The Sulfated PSY Peptide Negatively Regulates Receptor Kinase Activity to Promote Growth

पौधे स्थिरता के उस्ताद हैं। वे तूफान से भाग नहीं सकते, शिकारी से छिप नहीं सकते, या सूरज की तलाश में नहीं जा सकते; उन्हें ठीक वहीं उगना पड़ता है जहाँ उन्हें लगाया गया है। जीवित रहने के लिए, वे एक जटिल आंतरिक भाषा पर भरोसा करते हैं, रासायनिक संकेतों की एक प्रणाली जो कोशिकाओं को बताती है कि कब विस्तार करना है, कब विभाजित होना है, और कब रुकना है। इस प्रणाली में सबसे महत्वपूर्ण संदेशवाहकों में से एक छोटे प्रोटीन खंड हैं जिन्हें पेप्टाइड हार्मोन कहा जाता है। ये अणु कोशिकाओं के बीच तैरते हैं, निर्देश पहुँचाते हैं जो पौधे के रूप को आकार देते हैं। कई पौधों में, ये पेप्टाइड्स एक विशिष्ट रासायनिक टैग ले जाते है—एक टायरोसिन अमीनो एसिड से जुड़ा एक सल्फेट समूह। यह टैग एक चाबी की तरह कार्य करता है, जिससे पेप्टाइड कोशिका की सतह पर एक ताले में फिट हो पाता है। वह ताला एक रिसेप्टर (ग्राही) है, जो एक प्रोटीन है, जो एक बार चाबी घूमने के बाद कोशिका के भीतर एक श्रृंखला अभिक्रिया (चेन रिएक्शन) शुरू कर देता है। दशकों तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि जब एक पेप्टाइड हार्मोन अपने रिसेप्टर को ढूँढ लेता है, तो वह रिसेप्टर को "ऑन" कर देता है, जिससे कोशिका के भीतर एक मशीन सक्रिय हो जाती है जो विकास को संचालित करती है। यह पौधों द्वारा अपने रासायनिक संकेतों को पढ़ने का मानक नियम था।

डार्टमाउथ कॉलेज और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, डेविस के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब पाया है कि मॉस (काई) में हार्मोन के एक विशिष्ट परिवार के लिए यह नियम लागू नहीं होता है। स्प्रेडिंग अर्थ मॉस, फिसकोमिट्रियम पैटेन्स (Physcomitrium patens) का उपयोग एक मॉडल के रूप में करते हुए, उन्होंने खोजा कि इन सल्फेट-टैग्ड पेप्टाइड्स के लिए रिसेप्टर्स बिल्कुल विपरीत तरीके से काम करते हैं। पेप्टाइड मिलने पर सक्रिय होने के बजाय, ये रिसेप्टर्स वास्तव में डिफ़ॉल्ट रूप से सक्रिय और आक्रामक होते हैं, जो लगातार पौधे को अपनी वृद्धि धीमी करने के लिए कहते हैं। पेप्टाइड हार्मोन उन्हें सक्रिय नहीं करता; बल्कि वह उन्हें शांत (साइलेंस) कर देता है। जब हार्मोन रिसेप्टर से जुड़ता है, तो वह विकास-निरोधी संकेत को बंद कर देता है, जिससे पौधे को विस्तार करने की अनुमति मिलती है। यह खोज इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को उलट देती है कि पौधे अपने आकार और विकास को कैसे नियंत्रित करते हैं, जिससे एक ऐसी प्रक्रिया का पता चलता है जहाँ संकेत की अनुपस्थिति उसकी उपस्थिति से अधिक खतरनाक होती है।

शोधकर्ताओं ने एक उत्परिवर्तित (म्यूटेंट) मॉस पौधे को देखकर शुरुआत की जो अपने पेप्टाइड्स पर सल्फेट टैग नहीं बना सकता था। एक सामान्य पौधे में, यह सल्फेट टैग TPST नामक एंजाइम द्वारा जोड़ा जाता है। इस एंजाइम के बिना, पेप्टाइड हार्मोन अधूरे होते हैं और अपने रिसेप्टर्स में फिट नहीं हो पाते। वैज्ञानिकों को उम्मीद थी कि बिना संकेत के, पौधा केवल बढ़ने में विफल रहेगा। इसके बजाय, उन्होंने पाया कि म्यूटेंट पौधे की कोशिकाओं की सतह पर रिसेप्टर्स की संख्या बहुत बड़ी संख्या में जमा हो गई थी। ऐसा लग रहा था जैसे कोशिका ने, यह महसूस करते हुए कि कोई चाबी नहीं आई है, अपने दरवाजे पर और अधिक ताले लगाने का निर्णय लिया है। ये अतिरिक्त ताले केवल वहाँ बैठे नहीं थे; वे सक्रिय थे। शोधकर्ताओं ने देखा कि अनबाउंड (बिना जुड़े) रिसेप्टर्स के इस संचय के कारण मॉस बौनी, घनी और उन पत्तीदार संरचनाओं को बनाने में असमर्थ हो गई जिसे पनपने के लिए उसकी आवश्यकता होती है। पौधा अनिवार्य रूप से आपातकाल की स्थिति में फंसा हुआ था, लगातार उसे बढ़ने से रुकने के लिए कहा जा रहा था।

यह साबित करने के लिए कि ये रिसेप्टर्स ही बौनेपन का कारण थे, वैज्ञानिकों ने म्यूटेंट मॉस से रिसेप्टर्स को पूरी तरह से हटा दिया। उन्होंने रिसेप्टर्स बनाने वाले जीन को हटाने के लिए एक सटीक जीन-एडिटिंग टूल का उपयोग किया। परिणाम तत्काल और नाटकीय था। म्यूटेंट मॉस, जो छोटी और सिमटी हुई थी, अचानक तेजी से बढ़ने लगी। वह पेट्री डिश में फैल गई, और बड़ी, स्वस्थ पत्तीदार संरचनाएं बनाने लगी। इससे पता चला कि समस्या स्वयं पेप्टाइड हार्मोन की कमी नहीं थी, बल्कि सक्रिय रिसेप्टर्स की उपस्थिति थी। रिसेप्टर्स कार के ब्रेक की तरह थे; हार्मोन को हटाने का मतलब केवल यह था कि ब्रेक लगे हुए थे, लेकिन रिसेप्टर्स को हटाने से कार स्वतंत्र रूप से चलने में सक्षम हो गई।

टीम ने फिर जांच की कि ये रिसेप्टर्स वास्तव में कैसे काम करते हैं। उन्होंने रिसेप्टर का एक ऐसा संस्करण बनाया जो एक विशिष्ट तरीके से टूटा हुआ था: यह अभी भी कोशिका की सतह पर बैठ सकता था, लेकिन कोशिका के भीतर संकेत नहीं भेज सकता था। जब उन्होंने इस टूटे हुए, निष्क्रिय रिसेप्टर को म्यूटेंट मॉस में पेश किया, तो पौधा सामान्य रूप से बढ़ने लगा। इसने पुष्टि की कि रिसेप्टर की संकेत भेजने की क्षमता ही समस्या थी। रिसेप्टर एक ऐसी मशीन की तरह काम कर रहा था जो हमेशा चल रही थी, लगातार पौधे की विकास क्षमता को कम कर रही थी। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब रिसेप्टर सक्रिय होता है, तो वह कोशिका की सतह पर बड़ी संख्या में जमा हो जाता है। जब वह निष्क्रिय होता है, तो वह सामान्य स्तर पर रहता है। इससे यह सुझाव मिलता है कि सिग्नलिंग की क्रिया ही रिसेप्टर के संचय का कारण बनती है, जिससे एक फीडबैक लूप बन जाता है जहाँ अधिक सिग्नलिंग से अधिक रिसेप्टर्स बनते हैं, जिससे और भी अधिक सिग्नलिंग होती है।

पहेली का अंतिम हिस्सा यह देखकर आया कि क्या होता है जब पौधे के पास पर्याप्त पेप्टाइड हार्मोन होता है। एक सामान्य पौधे में, हार्मोन तैरता रहता है और रिसेप्टर्स को ढूँढ लेता है। जब यह जुड़ता है, तो यह रिसेप्टर को चालू नहीं करता; बल्कि यह उसे बंद कर देता है। यह निष्क्रियता रिसेप्टर को "विकास रोकने" का संकेत भेजने से रोक देती है। यह रिसेप्टर को कोशिका की सतह से भी हटा देता है, जिससे दरवाजों पर तालों की संख्या कम हो जाती है। ब्रेक मुक्त होने के साथ, पौधा बढ़ता है। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि यह प्रणाली हार्मोन के उत्पादन को नियंत्रित करती है। जब रिसेप्टर्स सक्रिय होते हैं और पौधा छोटा होता है, तो यह कम हार्मोन बनाता है। जब रिसेप्टर्स निष्क्रिय होते हैं और पौधा बढ़ रहा होता है, तो यह अधिक हार्मोन बनाता है। यह एक नाजुक संतुलन बनाता है, एक नकारात्मक फीडबैक लूप जो पौधे के आकार को नियंत्रण में रखता है।

यह अध्ययन प्रकट करता है कि पौधे अपने विकास को प्रबंधित करने के लिए एक अद्वितीय तरीके का उपयोग करते हैं। मॉस में, इन विकास हार्मोन के लिए रिसेप्टर्स निष्क्रिय प्राप्तकर्ता नहीं हैं जो किसी कमांड की प्रतीक्षा कर रहे हों। वे सक्रिय अवरोधक (इनहिबिटर्स) हैं, जो लगातार विकास को रोकने का काम करते हैं जब तक कि विशिष्ट हार्मोन उन्हें शांत करने के लिए नहीं आता। यह अन्य कई पौधों के रिसेप्टर्स के काम करने के तरीके से अलग है, जहाँ हार्मोन वह स्विच होता है जो मशीन को चालू करता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि यह तंत्र संरक्षित (कंजर्व्ड) है, जिसका अर्थ है कि यह मॉस और फूल वाले पौधों के बीच विशिष्ट जीन भिन्न होने के बावजूद, आकार को नियंत्रित करने के लिए एक मौलिक हिस्सा है। यह समझकर कि ये रिसेप्टर्स स्वाभाविक रूप से सक्रिय हैं और विकास की अनुमति देने के लिए इन्हें बंद करना आवश्यक है, वैज्ञानिक पौधों के आकार और पर्यावरण के प्रति उनकी प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के नए दृष्टिकोण प्राप्त करते हैं। यह बताता है कि इन विशिष्ट संकेतों के लिए, पौधे की डिफ़ॉल्ट अवस्था पीछे हटने की है, और विकास तभी संभव है जब संकेत तनाव को मुक्त करने के लिए आए।