The chloroplast-localised transporter RETICULATA controls palisade mesophyll cell division and expansion
यह अध्ययन प्रकट करता है कि क्लोरोप्लास्ट-स्थानीयकृत अमीनो एसिड ट्रांसपोर्टर RETICULATA (RE), प्रोग्राम्ड सेल डेथ या कोशिका पहचान में परिवर्तन के माध्यम से नहीं, बल्कि प्रारंभिक कोशिका विभाजन को बढ़ावा देकर और बाद के कोशिका विस्तार को दबाकर पलिसेड मेसोफिल वायु स्थान पैटर्न को नियंत्रित करता है।
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पत्तियाँ केवल हरे रंग की ठोस चादरें नहीं हैं; वे सूक्ष्म वायु जेबों के एक विशाल नेटवर्क से भरी हुई छिद्रयुक्त संरचनाएं हैं। प्रकाश संश्लेषण करने वाली कोशिकाओं के बीच बसी ये जगहें ज़मीन पर जीवन के लिए आवश्यक हैं। ये कार्बन डाइऑक्साइड को पत्ती के माध्यम से आसानी से उन कोशिकाओं तक पहुँचने देती हैं जिन्हें इसकी आवश्यकता होती है, जो कि पानी में हवा की तुलना में हज़ारों गुना कठिन कार्य है। हालाँकि वैज्ञानिक लंबे समय से यह जानते हैं कि पत्तियों में ये वायु स्थान होते हैं, लेकिन यह सटीक नियम कि वे पौधे के विकास के दौरान कैसे बनते हैं और खुद को कैसे व्यवस्थित करते हैं, एक रहस्य बना हुआ था। हम जानते हैं कि पत्तियों में आम तौर पर प्रकाश संश्लेषक ऊतकों की दो परतें होती हैं: एक कसकर पैक की गई ऊपरी परत जिसे प्रकाश को कुशलतापूर्वक पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और एक ढीली, अधिक खुली निचली परत जिसे गैसों के संचार की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन पौधा यह कैसे तय करता है कि हवा कहाँ रखनी है और उन अंतरालों का आकार कितना होना चाहिए, यह एक ऐसा प्रश्न है जिसका उत्तर दशकों से नहीं मिला है।
शोधकर्ताओं के एक दल ने अब इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने वाले एक विशिष्ट आणविक तंत्र का पता लगा लिया है, जिसमें 'रेटिकुलाटा' (RETICULATA) नामक प्रोटीन पर ध्यान केंद्रित किया गया है। यह प्रोटीन एक वाहक के रूप में कार्य करता है, जो क्लोरोप्लास्ट (हरितलवक) की झिल्ली के पार विशिष्ट अमीनो एसिड को ले जाता है, जो वह अंगक है जहाँ प्रकाश संश्लेषण होता है। बीस वर्षों से अधिक समय से, वैज्ञानिक जानते हैं कि जब यह प्रोटीन अनुपस्थित होता है, तो पौधों में असामान्य रूप से बड़े वायु स्थान और हल्के रंग की पृष्ठभूमि पर गहरे हरे रंग की नसों का एक विशिष्ट जाल जैसा पैटर्न विकसित होता है। हालाँकि, इस नाटकीय परिवर्तन का कारण अज्ञात था। कुछ लोगों ने अनुमान लगाया था कि गायब प्रोटीन के कारण कोशिकाएं मर जाती हैं, जिससे उन जगहों पर छेद बन जाते हैं जहाँ पहले ऊतक हुआ करते थे, जबकि अन्य लोग यह सोच रहे थे कि क्या कोशिकाएं बस अपनी पहचान बदल लेती हैं, यानी एक प्रकार की पत्ती की कोशिका से दूसरे प्रकार में परिवर्तित हो जाती हैं।
इस पहेली को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने अरैबिडोप्सिस थैलियाना (Arabidopsis thaliana) के एक उत्परिवर्तित (म्यूटेंट) संस्करण का अध्ययन किया जिसमें कार्यात्मक 'रेटिकुलाटा' प्रोटीन की कमी है। उन्होंने विशेष रंगों और सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करके वास्तविक समय में वायु स्थानों के बनने को देखते हुए, पत्तों के विकास को उनके उभरने के क्षण से ट्रैक किया। उन्होंने पाया कि उत्परिवर्तन ने पत्ती के सभी हिस्सों को समान रूप से प्रभावित नहीं किया। पत्ती की निचली, स्पंजी परत सामान्य रूप से विकसित हुई, जिसमें वायु स्थान सामान्य दर पर बनते रहे। हालाँकि, ऊपरी, कसकर पैक की गई परत अनियंत्रित हो गई। उत्परिवर्तित पौधों में, ऊपरी परत में वायु स्थान बहुत तेज़ी से फैल गए और सामान्य पौधों की तुलना में काफी बड़े हो गए, जिससे अंततः उस ऊतक के लगभग आधे आयतन को भर लिया।
टीम ने इस घटना के सबसे स्पष्ट स्पष्टीकरणों को व्यवस्थित रूप से खारिज कर दिया। उन्होंने कोशिका मृत्यु के संकेतों की जाँच की, मृत कोशिकाओं की तलाश की जो अतिरिक्त स्थान बनाने के लिए ढह सकती थीं, लेकिन उन्हें कोई मृत कोशिका नहीं मिली। उन्होंने यह भी जांचा कि क्या कोशिकाएं केवल अपनी भूमिकाएँ बदल रही थीं, यानी प्रकाश पकड़ने वाली कोशिकाओं से गैस विनिमय कोशिकाओं में बदल रही थीं, लेकिन आनुवंशिक मार्करों ने दिखाया कि कोशिकाएं अपनी मूल पहचान पर अडिग रहीं। कोशिकाएं अभी भी वही सही प्रकार की थीं, बस उनका व्यवहार अलग था। मरने या अपना स्वभाव बदलने के बजाय, उत्परिवर्तित पत्ती की कोशिकाएं सामान्य से अधिक धीमी गति से विभाजित हो रही थीं। क्योंकि कोशिकाएं स्थान भरने के लिए पर्याप्त तेज़ी से नहीं बढ़ पा रही थीं, इसलिए उनके बीच के अंतराल बड़े होते गए। इसके अलावा, जैसे-जैसे पत्ती बढ़ती रही, इन कम कोशिकाओं ने सामान्य से कहीं अधिक विस्तार किया और बहुत बड़ी हो गईं, जिससे एक अजीब, लोब्ड (lobed) आकार बन गया जो कुछ हद तक निचली परत की कोशिकाओं जैसा दिखता था, भले ही वे आनुवंशिक रूप से भिन्न थीं।
शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि 'रेटिकुलाटा' प्रोटीन पत्ती की ऊपरी परत के सामान्य विकास के लिए आवश्यक है। ऐसा प्रतीत होता है कि यह एक नियामक के रूप में कार्य करता है जो यह सुनिश्चित करता है कि विकास के शुरुआती चरणों में कोशिकाएं सही गति से विभाजित हों। इसके बिना, कोशिकाएं बहुत धीरे विभाजित होती हैं, और पत्ती शेष कोशिकाओं को खींचकर बड़ा करने की भरपाई करती है, जिससे अत्यधिक बड़े अंतराल और अनियमित आकार बन जाते हैं। यह खोज बताती है कि क्लोरोप्लास्ट, अमीनो एसिड के प्रबंधन के माध्यम से, पत्ती की भौतिक संरचना को आकार देने में एक प्रत्यक्ष और सक्रिय भूमिका निभाता है, न कि केवल तनाव का एक निष्क्रिय शिकार है। यह पौधे के ऊर्जा कारखानों के भीतर रासायनिक संतुलन और स्वयं पत्ती के वास्तुशिल्प ब्लूप्रिंट के बीच एक छिपे हुए संबंध को प्रकट करता है।
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