Evolutionary Retention and Composition-Aware Analysis of a Triplicated N-terminal Repeat in Arabidopsis FLK
यह अध्ययन प्रकट करता है कि एराबिडोप्सिस (Arabidopsis) FLK प्रोटीन के N-टर्मिनल क्षेत्र में असामान्य, सटीक तीन गुना 8-अवशेष पुनरावृत्ति एक वंश-सीमित (lineage-restricted) संरचनात्मक विशेषता है जो केवल स्थानीय अमीनो एसिड संरचना के आधार पर सांख्यिकिक रूप से असंभव है, जो बल्क संरचना के परे सटीक अवशेष क्रम की एक संभावित कार्यात्मक भूमिका का सुझाव देती है।
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पौधे, सभी जीवित चीजों की तरह, अपने विकास को सटीकता के साथ समयबद्ध करने के लिए बाध्य हैं। जंगली सरसों के पौधे एराबिडोप्सिस थैलियाना (Arabidopsis thaliana) में, FLK नामक एक विशिष्ट प्रोटीन एक आणविक ब्रेक (molecular brake) के रूप में कार्य करता है, जो यह तय करने में मदद करता है कि पौधे को कब पत्तियां उगाना बंद कर देना चाहिए और फूल पैदा करना शुरू करना चाहिए। यह प्रोटीन RNA से जुड़कर काम करता है, जो वह अणु है जो DNA से निर्देशों को ले जाने वाला संदेशवाहक है, और उन निर्देशों को सही ढंग से संसाधित करने में मदद करता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि सामान्य पुष्पन (flowering) के लिए FLK आवश्यक है, लेकिन इस प्रोटीन के बिल्कुल शुरुआत में एक विचित्र खंड भी है। यह खंड अमीनो एसिड की एक लंबी, लचीली श्रृंखला से बना है जो एक सख्त आकार में नहीं मुड़ता, यह एक प्रकार की संरचना है जो अक्सर उन प्रोटीनों में पाई जाती है जिन्हें लचीलेपन की आवश्यकता होती है। इस लचीले क्षेत्र के भीतर, पौधे का जेनेटिक कोड आठ बिल्डिंग ब्लॉक्स (building blocks) की एक विशिष्ट स्ट्रिंग को लगातार तीन बार दोहराता है, जो आपस में बिल्कुल समान हैं।
दशकों तक, इस दोहराव वाले पैटर्न को वैज्ञानिक साहित्य में दर्ज किया गया था लेकिन इसे काफी हद तक बिना जांचे ही छोड़ दिया गया। शोधकर्ता जानते थे कि यह मौजूद है, लेकिन वे यह नहीं जानते थे कि यह विकास का एक यादृच्छिक दुर्घटना (random accident) है या उन अक्षरों का सटीक क्रम प्रोटीन के कार्य के लिए महत्वपूर्ण है। प्रश्न सरल लेकिन उत्तर देने में कठिन था: क्या यह तिहरा दोहराव एक कार्यात्मक डिजाइन है, या यह केवल वही है जो तब होता है जब आप ताश की गड्डी को मिलाते हैं जिसमें कई समान कार्ड होते हैं? सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी की ह्यूनजे यांग द्वारा एक नया विश्लेषण इस विशिष्ट अनुक्रम (sequence) की पुनरावृत्ति करता है ताकि यह निर्धारित किया जा सके कि यह पैटर्न पौधे के लिए अद्वितीय है या यह संयोग से उत्पन्न हो सकता है।
अध्ययन की शुरुआत एराबिडोप्सिस FLK प्रोटीन के जेनेटिक ब्लूप्रिंट पर एक नई, सावधानीपूर्वक नज़र डालने से हुई। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि आठ-अक्षर वाले अनुक्रम की तीन प्रतियां प्रोटीन की लचीली, असंरचित पूंछ में एक-दूसरे के ठीक बगल में स्थित हैं। यह समझने के लिए कि क्या यह व्यवस्था विशेष है, उन्होंने एराबिडोप्सिस संस्करण की तुलना सरसों परिवार के करीबी रिश्तेदारों से लेकर चावल जैसी दूर की प्रजातियों तक, अन्य पौधों में पाए जाने वाले बाईस समान प्रोटीनों के साथ की। उन्होंने पाया कि पूर्ण तिहरा दोहराव केवल एराबिडोप्सिस के निकटतम रिश्तेदारों द्वारा साझा की गई एक विशेषता है। जैसे-जैसे उन्होंने अधिक दूर के पौधों को देखा, पैटर्न टूटने लगा। कुछ रिश्तेदारों में, एक या दो प्रतियां बनी रहीं, लेकिन वे थोड़ी बदल गईं। चावल सहित अधिक दूर के पौधों में, पूर्ण तिहरा दोहराव पूरी तरह से गायब हो गया, और इसकी जगह अक्षरों का एक उलझा हुआ मिश्रण आ गया जो मूल पैटर्न जैसा नहीं दिखता था। यह सुझाव देता है कि सटीक तीन-प्रति (three-copy) संरचना एक हालिया विकासवादी लक्षण है, जो पौधों की एक विशिष्ट वंशावली में संरक्षित है।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह पैटर्न शुद्ध भाग्य से हो सकता है, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर सिमुलेशन का सहारा लिया। उन्होंने एक मौलिक प्रश्न पूछा: यदि आप इस प्रोटीन के इस खंड को बनाने वाले सभी बिल्डिंग ब्लॉक्स को लेते हैं और उन्हें यादृच्छिक रूप से इधर-उधर घुमाते हैं (shuffle करते हैं), जबकि प्रत्येक प्रकार के बिल्डिंग ब्लॉक की कुल संख्या को बिल्कुल समान रखते हैं, तो आप कितनी बार गलती से लगातार तीन समान आठ-अक्षर वाली स्ट्रिंग्स बना लेंगे? उन्होंने एक मिलियन बार यह शफलिंग प्रयोग चलाया। परिणाम आश्चर्यजनक रूप से दुर्लभ था। वास्तविक प्रोटीन में, तीन पूर्ण प्रतियां मौजूद हैं। एक मिलियन रैंडम शफल्स में, यह पैटर्न केवल दो बार दिखाई दिया। यहाँ तक कि जब शोधकर्ताओं ने स्थानीय रासायनिक वातावरण को समान रखने के लिए अक्षरों को छोटे टुकड़ों में शफल किया, तब भी तिहरा दोहराव एक चरम आउटलायर (extreme outlier) बना रहा, जो केवल कुछ ही बार दिखाई दिया। यह सांख्यिकीय दुर्लभता इंगित करती है कि यह व्यवस्था प्रोटीन की रासायनिक संरचना का सरल परिणाम नहीं है; अक्षरों का सटीक क्रम इस तरह संरक्षित है जिसे यादृच्छिक संयोग आसानी से नहीं समझा सकता।
शोधकर्ता यह स्पष्ट करने में सावधान रहे कि उनके निष्कर्ष क्या सिद्ध नहीं करते हैं। उन्होंने यह नहीं दिखाया कि यह दोहराव वाला पैटर्न एक कार्यात्मक उपकरण है जो प्रोटीन को तरल बूंदों (liquid droplets) में अलग होने के लिए प्रेरित करता है या यह किसी विशिष्ट लक्ष्य के साथ उच्च सटीकता के साथ बंधता है। उन्होंने यह भी दावा नहीं किया कि प्राकृतिक चयन ने इस पैटर्न को किसी विशिष्ट उद्देश्य के लिए सक्रिय रूप से अनुकूलित किया है। इसके बजाय, अध्ययन यह स्थापित करता है कि यह वास्तुकला इस विशिष्ट पौधे की वंशावली की एक पुनरुत्पादनीय (reproducible) और असामान्य विशेषता है। तथ्य यह है कि रैंडम स्थितियों के तहत पैटर्न इतना दुर्लभ है, फिर भी करीबी रिश्तेदारों में इतना सुसंगत है, यह सुझाव देता है कि इन अमीनो एसिड का सटीक क्रम इस क्षेत्र के सामान्य रासायनिक गुणों से परे एक जैविक महत्व रख सकता है। लेखक का प्रस्ताव है कि भविष्य के प्रयोगों को इन अक्षरों के क्रम को बदलना चाहिए जबकि रासायनिक सामग्री को समान रखा जाए, ताकि यह देखा जा सके कि क्या प्रोटीन अभी भी काम करता है। जब तक ऐसे परीक्षण नहीं किए जाते, तब तक यह तिहरा दोहराव पौधे के जेनेटिक कोड में एक आकर्षक, अत्यधिक संरक्षित रहस्य बना हुआ है, जो समझने की प्रतीक्षा कर रहा है।
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