Molecular mapping of sheath blight resistance QTLs from the wild rice Oryza rufipogon accession CR100438
इस अध्ययन में जंगली चावल *Oryza rufipogon* एक्सेसियन CR100438 से प्राप्त BC2F5 और BC2F6 आबादी पर जीनोटाइपिंग-बाय-सीक्वेंसिंग का उपयोग करके 26 शीथ ब्लाइट प्रतिरोधक QTLs की पहचान की गई, जिसमें छह प्रमुख लोकी और क्रोमोसोम 6 पर एक हॉटस्पॉट शामिल है, जिससे मार्कर-असिस्टेड राइस इम्प्रूवमेंट के लिए आशाजनक प्री-ब्रीडिंग लाइनों का विकास हुआ।
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दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण डाइनिंग टेबल की कल्पना करें, जहाँ दुनिया के आधे हिस्से के लिए चावल मुख्य व्यंजन है। अब, एक चालाक, अदृश्य हमलावर की कल्पना करें जो उस भोजन को बर्बाद करने की कोशिश कर रहा है। यह हमलावर एक कवक (फंगस) है जिसे Rhizoctonia solani कहा जाता है, जो "शीथ ब्लाइट" (sheath blight) नामक बीमारी का कारण बनता है। यह चावल के डंठलों पर चढ़ने वाले एक मोल्ड जैसे, धूसर-सफेद धब्बे की तरह है, जो पोषक तत्वों को चुराता है और पौधों को ढहने का कारण बनता है। खेती की दुनिया में, यह एक दुःस्वप्न है क्योंकि यह फसल के आधे हिस्से तक को नष्ट कर सकता है। वैज्ञानिक दशकों से इस कवक के खिलाफ एक ढाल बनाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन हम अपने खेतों में जो चावल उगाते हैं (खेती वाला चावल), वह एक कमजोर दरवाजों वाले घर जैसा है; इसमें इस विशिष्ट दुश्मन के खिलाफ कोई "सुपर-प्रतिरोध" नहीं है। ज्यादातर समय, हम जो कर पाते हैं वह बस थोड़ी सी सुरक्षा है, और वह भी काफी हद तक मौसम और मिट्टी पर निर्भर करती है।
एक बेहतर ढाल खोजने के लिए, वैज्ञानिक चावल के "जंगली रिश्तेदारों" की ओर देखते हैं। ये जंगली पौधे, जैसे कि Oryza rufipogon, हजारों वर्षों से प्रकृति में जीवित रहे हैं, और उन्होंने हर तरह के कीड़ों और बीमारियों के खिलाफ कठिन रक्षा प्रणाली विकसित की है। इन्हें हमारे पालतू चावल के कठोर, उत्तरजीवितावादी पूर्वजों के रूप में सोचें। बड़ा सवाल यह है: क्या हम उनकी सुपरपावर्स उधार ले सकते हैं? ऐसा करने के लिए, शोधकर्ता "मॉलिक्यूलर मैपिंग" नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। कल्पना कीजिए कि चावल के पौधे का डीएनए 12 अध्यायों (गुणसूत्रों) वाली एक विशाल निर्देश पुस्तिका है। वैज्ञानिक इस पुस्तिका में विशेष "अनुच्छेदों" या "वाक्यों" की तलाश कर रहे हैं जिनमें इस कवक से लड़ने का गुप्त कोड होता है। वे इन विशेष अनुच्छेदों को "QTLs" (क्वांटिटेटिव ट्रेट लोकी) कहते हैं। एक अकेले स्विच की तरह नहीं जो प्रतिरोध को चालू या बंद करता है, ये QTLs एक डिमर स्विच (dimmer switches) की तरह हैं; प्रत्येक एक थोड़ी सी सुरक्षा जोड़ता है, और जब आप कई को मिला देते हैं, तो आपको एक बहुत मजबूत रक्षा मिलती है।
जंगली चावल के सुपर-सोल्जर की खोज
इस अध्ययन में, भारत के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस सिद्धांत को परखने का निर्णय लिया। उन्होंने एक विशिष्ट जंगली चावल की किस्म को चुना, जिसे CR100438 कोड नाम से जाना जाता है, जिसने पिछले फील्ड परीक्षणों में शीथ ब्लाइट के खिलाफ डटे रहने की क्षमता दिखाई थी। उन्होंने इस कठोर जंगली चावल का एक लोकप्रिय, उच्च उपज वाली चावल की किस्म के साथ क्रॉस कराया, जिसे PR114 कहा जाता है, जो दुर्भाग्य से इस बीमारी के प्रति बहुत कमजोर है। वे केवल पहली पीढ़ी तक ही नहीं रुके; उन्होंने कई पीढ़ियों तक "बैकक्रॉसिंग" का आनुवंशिक खेल खेला। यह एक ऐसे बच्चे को लेने जैसा है जिसमें जंगली और घरेलू दोनों गुण मिले हुए हैं और उसे बार-बार घरेलू जनक के साथ प्रजनन कराना, ताकि खेती के सर्वोत्तम गुणों (जैसे अनाज का अच्छा आकार) को बनाए रखते हुए धीरे-धीरे जंगली "सुपर-शील्ड" जीन को पेश किया जा सके। जब तक वे BC2F5 और BC2F6 पीढ़ी तक पहुँचे, उन्होंने 118 अद्वितीय चावल की रेखाओं का एक परिवार बना लिया था, जिनमें से प्रत्येक में जंगली और घरेलू डीएनए का थोड़ा अलग मिश्रण था।
लड़ाई का परीक्षण
यह देखने के लिए कि असली चैंपियन कौन है, शोधकर्ताओं ने इन 118 चावल की रेखाओं को एक कठिन परीक्षण से गुजारा। उन्होंने उन्हें खेत में उगाया और फिर जानबूझकर उन्हें शीथ ब्लाइट कवक से संक्रमित किया। यह एक नियंत्रित युद्ध था: उन्होंने चावल के पौधों के आधार पर कवक की एक छोटी मात्रा रखी और प्रतीक्षा की। तीन सप्ताह के बाद, उन्होंने सब कुछ मापा। उन्होंने देखा कि पौधे कितने ऊँचे बढ़े, कवक कितनी ऊंचाई तक डंठल पर चढ़ा (लीजन हाइट), पौधे का कितना प्रतिशत लीजनों (घावों) से ढका हुआ था, और कितने "टिलर्स" (शाखाओं) को बीमारी हुई। उन्होंने प्रत्येक पौधे को 0 से 9 का "डिजीज स्कोर" भी दिया, जहाँ 0 एक सुपरहीरो है जो बीमारी से मुक्त है और 9 एक पूर्ण आपदा है।
परिणाम बेहद दिलचस्प थे। बीमारी ने केवल कुछ पौधों को नहीं मारा बल्कि कुछ को बचा लिया; इसने एक सहज ढाल (gradient) बनाई। कुछ रेखाएं मुश्किल से प्रभावित हुईं, जबकि अन्य बुरी तरह प्रभावित हुईं, जिनमें से अधिकांश बीच में कहीं थीं। इससे पुष्टि हुई कि प्रतिरोध एक साधारण "ऑन/ऑफ" स्विच नहीं था, बल्कि एक जटिल, मात्रात्मक गुण था जो कई अलग-अलग जीनों द्वारा मिलकर नियंत्रित किया जाता था।
आनुवंशिक कोड को सुलझाना
इसके बाद, वैज्ञानिकों ने डीएनए को पढ़ने के लिए जेनोटाइपिंग-बाय-सीक्वेंसिंग (GBS) नामक एक उच्च-तकनीकी उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने डीएनए में 3,500 से अधिक सूक्ष्म अंतर (SNPs) पाए जो लैंडमार्क के रूप में कार्य करते थे। इन लैंडमार्क्स की तुलना बीमारी के स्कोर से करके, वे सटीक रूप से पहचान सके कि चावल के जीनोम के कौन से हिस्से प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार थे।
खोज सफल रही। टीम ने चावल के 12 गुणसूत्रों में से 10 पर बिखरे हुए 26 अलग-अलग QTLs (प्रतिरोध क्षेत्र) की पहचान की। ये केवल यादृच्छिक हिट नहीं थे; उन्होंने इस बात की व्याख्या की कि पौधे के प्रतिरोध करने के तरीके में 5.14% से 14.26% तक का अंतर क्यों था।
दो क्षेत्र "हॉटस्पॉट्स" के रूप में उभरे, जो प्रतिरोध जीन के खजाने की तरह थे:
- क्रोमोसोम 6: यह क्षेत्र एक प्रमुख केंद्र था। इसमें जीनों का एक समूह था जो लीजन हाइट, रिलेटिव लीजन हाइट और डिजीज स्कोर को एक साथ नियंत्रित करता था। शोधकर्ताओं ने इन्हें qLH6, qRLH6, और qDS6 नाम दिया।
- क्रोमोसोम 10: यह एक और रोमांचक स्थान था, जिसमें qLH10, qRLH10, और qDS10 जैसे जीन शामिल थे।
दिलचस्प बात यह है कि अध्ययन में पाया गया कि इनमें से कुछ प्रतिरोध जीन अन्य महत्वपूर्ण गुणों से भी जुड़े थे। उदाहरण के लिए, कुछ जीन जो पौधे को कवक से लड़ने में मदद करते थे, उन्होंने पौधे की ऊंचाई या टिलर्स की संख्या को भी प्रभावित किया। यह किसानों के लिए दोहरी जीत है, जो ऐसे पौधे चाहते हैं जो रोग-प्रतिरोधी और उत्पादक दोनों हों।
विजेता: नई सुपर-स्ट्रेन
अंतिम लक्ष्य केवल जीन खोजना नहीं था, बल्कि वास्तविक चावल के पौधे खोजना था जिनका उपयोग अगली पीढ़ी के सुपर-चावल को उगाने के लिए किया जा सके। शोधकर्ताओं ने अपने 118 लाइनों में से "चैंपियंस" को खोजने के लिए छंटनी की। वे ऐसे पौधों की तलाश कर रहे थे जिनका डिजीज स्कोर कम (3.0 से कम), लीजनों से ढका हुआ प्रतिशत कम (25% से कम) हो, और वे अभी भी अच्छे, स्वस्थ चावल के पौधे दिखें (बहुत ऊँचे या बहुत छोटे नहीं)।
उन्होंने 15 आशाजनक रेखाएं पाईं जो इस मानदंड में फिट बैठती थीं। इसका मुख्य सितारा एक रेखा थी जिसे 7198 कहा गया। इस पौधे का डिजीज स्कोर केवल 2.30 (बहुत कम!) था और रिलेटिव लीजन हाइट केवल 22.21% थी, जबकि इसकी ऊंचाई 97.10 सेमी के स्वस्थ स्तर को बनाए रखती थी। एक और उल्लेखनीय रेखा 7205 थी, जिसने उत्कृष्ट प्रतिरोध और शानदार विकास भी दिखाया।
इसका क्या अर्थ है
शोध पत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि जंगली चावल एक्सेसियन CR100438 एक सोने की खान है। यह सुझाव देता है कि इन विशिष्ट आनुवंशिक क्षेत्रों (क्रोमोसोम 6 और 10 पर QTLs, और अन्य) का उपयोग करके, ब्रीडर्स ऐसी नई चावल की किस्में बना सकते हैं जो अपनी उपज खोए बिना शीथ ब्लाइट से लड़ने में बहुत बेहतर होंगी। यह अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने शीथ ब्लाइट को हमेशा के लिए "हल" कर दिया है, न ही यह कहता है कि ये रेखाएं कल खेतों में लगाने के लिए तैयार हैं। इसके बजाय, यह एक मानचित्र और उच्च-गुणवत्ता वाली "प्री-ब्रीडिंग" सामग्री प्रदान करता है। ये वे कच्चे माल हैं जिनका उपयोग अन्य वैज्ञानिक अब इन जीनों को और अधिक परिष्कृत करने, उनका और परीक्षण करने और अंततः ऐसे चावल की किस्में विकसित करने के लिए कर सकते हैं जो कवक के खिलाफ डटे रह सकें, जिससे लाखों लोगों की खाद्य आपूर्ति सुरक्षित हो सके। यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि हमारे फसलों के जंगली पूर्वजों के पास अभी भी ऐसे रहस्य हैं जो हमारे भविष्य के अस्तित्व के लिए आवश्यक हैं।
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