Genetic architecture of soluble arabinoxylan fibre in elite genotypes of bread wheat revealed by genome-wide association analysis
इस अध्ययन ने जल-घुलनशील एराबिनोक्सिलान (water-extractable arabinoxylan) की मात्रा को नियंत्रित करने वाले सात आनुवंशिक लोकी (loci) की पहचान करने के लिए 384 उत्कृष्ट यूके गेहूं के जीनोटाइप पर जीनोम-व्यापी जुड़ाव विश्लेषण (genome-wide association analysis) का उपयोग किया, जिसमें गुणसूत्र 1B और 6B पर प्रमुख स्थिर प्रभाव शामिल हैं, जो यह प्रदर्शित करता है कि मौजूदा अनुकूल एलील्स (alleles) को पिरामिडिंग के माध्यम से उन्नत घुलनशील आहार फाइबर प्राप्त करना संभव है।
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अधिकांश लोग जानते हैं कि फाइबर खाना उनके लिए अच्छा है। यह पाचन तंत्र को सुचारू रखने में मदद करता है, हृदय रोग के जोखिम को कम करता है, और रक्त शर्करा के स्तर को स्थिर रखता है। फिर भी, इन ज्ञात लाभों के बावजूद, कई लोग पर्याप्त मात्रा में फाइबर का सेवन नहीं करते हैं। इस कमी का एक प्रमुख कारण यह है कि दुनिया का सबसे लोकप्रिय गेहूं उत्पाद, सफेद ब्रेड, गेहूं के उस हिस्से से बना होता है जिससे लगभग सारा फाइबर निकाल दिया गया है। मिलिंग प्रक्रिया के दौरान, गेहूं के दाने की बाहरी परतों को, जो फाइबर से भरपूर होती हैं, हटा दिया जाता है ताकि पीछे केवल नरम, स्टार्च वाला केंद्र बच सके जिसका उपयोग सफेद आटे के लिए किया जाता है। जबकि होल-ग्रेन (साबुत अनाज) ब्रेड इस फाइबर को बरकरार रखती है, अधिकांश उपभोक्ता सफेद ब्रेड की बनावट और स्वाद को पसंद करते हैं। यह लोगों द्वारा खाए जाने वाले भोजन और स्वास्थ्य विशेषज्ञों द्वारा अनुशंसित आहार के बीच एक अंतर पैदा करता है।
वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि गेहूं में अरबिनोक्सिलन (arabinoxylan) नामक एक विशिष्ट प्रकार का फाइबर होता है, जो अनाज की कोशिका भित्ति (cell walls) में पाया जाता है। इस फाइबर का एक विशेष रूप जो पानी में घुलनशील (water-extractable) है, अत्यंत स्वास्थ्यवर्धक है, जिसका अर्थ है कि यह पानी में घुल सकता है और हमारे पेट के बैक्टीरिया द्वारा आसानी से किण्वित (fermented) किया जा सकता है। चुनौती यह थी कि सफेद आटे में इस लाभकारी फाइबर की मात्रा को बिना उसके स्वाद या बनावट को बदले कैसे बढ़ाया जाए। वर्षों से, शोधकर्ताओं को संदेह था कि गेहूं के पौधे के भीतर के जीन यह नियंत्रित करते हैं कि इस फाइबर का उत्पादन कितनी मात्रा में होगा। हालांकि, सटीक आनुवंशिक निर्देश स्पष्ट नहीं थे, और यह भी ज्ञात नहीं था कि आधुनिक गेहूं की किस्में, जिन्हें उच्च उपज और रोग प्रतिरोधक क्षमता के लिए विकसित किया गया है, क्या अभी भी अधिक फाइबर उत्पादन की आनुवंशिक क्षमता रखती हैं।
यूनाइटेड किंगडम के जॉन इनेस सेंटर और रोथमस्टेड रिसर्च के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस पहेली को सुलझाने का बीड़ा उठाया। उन्होंने 384 उत्कृष्ट गेहूं की किस्मों का एक बड़ा संग्रह एकत्र किया, जो वाणिज्यिक ब्रीडरों द्वारा उपयोग की जाने वाली सबसे उन्नत और बेहतरीन लाइनों का प्रतिनिधित्व करती हैं। ये जंगली या प्राचीन अनाज नहीं थे, बल्कि आधुनिक किस्में थीं जिन्हें यूके के खेतों में उगाया जाता है। टीम ने इन किस्मों को दो अलग-अलग स्थानों पर उगाया ताकि यह देखा जा सके कि पर्यावरण फाइबर की मात्रा को कैसे प्रभावित करता है। उन्होंने अनाज को होलमील आटे में पीसा और पानी में घुलनशील अरबिनोक्सिलन की मात्रा को मापा। चूंकि होलमील आटे में फाइबर की मात्रा सफेद आटे में मौजूद मात्रा से मजबूती से जुड़ी होती है, इसलिए इस माप ने अंतिम सफेद ब्रेड उत्पाद में पाए जाने वाले फाइबर के लिए एक विश्वसनीय मानक के रूप में कार्य किया।
परिणामों ने दिखाया कि इन आधुनिक गेहूं की लाइनों के बीच फाइबर की मात्रा में एक विस्तृत श्रृंखला थी। कुछ किस्मों में अन्य की तुलना में काफी अधिक लाभकारी फाइबर था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि उच्च फाइबर की आनुवंशिक क्षमता अभी भी उत्कृष्ट प्रजनन सामग्री के भीतर मौजूद है। इसके बाद शोधकर्ताओं ने एक शक्तिशाली जेनेटिक स्कैनिंग तकनीक का उपयोग किया ताकि गेहूं के डीएनए में उन विशिष्ट स्थानों की तलाश की जा सके जो इन अंतरों से जुड़े थे। पौधों की आनुवंशिक संरचना की उनके फाइबर माप के साथ तुलना करके, उन्होंने गेहूं के गुणसूत्रों (chromosomes) पर सात विशिष्ट स्थानों की पहचान की जो पानी में घुलनशील अरबिनोक्सिलन की मात्रा को नियंत्रित करते हैं।
इनमें से दो स्थान वैज्ञानिकों द्वारा पहले से ही ज्ञात थे, जो गुणसूत्र 1B और 6B पर स्थित हैं। अध्ययन ने पुष्टि की कि ये फाइबर की मात्रा के प्रमुख चालक हैं। हालांकि, इस शोध ने आगे बढ़ते हुए गुणसूत्र 3A, 5B और 7A पर पांच अतिरिक्त स्थानों का भी पता लगाया जो भूमिका निभाते हैं, हालांकि उनका प्रभाव छोटा है और कभी-कभी बढ़ने की स्थितियों पर निर्भर करता है। गुणसूत्र 6B पर सबसे महत्वपूर्ण खोज 'PER1' नामक एक जीन से जुड़ी थी। यह जीन एक स्विच की तरह काम करता है जो फाइबर के धागों के आपस में जुड़ने की मजबूती को नियंत्रित करता है। जब यह जीन एक विशिष्ट तरीके से काम करता है, तो लिंक कमजोर होते हैं, जिससे अधिक फाइबर पानी में घुलने और हमारे शरीर द्वारा उपयोग किए जाने के लिए उपलब्ध हो जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस जीन के सबसे अच्छे संस्करण पहले से ही अध्ययन की गई आधुनिक गेहूं की किस्मों में मौजूद थे।
अध्ययन ने इन पाए गए जीनों को समझने के लिए अन्य जीनों का भी विश्लेषण किया कि वे क्या कर रहे हैं। गुणसूत्र 5B पर एक जीन फाइबर बनाने के लिए आवश्यक शुगर ब्लॉक्स के निर्माण में शामिल प्रतीत हुआ। गुणसूत्र 1B पर एक अन्य जीन कोशिका भित्ति की संरचना को पुनर्गठित करने में मदद करता प्रतीत हुआ, जबकि 7A पर अन्य जीन फाइबर के निर्माण के बाद उसमें संशोधन करने से जुड़े थे। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पाया कि इन जीनों के लाभकारी संस्करण स्थिर नहीं थे; वे अभी भी ब्रीडिंग लाइनों के भीतर आपस में मिल और मिल रहे थे। इसका अर्थ यह है कि ब्रीडरों को जंगली रिश्तेदारों से नए जीन खोजने की आवश्यकता नहीं है, जो कभी-कभी कम उपज जैसे अवांछित लक्षण ला सकते हैं। इसके बजाय, वे बस मौजूदा गेहूं की लाइनों का चयन कर सकते हैं जिनमें इन प्राकृतिक फाइबर-बढ़ाने वाले जीनों का सबसे अच्छा संयोजन मौजूद है।
जब शोधकर्ताओं ने इन जीनों के प्रभावों को संयोजित किया, तो उन्हें एक स्पष्ट पैटर्न दिखाई दिया। जिन गेहूं की लाइनों में इन अनुकूल जीनों के अधिक संस्करण थे, उनमें पानी में घुलनशील फाइबर का स्तर लगातार बढ़ता गया। अध्ययन में सबसे आशाजनक लाइनें, जिनमें इन अनुकूल जीन संस्करणों में से छह मौजूद थे, उनमें उन लाइनों की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत अधिक लाभकारी फाइबर था जिनमें इनमें से एक भी नहीं था। यह सुझाव देता है कि इन प्राकृतिक आनुवंशिक लाभों को एक साथ जोड़कर, ब्रीडर ऐसी नई गेहूं की किस्में विकसित कर सकते हैं जो काफी उच्च फाइबर सामग्री वाले सफेद आटे का उत्पादन करती हैं।
इस कार्य के निहितार्थ व्यावहारिक और तत्काल हैं। यह प्रदर्शित करता है कि दुनिया के सबसे लोकप्रिय मुख्य खाद्य पदार्थ की पोषण गुणवत्ता में सुधार करने के लिए गेहूं के पौधे के पूर्ण परिवर्तन या उपभोक्ता आदतों में बदलाव की आवश्यकता नहीं है। सफेद ब्रेड को स्वस्थ बनाने के लिए आनुवंशिक उपकरण पहले से ही प्रमुख बीज कंपनियों के ब्रीडिंग कार्यक्रमों में मौजूद हैं। इस अध्ययन में पहचाने गए जेनेटिक मार्कर्स का उपयोग करके, ब्रीडर अब इन उच्च-फाइबर गुणों के लिए सटीकता के साथ चयन कर सकते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि गेहूं की अगली पीढ़ी उन गुणों से समझौता किए बिना बेहतर स्वास्थ्य लाभ प्रदान करे जो सफेद ब्रेड को लोकप्रिय बनाते हैं। यह दृष्टिकोण जनसंख्या में फाइबर के सेवन को बढ़ाने का एक स्केलेबल तरीका प्रदान करता है, जिससे एक सामान्य खाद्य पदार्थ को सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए एक अधिक शक्तिशाली उपकरण में बदला जा सकता है।
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