Genome-wide identification and expression analysis of the Bcl-2-associated athanogene (BAG) gene family in barley (Hordeum vulgare L.) under drought and heat stresses

पौधे निरंतर परिवर्तन की दुनिया में रहते हैं। वे झुलसा देने वाली धूप या सूखती हुई नदी के तल से बचने के लिए भाग नहीं सकते, इसलिए उन्हें सहना ही पड़ता है। जीवित रहने के लिए, वे प्रोटीन के एक जटिल आंतरिक नेटवर्क पर निर्भर करते हैं जो आणविक संरक्षकों (molecular guardians) के रूप में कार्य करते हैं। जब वातावरण कठोर होता है, तो ये संरक्षक सक्रिय हो जाते हैं, जिससे पौधे की कोशिकाओं को अपना आकार बनाए रखने, क्षति की मरम्मत करने और आवश्यक प्रक्रियाओं को सुचारू रूप से चलाने में मदद मिलती है। इन संरक्षकों का एक विशिष्ट समूह, जिसे BAG परिवार के रूप में जाना जाता है, इस रक्षा प्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। मूल रूप से जानवरों में खोजा गया, जहाँ वे कोशिका मृत्यु (cell death) को प्रबंधित करने में मदद करते हैं, ये प्रोटीन पौधों में भी पाए गए हैं। पौधों की दुनिया में, वे को-चैपरोन (co-chaperones) के रूप में कार्य करते हैं, जो एक ऐसा शब्द है जो उनके उस काम का वर्णन करता है जिसमें वे अन्य प्रोटीनों को सही आकार में फोल्ड करने और स्थिर रहने में मदद करते हैं, विशेष रूप से तब जब गर्मी या सूखा उन्हें उधेड़ने (unravel) का खतरा पैदा करता है। इन प्रोटीनों के काम करने के तरीके को समझना फसलों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, क्योंकि किसान तेजी से अनिश्चित होते मौसम के पैटर्न का सामना कर रहे हैं जो फसलों को नष्ट कर सकते हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने जौ (barley) की ओर ध्यान केंद्रित किया, जो एक कठोर अनाज है जो एक महत्वपूर्ण खाद्य स्रोत और फसल लचीलेपन (crop resilience) को समझने के लिए एक मॉडल के रूप में कार्य करता है। टीम ने जौ के जीनोम के भीतर BAG जीन के पूरे परिवार का मानचित्र बनाने और यह देखने का लक्ष्य रखा कि जब पौधे को उसकी सीमाओं तक धकेला जाता है तो ये जीन कैसे व्यवहार करते हैं। उन्होंने जौ के आनुवंशिक कोड को स्कैन करना शुरू किया, उन विशिष्ट संकेतों की तलाश की जो BAG परिवार को परिभाषित करते हैं। इस डिजिटल खोज के माध्यम से, उन्होंने सात अलग-अलग जीन की पहचान की, जिन्हें उन्होंने HvBAG1 से लेकर HvBAG7 तक नाम दिया। ये जीन पौधे के सात क्रोमोसोम में से छह पर बिखरे हुए हैं, जिसमें एक क्रोमोसोम में दो और एक में कोई नहीं है। शोधकर्ताओं ने फिर उन प्रोटीनों की भौतिक संरचना की जांच की जो ये जीन उत्पन्न करते हैं। उन्होंने पाया कि हालांकि प्रोटीन आकार और रासायनिक संरचना में भिन्न होते हैं, लेकिन वे सभी एक छोर पर एक सामान्य, संरक्षित क्षेत्र साझा करते हैं। यह साझा क्षेत्र उनके कार्य की कुंजी है, जो उन्हें हीट-शॉक प्रोटीन (heat-shock proteins) के साथ जुड़ने की अनुमति देता है, जो पौधे की प्राथमिक मरम्मत टीम है।

अध्ययन और गहराई में गया, यह देखने के लिए कि ये प्रोटीन कोशिका के भीतर कहाँ कार्य करते हैं और कैसे निर्मित होते हैं। शोधकर्ताओं ने भविष्यवाणी की कि अधिकांश प्रोटीन कोशिका के मुख्य भाग, साइटोप्लाज्म (cytoplasm), या केंद्रक (nucleus) में निवास करते हैं, जबकि अन्य क्लोरोप्लास्ट (chloroplasts) में पाए जाते हैं, जो वे हरी संरचनाएं हैं जहाँ प्रकाश संश्लेषण होता है। उन्होंने आनुवंशिक ब्लूप्रिंट का भी विश्लेषण किया कि जीन कैसे निर्मित होते हैं, प्रत्येक जीन को बनाने वाले बिल्डिंग ब्लॉक्स, या एक्सॉन (exons) की संख्या में अंतर को नोट किया। कुछ जीन सरल हैं, जिनमें केवल एक ब्लॉक है, जबकि अन्य जटिल हैं, जिनमें चार ब्लॉक गैर-कोडिंग खंडों द्वारा अलग किए गए हैं। चावल, मक्का और छोटे खरपतवार एराबिडोप्सिस (Arabidopsis) जैसे अन्य पौधों के जीन से जौ के जीन की तुलना करके, टीम ने पाया कि जौ के जीन तीन मुख्य विकासवादी समूहों में क्लस्टर होते हैं। यह समूहीकरण बताता है कि ये जीन थोड़े अलग भूमिकाएं निभाने के लिए विकसित हुए हैं, भले ही वे एक सामान्य पूर्वज साझा करते हों।

यह समझने के लिए कि ये जीन पौधे को जीवित रहने में कैसे मदद करते हैं, शोधकर्ताओं ने प्रत्येक जीन से ठीक पहले स्थित नियंत्रण स्विचों को देखा। ये स्विच, जिन्हें प्रमोटर क्षेत्र (prommoter regions) कहा जाता है, विशिष्ट अनुक्रमों से लैस होते हैं जो जीन को बताते हैं कि कब चालू होना है। टीम ने पाया कि जौ के BAG जीन इन स्विचों की एक विस्तृत श्रृंखला से लैस हैं, जिनमें से कई सूखे, गर्मी और विशिष्ट पादप हार्मोन जैसे तनाव संकेतों पर प्रतिक्रिया करते हैं। यह सेटअप बताता है कि पौधे के पास परेशानी का पता लगाने और तुरंत अपने रक्षा प्रोटीनों को सक्रिय करने के लिए एक परिष्कृत प्रणाली है। शोधकर्ताओं ने पौधे के विभिन्न हिस्सों, जैसे जड़ों और पत्तियों में, और विकास के विभिन्न चरणों में इन जीनों के व्यवहार का भी परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि सभी जीन एक ही समय में या एक ही स्थान पर सक्रिय नहीं होते हैं; कुछ जड़ में अत्यधिक सक्रिय होते हैं, जबकि अन्य पत्तियों में चमकते हैं, जो पौधे के भीतर श्रम के एक विशेष विभाजन का संकेत देते हैं।

अध्ययन का सबसे नाटकीय हिस्सा वास्तविक दुनिया के तनाव के तहत पौधों को रखना था। शोधकर्ताओं ने जौ के पौधों को उगाया और उन्हें दो प्रकार की कठिनाई के अधीन किया: पानी की कमी और तीव्र गर्मी। उन्होंने कई दिनों और घंटों तक पौधों की निगरानी की, और यह मापा कि BAG जीन के स्तर में कैसे परिवर्तन हुआ। परिणामों ने एक स्पष्ट और तीव्र प्रतिक्रिया दिखाई। जब पौधों को पानी से वंचित किया गया, तो कुछ जीनों की अभिव्यक्ति (expression) में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, विशेष रूप से जड़ों में, जो यह सुझाव देता है कि पौधा पानी खोजने की अपनी क्षमता को मजबूत करने की कोशिश कर रहा था। इसी तरह, जब तापमान बढ़ाया गया, तो जीनों ने तेजी से प्रतिक्रिया दी, जिनमें से कुछ ने कुछ ही घंटों के भीतर गतिविधि में भारी उछाल दिखाया। शोधकर्ताओं ने प्रोलाइन (proline) के स्तर को भी मापा, जो एक सुरक्षात्मक यौगिक है जिसे पौधे खुद को तनाव से बचाने के लिए बनाते हैं, और कैटालेज (catalase) की गतिविधि को भी मापा, जो एक एंजाइम है जो तनाव के हानिकारक उपोत्पादों को साफ करता है। जैसे-जैसे तनाव जारी रहा, इन दोनों सुरक्षात्मक उपायों में वृद्धि हुई, जिससे पुष्टि हुई कि पौधे पूर्ण-स्तरीय रक्षा मोर्चा संभाल रहे हैं।

निष्कर्ष एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और अनुकूलन योग्य प्रणाली की तस्वीर पेश करते हैं। अध्ययन ने खुलासा किया कि हालांकि जौ में BAG जीन कुछ अन्य फसलों की तुलना में एक अपेक्षाकृत छोटा परिवार है, फिर भी वे बहुमुखी और आवश्यक हैं। वे एक एकल इकाई के रूप में कार्य नहीं करते हैं; इसके बजाय, परिवार के विभिन्न सदस्य इस आधार पर नेतृत्व करते हैं कि खतरा मिट्टी से आ रहा है या हवा से, और क्या पौधा एक छोटा पौधा है या एक परिपक्व तना। शोध यह सुझाव देता है कि इस प्रतिक्रिया का समय (timing) केवल इन जीनों की उपस्थिति जितना ही महत्वपूर्ण है। इन रक्षा तंत्रों को तेजी से चालू करने की क्षमता जीवित रहने के लिए एक प्रमुख कारक प्रतीत होती है। यह पहचानकर कि कौन से जीन किस तनाव के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं और वे कहाँ कार्य करते हैं, अध्ययन भविष्य के उन प्रयासों के लिए एक विस्तृत मानचित्र प्रदान करता है जो जलवायु परिवर्तन की चुनौतियों का सामना करने में सक्षम जौ की किस्मों को विकसित कर सकें। यह कार्य पुष्टि करता है कि ये आणविक संरक्षक न केवल मौजूद हैं बल्कि अस्तित्व के दैनिक संघर्ष में सक्रिय रूप से लगे हुए हैं, जो दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण फसलों में से एक के लचीलेपन में सुधार के लिए एक आधार प्रदान करते हैं।