Genetic architecture of soluble arabinoxylan fibre in elite genotypes of bread wheat revealed by genome-wide association analysis
इस अध्ययन ने जल-निसरणीय एराबिनोक्सिलान (water-extractable arabinoxylan) सामग्री को नियंत्रित करने वाले सात आनुवंशिक लोकी (loci) की पहचान करने के लिए 384 विशिष्ट यूके गेहूं के जीनोटाइप पर जीनोम-वाइड एसोसिएशन विश्लेषण का उपयोग किया, जिसमें गुणसूत्र 1B और 6B पर प्रमुख स्थिर प्रभाव शामिल हैं, जो यह प्रदर्शित करता है कि मौजूदा जर्मप्लाज्म के भीतर अनुकूल एलील्स (alleles) का पिरामिडिंग उन्नत आहार फाइबर वाले गेहूं के प्रजनन के लिए एक व्यावहारिक रणनीति प्रदान करता है।
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मानव शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जिसे लाइट चालू रखने के लिए ईंधन की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। जबकि हम में से अधिकांश लोग प्रोटीन और चीनी जैसे "मुख्य व्यंजनों" पर ध्यान केंद्रित करते हैं, पृष्ठभूमि में काम करने वाला एक शांत, गुमनाम नायक है: आहार फाइबर (dietary fibre)। फाइबर को शहर की स्वच्छता टीम और सड़क रखरखाव टीम के रूप में समझें; यह चीजों को सुचारू रूप से चलाने में मदद करता है और हमारे पाचन तंत्र में ट्रैफिक जाम को रोकता है। दुर्भाग्य से, हमारी आधुनिक दुनिया में, हम इस टीम को पर्याप्त रूप से काम पर नहीं रख रहे हैं। हम बहुत अधिक "सफेद" भोजन खा रहे हैं—जैसे कि ब्रेड के लोफ का फूला हुआ, स्टार्चयुक्त केंद्र—और उन खुरदरे, रेशेदार हिस्सों को कम खा रहे हैं जो प्रकृति ने अनाज में भरे हैं।
वैज्ञानिक गेहूं को देखकर इसे हल करने की कोशिश कर रहे हैं, जो दुनिया का सबसे लोकप्रिय अनाज है। गेहूं के दाने के भीतर, एक विशिष्ट प्रकार का फाइबर होता है जिसे एराबिनोक्सिलन (arabinoxylan) कहा जाता है। आप एराबिनोक्सिलन को एक विशेष, लचीले जाल के रूप में देख सकते हैं जो अनाज को एक साथ थामे रखता है। इस जाल का कुछ हिस्सा पानी में घुलनशील (water-soluble) है, जिसका अर्थ है कि यह पानी में आसानी से घुल जाता है, और यही वह "सुपर-फाइबर" है जिसे हमारा शरीर स्वास्थ्य के लिए सबसे अधिक पसंद करता है। बड़ा सवाल जो शोधकर्ता पूछ रहे हैं वह यह है: क्या हम ऐसा गेहूं उगा सकते हैं जिसमें उस हिस्से में अधिक सुपर-फाइबर हो जिसे हम वास्तव में खाते हैं (सफेद आटा), बिना स्वाद या बनावट को बिगाड़े? यह शोध पत्र गेहूं के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की गहराई में उतरता है ताकि यह देखा जा सके कि क्या हम अपनी दैनिक रोटी को थोड़ा अधिक स्वस्थ बनाने के लिए इसकी रेसिपी में बदलाव कर सकते हैं।
शोधकर्ताओं ने 384 विशिष्ट गेहूं की किस्मों की एक विशाल टीम के साथ "जेनेटिक डिटेक्टिव" खेलने का निर्णय लिया, जिसे उन्होंने "एलीट फाइबर पैनल" (Elite Fibre Panel) कहा। ये केवल कोई साधारण बीज नहीं थे; ये यूके (UK) में वाणिज्यिक ब्रीडर्स द्वारा वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले शीर्ष-स्तरीय, आधुनिक गेहूं के जीनोटाइप थे। टीम ने इन गेहूं की किस्मों को दो अलग-अलग फील्ड वातावरणों में उगाया ताकि यह देखा जा सके कि वे वास्तविक दुनिया की स्थितियों में कैसा प्रदर्शन करते हैं। उन्होंने होलमील (wholemeal) में पानी में घुलने योग्य एराबिनोक्सिलन (WE-AX) की मात्रा को मापा, जिसका उपयोग उस चीज़ के प्रतिनिधि के रूप में किया गया जो अंततः सफेद आटे में जाएगा।
परिणाम उत्साहजनक थे। उन्होंने पाया कि इस सुपर-फाइबर की मात्रा एक गेहूं की किस्म से दूसरी किस्म में काफी भिन्न होती है, और यह भिन्नता काफी हद तक गेहूं की अपनी आनुवंशिक संरचना के कारण थी, न कि केवल मौसम या मिट्टी के कारण। वास्तव में, इस गुण के लिए "जेनेटिक स्कोर" काफी उच्च था, जिसकी ब्रॉड-सेंस हेरिटेबिलिटी (broad-sense heritability) 0.68 थी, जो यह सुझाव देता है कि यदि आप सही माता-पिता (parents) चुनते हैं, तो आप इस गुण को अगली पीढ़ी में विश्वसनीय रूप से स्थानांतरित कर सकते हैं।
अधिक फाइबर बनाने के निर्देश खोजने के लिए, टीम ने 6,791 जेनेटिक मार्कर्स (SNPs) का उपयोग करके गेहूं के पूरे जीनोम को स्कैन किया, जो डीएनए हाईवे पर छोटे संकेत बोर्डों की तरह कार्य करते हैं। इस जीनोम-वाइड एसोसिएशन विश्लेषण ने गेहूं के क्रोमोसोम पर सात विशिष्ट स्थानों, या "लोकी" (loci) का पता लगाया जो यह नियंत्रित करते हैं कि कितना WE-AX उत्पादित होता है। दो सबसे बड़े और सबसे विश्वसनीय संकेत बोर्ड क्रोमोसोम 1B और 6B पर पाए गए। ये मुख्य खिलाड़ी हैं, जिन्हें एराबिनोक्सिलन के प्रमुख नियामक के रूप में जाना जाता है। लेकिन टीम वहीं नहीं रुकी; उन्होंने क्रोमोसोम 3A, 5B और 7A पर छोटे, कभी-कभी मौसम पर निर्भर प्रभाव भी देखे।
यहाँ रोमांचक हिस्सा है: शोध पत्र सुझाव देता है कि इन जीनों के "अच्छे" संस्करण (favourable alleles) केवल अकेले काम नहीं करते हैं; वे एक साथ जुड़ते हैं। यदि आप उन्हें मिलाते हैं, तो वे फाइबर की मात्रा को लगभग 5-15% तक योगात्मक रूप से (additively) बढ़ा देते हैं। यह एक मशीन में कुछ अलग-अलग लीवरों को खोजने जैसा है; एक लीवर खींचने से आपको थोड़ा बढ़ावा मिलता है, लेकिन जब आप उन सभी को एक साथ खींचते हैं, तो आपको एक बड़ा अपग्रेड मिलता है।
इन संकेत बोर्डों के आसपास के डीएनए क्षेत्रों की गहराई में जाकर, शोधकर्ताओं को कई उच्च-विश्वास वाले कैंडिडेट जीन मिले जो फाइबर के निर्माण कार्यकर्ता के रूप में कार्य करते हैं। इनमें से एक सितारा PER1 नामक जीन है, जो पहले से ही फाइबर स्ट्रैंड्स के क्रॉस-लिंकिंग और मजबूती को विनियमित करने के लिए जाना जाता है। उन्होंने ऐसे जीन भी खोजे जो डिलीवरी ट्रकों (UTP-glucose-1-phosphate uridylyltransferase) के रूप में कार्य करते हैं, संरचना को आकार देने वाले वास्तुकार (trichome birefringence-like proteins), और फाइबर को काटने और समायोजित करने वाली कैंची (xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases) के रूप में कार्य करते हैं।
निचोड़ यह है कि यह शोध पत्र एक व्यावहारिक मार्ग प्रदर्शित करता है। हमें आवश्यक रूप से शून्य से नया गेहूं बनाने की आवश्यकता नहीं है; घुलनशील फाइबर को बढ़ाने के लिए जेनेटिक उपकरण पहले से ही उन विशिष्ट गेहूं किस्मों के भीतर छिपे हुए हैं जिन्हें हम वर्तमान में उगा रहे हैं। इन अनुकूल एलील्स (alleles) को एक साथ "पिरामिडिंग" या स्टैकिंग करके, ब्रीडर्स उच्च फाइबर सामग्री वाला गेहूं बना सकते हैं, जो हमारे द्वारा रोज खाई जाने वाली रोटी के माध्यम से सार्वजनिक स्वास्थ्य में सुधार करने का एक स्केलेबल तरीका प्रदान करता है।
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