CRISPR-Cas9 Induced Knockout of BEL5 in Tetraploid Potato: Optimized Methodology via Repeated de novo Regeneration and Impact on Tuberization
यह अध्ययन टेट्राप्लोइड आलू में BEL5 जीन के पूर्ण नॉकआउट को प्राप्त करने के लिए बार-बार डी नोवो पुनर्जनन (de novo regeneration) को शामिल करते हुए एक अनुकूलित CRISPR-Cas9 पद्धति स्थापित करता है, जो यह प्रकट करता है कि जबकि BEL5 ट्यूबर के गठन की शुरुआत के समय को नियंत्रित करता है, यह समग्र ट्यूबर उपज के लिए अपरिहार्य नहीं है।
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पौधों की दुनिया की कल्पना एक विशाल, हलचल भरी लाइब्रेरी के रूप में करें जहाँ हर किताब एक जीवित चीज़ बनाने की रेसिपी है। इस लाइब्रेरी में, "आलू" वाला सेक्शन थोड़ा अस्त-व्यस्त है। एक साधारण किताब की तरह जिसमें एक स्पष्ट कहानी हो, आलू की रेसिपी बुक चार खंडों का एक सेट (यह टेट्राप्लोइड है) है जहाँ हर पन्ना थोड़ा अलग है, और टेक्स्ट गलतियों और विविधताओं से भरा है (अत्यधिक हेटेरोज़ायगस)। यह इसे वैज्ञानिकों के लिए रेसिपी को एडिट करना अविश्वसनीय रूप से कठिन बनाता है। वे CRISPR-Cas9 नामक एक टूल का उपयोग करना चाहते हैं, जो आणविक कैंची की तरह काम करता है, ताकि एक विशिष्ट वाक्य को काटकर यह देखा जा सके कि क्या होता है। लेकिन आलू में, यदि आप वाक्य की केवल एक प्रति को काट देते हैं, तो अन्य तीन प्रतियाँ कहानी को जारी रख सकती हैं, जिससे परिणाम छिप जाता है। इसीलिए वैज्ञानिक इस पर ध्यान दे रहे हैं: यदि हम इन बिखरी हुई, चार खंडों वाली रेसिपी बुक्स को पूरी तरह से एडिट करना सीख सकें, तो हम ऐसे आलू उगा सकते हैं जो अधिक सख्त, स्वादिष्ट या जल्दी तैयार होने वाले हों, जिससे बढ़ती दुनिया का पेट भरने में मदद मिल सके।
इस पेपर की कहानी एक ऐसी टीम के बारे में है जिसने आलू की रेसिपी के सबसे पेचीदा हिस्सों में से एक को सुलझाने का फैसला किया: एक विशिष्ट निर्देश जिसे BEL5 कहा जाता है। BEL5 को आलू बनाने के लिए "स्टार्ट बटन" के रूप में समझें। पिछले अध्ययनों ने सुझाव दिया था कि यदि आप इस बटन को बंद कर देते हैं, तो पौधा आलू (ट्यूबर) बनाना भूल सकता है या बहुत देर से बना सकता है। वैज्ञानिक इस परीक्षण को करने के लिए अपनी आणविक कैंची का उपयोग करके चार-खंडों वाली आलू की रेसिपी में BEL5 के हर एक निर्देश को काटना चाहते थे। लेकिन उन्हें एक बड़ी बाधा का सामना करना पड़ा: एक एकल कोशिका से बढ़ने वाले पौधे में चार प्रतियों को काटना, चार अलग-अलग किताबों के संस्करणों को बिना पन्ने मिलाए एक साथ ठीक करने की कोशिश करने जैसा है।
इसे हल करने के लिए, टीम ने एक चतुर, दोहराव वाली रणनीति विकसित की। कल्पना करें कि आप एक टूटी हुई मशीन को ठीक करने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन पहली बार में, आप चार में से केवल दो गियर ही ठीक कर पाते हैं। हार मानने के बजाय, उन्होंने मूल के एक हिस्से से मशीन का एक नया संस्करण उगाकर उसे फिर से बनाया और गियर को फिर से ठीक करने की कोशिश की। उन्होंने इसे "रिपीटेड डे नोवोर रीजनरेशन" (repeated de novo regeneration) कहा। ऐसा करके, उन्होंने अनिवार्य रूप से आणविक कैंची को यह दूसरा (और तीसरा) मौका दिया कि वह शेष बिना एडिट किए गए प्रतियों को ढूंढ सके और काट सके। उन्होंने रेसिपी को पढ़ने के एक बहुत ही हाई-टेक तरीके (नैनोपोर सीक्वेंसिंग नामक विधि) का भी उपयोग किया ताकि वे पूरी तरह सुनिश्चित हो सकें कि उन्होंने एक भी बिना कटी हुई प्रति नहीं छोड़ी है।
परिणाम आश्चर्यजनक थे। वैज्ञानिक उन आलू के पौधों को बनाने में सफल रहे जहाँ चार खंडों वाली रेसिपी में BEL5 "स्टार्ट बटन" पूरी तरह से टूट गया था। उन्हें उम्मीद थी कि ये पौधे भ्रमित हो जाएंगे और शायद आलू बनाना ही बंद कर देंगे। इसके बजाय, पौधे काफी हद तक सामान्य थे। उन्होंने आलू बनाना थोड़ा देर से शुरू किया—जैसे कोई छात्र जो स्नूज़ बटन दबा देता है और 15 मिनट देरी से जागता है—लेकिन अंततः उन्होंने अनएडिटेड पौधों जितने ही आलू बनाए। कुल कटाई की गई खाद्य मात्रा समान थी।
यह खोज बताती है कि जबकि BEL5 आलू के पौधे को यह तय करने में मदद करता है कि ट्यूबर उगाना कब शुरू करना है, यह प्रक्रिया को जारी रखने के लिए एकमात्र चीज़ नहीं है। आलू के पौधे के पास एक बैकअप प्लान है, या शायद अन्य निर्देश हैं जो BEL5 के गायब होने पर काम संभाल सकते हैं। यह पेपर इस विचार को खारिज करता है कि आधुनिक खेती वाली किस्मों में आलू बनाने के लिए BEL5 बिल्कुल आवश्यक है; इसके बिना, पौधा बस उसी मंजिल तक पहुँचने के लिए थोड़ा लंबा रास्ता लेता है। वैज्ञानिकों ने यह भी साबित किया कि "शून्य से एक नया पौधा उगाने" का उनका तरीका, छूटे हुए एडिट्स को पकड़ने के लिए, भविष्य में अन्य जटिल, चार-खंडों वाले पौधों के जीनोम को एडिट करने के लिए एक नया प्लेबुक प्रदान करता है। उन्होंने केवल एक नया आलू नहीं खोजा; उन्होंने आलू की बिखरी हुई निर्देश पुस्तिका को एडिट करने का एक नया तरीका खोजा।
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