Genetic Variant Mapping Using Multi-Tissue Transcriptomes Reveals Genome-wide Regulatory Signatures in Bovine IVP and MOET Calves

पशु प्रजनन की दुनिया में, किसान और वैज्ञानिक लंबे समय से अपने सबसे अच्छे जानवरों के आनुवंशिकी को बढ़ाने के लिए दो शक्तिशाली तरीकों पर भरोसा करते रहे हैं। एक विधि, जिसे 'मल्टीपल ओव्यूलेशन एंड एम्ब्रियो ट्रांसफर' (बहु-अंडोत्सर्ग और भ्रूण स्थानांतरण) के रूप में जाना जाता है, इसमें गाय को कई अंडे छोड़ने के लिए उत्तेजित किया जाता है, जिन्हें फिर उसके शरीर के भीतर ही निषेचित किया जाता है और बाद में एकत्र करके अन्य माताओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है। दूसरी विधि, जिसे 'इन विट्रो एम्ब्रियो प्रोडक्शन' (इन विट्रो भ्रूण उत्पादन) कहा जाता है, में एक गाय से अंडे लिए जाते हैं, उन्हें प्रयोगशाला की डिश में निषेचित किया जाता है, और शरीर के बाहर उत्पन्न होने वाले भ्रूणों को विकसित किया जाता है और फिर उन्हें प्रत्यारोपित किया जाता है। हालांकि दोनों तकनीकों ने झुंडों के सुधार में क्रांति ला दी है, लेकिन वे जीवन के शुरुआती चरणों को बहुत अलग वातावरण के संपर्क में लाती हैं। उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला की डिश, एक जीवित गाय के भीतर पाए जाने वाले जटिल रासायनिक संकेतों और भौतिक स्थितियों की सटीक नकल नहीं कर सकती है। यह वैज्ञानिकों के लिए एक निरंतर प्रश्न खड़ा करता है: क्या ये अलग शुरुआती स्थितियाँ जानवर पर एक स्थायी छाप छोड़ती हैं? विशेष रूप से, क्या भ्रूण के बनने का तरीका यह बदल सकता है कि जन्म के बाद उसके जीन कैसे चालू या बंद होते हैं, जो संभावित रूप से वर्षों बाद उसके स्वास्थ्य, विकास या प्रतिरक्षा प्रणाली को प्रभावित कर सकता है?

इसका उत्तर देने के लिए, ऑरोस विश्वविद्यालय और कोपेनहेगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन दो विधियों से पैदा हुए बछड़ों के शरीरों के भीतर झांकने का निर्णय लिया। उन्होंने केवल यह नहीं देखा कि जानवर कैसे बढ़े, बल्कि उन्होंने उनकी कोशिकाओं के भीतर के आणविक निर्देशों की जांच की। टीम ने शरीर के छह अलग-अलग हिस्सों से ऊतकों के नमूने एकत्र किए—विशेष रूप से एड्रिनल ग्रंथि, हाइपोथैलेमस, लिवर, मांसपेशी, पिट्यूटरी ग्रंथि और वृषण (टेस्टिस) से—कुल आठ बछड़ों में से। चार बछड़े प्रयोगशाला विधि से पैदा हुए थे, और चार पारंपरिक इन-बॉडी (शरीर के भीतर) विधि से। अपने ऊतकों में आनुवंशिक संदेशों, या आरएनए (RNA) को पढ़कर, वैज्ञानिक देख सकते थे कि कौन से जीन सक्रिय थे और वे कितनी मजबूती से काम कर रहे थे। वे एक विशिष्ट प्रकार के आनुवंशिक अंतर की तलाश में थे: डीएनए कोड में सूक्ष्म भिन्नताएं जो जीनों को चालू या बंद करने के लिए जिम्मेदार हो सकती हैं। आनुवंशिकी में, इन विविधताओं को अक्सर 'सिंगल न्यूक्लियोटाइड पॉलीमॉर्फिज्म' कहा जाता है, लेकिन इस अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने सीधे आरएनए डेटा से ही इन्हें खोज निकाला, जिससे यह मानचित्र तैयार हुआ कि स्थानीय आनुवंशिक परिवर्तन पूरे शरीर में जीन गतिविधि को कैसे प्रभावित करते हैं।

शोधकर्ताओं ने पाया कि भ्रूण बनाने के लिए उपयोग की गई विधि ने बछड़े के जीव विज्ञान पर वास्तव में एक विशिष्ट छाप छोड़ी है। जब उन्होंने दोनों समूहों की तुलना की, तो उन्होंने पाया कि लगभग आठ सौ जीन अलग तरह से व्यवहार कर रहे थे, जो इस बात पर निर्भर था कि बछड़ा प्रयोगशाला की डिश से आया था या माँ के गर्भ से। ये अंतर पूरे शरीर में समान रूप से नहीं फैले थे; ये उन अंगों में सबसे अधिक स्पष्ट थे जो हार्मोन और चयापचय (मेटाबॉलिज्म) का प्रबंधन करते हैं, जैसे कि एड्रिनल ग्रंथि और लिवर, जबकि मांसपेशियों और वृषों में कम बदलाव देखे गए। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि टीम ने पाया कि इनमें से कई अंतर डीएनए के विशिष्ट स्थानों से जुड़े हुए थे। उन्होंने हजारों स्थानीय आनुवंशिक कनेक्शनों की पहचान की जहाँ डीएनए अनुक्रम में एक छोटा सा परिवर्तन इस बात से जुड़ा था कि पास के जीन की अभिव्यक्ति (एक्सप्रेशन) कितनी हो रही है। यह सुझाव देता है कि बछड़े की आनुवंशिक संरचना उसके प्रारंभिक जीवन के वातावरण के साथ मिलकर उसकी आणविक प्रोफाइल को आकार देती है।

उन कई जीनों में से जिन्होंने ऐसे पैटर्न दिखाए, एक स्पष्ट विषय उभर कर आया: प्रतिरक्षा प्रणाली (इम्यून सिस्टम)। प्रयोगशाला विधि से पैदा हुए बछड़ों में प्रतिरक्षा रक्षा और सूजन (इंफ्लेमेशन) से संबंधित जीनों की बढ़ी हुई सक्रियता देखी गई। सबसे मजबूत प्रमाण गुणसूत्र 23 (क्रोमोसोम 23) पर एक विशिष्ट क्षेत्र की ओर इशारा करता था, जो डीएनए का एक ऐसा हिस्सा है जिसे 'बोवाइन मेजर हिस्टोकेम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स' के रूप में जाना जाता है। यह क्षेत्र शरीर को बाहरी हमलावरों को पहचानने में मदद करने की अपनी भूमिका के लिए प्रसिद्ध है। लैब से आए बछड़ों में, इस क्षेत्र के जीन, जिनमें वे भी शामिल हैं जो संक्रमण से लड़ने और प्रतिरक्षा कोशिकाओं को नियंत्रित करने में मदद करते हैं, पास के आनुवंशिक वेरिएंट द्वारा कड़ाई से नियंत्रित थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस क्षेत्र में डीएनए के कुछ संस्करण प्रतिरक्षा संबंधी जीनों के काफी उच्च या निम्न स्तर से जुड़े थे। कोशिका संचार और एंटीबॉडी के परिवहन में शामिल अन्य जीन भी इसी तरह के पैटर्न दिखाते हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि भ्रूण के निर्माण के तरीके ने बछड़े की प्रतिरक्षा प्रणाली को एक स्थायी रूप से ट्यून (समायोजित) कर दिया होगा।

अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि ये निष्कर्ष बछड़े के अपने स्वयं के जीन और उसके प्रारंभिक विकास के बीच की अंतःक्रिया के विशिष्ट हैं। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि हालांकि उन्हें डीएनए और जीन गतिविधि के बीच मजबूत संबंध मिले, लेकिन तस्वीर जटिल है। गुणसूत्र 23 वाला क्षेत्र अत्यधिक परिवर्तनशील और जीनों से भरा हुआ माना जाता है, जिससे यह सटीक रूप से पता लगाना कठिन हो जाता है कि कौन सा एकल परिवर्तन इस प्रभाव का कारण है। इसके अलावा, क्योंकि अध्ययन में जानवरों की अपेक्षाकृत कम संख्या का उपयोग किया गया था, इसलिए परिणामों को अंतिम प्रमाण के बजाय एक मजबूत संकेत के रूप में देखा जाना चाहिए। टीम का सुझाव है कि प्रयोगशाला वातावरण ने डीएनए पर रासायनिक स्विचों, या एपिजेनेटिक निशानों को बदल दिया होगा, जिसने बदले में यह बदल दिया कि प्रतिरक्षा प्रणाली के जीन बछड़े के अपने आनुवंशिक कोड के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। इसका मतलब यह नहीं है कि बछड़े अस्वस्थ हैं, बल्कि यह है कि उनकी जैविक प्रोग्रामिंग को इस तरह से बदला गया है जो उनके बड़े होने पर उनके पर्यावरण के साथ बातचीत करने के तरीके को प्रभावित कर सकता है।

अंततः, यह शोध एक नया दृष्टिकोण प्रदान करता है कि कैसे सहायता प्राप्त प्रजनन तकनीकें पशुधन के जीव विज्ञान को आकार देती हैं। कई ऊतकों में आनुवंशिक वेरिएंट और जीन गतिविधि के बीच के संबंध का मानचित्र बनाकर, वैज्ञानिकों ने उन संभावित जीनों की पहचान की है जो यह समझा सकते हैं कि क्यों अलग-अलग मूल के बछड़े आणविक स्तर पर अलग व्यवहार करते हैं। यह कार्य सुझाव देता है कि भ्रूण का प्रारंभिक वातावरण न केवल उसके तत्काल विकास को प्रभावित करता है, बल्कि एक नियामक छाप भी छोड़ सकता है जो वयस्कता तक बनी रहती है, विशेष रूप से उन प्रणालियों में जो प्रतिरक्षा और चयापचय का प्रबंधन करती हैं। जैसे-जैसे प्रजनन कार्यक्रम इन तकनीकों पर निर्भर करते रहेंगे, यह समझना महत्वपूर्ण होगा कि ये सूक्ष्म आणविक अंतर क्या भविष्य में रोग प्रतिरोधक क्षमता या उत्पादकता में वास्तविक दुनिया के अंतर में परिवर्तित होते हैं। ये निष्कर्ष भविष्य के अध्ययनों के लिए एक आधार प्रदान करते हैं जिन्हें बड़े समूहों में इन पैटर्न की पुष्टि करने और यह पता लगाने की आवश्यकता होगी कि क्या ये आणविक बदलाव वास्तविक दुनिया के रोग प्रतिरोधक क्षमता या उत्पादकता में अंतर में तब्दील होते हैं।