Development of auxin reporters in oilseed rape (Brassica napus)

पौधे स्थिर वस्तुएं नहीं हैं; वे गतिशील जीव हैं जो अपने आसपास की दुनिया के अनुसार अपनी वृद्धि को लगातार समायोजित करते हैं। ऐसा करने के लिए, वे रासायनिक संकेतों की एक परिष्कृत आंतरिक भाषा पर निर्भर करते हैं जिसे पादप हार्मोन (प्लांट हार्मोन) कहा जाता है। इनमें से, ऑक्सिन नामक एक अणु एक मुख्य नियामक के रूप में कार्य करता है, जो एक अंकुर द्वारा मिट्टी से बाहर निकलने से लेकर फूल बनने और पौधे के प्रकाश की ओर झुकने तक, सब कुछ निर्देशित करता है। चूंकि ऑक्सिन इतना महत्वपूर्ण है, इसलिए वैज्ञानिक लंबे समय से यह देखना चाहते थे कि यह पौधे के भीतर वास्तव में कहाँ सक्रिय है और जब पौधा सूखे या नमक जैसी चुनौतियों का सामना करता है तो इसके स्तर में कैसे परिवर्तन होता है। हालाँकि, इन अदृश्य संकेतों को क्रिया में देखना कठिन है, विशेष रूप से तेलहन रेप (oilseed rape) जैसी प्रमुख खाद्य फसलों में, जो वनस्पति तेल और पशु आहार का एक महत्वपूर्ण स्रोत है। जबकि शोधकर्ताओं ने मॉडल पौधे एराबिडोप्सिस (Arabidopsis) में इन संकेतों को देखने के लिए उपकरण विकसित किए हैं, लेकिन उनके पास तेलहन रेप में भी ऐसा करने के लिए विश्वसनीय, प्रजाति-विशिष्ट तरीके नहीं थे, जिससे इस बात की समझ में कमी रह गई कि यह महत्वपूर्ण फसल अपनी वृद्धि और तनाव को कैसे प्रबंधित करती है।

इस कमी को भरने के लिए, चेक गणराज्य के मासरिक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने विशेष रूप से तेलहन रेप के लिए डिज़ाइन किए गए नए जैविक उपकरणों का एक सेट बनाने का लक्ष्य रखा। उनका लक्ष्य "रिपोर्टर" बनाना था, जो अनिवार्य रूप से ऐसे जेनेटिक स्विच हैं जो तब चमकते हैं या रंग बदलते हैं जब पौधा ऑक्सिन का पता लगाता है। इन रिपोर्टरों को छोटे, अंतर्निहित कैमरों के रूप में सोचें जो केवल तभी चालू होते हैं जब हार्मोन मौजूद होता है, जिससे वैज्ञानिक वास्तविक समय में हार्मोन की गतिविधि को देख सकते हैं। टीम ने पहले एक ज्ञात पैटर्न के आधार पर एक सिंथेटिक स्विच तैयार किया जो ऑक्सिन के प्रति प्रतिक्रिया करता है, लेकिन उन्होंने जेनेटिक कोड को तेलहन रेप के विशिष्ट जीव विज्ञान के अनुरूप ढाल दिया। उन्होंने एक दूसरा, नवीन रिपोर्टर भी बनाया, जिसमें तेलहन रेप के जीनोम से तीन अलग-अलग जीन के छोटे टुकड़ों को जोड़ा गया था जो स्वाभाविक रूप से ऑक्सिन द्वारा सक्रिय किए जाते हैं। इन नए रिपोर्टरों को नीला रंग (blue stain) या चमकता हुआ फ्लोरोसेंट प्रोटीन उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जब भी पौधे की ऑक्सिन सिग्नलिंग प्रणाली सक्रिय होती थी।

शोधकर्ताओं ने इन उपकरणों का परीक्षण सबसे पहले 'हेयरी रूट्स' (hairy roots) नामक विशेष जड़ संस्कृतियों में किया, जो एक डिश में तेजी से बढ़ती हैं और त्वरित प्रयोगों के लिए आदर्श होती हैं। जब उन्होंने इन जड़ों को ऑक्सिन से उपचारित किया, तो उनके दोनों नए रिपोर्टरों ने बिल्कुल इच्छानुसार प्रतिक्रिया दी। नीला रंग जड़ के सिरों (root tips) में दिखाई दिया, जहाँ नई वृद्धि होती है, और हार्मोन की सांद्रता बढ़ने के साथ फैलता गया। इसके बाद वे इन जड़ों से पूरे पौधे उगाकर आगे बढ़े। परिणामी अंकुरों, फूलों और विकसित होते बीजों में, रिपोर्टरों ने विशिष्ट पैटर्न दिखाए। रिपोर्टर के एक संस्करण में, जिसमें एक विशिष्ट जेनेटिक हेल्पर अनुक्रम शामिल था, दूसरे की तुलना में अधिक स्पष्ट और व्यापक संकेत उत्पन्न हुआ, जिसने जड़ के सिरे, पत्तियों की शिराओं और फूल के भीतर के ऊतकों जैसे विशिष्ट क्षेत्रों को उजागर किया। इसने पुष्टि की कि ये उपकरण एक जीवित, बढ़ते हुए पौधे में ऑक्सिन कहाँ काम कर रहा है, इसका मानचित्रण कर सकते हैं।

केवल हार्मोन के स्थान का मानचित्रण करने के अलावा, टीम यह भी देखना चाहती थी कि वातावरण प्रतिकूल होने पर पौधा कैसे प्रतिक्रिया देता है। उन्होंने जड़ संस्कृतियों को नमक और चीनी के घोल के संपर्क में रखा जो सूखे के कारण पानी की कमी की नकल करता है। अपने रिपोर्टर के फ्लोरोसेंट संस्करण का उपयोग करके, उन्होंने वास्तविक समय में जड़ों को देखा। उन्होंने देखा कि संकेत तुरंत नहीं बदला। इसके बजाय, फ्लोरोसेंस को चरम पर पहुँचने में लगभग छह से बारह घंटे लगे, जो ऑक्सिन गतिविधि में उछाल को दर्शाता है, और फिर एक पूरे दिन के बाद सामान्य स्तर पर वापस आने से पहले कम हो गया। यह सुझाव देता है कि पौधा तनाव के प्रति तत्काल प्रतिक्रिया नहीं देता है, बल्कि अनुकूलन के लिए अपने हार्मोनल सिग्नलिंग में एक मापे गए, समय-निर्भर बदलाव से गुजरता है। शोधकर्ताओं ने यह भी प्रदर्शित किया कि वे दो अलग-अलग रंगों के रिपोर्टरों का उपयोग करके एक साथ दो अलग-अलग हार्मोनों को देख सकते हैं, जिससे पता चलता है कि पौधा एक ही जड़ के भीतर ऑक्सिन और साइटोकिनिन नामक दूसरे हार्मोन पर अलग-अलग, विशिष्ट तरीकों से प्रतिक्रिया दे सकता है।

अंत में, टीम ने ऑक्सिन की वास्तविक मात्रा को मापने के लिए एक अधिक उन्नत उपकरण विकसित किया, न कि केवल पौधे की उस पर प्रतिक्रिया को। यह प्रणाली एक प्रोटीन का उपयोग करती है जो ऑक्सिन की उपस्थिति में पौधे द्वारा स्वाभाविक रूप से तोड़ा जाता है। इस प्रोटीन के साथ एक चमकता हुआ टैग जोड़कर और इसकी चमक की तुलना एक स्थिर, न बदलने वाली नीली रोशनी से करके, शोधकर्ता कोशिका में ऑक्सिन के सटीक स्तर की गणना कर सके। जब उन्होंने जड़ों में ऑक्सिन मिलाया, तो चमकने वाला संकेत गिर गया, जिससे पुष्टि हुई कि प्रणाली एक प्रत्यक्ष सेंसर के रूप में काम कर रही थी। ये नए उपकरण शोधकर्ताओं को यह देखने के लिए एक मजबूत और बहुमुखी तरीका प्रदान करते हैं कि तेलहन रेप अपने विकास और तनाव को कैसे संभालता है। अदृश्य को दृश्य बनाकर, ये रिपोर्टर वैज्ञानिकों के लिए यह अध्ययन करने के द्वार खोलते हैं कि यह महत्वपूर्ण फसल अपने पर्यावरण के साथ कैसे अनुकूलन करती है, जिससे उस जटिल जीव विज्ञान को समझने की दिशा में एक स्पष्ट मार्ग मिलता है जो हमारी खाद्य आपूर्ति को बनाए रखता है।