Next-generation insect digitization: combining phenomics and genomics by subsequent synchrotron X-ray imaging and DNA sequencing
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि विकिरण मापदंडों को अनुकूलित करके और डीएनए निष्कर्षण से पहले तीव्र सिनक्रोट्रॉन एक्स-रे माइक्रोटोमोग्राफी करके, शोधकर्ता सफलतापूर्वक एक ही कीट नमूनों से उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले 3D रूपात्मक डेटा और उच्च-गुणवत्ता वाले जीनोमिक अनुक्रम दोनों प्राप्त कर सकते हैं, जिससे जैव विविधता के व्यापक एकीकृत डिजिटलीकरण को सक्षम बनाया जा सके।
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एक कीट के जीवन को समझने के लिए, वैज्ञानिकों को अक्सर दो बहुत ही अलग चीजों को देखने की आवश्यकता होती है: उसके शरीर का आकार और उसकी कोशिकाओं के भीतर का कोड। आकार, या आकृति विज्ञान (morphology), शोधकर्ताओं को बताता है कि एक जीव कैसे चलता है, कैसे खाता है और अपनी दुनिया में कैसे फिट होता है। कोड, या आनुवंशिकी (genetics), उसके पारिवारिक इतिहास और समय के साथ उसमें आए बदलावों को प्रकट करता है। लंबे समय तक, इन दो पहलुओं का अध्ययन करने के लिए दो अलग-अलग रास्तों की आवश्यकता थी। एक छोटे से जीव के अंदर बिना उसे काटे देखने के लिए, वैज्ञानिक शक्तिशाली एक्स-रे का उपयोग करते हैं जो विस्तृत त्रि-आयामी (3D) चित्र बनाते हैं। जेनेटिक कोड को पढ़ने के लिए, उन्हें डीएनए निकालने हेतु जीव को तोड़ना पड़ता है। समस्या यह है कि ये दोनों विधियाँ आमतौर पर एक-दूसरे के विरुद्ध काम करती हैं। वे एक्स-रे जिनकी शरीर को देखने के लिए आवश्यकता होती है, डीएनए को नुकसान पहुँचा सकते हैं, और डीएनए प्राप्त करने की प्रक्रिया अक्सर उन नाजुक आंतरिक संरचनाओं को नष्ट कर देती है जिन्हें एक्स-रे को सुरक्षित रखना था। यह हमारे ज्ञान में एक अंतर पैदा करता है, विशेष रूप से छोटे कीटों के लिए, जहाँ एक हिस्से का डेटा खोने का अर्थ उसके भौतिक रूप को उसकी आनुवंशिक पहचान से जोड़ने का अवसर खो देना है।
शोधकर्ताओं के एक दल ने यह परीक्षण करके इस अंतर को पाटने का प्रयास किया कि क्या वे बिल्कुल उसी कीट से विस्तृत 3D चित्र और जेनेटिक कोड दोनों प्राप्त कर सकते हैं। उन्होंने तीन सामान्य कीट प्रजातियों पर ध्यान केंद्रित किया, और उन्हें मॉडल के रूप में उपयोग किया ताकि यह देखा जा सके कि क्या संचालन का एक विशिष्ट क्रम दोनों प्रकार की जानकारी को बचा सकता है। वैज्ञानिकों ने 1,000 से अधिक नमूनों को लिया और उन्हें कई अलग-अलग सेटिंग्स के तहत उच्च-ऊर्जा एक्स-रे के संपर्क में लाया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या विकिरण डीएनए को इतने छोटे टुकड़ों में तोड़ देता है कि उसे बाद में पढ़ा न जा सके। कीटों को स्कैन करने के बाद, उन्होंने सावधानीपूर्वक आनुवंशिक सामग्री निकाली और विशिष्ट जेनेटिक मार्करों और डीएनए के बड़े हिस्सों की जांच करने वाली मानक विधियों का उपयोग करके उसकी गुणवत्ता का परीक्षण किया। उन्होंने 3D चित्रों को भी देखा ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि स्कैन सूक्ष्म विवरणों को दिखाने के लिए पर्याप्त स्पष्ट हैं।
परिणामों ने दिखाया कि दोनों विधियों को दुश्मन होने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन उनका उपयोग एक विशिष्ट क्रम में किया जाना चाहिए। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि उन्होंने पहले शक्तिशाली एक्स-रे के साथ कीटों को स्कैन किया और फिर डीएनए निकाला, तो वे अभी भी उच्च-गुणवत्ता वाला जेनेटिक डेटा प्राप्त कर सकते थे। मुख्य बात स्कैन की सेटिंग्स को अनुकूलित करना और निष्कर्षण (extraction) चरण की ओर तेज़ी से बढ़ना था। यदि क्रम उल्टा होता, या यदि स्कैन बहुत लंबा या तीव्र होता, तो डीएनए उपयोग के योग्य नहीं बचता। यह कार्य सिद्ध करता है कि एक कीट का पूर्ण डिजिटल रिकॉर्ड बनाना संभव है, जो एक ही जीव से उसके भौतिक आकार और उसके जेनेटिक इतिहास को कैप्चर करता है। इन व्यावहारिक चरणों को स्थापित करके, यह अध्ययन जैव विविधता को अधिक व्यापक रूप से डिजिटल बनाने का एक तरीका प्रदान करता है, जिससे वैज्ञानिक किसी जीव की पूरी कहानी का अध्ययन कर सकते हैं बिना यह चुने कि उन्हें उसका शरीर देखना है या उसके जीन पढ़ने हैं।
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