Comparative Morphological and SSR-Based Molecular Characterization of Zea nicaraguensis and the Maize Inbred Line

कल्पना कीजिए कि पौधों के प्रजनन की दुनिया एक विशाल, उच्च-दांव वाली लाइब्रेरी (पुस्तकालय) है। सदियों से, किसान और वैज्ञानिक हमारे खाद्य आपूर्ति के लिए नए अध्याय लिख रहे हैं, और इसके लिए वे एक बहुत ही विशिष्ट, घिसी-पिटी किताब का उपयोग कर रहे हैं: खेती की जाने वाली मक्का (कॉर्न)। यह "अनाजों की रानी" है, जो अरबों लोगों का पेट भरती है और उद्योगों को ईंधन देती है। लेकिन समस्या यह है कि लाइब्रेरी थोड़ी दोहराव वाली होती जा रही है। क्योंकि हम इतने लंबे समय से एक ही तरह के "सर्वश्रेष्ठ" गुणों का चयन कर रहे हैं, हमारी मक्का थोड़ी 'डिवा' (नखरेबाज) बन गई है—यह आदर्श परिस्थितियों में तो बेहतरीन है, लेकिन जब मौसम अजीब हो जाता है, जैसे कि जब बहुत सूखा हो, बहुत नमकीन हो, या सबसे महत्वपूर्ण बात, जब इसमें बाढ़ आ जाए, तो यह संघर्ष करने लगती है।

इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिक विचारों को उधार लेने के लिए एक अलग तरह की किताब की तलाश कर रहे हैं। वे मक्का के "जंगली रिश्तेदारों" की ओर मुड़ रहे हैं, जो प्राचीन चचेरे भाई हैं जो इंसानों द्वारा खेती शुरू करने से बहुत पहले जंगली इलाकों में उगते थे। इन जंगली पौधों को आप एक ऐसे उत्तरजीवी (सर्वाइवलिस्ट) कजिन की तरह समझ सकते हैं जो कठिन इलाकों को संभालना जानता है। ऐसा ही एक कजिन है Zea nicaraguensis। यह एक जंगली टीओसिनटे (teosinte) है जो निकारागुआ के कीचड़ भरे, जलमग्न क्षेत्रों में रहता है, मूल रूप से एक दलदल में उगता है। बड़ा सवाल यह है कि क्या वैज्ञानिक इस दलदल में रहने वाले कजिन से "उत्तरजीविता के जीन" (survival genes) लेकर हमारी उच्च-उपज वाली मक्का में मिला सकते हैं ताकि इसे अधिक मजबूत बनाया जा सके? ऐसा करने के लिए, हमें पहले यह समझना होगा कि वे एक-दूसरे से कितने अलग हैं। यदि वे बहुत समान हैं, तो सीखने के लिए कुछ नया नहीं है; यदि वे बहुत अलग हैं, तो शायद वे मिलकर "बच्चे" (हाइब्रिड) पैदा न कर सकें। यहीं से एक नए अध्ययन की कहानी शुरू होती है, जो दोनों की तुलना करने वाली एक विस्तृत जासूसी रिपोर्ट की तरह काम करती है।

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दो मक्काओं की कहानी: जल्दी आने वाला पक्षी बनाम दलदल का उत्तरजीवी

इस अध्ययन में, भारत के शोधकर्ताओं ने दो बहुत ही अलग पात्रों को आमने-सामने रखने का निर्णय लिया ताकि वे देख सकें कि वे एक-दूसरे के मुकाबले कैसे हैं। एक तरफ, हमारे पास LM13 है, जो एक खेती की जाने वाली मक्का इनब्रेड लाइन है। LM13 को मक्का की किस्मों के व्यापक कैटलॉग में देर से पकने वाली (late-maturity) श्रेणी में रखा गया है, लेकिन इस विशिष्ट तुलना के संदर्भ में, यह "जल्दी आने वाला पक्षी" (early bird) है। यह एक मानक कृषि कार्यक्रम का पालन करता है, अपने जंगली समकक्ष की तुलना में बहुत तेज़ी से परिपक्व होता है, एक बड़ा, उत्तम भुट्टा पैदा करता है, और इसके बीज भारी और घने होते हैं। यह सामान्य खेत में अच्छी फसल के लिए स्वर्ण मानक है।

दूसरी ओर Zea nicaraguensis है, "दलदल का उत्तरजीवी"। यह जंगली पौधा थोड़ा अनियंत्रित है। यह खेती के नियमों का पालन नहीं करता है। यह ठहरे हुए पानी में उगता है, इसका शेड्यूल पूरी तरह से अलग है, और LM13 की साफ-सुथरी पंक्तियों की तुलना में यह एक विशाल, पत्तेदार जंगल की बेल जैसा दिखता है।

वैज्ञानिक जानना चाहते थे: ये दोनों कितने अलग हैं? क्या वे केवल एक ही चीज़ के दो अलग संस्करण हैं, या वे पूरी तरह से अलग दुनिया से हैं? यह जानने के लिए, उन्होंने दो प्रकार के परीक्षण किए: एक "देखने वाला" परीक्षण (रूपात्मकता/morphology) और एक "डीएनए चेक" (आणविक विश्लेषण)।

लुक-सी टेस्ट: विरोधाभासों का अध्ययन

सबसे पहले, टीम ने दोनों प्रकार की मक्का को दो बहुत ही अलग स्थानों में लगाया: पंतनगर (एक उपोष्णकटिबंधीय क्षेत्र) और किरदमकुलाई (एक उच्च-वर्षा वाला, गीला क्षेत्र)। उन्होंने उन्हें बढ़ते हुए देखा और 25 अलग-अलग गुणों को मापा, उनकी ऊंचाई से लेकर उनके फूलों के खिलने के तरीके तक।

परिणाम दिन और रात की तरह अलग थे।

शेड्यूल (समय सारणी):
अपने जंगली कजिन के सापेक्ष, LM13 एक "जल्दी आने वाला पक्षी" था। इसने लगभग 54.5 से 58.0 दिनों में फूल आना (टैसलिंग) शुरू किया और लगभग 57.0 से 62.0 दिनों के आसपास सिल्क (मादा भाग) तैयार कर लिया। इसमें दोनों के बीच एक "सकारात्मक" अंतर था, जिसका अर्थ है कि नर पराग कण मादा भाग से पहले तैयार हो गए थे, जो खेती वाली मक्का के लिए सामान्य है।
हालाँकि, Z. nicaraguensis एक असली सुस्त जीव था। इसे टैसलिंग शुरू करने में ही 106 से 110 दिन लग गए! और भी दिलचस्प बात यह थी कि इसने पासा पलट दिया: मादा भाग, नर भाग से पहले तैयार हो गया (जिसे प्रोटोगिनी कहा जाता है), जिसमें लगभग -4.0 से -5.5 दिनों का नकारात्मक अंतर था। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे जंगली कजिन किसी भी कदम को उठाने से पहले सही क्षण का इंतजार करता है, और खेती वाली मक्का की तुलना में शुरू होने में लगभग दोगुना समय लेता है।

दिखावट और अहसास:
LM13 सुव्यवस्थित और सलीके से था। इसकी ऊंचाई लगभग 118 से 135 सेमी थी, इसमें 13.5 से 16.0 पत्तियां थीं, और इसने प्रति पौधा ठीक एक भुट्टा पैदा किया। इसके बीज भारी थे, जिनका वजन प्रति 100 बीजों में 20.5 से 23.0 ग्राम था, और उनका आकार छोटे डेंट (गड्डेदार) जैसा था।
Z. nicaraguensis एक विशालकाय था। यह खेती वाली मक्का से कहीं ऊँचा, 263.5 से 275.5 सेमी तक ऊँचा था! यह पत्तियों का भी एक दानव था, जिसमें 60 से 65 पत्तियां थीं। लेकिन सबसे विचित्र बात क्या थी? इसने केवल एक भुट्टा नहीं बनाया; इसने प्रति पौधा 110 से 120 भुट्टों की भरमार कर दी, जो 20 से 30 के समूहों में गुच्छों में थे। इसके बीज बहुत छोटे और हल्के थे, जिनका वजन प्रति 100 बीजों में केवल 7.8 से 8.85 ग्राम था, और वे ट्रेपेज़ॉइड (समलंब) आकार में दबे हुए थे।

शैली:
जंगली मक्का अधिक रंगीन भी था। इसमें लीफ शीथ (पत्ती की आवरण), टैसेल के आधार और एंथर्स (पुंकेसर) पर बैंगनी (एंथोसायनिन) रंग का पिगमेंट था। खेती वाली मक्का, LM13, बहुत ही साधारण थी, जिसमें इस बैंगनी रंग का अभाव था।

डीएनए चेक: जेनेटिक कोड को पढ़ना

यदि शारीरिक अंतर एक सेडान और एक मॉन्स्टर ट्रक की तुलना करने जैसा था, तो डीएनए परीक्षण उनके ब्लूप्रिंट की तुलना करने जैसा था। शोधकर्ताओं ने SSR मार्कर्स का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि ये मक्का के पूरे जीनोम (जिसमें 10 गुणसूत्र होते हैं) में बिखरे हुए विशिष्ट "चेकपॉइंट्स" या "लैंडमार्क" हैं।

उन्होंने पूरे जीनोम में इन 197 चेकपॉइंट्स को स्कैन किया।

• परिणाम: इन दोनों पौधों के बीच 95 चेकपॉइंट्स अलग थे। यह 48.22% का अंतर है।
• विविधता: खेती वाली मक्का (LM13) में, इन चेकपॉइंट्स पर डीएनए के टुकड़े 100 से 300 बेस पेयर्स (डीएनए लंबाई की इकाइयाँ) के बीच थे। जंगली मक्का (Z. nicaraguensis) में, यह सीमा अधिक विस्तृत थी, जो 120 से 320 बेस पेयर्स तक फैली हुई थी। यह सुझाव देता है कि जंगली कजिन के पास थोड़ा अधिक विविधता वाला "जेनेटिक फिंगरप्रिंट" है।

शोधकर्ताओं ने 0.185 का "जेनेटिक डिस्टेंस" (आनुवंशिक दूरी) निकाला। जेनेटिक्स की दुनिया में, यह संख्या हमें बताती है कि वे इतने अलग हैं कि दिलचस्प हैं, लेकिन इतने भी अलग नहीं कि अजनबी हो जाएं। वे एक ही पारिवारिक इतिहास साझा करते हैं (समानता स्कोर 0.831), लेकिन उन्होंने स्पष्ट रूप से अलग रास्ते अपनाए हैं।

इसका वास्तव में क्या अर्थ है?

तो, शोधकर्ताओं ने वास्तव में क्या पाया? उन्होंने पुष्टि की कि Z. nicaraguensis हमारी खेती वाली मक्का से पूरी तरह से अलग जीव है। यह केवल मक्का का एक "खराब" संस्करण नहीं है; यह जीवन के लिए एक पूरी तरह से अलग रणनीति रखने वाला एक विशेष उत्तरजीवी है।

पेपर यह सुझाव देता है कि हालांकि Z. nicaraguensis खुद एक फसल बनने के लिए तैयार नहीं है (यह बहुत ऊँचा है, बहुत देर से आता है, और बहुत अधिक छोटे बीज पैदा करता है), लेकिन यह छिपे हुए औजारों का एक खजाना है। चूंकि यह दलदल में रहता है और जलभराव को इतनी अच्छी तरह से संभालता है, इसलिए इसमें संभवतः बाढ़ और तनाव से बचने के लिए गुप्त जीन मौजूद हैं जिन्हें हमारी खेती वाली मक्का ने बहुत पहले ही खो दिया था।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि ये दोनों पौधे इतने अलग हैं कि हम अपनी आँखों और डीएनए स्कैनर दोनों का उपयोग करके उन्हें आसानी से पहचान सकते हैं, लेकिन इतने समान भी हैं कि हम शायद उन्हें मिला सकें। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि खोजे गए 95 पॉलीमॉर्फिक मार्कर्स का उपयोग करके, ब्रीडर्स अब सटीक रूप से ट्रैक कर सकते हैं कि जब वे इन्हें क्रॉस करने की कोशिश करते हैं, तो जंगली मक्का का कौन सा डीएनए हिस्सा आगे बढ़ रहा है। यह "प्री-ब्रीडिंग" का पहला कदम है—जो कि एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि "जंगली कजिन के कठिन गुणों को खेती वाली मक्का के पारिवारिक वृक्ष में मिलाना" ताकि मक्का की एक नई पीढ़ी बनाई जा सके जो बाढ़ और बदलते जलवायु के तनावों का सामना कर सके।

संक्षेप में, यह पेपर आज ही दुनिया के खाद्य संकट को हल करने का दावा नहीं करता है। इसके बजाय, यह ब्रीडिंग समुदाय को एक मानचित्र और उपकरणों का एक सेट सौंपता है, यह दिखाते हुए कि दलदल में रहने वाली जंगली मक्का, मक्का के लिए एक अधिक मजबूत भविष्य बनाने के लिए एक आशाजनक, भले ही कठिन, साथी है।