Fine mapping and Candidate Gene Identification of a Novel Rice Bacterial Blight Resistance Gene Xa51(t) from Yunnan Landrace Haonuoyang
इस अध्ययन ने युन्नान की लैंडरेस 'हाओनयाओंग' से एक नवीन प्रभावी बैक्टीरियल ब्लाइट प्रतिरोध जीन, Xa51(t), को Os11g47910 (एक GRAS डोमेन युक्त प्रोटीन को एनकोड करने वाला) के रूप में एक विशिष्ट 250-bp विलोपन (deletion) के साथ फाइन-मैप्ड और पहचाना है, और टिकाऊ चावल रोग प्रतिरोध के लिए मार्कर-असिस्टेड ब्रीडिंग को सुगम बनाने हेतु एक KASP मार्कर विकसित किया है।
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चावल अरबों लोगों के लिए दैनिक आहार है, एक ऐसी फसल जो वैश्विक खाद्य सुरक्षा का भार वहन करती है। फिर भी, यह मुख्य फसल एक निरंतर शत्रु का सामना कर रही है: बैक्टीरियल ब्लाइट (जीवाणु जनित झुलसा रोग)। एक सूक्ष्म जीवाणु द्वारा उत्पन्न यह रोग, जो पौधे के जल-वाहक ऊतकों पर आक्रमण करता है, स्वस्थ हरी पत्तियों को सफेद और भूरे रंग की लंबी, मुरझाई हुई धारियों में बदल देता है। खराब वर्षों में, यह संक्रमण आधी या उससे अधिक फसल को नष्ट कर सकता है। दशकों से, किसान और वैज्ञानिक प्राकृतिक प्रतिरोध क्षमता वाली चावल की किस्में विकसित करके इसका मुकाबला करते रहे हैं, जो अनिवार्य रूप से पौधे को एक प्रतिरक्षा प्रणाली प्रदान करती हैं। हालांकि, जीवाणु चतुर होते हैं; वे तेजी से विकसित होते हैं, और अक्सर कुछ ही वर्षों के भीतर एक एकल प्रतिरोधी किस्म की रक्षा प्रणाली को तोड़ देते हैं। यह निरंतर चलने वाली हथियारों की दौड़ (arms race) का अर्थ है कि वैज्ञानिकों को प्रतिरोध के नए स्रोतों की खोज जारी रखनी चाहिए, जो अक्सर चावल के जंगली रिश्तेदारों और प्राचीन स्थानीय किस्मों की ओर देखते हैं, जो सदियों से इन रोगजनकों के साथ जीवित रहे हैं।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने चीन के युन्नान के एक विशिष्ट स्थानीय चावल की किस्म, जिसे 'हाओनुआओयांग' (Haonuoyang) के नाम से जाना जाता है, पर अपना ध्यान केंद्रित किया। यह लैंडरेस (landrace) लगभग बीस वर्षों से एक स्थानीय चैंपियन रहा है, जिसने परीक्षण किए गए ब्लाइट बैक्टीरिया के लगभग हर स्ट्रेन के प्रति प्रतिरोध करने की असामान्य क्षमता दिखाई है, भले ही क्षेत्र में बैक्टीरिया बदलते और विविध होते रहे हों। जबकि पिछले कार्यों ने पुष्टि की थी कि यह प्रतिरोध वास्तविक था और पीढ़ियों तक हस्तांतरित होता रहा है, वह सटीक जेनेटिक स्विच (आनुवंशिक स्विच) जो इसे संभव बनाता था, एक रहस्य बना हुआ था। युन्नान एकेडमी ऑफ एग्रीकल्चरल साइंसेज के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में टीम ने उस विशिष्ट स्विच को खोजने का लक्ष्य रखा। उन्होंने प्रतिरोधी हाओनुआओयांग का संकरण (cross) 'जिंगांग 30' (Jingang 30) नामक एक संवेदनशील किस्म के साथ किया ताकि उनकी संतानों का एक बड़ा परिवार बनाया जा सके। यह ट्रैक करके कि कौन से पौधे स्वस्थ रहे और कौन से बीमार हुए, उन्होंने अपनी खोज को गुणसूत्र 11 (chromosome 11) पर एक बहुत ही विशिष्ट डीएनए खंड तक सीमित कर दिया।
शोधकर्ताओं ने हजारों इन संतानों के जीनोम को स्कैन करने के लिए उच्च तकनीक वाले अनुक्रमण (sequencing) का उपयोग किया, ताकि उन सूक्ष्म आनुवंशिक अंतरों को खोजा जा सके जो प्रतिरोधी पौधों को संवेदनशील पौधों से अलग करते थे। अंततः उन्होंने एक ऐसा क्षेत्र खोज निकाला जो इतना छोटा था कि उसमें केवल पांच संभावित जीन शामिल थे। इस वास्तविक अपराधी की पहचान करने के लिए, उन्होंने दोनों प्रतिरोधी और संवेदनशील माता-पिता के इन पांच जीनों के डीएनए अनुक्रमों का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि एक जीन, जो एक प्रोटीन का उत्पादन करता है जिसे 'GRAS फैमिली प्रोटीन' के रूप में जाना जाता है, दोनों के बीच बहुत भिन्न दिखता है। प्रतिरोधी हाओनुआओयांग में, यह जीन छोटा था, जिसके अंत में 250-बेस-पेयर (base-pair) का एक विशिष्ट खंड गायब था जो संवेदनशील जिंगांग 30 में मौजूद था। यह गायब हिस्सा ही मुख्य अंतर प्रतीत हुआ।
यह सिद्ध करने के लिए कि यह विशिष्ट जीन वास्तव में प्रतिरोध का स्रोत था, वैज्ञानिकों ने कठोर प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की। उन्होंने नए चावल के पौधे बनाए जहाँ या तो इस जीन को हटा दिया गया या इसके अतिरिक्त प्रतियां जोड़ी गईं। जब उन्होंने इन संशोधित पौधों को ब्लाइट बैक्टीरिया से संक्रमित किया, तो परिणाम स्पष्ट थे। जिन पौधों से यह जीन हटा दिया गया था, वे बीमारी के प्रति बहुत अधिक संवेदनशील हो गए, जबकि अतिरिक्त जीन प्रतियों वाले पौधों ने काफी मजबूत प्रतिरोध दिखाया। शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी के नीचे आगे के अवलोकन से पता चला कि प्रतिरोधी पौधों में, संक्रमण स्थल के पास की कोशिकाएं संरचना को बहुत लंबे समय तक बनाए रखने में सफल रहीं, जिससे बैक्टीरिया का प्रसार धीमा हो गया, जबकि संवेदनशील पौधों की कोशिकाएं तेजी से ढह गईं। शोधकर्ताओं ने एक सरल जेनेटिक टेस्ट भी विकसित किया जो तेजी से यह पहचान सकता है कि क्या चावल के पौधे में यह प्रतिरोध जीन मौजूद है, एक ऐसा उपकरण जिसे अब ब्रीडर्स (प्रजनक) नई, टिकाऊ किस्में विकसित करने के लिए उपयोग कर सकते हैं।
यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह एक पूरी तरह से नए प्रकार के प्रतिरोध जीन की पहचान करती है, जो विज्ञान में पहले से ज्ञात कई अन्यों से भिन्न है। यह जीन, जिसे टीम ने Xa51(t) नाम दिया, प्रोटीन के एक ऐसे परिवार से संबंधित है जो आमतौर पर पौधों के विकास और विकास से जुड़ा होता है, न कि रोग रक्षा से। यह तथ्य कि यह परिवार बैक्टीरियाल ब्लाइट से लड़ने में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, पौधों के स्वयं की रक्षा करने के तरीकों को समझने के नए रास्ते खोलता है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि हाओनुआओयांग में प्रतिरोध एक एकल प्रभावी (dominant) जीन द्वारा नियंत्रित होता है और जीन के अनुक्रम में विशिष्ट विलोपन (deletion) ही है जो पौधे को जीवित रहने में सक्षम बनाता है। युन्नान की इस स्थानीय किस्म की आनुवंशिक संपदा का लाभ उठाकर, शोधकर्ताओं ने बैक्टीरियाल ब्लाइट के विकसित होते खतरों का सामना करने के लिए चावल उगाने हेतु एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान किया है, जो बदलते जलवायु और निरंतर रोग के दौर में अधिक स्थिर फसल की आशा जगाता है।
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