The miR319-targeted TCP transcription factors play crucial roles in the establishment of Arabidopsis thaliana shoot architecture in response to carbon and nitrogen availability.

पौधे स्थिर वस्तुएं नहीं हैं; वे गतिशील वास्तुकार हैं जो अपने आस-पास की दुनिया के अनुरूप अपने शरीर को लगातार नया आकार देते हैं। जब एक पौधा बढ़ता है, तो उसे यह निर्णय लेना होता है कि उसे कितने पार्श्व तने, या शाखाएं, पैदा करनी चाहिए। यह निर्णय यादृच्छिक नहीं होता है। यह मिट्टी और हवा में उपलब्ध संसाधनों के प्रति एक गणनात्मक प्रतिक्रिया है। यदि किसी पौधे के पास प्रचुर मात्रा में भोजन है, तो वह अधिक प्रकाश प्राप्त करने के लिए फैल सकता है। यदि भोजन की कमी है, तो वह जीवित रहने के लिए सघन रह सकता है। वैज्ञानिकों को लंबे समय से पता है कि प्रोटीनों का एक विशिष्ट समूह, जो जीन गतिविधि के लिए मास्टर स्विच के रूप में कार्य करते हैं, इस शाखा विस्तार को नियंत्रित करने में मदद करता है। इनमें से एक स्विच, जिसे BRANCHED1 के रूप में जाना जाता है, एक ब्रेक के रूप में प्रसिद्ध है, जो पौधे को बहुत अधिक शाखाएं उगाने से रोकता है। हालाँकि, पौधे अपने पर्यावरण को कैसे महसूस करते हैं और उन संकेतों को एक विशिष्ट आकार में कैसे बदलते हैं, इसकी पूरी कहानी अभी भी अधूरी रही है, विशेष रूप से उन अन्य स्विचों के संबंध में जो विपरीत दिशा में काम कर सकते हैं।

जेनेवा विश्वविद्यालय और लॉज़ेन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के एक नए अध्ययन ने इस चित्र के एक बड़े हिस्से को भर दिया है। उन्होंने प्रोटीन के एक अलग सेट पर ध्यान केंद्रित किया, जिन्हें TCP प्रोटीन कहा जाता है, जो miR319 नामक आनुवंशिक सामग्री के एक छोटे टुकड़े द्वारा लक्षित होते हैं। Arabidopsis thaliana में, जो वैज्ञानिक अध्ययन के लिए एक सामान्य मॉडल है, इन शोधकर्ताओं ने पाया कि TCP प्रोटीनों का यह विशिष्ट समूह शाखा विस्तार के लिए एक 'गैस पेडल' के रूप में कार्य करता है, जो पौधे को अधिक पार्श्व शाखाएं उगाने के लिए प्रोत्साहित करता है। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पौधे की आंतरिक आनुवंशिक मशीनरी और कार्बन एवं नाइट्रोजन की बाहरी उपलब्धता के बीच एक सीधा संबंध प्रकट करती है, जो दो प्राथमिक पोषक तत्व हैं जिनकी पौधों को बढ़ने के लिए आवश्यकता होती है।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, वैज्ञानिकों ने पहले उस स्थिति का अध्ययन किया जब पौधा उस आनुवंशिक संकेत से भर दिया जाता है जो आमतौर पर इन TCP प्रोटीनों को शांत (silence) करता है। उन्होंने ऐसे पौधे बनाए जो अतिरिक्त miR319 का उत्पादन करते थे। इन पौधों में, TCP प्रोटीन दमित थे, और परिणाम एक बहुत कम शाखाओं वाला पौधा था। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने सीधे TCP प्रोटीनों की गतिविधि को रोका, या उनके तीन विशिष्ट प्रकारों—TCP3, TCP4 और TCP10—को हटा दिया, तो पौधे लगभग बिना शाखाओं वाले हो गए। सबसे निर्णायक प्रयोग तब आया जब वैज्ञानिकों ने TCP3 प्रोटीन का एक ऐसा संस्करण तैयार किया जिसे miR319 द्वारा शांत नहीं किया जा सकता था। ये पौधे अत्यधिक शाखाओं वाले, झाड़ीदार रूप में विकसित हुए। इसने पुष्टि की कि ये TCP प्रोटीन सकारात्मक नियामक (positive regulators) हैं, जो पौधे के पूर्ण, शाखाओं वाले ढांचे के विकास के लिए आवश्यक हैं।

शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि यह आनुवंशिक प्रणाली पौधे के पर्यावरण से कैसे जुड़ती है, विशेष रूप से यह देखते हुए कि पौधा नाइट्रोजन की कमी के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देता है। उन्होंने पाया कि जब miR319 अत्यधिक सक्रिय होता है, तो पौधा कम नाइट्रोजन के प्रति अतिसंवेदनशील हो जाता है। इन परिस्थितियों में, पौधा नाइट्रेट (नाइट्रोजन का एक प्रमुख रूप) के अवशोषण को कम कर देता है और स्ट्रिगोलैक्टोन (strigolactone) नामक हार्मोन का उत्पादन बढ़ा देता है। स्ट्रिगोलैक्टोन को शाखा विस्तार को रोकने के लिए जाना जाता है। अध्ययन ने दिखाया कि TCP प्रोटीन सीधे स्ट्रिगोलैक्टोन उत्पादन के जीनों को चालू या बंद नहीं करते हैं। इसके बजाय, इन TCP प्रोटीनों की अनुपस्थिति एक ऐसी श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) को जन्म देती है जो पौधे को नाइट्रोजन की कमी के प्रति अधिक संवेदनशील बनाती है, जो बदले में स्ट्रिगोलैक्टोन के स्तर को बढ़ाता है और शाखा विस्तार को रोकता है। यह सुझाव देता है कि TCP मॉड्यूल एक सेतु (bridge) के रूप में कार्य करता है, जो पौधे की पोषक तत्व स्थिति को उसके भौतिक आकार में परिवर्तित करता है।

यह कहानी नाइट्रोजन पर समाप्त नहीं होती है। टीम ने यह भी पता लगाया कि पौधा कार्बन की कमी के प्रति कैसे प्रतिक्रिया देता है, जो प्रकाश संश्लेषण के दौरान उत्पादित शर्करा से आता है। उन्होंने देखा कि जब पौधे को कार्बन से वंचित रखा जाता है, तो TCP प्रोटीनों का स्तर गिर जाता है, भले ही साइलेंसिंग करने वाले miR319 सिग्नल की मात्रा समान बनी रहे। यह इंगित करता है कि पौधे के पास कार्बन की कमी को महसूस करने का एक अलग तरीका है जो सीधे इन शाखा विस्तार प्रोटीनों के उत्पादन को कम कर देता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि HEXOKINASE1 नामक एक प्रोटीन, जो चीनी के स्तर को महसूस करने में शामिल है, कार्बन की उपलब्धता को TCP3 की गतिविधि से जोड़ता है। इसका अर्थ है कि पौधा विभिन्न पोषक तत्वों के लिए अलग-अलग सेंसरों का उपयोग करता है, लेकिन वे सभी अंतिम आकार निर्धारित करने के लिए समान आनुवंशिक स्विचों पर अभिसरित (converge) होते हैं।

इन कनेक्शनों का मानचित्रण करके, यह अध्ययन स्पष्ट रूप से दिखाता है कि कैसे एक पौधा कई पर्यावरणीय संकेतों को एकीकृत करता है। यह केवल पर्याप्त भोजन होने की बात नहीं है; यह इस बारे में है कि पौधा कार्बन और नाइट्रोजन के संतुलन को कैसे मापता है और अपने ढांचे को समायोजित करने के लिए विशिष्ट आनुवंशिक उपकरणों का उपयोग कैसे करता है। miR319 द्वारा लक्षित TCP प्रोटीन इस प्रक्रिया के केंद्र में हैं, जो एक सकारात्मक शक्ति के रूप में कार्य करते हैं जो अनुकूल परिस्थितियों में पौधे को शाखाओं में फैलने की अनुमति देते हैं, जबकि संसाधन सीमित होने पर पीछे हट जाते हैं। यह कार्य विकास पर एक एकल "ब्रेक" के सरल विचार से आगे बढ़कर एक अधिक जटिल प्रणाली को प्रकट करता है जहाँ पौधा अपने पर्यावरण के जवाब में शाखा विस्तार को सक्रिय रूप से बढ़ावा देता है, जिससे बदलती दुनिया में उसकी उत्तरजीविता और सफलता सुनिश्चित होती है।