Gene model for the ortholog of DENR in Drosophila grimshawi

मानव शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ हर कोशिका एक कार्यकर्ता है। इस शहर को चलाने के लिए, इन कार्यकर्ताओं को निर्देश चाहिए होते हैं कि कब बढ़ना है, कब विभाजित होना है और कब रुकना है। निर्देशों के सबसे महत्वपूर्ण सेटों में से एक एक "मैनेजर" से आता है जिसे इंसुलिन/इंसुलिन-लाइक ग्रोथ फैक्टर सिग्नलिंग पाथवे, या संक्षेप में IIS कहा जाता है। IIS को शहर के मुख्य संचार नेटवर्क के रूप में सोचें जो कोशिकाओं को बताता है, "हे, हमारे पास बहुत सारा भोजन है, इसलिए बढ़ना सुरक्षित है!" लेकिन इस संदेश को स्पष्ट रूप से पहुँचाने के लिए, कोशिकाओं को इस संकेत को अनुवादित करने में मदद करने के लिए एक विशिष्ट उपकरण की आवश्यकता होती है। फ्रूट फ्लाई (फल मक्खी) की दुनिया में, DENR नामक एक प्रोटीन है जो इस संदेश के लिए एक विशेष अनुवादक या सिग्नल बूस्टर के रूप में कार्य करता है। यदि यह उपकरण गायब हो जाता है, तो कोशिकाएं भ्रमित हो जाती हैं, ठीक से बढ़ना बंद कर देती हैं, और मक्खी अपना विकास पूरा नहीं कर पाती है।

वैज्ञानिक हमेशा जिज्ञासु रहते हैं कि कैसे ये निर्देश और उपकरण विभिन्न प्रजातियों के विकास के साथ बदलते हैं। जैसे कि जब कोई शेफ किसी नए देश में जाता है तो एक रेसिपी में थोड़ा बदलाव किया जा सकता है, वैसे ही मक्खियों के विभिन्न प्रजातियों में विकसित होने के साथ इन प्रोटीनों को बनाने वाले जीन भी थोड़े बदल जाते हैं। जीवन कैसे अनुकूलित होता है, इसे समझने के लिए, शोधकर्ताओं को विभिन्न प्रकार की मक्खियों में इन जीनों का सटीक "ब्लूप्रिंट" (खाका) खोजने की आवश्यकता होती है। हालांकि, गैर-प्रसिद्ध जंगली प्रजातियों में इन ब्लूप्रिंट्स को खोजना ऐसा है जैसे किसी पहेली को जोड़ने की कोशिश करना जिसके डिब्बे पर बनी तस्वीर धुंधली हो। आपको यह समझने के लिए कि जीन वास्तव में कैसा दिखता है, DNA अनुक्रमों और RNA डेटा से संकेतों को सावधानीपूर्वक जोड़ना होगा। यह बिल्कुल वही काम है जो शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशिष्ट प्रकार की हवाईयन फ्रूट फ्लाई के लिए करने का प्रयास किया।

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द पेपर का मिशन: ब्लूप्रिंट का मानचित्रण

यह शोध पत्र DENR नामक एक विशिष्ट जीन के लिए एक विस्तृत मानचित्र और निर्देश नियमावली है, जो Drosophila grimshawi नामक फ्रूट फ्लाई प्रजाति में पाया जाता है। जबकि वैज्ञानिक पहले से ही जानते थे कि सामान्य फ्रूट फ्लाई (Drosophila melanogaster) में यह जीन कैसा दिखता है, उनके पास D. grimshawi में इसके लिए कोई स्पष्ट, सत्यापित ब्लूप्रिंट नहीं था, जो हवाई के ऊंचे ऊंचाई वाले वर्षावनों में पाई जाने वाली एक प्रजाति है। एक स्पष्ट मानचित्र के बिना, यह अध्ययन करना असंभव है कि यह जीन समय के साथ कैसे बदला है या इस विशिष्ट मक्खी में यह कैसे कार्य करता है।

टीम, जो जीनोमिक्स एजुकेशन पार्टनरशिप के साथ काम करने वाले स्नातक शोधकर्ताओं का एक समूह था, ने इस जीन मॉडल को बनाने के लिए कंप्यूटर टूल्स और मैन्युअल जासूसी कार्य के मिश्रण का उपयोग किया। उन्होंने D. grimshawi जीनोम असेंबली (मक्खी के DNA का डिजिटल संस्करण) को देखकर शुरुआत की और DENR जीन को खोजने के लिए BLAST नामक खोज उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि एक DNA के टुकड़े, जिसे scaffold_15203 कहा जाता है, पर एक संभावित स्थान मौजूद है। यह पुष्टि करने के लिए कि क्या यह सही जीन है, उन्होंने "पड़ोस" की जांच की। सामान्य मक्खी में, DENR जीन विशिष्ट पड़ोसी जीनों के बीच स्थित होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि D. grimshawi में भी वही पड़ोसी मौजूद थे, ठीक वैसे ही जैसे एक ही सड़क के घरों को ढूंढना, भले ही सड़क के नाम बदल गए हों। इस "सिंटेनी" (पड़ोस की समानता) ने उन्हें पूर्ण विश्वास दिया कि उन्होंने सही जीन खोज लिया है।

उन्होंने क्या पाया

एक बार जब उन्होंने जीन का पता लगा लिया, तो टीम ने इसके काम करने का एक विस्तृत मॉडल बनाया। उन्होंने पाया कि D. grimshawi में DENR जीन के दो संस्करण, या "आइसोफॉर्म" हैं, जिन्हें DENR-PA और DENB-PB कहा जाता है। दिलचस्प बात यह है कि ये दोनों संस्करण एक-दूसरे के समान हैं और तीन प्रोटीन-कोडिंग भागों (एक्सॉन) से बने हैं। यह सामान्य फ्रूट फ्लाई में पाए जाने वाले ढांचे से मेल खाता है, जो यह सुझाव देता है कि विकास के माध्यम से इस आनुवंशिक ब्लूप्रिंट के इस हिस्से को संरक्षित रखा गया है।

जब उन्होंने D. grimshawi के प्रोटीन अनुक्रम की तुलना सामान्य मक्खी के प्रोटीन से की, तो उन्होंने प्रोटीन स्तर पर 89.4% का मिलान पाया। हालांकि प्रोटीन के बिल्कुल शुरुआत और अंत में कुछ छोटे अंतर थे, लेकिन प्रोटीन का मुख्य हिस्सा संरचना और रासायनिक गुणों दोनों में अत्यधिक समान बना रहा। यह सुझाव देता है कि भले ही मक्खियां अलग-अलग प्रजातियां हैं, लेकिन इंसुलिन संकेतों को अनुवादित करने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण बहुत अधिक नहीं बदला है।

उन्होंने यह कैसे किया

शोधकर्ताओं ने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने अपना मानचित्र बनाने के लिए बहुत सारे साक्ष्य का उपयोग किया। उन्होंने RNA-Seq डेटा को देखा, जो कि एक स्नैपशॉट की तरह है कि कोशिका द्वारा वास्तव में जीनों को कैसे "पढ़ा" जा रहा है। उन्होंने कंप्यूटर एलाइनमेंट टूल्स का उपयोग करके मक्खी के प्रोटीनों की अन्य प्रजातियों के ज्ञात प्रोटीनों से तुलना भी की। परिणाम एक उच्च-गुणवत्ता वाला, मैन्युअल रूप से क्यूरेट किया गया जीन मॉडल है जिसे सार्वजनिक डेटाबेस (GenBank) में जमा किया गया है ताकि अन्य वैज्ञानिक इसका उपयोग कर सकें।

यह क्यों महत्वपूर्ण है

यह कार्य पूरे Drosophila वंश में इंसुलिन सिग्नलिंग पाथवे के विकास को समझने के एक बड़े प्रयास का हिस्सा है। विभिन्न प्रजातियों में जीनों के सटीक मानचित्र बनाकर, वैज्ञानिक अंततः यह उत्तर दे पाएंगे कि इन मक्खियों ने अपने वातावरण के अनुसार खुद को कैसे अनुकूलित किया। फिलहाल, यह शोध पत्र D. grimshawi के लिए DENR जीन के लिए एक ठोस, सत्यापित आधार—एक स्पष्ट ब्लूप्रिंट—प्रदान करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि इस प्रजाति पर भविष्य के अध्ययन सटीक डेटा पर आधारित हों। लेखक सुझाव देते हैं कि यह मॉडल शोधकर्ताओं को इन अद्वितीय हवाईयन मक्खियों में विकास और वृद्धि के विकास को बेहतर ढंग से समझने में मदद करेगा।