A hybrid approach combining a phylogenetic method and Approximate Bayesian Computation Random Forest for phylogenetic network inference: application to the rice domestication process in Asia
यह शोध पत्र "Snarf" को प्रस्तुत करता है, जो जटिल विकासवादी इतिहास का सटीक अनुमान लगाने के लिए फाइलोगैनेटिक नेटवर्क टूल SnappNet और एप्रोक्सिमेट बायेसियन कम्प्यूटेशन रैंडम फॉरेस्ट को संयोजित करने वाली एक हाइब्रिड विधि है, जिसे यह प्रकट करने के लिए लागू किया गया था कि एशियाई चावल के घरेलूकरण में जापोनिका का एक एकल उद्भव शामिल था, जिसके बाद इंडिका, cAus और cBas किस्मों को आकार देने वाली तीन प्रमुख अंतर्प्रवेशन (इंट्रोग्रेशन) घटनाएँ हुईं।
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एक विशाल, अराजक पारिवारिक पुनर्मिलन के पारिवारिक इतिहास को समझने की कोशिश करें जहाँ हर कोई एक ही तरह के कपड़े पहने हुए है, और आधे मेहमान डीएनए को ट्रेडिंग कार्ड की तरह आपस में बदल रहे हैं। यह फाइलोजेनेटिक्स (phylogenetics) की दुनिया है, जो प्रजातियों के लिए पारिवारिक वंशावली बनाने का विज्ञान है। आमतौर पर, वैज्ञानिक इन पेड़ों को एक सरल शाखा वाले आरेख की तरह बनाते हैं: एक परदादा दो शाखाओं में विभाजित होता है, जो फिर से विभाजित होती हैं, और इसी तरह। यह "मैं तुमसे आया, और तुम मुझसे आए" की एक साफ, ऊर्ध्वाधर कहानी है। लेकिन जीवन हमेशा इतना व्यवस्थित नहीं होता। कभी-कभी, पारिवारिक पेड़ की दो शाखाएं हाइब्रिडाइजेशन (hybridization) (जैसे दो चचेरे भाई-बहनों का बच्चा होना) या इंट्रोग्रेशन (introgression) (जहाँ दूर के रिश्तेदार से जीन चुपके से आ जाते हैं) के माध्यम से फिर से एक साथ जुड़ने का निर्णय लेती हैं। जब ऐसा होता है, तो पारिवारिक पेड़ एक सीधी रेखा के बजाय एक उलझे हुए जाल या मकड़ी के जाले जैसा दिखता है। इसे एक फाइलोजेनेटिक नेटवर्क (phylogenetic network) कहा जाता है। चावल जैसी फसलों के लिए इन उलझे हुए जालों को समझना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह जानना कि वे कैसे विकसित हुए, किसानों को जलवायु परिवर्तन से बचने के लिए बेहतर किस्में उगाने में मदद करता है। बड़ी चुनौती क्या है? ये नेटवर्क अविश्वसनीय रूप से कठिन गणना वाले होते हैं, विशेष रूप से जब आपके पास हजारों जेनेटिक डेटा पॉइंट्स हों, क्योंकि गणित इतना भारी हो जाता है कि वह कंप्यूटर को कुचल सकता है।
यहाँ वैज्ञानिकों की एक टीम आई जिन्होंने Snarf नामक एक नया प्रकार का जासूसी उपकरण बनाने का निर्णय लिया। इसे एक हाइब्रिड कार के रूप में सोचें जो एक स्विस घड़ीसाज़ की सटीकता को एक सुपर-फास्ट रेस कार की ताकत के साथ जोड़ती है। "स्विस घड़ीसाज़" वाला हिस्सा SnappNet नामक एक विधि है, जो प्रजातियों के मिश्रण और विभाजन के जटिल गणित को समझने में अविश्वसनीय रूप से अच्छी है, लेकिन यह धीमी है और भारी मात्रा में डेटा के साथ संघर्ष करती है। "रेस कार" वाला हिस्सा ABC-RF (एप्रोक्सिमेट बेयसियन कम्प्यूटेशन रैंडम फॉरेस्ट) नामक एक मशीन लर्निंग तकनीक है, जो जानकारी के विशाल ढेर को तेजी से छांटने में माहिर है लेकिन इसे खेल के विशिष्ट नियमों को समझने के लिए मदद की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने इन दोनों को एक एकल, शक्तिशाली दृष्टिकोण में मिला दिया। उन्होंने धीमी, सटीक घड़ीसाज़ का उपयोग तेज़ रेस कार को यह सिखाने के लिए किया कि उसे क्या देखना है, और फिर रेस कार को डेटा के माध्यम से दौड़ने दिया।
जब उन्होंने इस नए Snarf टूल को एशियाई चावल के इतिहास पर लागू किया, तो उन्हें कई प्रतिस्पर्धी सिद्धांतों के बीच एक स्पष्ट विजेता मिला। वर्षों से, वैज्ञानिक इस बात पर बहस कर रहे हैं कि क्या चावल का घरेलूकरण एक बार हुआ था, या अलग-अलग स्थानों पर कई बार। कुछ लोगों का मानना था कि चावल के तीन अलग-अलग "जन्म" (जापोनिका, इंडिका और cAus) हुए थे, जबकि अन्य ने केवल एक के लिए तर्क दिया। वास्तविक चावल के डीएनए पर अपने नए हाइब्रिड तरीके का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने पुरजोर सुझाव दिया कि चावल का एक एकल घरेलूकरण कार्यक्रम (domestication event) हुआ था, जो जापोनिका (Japonica) किस्म के साथ हुआ था। हालाँकि, कहानी यहाँ समाप्त नहीं होती। "एक जन्म" केवल शुरुआत थी। जापोनिका के घरेलू होने के बाद, यह अलग-थलग नहीं रहा। इसने एक जेनेटिक डोनर के रूप में कार्य किया, जिससे इंडिका (Indica) और cAus किस्मों को बनाने में मदद करने के लिए अन्य जंगली चावल समूहों के साथ अपने "घरेलूकरण जीन" साझा किए गए। बाद में, शुरुआती cAus और जापोनिका के बीच एक मिश्रण से प्रसिद्ध cBasmati चावल का जन्म हुआ। अध्ययन स्पष्ट रूप से इस विचार को खारिज करता है कि इंडिका और cAus स्वतंत्र रूप से शून्य से घरेलू बनाए गए थे; इसके बजाय, वे एक अद्वितीय घरेलूकरण के बाद जेनेटिक "हैंडशेक" की एक श्रृंखला से पैदा हुए थे।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले सिम्युलेटेड डेटा पर अपने तरीके का परीक्षण किया, और इसने असाधारण प्रदर्शन किया, लगभग हर बार सही पारिवारिक पेड़ की पहचान की। जब उन्होंने वास्तविक चावल के डेटा का उपयोग किया, तो उन्होंने 16 अलग-अलग संभावित पारिवारिक परिदृश्यों का विश्लेषण किया। उनके तरीके ने इसे सबसे संभावित एक तक सीमित कर दिया: जापोनिका के लिए एक एकल मूल, जिसके बाद तीन विशिष्ट मिश्रण घटनाएं हुईं। अध्ययन इस बात पर जोर देता है कि हालांकि मुख्य कहानी एक एकल घरेलूकरण है, विवरण जीन प्रवाह का एक जटिल जाल है। उन्होंने पाया कि इंडिका और cAus में जापोनिका का योगदान वास्तव में काफी छोटा था—इतना ही कि चावल को एक फसल बनाने वाले गुणों को पारित किया जा सके, जबकि cBasmati के निर्माण में दो मौजूदा खेती वाले समूहों का एक संतुलित मिश्रण शामिल था। यह पुष्टि करता है कि चावल का इतिहास हिमालयी क्षेत्र और जंगली एवं खेती वाले पौधों के बीच की अंतःक्रियाओं से गहराई से जुड़ा हुआ है। पेपर यह दावा नहीं करता है कि उसने चावल के इतिहास के हर रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह पहले की तुलना में बहुत अधिक स्पष्ट, विस्तृत तस्वीर प्रदान करता है, जो दिखाता है कि हालांकि एक मुख्य घरेलूकरण था, चावल की यात्रा जेनेटिक मिश्रण की एक रोमांचक यात्रा रही है।
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