Genome-wide identification of the PSK family and the association between SlPSK7 and auxin signaling in tomato
यह अध्ययन टमाटर में आठ PSK परिवार के जीनों की पहचान करता है और प्रदर्शित करता है कि SlPSK7 फल बनने (फ्रूट सेट) के दौरान ऑक्सिन सिग्नलिंग के एक सकारात्मक नियामक के रूप में कार्य करता है, जो ARF जीनों पर अभिव्यक्ति पैटर्न और नियामक प्रभावों के माध्यम से ऑक्सिन प्रतिक्रियाओं के समानांतर है।
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पौधों में तंत्रिका तंत्र नहीं होता, फिर भी वे निरंतर संवाद करते हैं। वे कोशिकाओं को यह बताने के लिए रासायनिक संकेत भेजते हैं कि कब विभाजित होना है, कब खिंचना है और कब बढ़ना बंद करना है। इनमें से एक संकेत फाइटोसल्फोकिन (phytosulfokine) नामक एक छोटा अणु है, जो अमीनो एसिड की एक छोटी श्रृंखला है जो एक संदेशवाहक की तरह कार्य करता है, जो विकास को समन्वित करने और तनाव के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया में मदद करने के लिए कोशिकाओं के बीच यात्रा करता है। एक अन्य महत्वपूर्ण संकेत ऑक्सिन (auxin) है, जो एक हार्मोन है जो पौधे के आकार के विकास को निर्देशित करता है और टमाटर जैसी फल देने वाली फसलों में, यह निर्धारित करता है कि क्या एक फूल फल में बदलेगा या बस झड़ जाएगा। जब टमाटर का फूल परागण (pollination) के बाद होता है, तो ऑक्सिन का स्तर बढ़ जाता है, जो अंडाशय (ovary) को फल के रूप में विकसित होने के लिए शुरू करने का आदेश भेजता है। यदि यह संकेत बहुत कमजोर या अनुपस्थित है, तो फूल झड़ जाता है, और कोई फल नहीं बनता। इन विभिन्न रासायनिक संदेशवाहकों के आपस में बात करने के तरीके को समझना फसल की पैदावार में सुधार के लिए आवश्यक है, विशेष रूप से एक ऐसी दुनिया में जहाँ खाद्य सुरक्षा विश्वसनीय कटाई पर निर्भर करती है।
हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, चीन के लुडोंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने टमाटर के पौधे में फाइटोसल्फोकिन बनाने के लिए जिम्मेदार जीनों के परिवार का मानचित्र तैयार करने और यह देखने के लिए कि इस परिवार का एक विशिष्ट सदस्य टमाटर में फल बनने के दौरान ऑक्सिन प्रणाली के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है। उन्होंने टमाटर के संपूर्ण जीनोम (जीन के निर्देशों का पूरा सेट) को स्कैन करके शुरुआत की ताकि इस पेप्टाइड हार्मोन को कोड करने वाले प्रत्येक जीन को खोजा जा सके। उन्होंने आठ अलग-अलग जीन पहचाने, जिन्हें उन्होंने SlPSK1 से SlPSK7 तक नाम दिया, जिसमें SlPSK3L नामक एक निकट संबंधी संस्करण भी शामिल है। ये जीन पौधे के भीतर सात अलग-अलग गुणसूत्रों (chromosomes) में बिखरे हुए हैं। शोधकर्ताओं ने आलू, चावल और अरेबिडोप्सिस (Arabidopsis) नामक एक छोटे खरपतवार में समान जीनों की तुलना करके इन जीनों के विकासवादी इतिहास की जांच की। उन्होंने पाया कि टमाटर के जीन आलू के जीनों से सबसे अधिक निकटता से संबंधित हैं, जो नाइटशेड (nightshade) परिवार के भीतर उनके साझा वंश को दर्शाते हैं। इस विश्लेषण ने पुष्टि की कि ये जीन लाखों वर्षों के विकास के दौरान संरक्षित रहे हैं, जो यह सुझाव देता है कि वे पौधे के लिए महत्वपूर्ण, अपरिवर्तनीय कार्य करते हैं।
टीम ने यह भी जांचा कि ये आठ जीन कहाँ और कब सक्रिय होते हैं। उन्होंने पाया कि जबकि कुछ जीन जड़ों या पत्तियों में सक्रिय होते हैं, एक विशिष्ट जीन, SlPSK7, अलग व्यवहार करता है। यह फूल खिलने से ठीक पहले फूलों की कलियों में अत्यधिक सक्रिय होता है, लेकिन पौधे के अन्य हिस्सों में उतना नहीं। इस पैटर्न ने सुझाव दिया कि SlPSK7 फूल के फल बनने के निर्णय लेने के क्षण में एक विशेष भूमिका निभा सकता है। इस विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने टमाटर के पौधों को विभिन्न रासायनिक नियामकों के साथ उपचारित किया। उन्होंने ऑक्सिन का एक सिंथेटिक संस्करण, एक रसायन जो ऑक्सिन की गति को रोकता है, और एक रसायन लगाया जो पौधे को एथिलीन (ethylene) बनाने से रोकता है, जो अक्सर ऑक्सिन के साथ प्रतिस्पर्धा करने वाला एक अन्य हार्मोन है। जब उन्होंने ऑक्सिन के स्तर को बढ़ाया या एथिलीन के स्तर को कम किया, तो SlPSK7 जीन की गतिविधि बढ़ गई। इसके विपरीत, जब उन्होंने ऑक्सिन की गति को बाधित किया, तो SlPSK7 की गतिविधि कम हो गई। इसने एक स्पष्ट संबंध दिखाया: यह जीन सीधे तौर पर ऑक्सिन की उपस्थिति के प्रति प्रतिक्रिया करता है, और फल के विकास के संकेत के मजबूत होने पर सक्रिय हो जाता है।
यह समझने के लिए कि SlPSK7 वास्तव में पौधे को कैसे प्रभावित करता है, शोधकर्ताओं ने प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की जहाँ उन्होंने फूलों की कलियों में इस जीन की मात्रा को कृत्रिम रूप से बदल दिया। उन्होंने फूलों के अंडाशय में सीधे आनुवंशिक सामग्री इंजेक्ट करने की विधि का उपयोग किया, जिससे वे या तो जीन की गतिविधि को बढ़ा सके या इसे पूरी तरह से शांत (silence) कर सके। जब उन्होंने SlPSK7 की गतिविधि बढ़ाई, तो उन्होंने ARFs नामक जीनों के एक समूह की गतिविधि में नाटकीय वृद्धि देखी, जो ऑक्सिन संकेत के प्राथमिक चालक के रूप में जाने जाते हैं। एक विशिष्ट मामले में, ARF7 जीन की गतिविधि सामान्य से लगभग छह गुना अधिक हो गई। जब उन्होंने SlPSK7 को शांत किया, तो इन समान ARF जीनों की गतिविधि काफी गिर गई, जो अपने सामान्य स्तर के लगभग एक-तिहाई तक आ गई। यह सुझाव देता है कि SlPSK7 एक स्विच के रूप में कार्य करता है जो उस ऑक्सिन मशीनरी को चालू करने में मदद करता है जो फल के जमने (set) के लिए आवश्यक है।
इस अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह प्रणाली कैसे काम करती है, इसके बारे में एक आश्चर्यजनक विवरण। आमतौर पर, जब एक पौधा अपने विकास संकेतों को सक्रिय करता है, तो वह एक "ब्रेक" प्रोटीन जिसे IAA9 कहा जाता है, भी उत्पन्न करता है ताकि संकेत को बहुत मजबूत होने से रोका जा सके। शोधकर्ता उम्मीद कर रहे थे कि SlPSK7 को बढ़ाने से इस ब्रेक का स्तर कम हो जाएगा। इसके बजाय, उन्होंने पाया कि जब SlPSK7 सक्रिय था, तो ब्रेक प्रोटीन भी बढ़ गया। यह सुझाव देता है कि पौधे के पास एक जटिल फीडबैक लूप हो सकता है जहाँ वह विकास प्रक्रिया को सूक्ष्म रूप से नियंत्रित करने के लिए त्वरक (accelerator) और ब्रेक दोनों को एक साथ चलाता है, यह सुनिश्चित करता है कि फल बिना नियंत्रण से बाहर हुए सही ढंग से विकसित हो। हालांकि शोधकर्ता अभी तक यह साबित नहीं कर सके कि SlPSK7 इन परिवर्तनों को करने के लिए अन्य प्रोटीनों को भौतिक रूप से छूता है, साक्ष्य दृढ़ता से संकेत देते हैं कि यह एक सकारात्मक नियामक है, एक सहायक जो ऑक्सिन पथ का समर्थन करता है।
ये निष्कर्ष टमाटर के फूल के भीतर होने वाली आणविक बातचीत की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करते हैं। SlPSK7 को एक प्रमुख खिलाड़ी के रूप में पहचानने के माध्यम से, जो ऑक्सिन के साथ मिलकर काम करता है, यह अध्ययन उन वैज्ञानिकों के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करता है जो टमाटर में फल उत्पादन में सुधार करना चाहते हैं। यदि किसान या ब्रीडर्स इस जीन को नियंत्रित करना सीख जाते हैं, तो वे अधिक फूलों को फल में बदलने के लिए प्रोत्साहित कर सकते हैं, यहाँ तक कि उन स्थितियों में भी जहाँ परागण कठिन हो। शोध यह दावा नहीं करता है कि उसने फल उत्पादन की समस्या को हल कर लिया है, लेकिन इसने सफलतापूर्वक एक महत्वपूर्ण हिस्से का मानचित्र तैयार किया है, यह दिखाते हुए कि कैसे एक छोटा पेप्टाइड हार्मोन फूल के फल बनने के जटिल निर्णय को समन्वित करने में मदद करता है।
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