ABA receptors PYL8 and PYL9 regulate redundantly flowering time in Arabidopsis

पौधे समय के प्रबंधन में माहिर होते हैं। उन्हें ठीक से पता होना चाहिए कि कब पत्तियां और तने बनाना बंद करना है और फूल पैदा करना शुरू करना है, एक ऐसा निर्णय जो यह निर्धारित करता है कि वे मौसम में जीवित रहेंगे या नहीं और अपने बीज अगली पीढ़ी तक पहुँचा पाएंगे या नहीं। यह समय निर्धारण यादृच्छिक (random) नहीं है; यह उनके आसपास की दुनिया के प्रति एक सावधानीपूर्वक गणना की गई प्रतिक्रिया है। पौधे लगातार अपने पर्यावरण की निगरानी करते हैं, प्रकाश, तापमान और पानी की उपलब्धता में होने वाले परिवर्तनों को महसूस करते हैं। जब स्थितियां कठिन हो जाती हैं, जैसे कि सूखे के दौरान, कई पौधे अपने जीवन चक्र को तेज कर देते हैं, ताकि तनाव के कारण मरने से पहले वे समय से पहले फूल सकें और प्रजनन सुनिश्चित कर सकें। इस प्रक्रिया में एक प्रमुख रासायनिक संदेशवाहक 'एब्सिसिक एसिड' नामक हार्मोन है। यह अणु तनाव के संकेत के रूप में कार्य करता है, जो पौधे को बताता है कि पानी की कमी है और उसे अनुकूलन करने की आवश्यकता है। दशकों से, वैज्ञानिक समझते आए हैं कि यह हार्मोन पौधों को पानी बचाने के लिए अपने छिद्रों (pores) को बंद करने या उनकी वृद्धि को रोकने में कैसे मदद करता है। हालांकि, एक विशिष्ट प्रश्न अनसुलझा रह गया था: क्या यही तनाव का संकेत सीधे उस स्विच को नियंत्रित करता है जो पौधे को बताता है कि कब खिलना है?

शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस तनाव हार्मोन और पौधे की फूलों के लिए आंतरिक घड़ी के बीच एक आश्चर्यजनक संबंध का पता लगाया है। उन्होंने पाया कि दो विशिष्ट प्रोटीन, जो तनाव हार्मोन के लिए रिसेप्टर के रूप में कार्य करते हैं, फूलों के खिलने पर एक ब्रेक के रूप में भी कार्य करते हैं। ये प्रोटीन, जिन्हें PYL8 और PYL9 नाम दिया गया है, एक पत्तेदार पौधे से फूलों वाले पौधे में परिवर्तन को रोकने का काम करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब ये दोनों प्रोटीन गायब होते हैं, तो पौधा सामान्य से बहुत पहले फूल देता है, भले ही वहां सूखा या तनाव मौजूद न हो। यह सुझाव देता है कि पौधे की तनाव-संवेदी मशीनरी में फूलों के खिलने को सही समय तक रोकने का एक अंतर्निहित कार्य होता है, जो इस बात से स्वतंत्र है कि पौधा वर्तमान में पानी की कमी से जूझ रहा है या नहीं।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, वैज्ञानिकों ने हजारों पौधों को एक नियंत्रित वातावरण में उगाया जहाँ प्रकाश के लंबे दिन थे, एक ऐसी स्थिति जो सामान्य रूप से फूलों के खिलने को प्रोत्साहित करती है। उन्होंने सामान्य पौधों की तुलना उन पौधों से की जिनमें PYL8, PYL9, या दोनों के जीन में उत्परिवर्तन (mutations) थे। जिन पौधों में केवल एक दोषपूर्ण जीन था, वे काफी हद तक सामान्य दिखे, लेकिन जिन पौधों में दोनों जीन दोषपूर्ण थे, वे खिलने से पहले काफी पहले फूल देने लगे, जिससे वे खिलने से पहले कम पत्तियां बना पाए। यह इंगित करता है कि दोनों प्रोटीनों की एक पूरक (redundant) भूमिका है; वे एक-दूसरे का समर्थन करते हैं, इसलिए पौधा फूलों के खिलने को रोकने की अपनी क्षमता तभी खोता है जब दोनों ही अनुपस्थित हों। शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण किया कि क्या यह जल्दी फूलना केवल तनाव की प्रतिक्रिया थी। उन्होंने उत्परिवर्तित (mutant) पौधों को सूखी मिट्टी में उगाया और उन पर तनाव हार्मोन का छिड़काव किया। जबकि शुष्क परिस्थितियों ने सभी पौधों को जल्दी फूलने के लिए प्रेरित किया, उत्परिवर्तित पौधे उपचार के बावजूद सामान्य पौधों की तुलना में जल्दी फूल गए। इसने सिद्ध किया कि PYL8 और PYL9 द्वारा उत्पन्न देरी एक अलग तंत्र है, न कि सूखे के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया का कोई दुष्प्रभाव।

अगला कदम यह पता लगाना था कि ये हार्मोन रिसेप्टर्स फूलों के नियंत्रण करने वाले जीनों से कैसे संवाद करते हैं। शोधकर्ताओं ने प्रोटीनों के एक समूह पर ध्यान केंद्रित किया जो फूलों की प्रक्रिया के लिए पौधे के आंतरिक प्रबंधक के रूप में कार्य करते हैं। इनमें से एक, जिसे AGL16 कहा जाता है, ज्ञात है कि वह SOC1 नामक एक प्रमुख जीन के DNA से जुड़ता है, जो फूलों के खिलने के लिए मास्टर स्विच के रूप में कार्य करता है। जब AGL16 इस जीन से जुड़ता है, तो वह इस जीन को बंद कर देता है, जिससे पौधा वानस्पतिक अवस्था (vegetative state) में रहता है। अध्ययन से पता चला कि PYL8 और PYL9 भौतिक रूप से AGL16 से जुड़ जाते हैं। ऐसा करके, वे AGL16 को SOC1 जीन पर मजबूती से पकड़ बनाए रखने में मदद करते हैं, जिससे फूलों के खिलने का दमन और भी मजबूत हो जाता है। यह ऐसा है जैसे हार्मोन रिसेप्टर्स एक आणविक गोंद (molecular glue) के रूप में कार्य करते हैं, जो आनुवंशिक स्विच पर फूलों के दमनकारी (repressors) की पकड़ को मजबूत करते हैं। PYL8 और PYL9 के बिना, AGL16 प्रभावी रूप से नहीं जुड़ पाता, SOC1 जीन बहुत जल्दी सक्रिय हो जाता है, और पौधा तेजी से फूल देने लगता है।

शोधकर्ताओं ने एक अन्य प्रोटीन, SVP की भूमिका की भी जांच की, जो फूलों के खिलने में देरी करने के लिए AGL16 के साथ मिलकर काम करता है। उन्होंने पाया कि SVP सीधे हार्मोन रिसेप्टर्स से नहीं जुड़ता है। इसके बजाय, AGL-16 एक सेतु (bridge) के रूप में कार्य करता है, जो SVP को PYL8 और PYL9 से जोड़ता है। प्रोटीनों का यह कॉम्प्लेक्स फूलों के जीनों की अभिव्यक्ति (expression) को सूक्ष्मता से नियंत्रित करने के लिए मिलकर काम करता है। अध्ययन ने दिखाया कि यदि पौधे में SVP की कमी है, तो पूरी प्रणाली ध्वस्त हो जाती है, और पौधा हार्मोन रिसेप्टर्स की उपस्थिति के बावजूद बहुत जल्दी फूल देता है। यह SVP को इस प्रक्रिया में एक प्रमुख खिलाड़ी के रूप में स्थापित करता है, जिसमें हार्मोन रिसेप्टक्टर्स महत्वपूर्ण सहायकों के रूप में कार्य करते हैं।

यह खोज पौधों के विकास के प्रति वैज्ञानिकों के दृष्टिकोण को बदल देती है। यह दिखाती है कि एब्सिसिक एसिड के रिसेप्टर्स केवल निष्क्रिय सेंसर नहीं हैं जो सूखे के संकेत का इंतजार करते हैं। इसके बजाय, वे पौधे के विकासात्मक कार्यक्रम के सक्रिय भागीदार हैं, जो लगातार यह सुनिश्चित करने के लिए काम करते हैं कि पौधा बहुत जल्दी न खिले। निष्कर्ष बताते हैं कि पौधों ने एक परिष्कृत प्रणाली विकसित की है जहाँ तनाव को महसूस करने वाली मशीनरी सीधे प्रजनन के समय को नियंत्रित करने वाली मशीनरी से जुड़ी हुई है। यह पौधों को पर्यावरणीय संकेतों को उनके आंतरिक विकास योजना के साथ एकीकृत करने की अनुमति देता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि फूलों का खिलना सबसे अनुकूल समय पर हो। यह शोध एक जटिल नेटवर्क को उजागर करता है जहाँ प्रोटीन जीन अभिव्यक्ति को विनियमित करने के लिए भौतिक रूप से परस्पर क्रिया करते हैं, जो नियंत्रण की एक ऐसी परत को प्रकट करता है जो तत्काल खतरे के बिना भी संचालित होती है। इन संबंधों को समझकर, वैज्ञानिक यह बेहतर ढंग से समझ सकते हैं कि पौधे अस्तित्व और प्रजनन के बीच के नाजुक संतुलन को कैसे प्रबंधित करते हैं।