Haplotype-resolved PacBio HiFi genome assemblies of the olive cultivar ‘Picual’
यह अध्ययन पैकबायो हाईफाई (PacBio HiFi) सीक्वेंसिंग का उपयोग करके जैतून की किस्म 'पिकुअल' (Picual) का एक उच्च-गुणवत्ता वाला, गुणसूत्र-स्तरीय, हैप्लोटाइप-रिज़ॉल्व्ड जीनोम असेंबली प्रस्तुत करता है, जो 97.9% BUSCO पूर्णता के साथ 1.24 Gbp का कंसेंसस जीनोम प्रकट करता है और दोनों हैप्लोटाइप के बीच विभेदक अभिव्यक्ति (differential expression) के साक्ष्य के साथ 35,281 प्रोटीन-कोडिंग जीन की पहचान करता है।
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जैतून का पेड़ एक जीवित विरोधाभास है, एक ऐसी प्रजाति जिसने दो परस्पर विरोधी रणनीतियों को थामे रखकर सहस्राब्दियों तक फलने-फूलने में सफलता प्राप्त की है। एक ओर, यह लैंगिक रूप से प्रजनन करता है, अपने आनुवंशिक कोड को पड़ोसियों के साथ मिलाकर नई विविधताएं बनाता है। दूसरी ओर, इसे अक्सर क्लोन किया जाता है, जहाँ किसान एक ही उत्तम पेड़ से कटिंग लेकर उन्हें अनिश्चित काल तक रोपते हैं, जिससे उस सटीक आनुवंशिक संरचना को सदियों तक सुरक्षित रखा जा सके। इस दोहरे इतिहास ने जैतून के जीनोम को उच्च जटिलता की स्थिति में छोड़ दिया है। कई फसलों के विपरीत, जिन्हें समान और अनुमानित बनाने के लिए विकसित किया गया है, खेती किए गए जैतून के पेड़ों में एक ही जीव के भीतर उच्च आनुवंशिक विविधता होती है। वे अनिवार्य रूप से एक ही पौधे में रहने वाले दो अलग-अलग आनुवंशिक संस्करण हैं, जिसे उच्च हेटेरोज़ायगोसिटी (heterozygosity) के रूप में जाना जाता है। जैतून के आनुवंशिक निर्देश मैनुअल को पढ़ने की कोशिश कर रहे वैज्ञानिकों के लिए यह एक महत्वपूर्ण बाधा रही है। अनुक्रमण (sequencing) की पारंपरिक विधियाँ अक्सर इन दो अलग-अलग संस्करणों को आपस में मिला देती हैं, जिससे एक एकल, औसत चित्र बन जाता है जो प्रत्येक पक्ष के अद्वितीय विवरणों को खो देता है। बदलते जलवायु और रोगों का सामना करने में सक्षम नई किस्मों को विकसित करने के लिए इन पेड़ों की वास्तविक, अलग आनुवंशिक संरचना को समझना महत्वपूर्ण है, लेकिन अब तक, दोनों पक्षों को स्पष्ट रूप से देखने वाले उपकरणों का अभाव था।
शोधकर्ताओं के एक दल ने अब स्पेन में उगाई जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण किस्मों में से एक, 'पिकुअल' (Picual) जैतून के जीनोम का एक पूर्ण, उच्च-रिज़ॉल्यूशन मानचित्र बनाकर एक बड़ा कदम उठाया है। पैकबाय हाईफाई (PacBio HiFi) नामक एक शक्तिशाली नई अनुक्रमण तकनीक का उपयोग करते हुए, जो अत्यधिक सटीकता के साथ डीएनए के लंबे धागों को पढ़ती है, वैज्ञानिक पेड़ के दो आनुवंशिक संस्करणों को अलग करने और उन्हें व्यक्तिगत रूप से संयोजित करने में सक्षम हुए। एक एकल, मिश्रित जीनोम उत्पन्न करने के बजाय, उन्होंने तीन अलग मानचित्र तैयार किए: एक जो पेड़ के संयुक्त सर्वसम्मति (consensus) का प्रतिनिधित्व करता है, और दो अलग मानचित्र, जो पेड़ के प्रत्येक हैप्लोटाइप (haplotype), या आनुवंशिक आधे हिस्से का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह परिणाम 'पिकुअल' जीनोम का एक विस्तृत दृश्य है जो 1.24 बिलियन बेस पेयर्स (base pairs) तक फैला हुआ है, जिसे 395 बड़े टुकड़ों में व्यवस्थित किया गया है, जिसमें सबसे लंबा एकल टुकड़ा 91 मिलियन बेस पेयर्स से अधिक लंबा है। विवरण का यह स्तर पिछले प्रयासों से एक बड़ी छलांग है, जो जैतून की आनुवंशिक संरचना की बहुत अधिक स्पष्ट और पूर्ण तस्वीर पेश करता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि जैतून का जीनोम पुनरावृत्ति तत्वों (repetitive elements) का एक सघन परिदृश्य है, जिसमें लगभग तीन-चौथाई डीएनए उन अनुक्रमों से बना है जो पूरे जीनोम में खुद को कॉपी और पेस्ट करते हैं। ये दोहराव वाले ब्लॉक, विशेष रूप से 'लॉन्ग टर्मिनल रिपीट रेट्रोट्रांसपोसोन' (long terminal repeat retrotransposons) नामक प्रकार के, पेड़ के विकासवादी इतिहास में विस्फोटों के रूप में सक्रिय रहे हैं, जो पेड़ के विशाल आकार और जटिलता में योगदान देते हैं। इस अराजक पृष्ठभूमि के बावजूद, टीम ने 35,000 से अधिक प्रोटीन-कोडिंग जीन की सफलतापूर्वक पहचान की, जो वे कार्यात्मक इकाइयाँ हैं जो पेड़ के लक्षणों को निर्धारित करती हैं। जो बात इस नए संयोजन को विशेष रूप से मूल्यवान बनाती है वह यह है कि यह इन जीनों को एक एकल, औसत रूप में नहीं थोपता है। दोनों हैप्लोटाइप्स को अलग रखते हुए, वैज्ञानिक देख सके कि जबकि अधिकांश जीन दोनों पक्षों पर समान रूप से व्यक्त होते हैं, एक छोटा लेकिन महत्वपूर्ण हिस्सा अलग तरह से व्यवहार करता है। साझा किए गए जीनों में से लगभग तीन प्रतिशत ने दोनों हैप्लोटाइप्स के बीच भिन्न स्तर की गतिविधि दिखाई, जहाँ कुछ जीन एक संस्करण में मजबूती से सक्रिय होते हैं जबकि दूसरे में शांत रहते हैं।
एलील-विशिष्ट अभिव्यक्ति (allele-specific expression) की यह खोज बताती है कि जैतून के पेड़ के दो आनुवंशिक आधे हिस्से न केवल एक-दूसरे की निष्क्रिय प्रतियां हैं, बल्कि वे अनूठे तरीकों से सक्रिय रूप से विनियमित भी होते हैं। शोधकर्ताओं ने लगभग 60 ऐसे जीन की पहचान की जो विशेष रूप से एक हैप्लोटाइप में व्यक्त होते हैं, जो दूसरे में मौजूद होने के बावजूद प्रभावी रूप से मौन रहते हैं। यह खोज इस धारणा को चुनौती देती है कि जीनोम के दो संस्करण कार्यात्मक रूप से समान हैं और यह जैविक विनियमन के एक ऐसे स्तर को उजागर करती है जो पहले अदृश्य था। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि जैतून के पेड़ की उच्च हेटेरोज़ायगोसिटी केवल वैज्ञानिकों के लिए एक तकनीकी बाधा नहीं है जिसे पार करना है, बल्कि यह एक समृद्ध आनुवंशिक विविधता का स्रोत है जिसे पेड़ अपने अद्वितीय प्रजनन इतिहास के माध्यम से बनाए रखता है। इस पूरी जटिलता को पकड़ने वाला एक संदर्भ प्रदान करके, नया जीनोम संयोजन भविष्य के प्रजनन कार्यक्रमों के लिए एक ठोस आधार प्रदान करता है। यह वैज्ञानिकों को उन विशिष्ट आनुवंशिक अंतरों को देखने की अनुमति देता है जो एक पेड़ को दूसरे की तुलना में सूखा-प्रतिरोधी या रोग-सहनशील बना सकते हैं, जिससे उस प्राकृतिक विविधता को खोए बिना जैतून की खेती में अधिक सटीक और प्रभावी सुधार का मार्ग प्रशस्त होता है जिसने इस प्रजाति को इतने लंबे समय तक जीवित रखा है।
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