OsEIN2-OsEIL1/2-OsNAP module regulates rice thermotolerance and leaf senescence

गर्मी एक शांत, निरंतर चलने वाली शक्ति है जो कुछ ही घंटों में एक बढ़ते मौसम के काम को बर्बाद कर सकती है। चावल के लिए, जो दुनिया के आधे से अधिक लोगों का पेट भरता है, उच्च तापमान केवल असुविधाजनक नहीं है; यह एक ऐसा खतरा है जो विकास को रोक देता है, कोशिकाओं को नुकसान पहुँचाता है, और हरी पत्तियों को मुरझाई हुई, पीली घास में बदल देता है। पौधों ने इन स्थितियों को महसूस करने और उनसे बचने के लिए जटिल आंतरिक प्रणालियाँ विकसित की हैं, जो अक्सर अपनी रक्षा का समन्वय करने के लिए रासायनिक संकेतों पर निर्भर करती हैं। ऐसा ही एक संकेत एथिलीन (ethylene) है, एक गैस जिसे पौधे स्वाभाविक रूप से उत्पन्न करते हैं। कुछ पौधों में, यह गैस एक सहायक अलार्म सिस्टम के रूप में कार्य करती है, लेकिन चावल में, कहानी अधिक जटिल है। जबकि एथिलीन पौधों को सूखे या ठंड से निपटने में मदद करता है, तापमान बढ़ने पर इसका एक अलग, अधिक खतरनाक रोल प्रतीत होता है। यह समझना कि यह गैस वास्तव में कैसे प्रभावित करती है कि एक चावल का पौधा हीटवेव (ताप लहर) के दौरान जीवित रहने में सक्षम है या नहीं, उन किस्मों को उगाने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है जो गर्म होते जलवायु का सामना कर सकें।

शोधकर्ताओं ने अब चावल के पौधे के भीतर घटनाओं की एक विशिष्ट श्रृंखला का खुलासा किया है जो यह समझाती है कि क्यों एथिलीन चावल को गर्मी के प्रति अधिक संवेदनशील बनाता है। यह अध्ययन पौधों के आंतरिक संदेशवाहकों के रूप में कार्य करने वाले प्रोटीनों के एक समूह पर केंद्रित है। जब एक चावल का पौधा गर्मी को महसूस करता है, तो यह OsEIN2 नामक एक मास्टर प्रोटीन से जुड़ी एक प्रक्रिया को सक्रिय करता है। यह प्रोटीन दो अन्य प्रोटीनों, OsEIL1 और OsEIL2 को सक्रिय करता है, जो फिर विशिष्ट जीन को चालू करने के लिए पौधे के जेनेटिक लाइब्रेरी (आनुवंशिक पुस्तकालय) की ओर यात्रा करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह श्रृंखला प्रतिक्रिया पौधे को जीवित रहने में मदद नहीं करती है; इसके बजाय, यह उसके पतन को तेज कर देती है। OsNAP नामक जीन को सक्रिय करके, ये प्रोटीन क्षति की एक लहर शुरू करते हैं। पौधा बहुत अधिक हानिकारक ऑक्सीजन अणुओं का उत्पादन करने लगता है, उसका हरा क्लोरोफिल तेजी से टूट जाता है, और उसकी कोशिकाएं मरने लगती हैं। यह प्रक्रिया, जिसे 'लीफ सेनेसेंस' (पत्ती का बुढ़ापा) कहा जाता है, अनिवार्य रूप से पौधे का समय से पहले बूढ़ा होना और मरना है। अध्ययन से पता चलता है कि जब एथिलीन का संकेत मजबूत होता है, तो चावल का पौधा गर्मी से लड़ने के बजाय अपनी मृत्यु की गति तेज कर देता है।

इस निष्कर्ष पर पहुँचने के लिए, टीम ने नियंत्रित वातावरण में चावल के पौधों को उगाया और उन्हें तीव्र गर्मी के संपर्क में लाया, तापमान को दो दिनों तक 45 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया। उन्होंने सामान्य चावल के पौधों की तुलना उन पौधों से की जिन्हें एथिलीन सिग्नलिंग प्रोटीनों की अतिरिक्त प्रतियां बनाने के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित किया गया था, साथ ही उन पौधों से भी जिनका ये प्रोटीन कम या हटा दिया गया था। परिणाम स्पष्ट थे। अतिरिक्त सिग्नलिंग प्रोटीन वाले पौधे सामान्य पौधों की तुलना में बहुत तेजी से मुरझा गए, पीले पड़ गए और मर गए। इसके विपरीत, कम सिग्नलिंग प्रोटीन वाले पौधे हरे और स्वस्थ रहे, और गर्मी का तनाव समाप्त होने के बाद अच्छी तरह से उबर गए। शोधकर्ताओं ने पौधों को एक ऐसे रसायन से भी उपचारित किया जो एथिलीन की नकल करता है, जिससे गर्मी का नुकसान और भी बढ़ गया, और एक ऐसे रसायन से जो एथिलीन उत्पादन को रोकता है, जिससे पौधों को जीवित रहने में मदद मिली। इसने पुष्टि की कि एथिलीन मार्ग सीधे तौर पर चावल को उच्च तापमान के प्रति संवेदनशील बनाने के लिए जिम्मेदार है।

कोशिकाओं के भीतर गहराई से देखते हुए, टीम ने खोजा कि वास्तव में क्या गलत हो रहा था। सामान्य परिस्थितियों में, सभी पौधे समान दिखते थे, लेकिन जैसे ही गर्मी पड़ी, सक्रिय एथिलीन संकेतों वाले पौधों में रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज (reactive oxygen species) का उच्च स्तर जमा होने लगा, जो कोशिका संरचनाओं को नुकसान पहुँचाने वाले जहरीले उपोत्पाद हैं। इन पौधों में गंभीर कोशिका मृत्यु के लक्षण भी दिखे और अन्य की तुलना में उनका हरा रंग बहुत तेजी से लुप्त हुआ। शोधकर्ताओं ने इस क्षति का पता OsNAP जीन से लगाया। उन्होंने पाया कि एथिलीन सिग्नलिंग प्रोटीन, OsEIL1 और OsEIL2, सीधे OsNAP जीन के डीएनए से जुड़ते हैं और उसे चालू करने के लिए मजबूर करते हैं। एक बार सक्रिय होने के बाद, OsNAP एक स्विच की तरह कार्य करता है जो क्लोरोफिल के टूटने और जहरीली ऑक्सीजन के संचय को ट्रिगर करता है। टीम ने यह पुष्टि की कि उन्होंने ऐसे चावल के पौधे बनाए जो बिल्कुल भी OsNAP प्रोटीन का उत्पादन नहीं कर सकते थे। इस श्रृंखला के अंतिम चरण के बिना, ये पौधे सामान्य पौधों की तुलना में गर्मी के तनाव को बहुत बेहतर तरीके से झेलने में सक्षम थे, जिससे सिद्ध हुआ कि OsNAP ही गर्मी के प्रति संवेदनशीलता का मुख्य चालक है।

अध्ययन ने पौधे के अपने आनुवंशिक तंत्र के भीतर एक दिलचस्प संघर्ष को भी उजागर किया। जबकि OsEIL1 और OsEIL2 पौधे को गर्मी के प्रति संवेदनशील बना रहे थे, एक अन्य संबंधित प्रोटीन, OsEIL5, इसके विपरीत प्रयास कर रहा था। पिछले शोधों ने दिखाया था कि OsEIL5 सुरक्षात्मक जीन को सक्रिय करके चावल को गर्मी से बचने में मदद करता है। नए निष्कर्ष बताते हैं कि OsEIL1 और OsEIL2 सक्रिय रूप से OsEIL5 की गतिविधि को दबा देते हैं। यह ऐसा है जैसे पौधे के पास दो विरोधी टीमें हैं: एक टीम जो पौधे को गर्मी से बचाने की कोशिश कर रही है, और दूसरी टीम, जो एथिलीन सिग्ल के नेतृत्व में है, उन सुरक्षात्मक उपायों को बंद कर रही है और पौधे को बूढ़ा होने के लिए मजबूर कर रही है। यह आंतरिक खींचतान बताती है कि पौधे की गर्मी के प्रति प्रतिक्रिया एक ही परिवार के विभिन्न प्रोटीनों के बीच एक नाजुक संतुलन है।

ये निष्कर्ष एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करते हैं कि कैसे एक विशिष्ट रासायनिक संकेत एक उत्तरजीविता तंत्र को घातक दोष में बदल सकता है। OsEIN2-OsEIL1/2-OsNAP मॉड्यूल की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने उन सटीक आनुवंशिक चरणों को चिन्हित किया है जो चावल में गर्मी से होने वाली मृत्यु की ओर ले जाते हैं। यह जानकारी उन ब्रीडर्स (प्रजनक) के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करती है जो ऐसी चावल की किस्में विकसित करना चाहते हैं जो इस विनाशकारी संकेत को अनदेखा कर सकें। यदि वैज्ञानिक OsNAP के सक्रियण को रोकने या सुरक्षात्मक OsEIL5 की गतिविधि को बढ़ाने का तरीका खोज लेते हैं, तो वे ऐसा चावल बना सकते हैं जो तापमान बढ़ने पर भी हरा और उत्पादक बना रहे। यह कार्य केवल यह नहीं बताता कि चावल गर्मी में क्यों मरता है; बल्कि यह दिखाता है कि इसे जीवित रखने के लिए हस्तक्षेप कहाँ करना है।