InMYB21B Promotes Petal Cell Expansion and Flower Opening in Japanese Morning Glory (Ipomoea nil)

फूल केवल अपने आप प्रकट नहीं होते; उन्हें विकास के एक सावधानीपूर्वक समयबद्ध क्रम के माध्यम से, टुकड़ों में, बनाया जाता है। एक पौधे के प्रजनन के लिए, उसकी पंखुड़ियों को छोटे कलियों से पूर्ण, खुले प्रदर्शनों में विस्तारित होना चाहिए, एक ऐसी प्रक्रिया जिसके लिए कोशिकाओं को गुणा करने और फिर अपने अंतिम आकार तक सूजने (swell) की आवश्यकता होती है। यह सूजन पानी के कोशिकाओं में तेजी से घुसने से प्रेरित होती है, जो तभी होता है जब कोशिकाएं पानी को अंदर खींचने के लिए पर्याप्त चीनी जमा कर लेती हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक स्पंज तरल को सोख लेता है। साथ ही, विस्तार की अनुमति देने के लिए कोशिका भित्तियों (cell walls) को ढीला होना चाहिए। हालांकि वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि चीनी और पानी फूल खिलने के लिए ईंधन हैं, लेकिन वे विशिष्ट आनुवंशिक स्विच जो फूल खिलने से ठीक पहले चीनी के रिलीज होने और दीवारों के ढीले होने को समन्वित करते हैं, एक रहस्य बने हुए थे। इस तंत्र को समझना यह जानने की कुंजी है कि पौधे अपने जीवन के सबसे दृश्य क्षणों को कैसे समयबद्ध करते हैं।

जापानी मॉर्निंग ग्लोरी के एक अध्ययन में, जो सुबह के समय अपने फूलों को सटीक रूप से खोलने के लिए प्रसिद्ध है, शोधकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण आनुवंशिक नियामक (regulator) की पहचान की है जो विकास के इस अंतिम विस्फोट को नियंत्रित करता है। टीम ने एक विशिष्ट प्रकार के प्रोटीन पर ध्यान केंद्रित किया जिसे ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर (transcription factor) कहा जाता है, जो एक मास्टर स्विच की तरह कार्य करता है, जो अन्य जीनों को चालू या बंद करता है। उन्होंने पाया कि 'InMYB21B' नामक एक जीन फूल के खिलने के लिए आवश्यक है। जब शोधकर्ताओं ने सटीक जीनोम एडिटिंग का उपयोग करके इस जीन को अक्षम कर दिया, तो फूल पूरी तरह से खुलने में विफल रहे। फैलने और खिलने के बजाय, पंखुड़ियाँ छोटी और तंग बनी रहीं, और अंततः मुरझाकर पौधे से गिर गईं। अध्ययन से पता चलता है कि InMYB21B के बिना, पंखुड़ियाँ पानी को खींचने के लिए आवश्यक शर्करा प्राप्त करने के लिए अपने संचित स्टार्च को तोड़ नहीं पाती हैं, और न ही विस्तार के लिए अपनी कोशिका भित्तियों को ढीला कर पाती हैं।

शोधकर्ताओं ने कई दिनों तक मॉर्निंग ग्लोरी की पंखुड़ियों के विकास को ट्रैक किया, उनके वजन, लंबाई और चीनी की मात्रा को मापा। उन्होंने पाया कि सामान्य फूलों में, पंखुड़ियाँ कुछ समय तक धीरे-धीरे बढ़ती हैं, फिर फूल खुलने से लगभग इक्कीस घंटे पहले एक तीव्र विस्तार से गुजरती हैं। इस महत्वपूर्ण अवधि के दौरान, पौधा स्टार्च (एक संचित ऊर्जा स्रोत) को ग्लूकोज (एक सरल चीनी) में तोड़ देता है। चीनी का यह उछाल कोशिकाओं के भीतर दबाव बढ़ाता है, जिससे पानी अंदर खिंचा चला आता है और पंखुड़ियाँ सूज जाती हैं। टीम ने यह भी देखा कि कोशिका भित्तियों को तोड़ने और कोशिकाओं में पानी पहुँचाने के लिए जिम्मेदार जीन इसी अवधि के दौरान अत्यधिक सक्रिय हो जाते हैं। यह एक समन्वित प्रयास है जहाँ चीनी का उत्पादन, पानी का सेवन और दीवार का ढीला होना, फूल को खोलने के लिए एक साथ काम करते हैं।

इस समन्वय के पीछे के मास्टर स्विच को खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने खिलने से पहले के दिनों के दौरान हजारों जीनों की गतिविधि का विश्लेषण किया। उन्होंने कंप्यूटर पद्धति का उपयोग करके उन जीनों के समूहों को बनाया जिनकी गतिविधि एक साथ बढ़ती और घटती है, और उन जीनों की तलाश की जो नेटवर्क में केंद्रीय केंद्र (central hubs) के रूप में कार्य करते हैं। दो जीन, InMYB21A और InMYB21B, केंद्रीय खिलाड़ियों के रूप में उभरे। हालाँकि, जब शोधकर्ताओं ने ऐसे पौधे बनाए जिनमें InMYB21A की कमी थी, तो फूल सामान्य रूप से खुले, जिसमें केवल आकार में मामूली कमी देखी गई। इसके विपरीत, InMYB21B की कमी वाले पौधों में फूल पूरी तरह से खुलने में असमर्थ थे। इन उत्परिवर्ती (mutant) पौधों की पंखुड़ियाँ उनके खिलने के अपेक्षित समय से लगभग एक दिन पहले ही रुक गईं, और उनके अंदर की कोशिकाएं छोटी और बिना विस्तारित रहीं।

आगे की जांच से पता चला कि उत्परिवर्ती फूलों की कोशिकाएं न केवल छोटी थीं बल्कि सामान्य फूलों की तुलना में बहुत अधिक संख्या में भी थीं। यह सुझाव देता है कि InMYBm21B केवल कोशिकाओं को बढ़ने में मदद नहीं करता है; बल्कि यह उन्हें विभाजित होना बंद करने का संकेत भी देता है। सामान्य फूलों में, कोशिका विभाजन धीमा हो जाता है और रुक जाता है जब पंखुड़ियाँ विस्तार के लिए तैयार होती हैं, लेकिन उत्परिवर्ती फूलों में, कोशिकाएं विभाजित होती रहीं, जिसके परिणामस्वरूप छोटी कोशिकाओं की एक भीड़ जमा हो गई जो फैल नहीं सकीं। अध्ययन इंगित करता है कि InMYB21B एक द्वारपाल (gatekeeper) के रूप में कार्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि कोशिका विभाजन से कोशिका विस्तार की ओर संक्रमण सही समय पर हो। इस संकेत के बिना, विकासात्मक कार्यक्रम रुक जाता है, और फूल अपने पूर्ण आकार तक कभी नहीं पहुँच पाता।

InMYB21B की अनुपस्थिति ने पौधे की ऊर्जा और पानी के प्रबंधन की क्षमता को भी बाधित किया। उत्परिवर्ती पंखुड़ियों में, स्टार्च का टूटना गंभीर रूप से बाधित हुआ, और ग्लूकोज का स्तर उस तरह से नहीं बढ़ा जैसा कि बढ़ना चाहिए था। फलस्वरूप, कोशिका भित्तियों को ढीला करने और कोशिकाओं में पानी ले जाने के लिए जिम्मेदार जीन सक्रिय नहीं हुए। शोधकर्ताओं ने पाया कि इन उत्परिवर्ती फूलों में आनुवंशिक गतिविधि एक बहुत ही कम उम्र के फूल की तरह थी, जैसे कि विकासात्मक घड़ी को पीछे घुमा दिया गया हो। इस आनुवंशिक कार्यक्रम में देरी ने उन भौतिक परिवर्तनों को रोक दिया जो फूल को खोलने के लिए आवश्यक थे।

दिलचस्प बात यह है कि InMYB21B के नुकसान ने पंखुड़ियों से अधिक प्रभावित किया। उत्परिवर्ती पौधे कार्यात्मक प्रजनन अंगों को विकसित करने में भी विफल रहे। नर भाग, जो पराग उत्पन्न करते हैं, और मादा भाग, जो इसे प्राप्त करते हैं, सही ढंग से परिपक्व नहीं हुए, जिससे पौधे बंध्य (sterile) हो गए। यह सुझाव देता है कि InMYB21B पूरे फूल के विकास में एक व्यापक भूमिका निभाता है, न कि केवल रंगीन पंखुड़ियों में। जबकि संबंधित जीन InMYB21A एक मामूली भूमिका निभाता प्रतीत होता है, InMYB21B स्पष्ट रूप से जापानी मॉर्निंग ग्लोरी में फूल खिलने के अंतिम चरणों को संचालित करने वाली प्रमुख शक्ति है।

यह कार्य एक स्पष्ट चित्र प्रदान करता है कि कैसे एक एकल जीन एक जटिल जैविक घटना को संचालित कर सकता है। चीनी के उत्पादन, पानी की गति और कोशिकाओं के भौतिक विस्तार को जोड़कर, In-MYB21B यह सुनिश्चित करता है कि फूल परागण के लिए आवश्यक सटीक क्षण पर खिले। ये निष्कर्ष इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि फूल का नाटकीय रूप से खिलना केवल एक निष्क्रिय घटना नहीं है, बल्कि एक सक्रिय, आनुवंशिक रूप से नियंत्रित प्रक्रिया है जो विशिष्ट चयापचय और संरचनात्मक परिवर्तनों के समयबद्ध सक्रियण पर निर्भर करती है। जापानी मॉर्निंग ग्लोरी में इस तंत्र को समझना यह समझने का एक जरिया प्रदान करता है कि अन्य पौधे अपने स्वयं के खिलने को कैसे नियंत्रित कर सकते हैं, जो उस जटिल आनुवंशिक नृत्य (choreography) को प्रकट करता है जो जीवन को खिलने की अनुमति देता है।