूमिका इस बात पर निर्भर कर सकती है कि वह कहाँ स्थित है, लेकिन सटीक तंत्र दृष्टि से ओझल था। सच्चाई को उजागर करने के लिए, वैज्ञानिकों ने ऐसे पेटुनिया के फूल उगाए जिनमें विशिष्ट उत्परिवर्तन (mutations) थे, जिन्होंने PhDEF जीन को या तो पंखुड़ी की बाहरी त्वचा (एपिडर्मिस) से या आंतरिक ऊतक (मेसोफिल) से हटा दिया। फिर उन्होंने व्यक्तिगत कोशिकाओं की आनुवंशिक गतिविधि को पढ़ने और यह मानचित्रित करने के लिए उन्नत उपकरणों का उपयोग किया कि PhDEF प्रोटीन उन कोशिकाओं के भीतर डीएनए (DNA) से वास्तव में कहाँ जुड़ता है।

जांच से पता चला कि जीन पूरे अंग में एक समान स्विच के रूप में कार्य नहीं करता है। इसके बजाय, PhDEF दो पूरी तरह से अलग लक्ष्य जीनों (target genes) के सेट को नियंत्रित करता है, इस आधार पर कि वह बाहरी एपिडर्मिस में काम कर रहा है या आंतरिक मेसोफिल में। शोधकर्ताओं ने पाया कि जीन का प्रभाव बाहरी परत में कहीं अधिक शक्तिशाली है। एपिडर्मिस में, PhDEF प्रोटीन बहुत अधिक आवृत्ति और तीव्रता के साथ डीएनए से जुड़ता है, और पंखुड़ी की सतह को आकार देने वाले विविध प्रकार के जीनों को नियंत्रित करता है। इसके विपरीत, मेसोफिल में इसका जुड़ाव बहुत कमजोर है और यह एक अलग, छोटे समूह के जीनों को प्रभावित करता है। अध्ययन ने यह भी दिखाया कि जीन के डीएनए से जुड़ने का तरीका अत्यधिक विविध है; यह विशिष्ट परतों के लिए विशेष और दूसरों के साझा किए गए बाइंडिंग साइट्स (binding sites) के एक जटिल मिश्रण का उपयोग करता है, जो प्रत्येक कोशिका प्रकार के लिए एक अद्वितीय नियामक हस्ताक्षर (regulatory signature) बनाता है।

यह कार्य प्रदर्शित करता है कि एक कोशिका की परत की पहचान उतनी ही महत्वपूर्ण है जितनी कि स्वयं अंग की पहचान। एक ही मास्टर जीन, जिसे पंखुड़ी बनाने का कार्य सौंपा गया है, को उस विशिष्ट संदर्भ में ढलने के लिए अपने व्यवहार को अनुकूलित करना चाहिए जिसमें वह कोशिका निवास करती है। यह दिखाकर कि एक पंखुड़ी की बाहरी और आंतरिक परतें एक ही आनुवंशिक आदेश पर अलग-अलग तरह से प्रतिक्रिया करती हैं, यह अध्ययन पुष्टि करता है कि एक कोशिका परत का इतिहास और स्थिति सीधे तौर पर यह प्रभावित करती है कि फूल बनाने के निर्देशों को कैसे निष्पादित किया जाता है। ये निष्कर्ष एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करते हैं कि जटिल पौधों की संरचनाएं कैसे बनाई जाती हैं, जो नियमों के एकल, स्थिर सेट के विचार से आगे बढ़कर एक गतिशील प्रणाली को प्रकट करते हैं जहाँ स्थान ही कार्य को निर्धारित करता है।