A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
गेहूं और जौ के अनुकूल *Puccinia striiformis* के बीच महत्वपूर्ण मेजबान विशिष्टता और जीनोम-व्यापी विभेदन के बावजूद, वैकल्पिक मेजबान *Berberis vulgaris* पर एक संरक्षित टेट्रापोलर मैथुन प्रणाली यौन संकरण को सक्षम बनाती है जो नवीन, पुनर्संयोजित मेजबान संपर्क प्रोफाइल वाले व्यवहार्य वंशज उत्पन्न करती है।
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फसल संक्रमित करने वाले कवक अक्सर एक ही प्रकार के पौधे में विशेषज्ञता रखते हैं, वे गेहूं या जौ पर हमला करने में विशेषज्ञ बनने के लिए विकसित होते हैं लेकिन दूसरे पर जीवित रहने में विफल रहते हैं। यह विशेषज्ञता एक बाधा के रूप में कार्य करती है, जो विभिन्न कवक आबादी को अलग रखती है और उनके जीन के मिश्रण को रोकती है। हालांकि, इन कई पादप रोगजनकों का एक छिपा हुआ लैंगिक जीवन चक्र होता है जो पूरी तरह से एक अलग प्रकार के पौधे पर होता है, जो अक्सर अनाज के खेतों से दूर एक झाड़ी या पेड़ होता है। इस वैकल्पिक मेजबान पर, कवक संभोग कर सकते हैं और संतान उत्पन्न कर सकते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से यह जानना चाहते थे कि क्या खेतों में देखी जाने वाली सख्त विशेषज्ञता इतनी गहरी है कि वह इन कवकों को साझा झाड़ी पर मिलने पर भी संभोग करने से रोकती है। यदि बाधाएं पर्याप्त मजबूत हैं, तो दो समूह व्यवहार्य संतान उत्पन्न करने में असमर्थ होंगे, जिससे वे प्रभावी रूप से अलग प्रजातियां बन जाएंगे। यदि बाधाएं कमजोर हैं, तो वे आपस में मिल सकते हैं, जिससे नए गुणों के संयोजन बनेंगे जो उन्हें उन फसलों को संक्रमित करने की अनुमति दे सकते हैं जिन्हें वे पहले नहीं छू सकते थे।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस संभावना का परीक्षण करने के लिए स्ट्राइप रस्ट कवक के दो निकट संबंधी लेकिन मेजबान-विशेषज्ञ रूपों का उपयोग किया। एक रूप, जिसे गेहूं स्ट्राइप रस्ट के रूप में जाना जाता है, गेहूं को संक्रमित करता है लेकिन जौ को नहीं। दूसरा, जौ स्ट्राइप रस्ट, जौ को संक्रमित करता है लेकिन गेहूं को नहीं। खेतों में उनकी अलग-अलग आदतों के बावजूद, दोनों रूप प्रजनन के स्थान के रूप में एक सामान्य झाड़ी, बरबेरी (barberry) का उपयोग करते हैं। शोधकर्ताओं ने इन दो अलग-अलग कवक रूपों को नियंत्रित प्रयोग में बरबेरी पौधों पर एक साथ लाया ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे संभोग कर सकते हैं। उन्होंने पाया कि अलग-अलग फसलों के लिए विशेषज्ञित ये दो रूप वास्तव में आपस में मिल सके। संभोग ने अठारह व्यवहार्य संतानें उत्पन्न कीं, जिससे यह सिद्ध हुआ कि उनके बीच की आनुवंशिक बाधाएं पूर्ण नहीं हैं। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दिखाती है कि भले ही ये कवक खेतों में अलग दिखते और व्यवहार करते हैं, फिर भी उनमें अपने जीन को मिलाने की जैविक क्षमता बनी रहती है जब उन्हें अवसर दिया जाता है।
शोधकर्ताओं ने इन नई संकर (hybrid) संतान के आनुवंशिक मेकअप का अध्ययन किया ताकि यह समझा जा सके कि संभोग कैसे हुआ। उन्होंने पाया कि कवक अनुकूलता निर्धारित करने के लिए एक विशिष्ट प्रणाली का उपयोग करते हैं, जिसमें दो अलग-अलग गुणसूत्रों (chromosomes) पर स्थित दो अलग-अलग आनुवंशिक स्विच शामिल हैं। संभोग होने के लिए, साथियों के पास इन स्विचों के अलग-अलग संस्करण होने चाहिए। अध्ययन ने पुष्टि की कि गेहूं-अनुकूलित और जौ-अनुकूलित माता-पिता के पास इन स्विचों के अनुकूल संस्करण थे, जिससे वे जुड़ने और प्रजनन करने में सक्षम हुए। इसके अलावा, संतानों ने दोनों माता-पिता से इन स्विचों का मिश्रण विरासत में प्राप्त किया, जिसके परिणामस्वरूप चार अलग-अलग आनुवंशिक संयोजन बने। इस पैटर्न ने पुष्टि की कि संभोग ने अपेक्षित यौन प्रजनन के नियमों का पालन किया, जहाँ जीन दोनों माता-पिता से पुनर्गठित होकर अगली पीढ़ी में स्थानांतरित होते हैं।
शायद सबसे चौंकाने वाला परिणाम यह था कि जब इन नए हाइब्रिड कवकों का गेहूं और जौ के पौधों के विरुद्ध परीक्षण किया गया। मूल माता-पिता सख्त विशेषज्ञ थे: गेहूं वाले रूप से जौ को संक्रमित नहीं किया जा सकता था, और जौ वाले रूप से गेहूं को संक्रमित नहीं किया जा सकता था। हालांकि, संकर (offspring) ने एक नया व्यवहार प्रदर्शित किया। कुछ हाइब्रिड दोनों गेहूं और जौ को संक्रमित कर सकते थे, एक ऐसा गुण जो उनके किसी भी माता-पिता में नहीं था। अन्य हाइब्रिड गेहूं और जौ की किस्मों के मिश्रण को संक्रमित कर सकते थे जिन्हें उनके माता-पिता नहीं छू सकते थे। यह सुझाव देता है कि दो विशिष्ट माता-पिता की आनुवंशिक सामग्री को मिलाकर, कवक पौधों की रक्षा प्रणाली को पार करने की नई क्षमताएं उत्पन्न कर सकता है। अध्ययन में यह नहीं पाया गया कि हाइब्रिड सभी पौधों पर अत्यधिक संक्रामक हो गए; बल्कि, उन्होंने नई क्षमताओं का एक दायरा दिखाया, जिससे वे कभी-कभी दोनों फसलों की विशिष्ट किस्मों को संक्रमित कर सकते थे।
यह कार्य प्रदर्शित करता है कि इन दो कवक समूहों के बीच का अलगाव पूर्ण नहीं है। जबकि वे विभिन्न फसलों पर विशेषज्ञता हासिल करने के लिए विकसित हुए हैं, लेकिन उन्होंने एक-दूसरे को साथी के रूप में पहचानने या अपने साझा यौन मेजबान पर मिलने पर स्वस्थ संतान उत्पन्न करने की क्षमता नहीं खोई है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि यह यौन मिश्रण नए आनुवंशिक संयोजन बना सकता है जो कवक की अपने मेजबान पौधों के साथ अंतःक्रिया को बदल देते हैं। फसल सुरक्षा के संदर्भ में, इसका अर्थ यह है कि नए कवक खतरों का विकास हमेशा एक ही समूह के भीतर धीमी, क्रमिक परिवर्तनों से नहीं आता है। इसके बजाय, एक जंगली मेजबान पर विभिन्न विशेषज्ञ समूहों की आकस्मिक मुलाकात अचानक ऐसे हाइब्रिड पैदा कर सकती है जिनमें उन फसलों को संक्रमित करने की क्षमता हो जहाँ वे पहले नहीं पहुँच सकते थे। यह अध्ययन प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करता है कि मेजबान विशेषज्ञता और यौन रूप से मिलने की क्षमता सह-अस्तित्व में रह सकती है, जिससे नवीन कवक उपभेदों (strains) के उभरने का द्वार खुला रहता है।
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