Phenotypic Discrimination of Routinely Identified Haploid and Diploid Sweet Corn Seedlings Using Multivariate Classification
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि प्रारंभिक अंकुर फेनोटाइपिक लक्षणों, जिसमें शूट विकास, जड़ की संरचना और रंध्र संबंधी विशेषताएं शामिल हैं, का बहुभिन्नरूपी विश्लेषण, डबलड हैप्लोइड प्रजनन कार्यक्रमों को सहायता प्रदान करने के लिए नियमित रूप से पहचाने जाने वाले हैप्लोइड और डिप्लोइड स्वीट कॉर्न (मक्का) के पौधों के बीच प्रभावी ढंग से अंतर कर सकता है।
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पादप प्रजनन (प्लांट ब्रीडिंग) की दुनिया में, गति अक्सर सबसे मूल्यवान मुद्रा होती है। दशकों से, किसान और वैज्ञानिक नई फसल की किस्में बनाने के लिए "डबल्ड हैप्लोइड" (doubled haploid) तकनीक नामक एक विधि पर भरोसा करते आए हैं। यह प्रक्रिया प्रजननकर्ताओं को एक ही जनक की आनुवंशिक रूप से समान प्रतियां बनाने की अनुमति देती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि मिठास या रोग प्रतिरोधक क्षमता जैसे वांछित गुण स्थायी रूप से सुरक्षित रहें। हालांकि, इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण बाधा है: एक हैप्लोइड इंड्यूसर लाइन के साथ एक विशिष्ट क्रॉस के बाद, बनने वाले बीज दो प्रकार के मिश्रण होते हैं। कुछ वांछित एकल-सेट गुणसूत्र (हैप्लोइड) होते हैं, जबकि अन्य अवांछित दोहरे-सेट गुणसूत्र (डिप्लोइड) होते हैं जिन्हें उपचार विफल होने के कारण हटाया नहीं जा सका। यह पहचानना मुश्किल है कि कौन सा बीज कौन सा है क्योंकि वे नग्न आंखों से लगभग एक जैसे दिखते हैं, और गलत तरीके से उन्हें छाँटने से समय और पैसा बर्बाद होता है। यदि कोई ब्रीडर गलती से डिप्लोइड पौधे के गुणसूत्रों को दोगुना कर देता है, तो उसने केवल एक मानक पौधा बना दिया है जो पारंपरिक प्रजनन की तुलना में कोई लाभ नहीं देता, जिससे महंगी मेहनत बेकार हो जाती है।
इस समस्या को हल करने के लिए, नेशनल पिंटुंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी और हसनुद्दीन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने स्वयं पौधों के अंकुरों (सीडलिंग्स) की ओर ध्यान आकर्षित किया। उन्होंने परिकल्पना की कि भले ही बीज एक जैसे दिखते हों, लेकिन उनसे उगने वाले नन्हे पौधे सूक्ष्म भौतिक सुराग रख सकते हैं जो उनकी आनुवंशिक पहचान प्रकट कर सकें। उन्होंने पौधों की ऊंचाई और पत्तियों की चौड़ाई से लेकर पत्ती की सतह पर कोशिकाओं के सूक्ष्म विवरणों तक, विशेषताओं की एक विस्तृत श्रृंखला को मापकर, यह खोजने का प्रयास किया कि बिना किसी महंगे प्रयोगशाला उपकरण के दोनों समूहों के बीच अंतर करने का एक विश्वसनीय तरीका क्या हो सकता है। उनका काम स्वीट कॉर्न (मीठी मक्का) पर केंद्रित था, जो एक उच्च-मूल्य वाली फसल है जहाँ भुट्टे की गुणवत्ता महत्वपूर्ण होती है, और उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या सरल मापों का एक संयोजन वांछित एकल-सेट पौधों के लिए एक 'फिंगरप्रिंट' के रूपă में कार्य कर सकता है।
टीम ने एक ग्रीनहाउस में नियंत्रित क्रॉस से प्राप्त अंकुरों को उगाया, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक पौधे को समान पानी, प्रकाश और पोषक तत्व मिलें ताकि कोई भी देखा गया अंतर उनके पर्यावरण के बजाय उनके आनुवंशिकी के कारण हो। इसके बाद उन्होंने प्रत्येक अंकुर के लिए दस अलग-अलग लक्षणों को मापा। इनमें पौधे की ऊंचाई, पत्तियों की लंबाई और चौड़ाई, पत्तियों की संख्या, जड़ों की लंबाई, पार्श्व जड़ों (लैटरल रूट्स) की संख्या और पत्तियों में हरे रंग के पिगमेंट की मात्रा शामिल थी। उन्होंने पत्तियों की सूक्ष्म संरचनाओं का भी परीक्षण किया, जिसमें सांस लेने के लिए उपयोग किए जाने वाले छोटे छिद्रों (स्टोमेटा) की गिनती की और उनके आसपास की कोशिकाओं (गार्ड सेल्स) के आकार को मापा। जब उन्होंने पहले से ही हैप्लोइड के रूप में वर्गीकृत पौधों की तुलना डिप्लोइड पौधों से की, तो स्पष्ट पैटर्न उभर कर आए। पहचाने गए हैप्लोइड पौधे लगातार छोटे और कम ऊर्जावान थे। वे औसतन केवल 3.18 सेंटीमीटर की ऊंचाई तक बढ़े, जबकि डिप्लोइड पौधे औसतन 6.78 सेंटीमीटर तक पहुंचे। उनकी पत्तियां भी छोटी और संकरी थीं, और उनकी जड़ प्रणाली कम विकसित थी, जिसमें कम पार्श्व जड़ें और छोटी मुख्य जड़ें थीं।
सबसे आश्चर्यजनक अंतर पत्ती की सतह की सूक्ष्म दुनिया में पाए गए। हैप्लोइड पौधों में गार्ड सेल्स काफी छोटे थे, जिनका औसत आकार डिप्लोइड पौधों की तुलना में कम था। हालांकि, चूंकि ये कोशिकाएं छोटी थीं, इसलिए हैप्लोइड पौधे एक ही स्थान में अधिक संख्या में इन्हें समाहित कर सकते थे, जिसके परिणामस्वरूप स्टोमेटा की संख्या अधिक थी। डिप्लोइड पौधों में, बड़ी कोशिकाओं के साथ, प्रति इकाई क्षेत्र में कम स्टोमेटा थे। यह विपरीत संबंध—छोटी कोशिकाएं लेकिन अधिक संख्या में—हैप्लोइड समूह के लिए एक विशिष्ट शारीरिक हस्ताक्षर (एनाटॉमिकल सिग्नेचर) बनाता है। शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया कि हैप्लोइड पौधों में क्लोरोफिल की मात्रा थोड़ी अधिक थी, हालांकि यह लक्षण शारीरिक आकार के अंतर की तुलना में कम सुसंगत था।
इन कई मापों को समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया ताकि यह देखा जा सके कि लक्षण एक साथ कैसे काम करते हैं। उन्होंने पाया कि लक्षण स्वतंत्र रूप से भिन्न नहीं होते हैं; इसके बजाय, वे एक समन्वित पैकेज बनाते हैं। एक पौधा जो छोटा था, उसकी पत्तियां छोटी, संकरी और जड़ें भी छोटी होने की प्रवृत्ति रखती थीं। इससे यह संकेत मिला कि आनुवंशिक अंतर ने केवल एक विशिष्ट भाग को प्रभावित करने के बजाय पूरे पौधे के विकास को सामान्य रूप से धीमा कर दिया। कंप्यूटर विश्लेषण ने पुष्टि की कि पौधे की ऊंचाई, पत्ती की लंबाई, पत्ती की चौड़ाई और स्टोमेटा की संख्या का संयोजन दोनों समूहों के बीच स्पष्ट अंतर प्रदान करता है। जब शोधकर्ताओं ने केवल इन चार लक्षणों का उपयोग करके एक मॉडल का परीक्षण किया, तो इसने सभी दस मापों का उपयोग करने वाले अधिक जटिल मॉडलों के प्रदर्शन के बराबर उच्च सटीकता प्राप्त की। हालांकि, लेखक चेतावनी देते हैं कि चूंकि ये रैंकिंग अपेक्षाकृत छोटे डेटासेट से प्राप्त की गई हैं, इसलिए परिणामों को अन्वेषणात्मक माना जाना चाहिए और इसे एक निश्चित मानक के रूप में अपनाने से पहले बड़े, स्वतंत्र समूहों में पुष्टि की आवश्यकता है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि इन पौधों की पहचान करने के लिए ब्रीडरों को एक एकल, मापने में कठिन लक्षण पर निर्भर होने की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, कुछ आसानी से देखे जाने वाले लक्षणों का एक सरल संयोजन—पौधा कितना लंबा है, उसकी पत्तियां कितनी लंबी और चौड़ी हैं, और पत्ती के सांस लेने वाले छिद्रों की गिनती—वांछित हैप्लोइड अंकुरों को अवांछित डिप्लोइड्स से विश्वसनीय रूप से अलग कर सकता है। यह दृष्टिकोण स्वीट कॉर्न ब्रीडरों के लिए एक व्यावहारिक, कम लागत वाला उपकरण प्रदान करता है। प्रक्रिया के शुरुआती चरणों में इन दृश्य संकेतों का उपयोग करके, ब्रीडर गलत पौधों पर संसाधन बर्बाद करने से बच सकते हैं और बेहतर मक्का किस्मों के विकास में तेजी ला सकते हैं। हालांकि यह अध्ययन स्वीट कॉर्न की एक विशिष्ट सेट लाइनों पर किया गया था, लेकिन निष्कर्ष यह सुझाव देते हैं कि केवल एक विशेषता के बजाय पौधे के प्रारंभिक विकास की पूरी तस्वीर को देखना, आनुवंशिक पहचान की पहेली को सुलझाने का एक शक्तिशाली तरीका है।
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