The GT1-WRKY53-BZR1 module regulates blast resistance and grain size in rice

चावल के किसान हर सीजन में एक कठिन संतुलन बनाने की कोशिश करते हैं। उन्हें अपनी फसलों को बड़ी और भारी बनाने की आवश्यकता होती है ताकि वे बढ़ती दुनिया का पेट भर सकें, लेकिन उन्हें उन्हीं पौधों को उन बीमारियों के खिलाफ मजबूत खड़े रहने की भी आवश्यकता होती है जो पूरे खेतों को नष्ट कर सकती हैं। अक्सर, ये दोनों लक्ष्य एक-दूसरे के विपरीत काम करते हुए प्रतीत होते हैं। जब एक पौधा किसी संक्रमण से लड़ता है, तो वह उस ऊर्जा का उपयोग करता है जो बड़े अनाज बनाने में जा सकती थी, जिससे फसल कम हो जाती है। स्वास्थ्य बनाए रखने और बड़ा बढ़ने के बीच का यह समझौता कृषि की सबसे निरंतर चुनौतियों में से एक है। वैज्ञानिक लंबे समय से इस चक्र को तोड़ने का एक तरीका खोज रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे पौधे के अपने जीव विज्ञान में एक ऐसा स्विच पा सकें जो उन्हें एक साथ दोनों काम करने की अनुमति दे।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने चावल में एक विशिष्ट आनुवंशिक मॉड्यूल (genetic module) की खोज की जो इस समस्या को हल करता हुआ प्रतीत होता है। चीन और संयुक्त राज्य अमेरिका के संस्थानों के वैज्ञानिकों के नेतृत्व वाली टीम ने GT1 नामक प्रोटीन पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने पाया कि यह प्रोटीन एक सकारात्मक नियामक (positive regulator) के रूप में कार्य करता है, जिसका अर्थ है कि यह चावल ब्लास्ट (rice blast) नामक एक विनाशकारी कवक रोग के खिलाफ पौधे की रक्षा प्रणाली को सक्रिय करने में मदद करता है, और साथ ही अनाज को बड़ा होने के लिए प्रोत्साहित भी करता है। इस दोहरी सफलता की कुंजी इस बात में निहित है कि GT1 दो अन्य प्रोटीनों, WRKY53 और BZR1 के साथ कैसे काम करता है। ये तीन प्रोटीन पौधे की कोशिका के भीतर एक टीम बनाते हैं जो खतरों और विकास संकेतों दोनों के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया का समन्वय करती है।

शोधकर्ताओं ने चावल के पौधों में GT1 की मात्रा बदलकर यह परीक्षण करना शुरू किया कि क्या होता है। उन्होंने कुछ ऐसे पौधे बनाए जिनमें GT1 बनाने वाले जीन की अतिरिक्त प्रतियां थीं और अन्य जहाँ जीन को कम या हटा दिया गया था। जब उन्होंने इन पौधों को चावल ब्लास्ट कवक के संपर्क में लाया, तो परिणाम स्पष्ट थे। अतिरिक्त GT1 वाले पौधों ने सामान्य पौधों की तुलना में बीमारी का बेहतर प्रतिरोध किया, जिसमें संक्रमण के कम लक्षण दिखाई दिए। इसके विपरीत, कम GT1 वाले पौधे कवक के प्रति बहुत अधिक संवेदनशील हो गए। लेकिन कहानी केवल रोग प्रतिरोध क्षमता पर समाप्त नहीं हुई। अतिरिक्त GT1 वाले पौधों ने अपने सामान्य समकक्षों की तुलना में स्पष्ट रूप से बड़े अनाज भी पैदा किए। यह एक महत्वपूर्ण खोज थी क्योंकि इसने दिखाया कि इस एकल प्रोटीन को बढ़ाने से फसल के स्वास्थ्य और उपज दोनों में सुधार हो सकता है, जिससे वह सामान्य समझौता टूट जाता है जहाँ एक लाभ दूसरे की कीमत पर आता है।

यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, वैज्ञानिकों ने पौधे की कोशिकाओं के भीतर होने वाली आणविक अंतःक्रियाओं (molecular interactions) का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि GT1 भौतिक रूप से WRKY53 और BZR1 से जुड़ता है, जो दो अन्य प्रोटीन हैं जो ब्रासिनोस्टेरॉइड (brassinosteroid) नामक एक विशिष्ट विकास हार्मोन के प्रति पौधों की प्रतिक्रिया में शामिल हैं। यह हार्मोन पौधे के बढ़ने और पत्तियों के फैलने को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि ये तीन प्रोटीन एक जटिल इकाई के रूप में मिलकर काम करते हैं। उन्होंने इस टीम वर्क के मार्ग का पता लगाया कि यह किन जीनों को सक्रिय करता है। उन्होंने पाया कि GT1-WRKY53-BZR1 टीम सीधे WRKY45 नामक जीन को सक्रिय करती है, जो चावल ब्लास्ट से लड़ने के लिए एक मास्टर स्विच है। अध्ययन ने दिखाया कि GT1 और BZR1 सीधे WRKY45 जीन के DNA से जुड़कर इसे चालू करते हैं, जबकि WRKY53 इस प्रक्रिया को बढ़ावा देने में मदद करता है, भले ही वह स्वयं DNA से न जुड़े। WRKY45 का यह सक्रियण ही पौधे को कवक के खिलाफ मजबूत रक्षा शक्ति प्रदान करता है।

टीम ने यह भी जांचा कि यह समूह अनाज को बड़ा बनाने का प्रबंधन कैसे करता है। उन्होंने पाया कि जबकि अकेले BZR1 प्रोटीन ने अनाज के आकार को नहीं बदला, लेकिन GT1 और WRKY53 के संयोजन ने ऐसा किया। इन दोनों प्रोटीनों ने मिलकर BRI1 नामक दूसरे जीन की अभिव्यक्ति (expression) को बढ़ाया, जो विकास हार्मोन के लिए एक रिसेप्टर के रूप में कार्य करता है। इस रिसेप्टर के स्तर को बढ़ाकर, पौधा विकास संकेतों के प्रति अधिक संवेदनशील हो गया, जिसके परिणामस्वरूप बड़े अनाज प्राप्त हुए। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि केवल BZR1 प्रोटीन का सक्रिय होना अनाज को बड़ा करने के लिए पर्याप्त नहीं था; इसके लिए अनाज को बड़ा करने के लिए GT1 और WRKY53 की विशिष्ट साझेदारी की आवश्यकता थी। यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दिखाता है कि पौधा रोग और विकास को संभालने के लिए एक ही आणविक मशीनरी के विभिन्न हिस्सों का उपयोग करता है, जिससे वह अपनी प्रतिक्रिया को सूक्ष्मता से नियंत्रित कर पाता है।

अध्ययन में यह भी पता लगाया गया कि क्या इन प्रभावों को और भी बेहतर परिणामों के लिए जोड़ा जा सकता है। जब शोधकर्ताओं ने अतिरिक्त WRKY53 वाले पौधों को सक्रिय BZR1 वाले पौधों के साथ क्रॉस कराया, तो परिणामी पौधों ने एक योगात्मक प्रभाव (additive effect) दिखाया, जिसका अर्थ है कि वे केवल एक परिवर्तन वाले पौधों की तुलना में ब्लास्ट कवक के प्रति और भी अधिक प्रतिरोधी थे। यह सुझाव देता है कि प्राकृतिक प्रणाली में एक अंतर्निहित क्षमता है कि जब कई घटक मिलकर काम करते हैं तो प्रतिरोध को बढ़ाया जा सके। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक नोट किया कि जबकि GT1 और WRKY53 के साथ अनाज का आकार बढ़ा, सक्रिय BZR1 संस्करण ने अपने आप अनाज को बड़ा करने में योगदान नहीं दिया। यह इस बात पर प्रकाश डालता है कि प्रत्येक प्रोटीन बड़े मॉड्यूल के भीतर कितनी विशिष्ट और अलग भूमिका निभाता है।

ये निष्कर्ष चावल के अस्तित्व और विकास के बीच के संघर्ष को प्रबंधित करने के बारे में एक नया दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। अस्तित्व और विकास को विरोधी शक्तियों के रूप में देखने के बजाय, अध्ययन प्रकट करता है कि उन्हें एक एकल आनुवंशिक टीम द्वारा समन्वित किया जाता है। GT1-WRKY53-BZR1 मॉड्यूल एक केंद्रीय केंद्र के रूप में कार्य करता है, जो रोग से लड़ने के लिए सही जीन को सक्रिय करता है और साथ ही विकास पथों को खुला रखता है। यह खोज प्रजनकों (breeders) को ऐसे चावल की किस्में विकसित करने के लिए एक संभावित उपकरण प्रदान करती है जो रोग के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी और उच्च उपज देने में सक्षम हों। इन प्रोटीनों की परस्पर क्रिया को समझकर, वैज्ञानिक अब इस विशिष्ट मार्ग को नियंत्रित करने के तरीके खोज सकते हैं ताकि ऐसी फसलें बनाई जा सकें जो स्वास्थ्य या उत्पादकता से समझौता किए बिना दुनिया का पेट भरने के लिए बेहतर रूप से सुसज्जित हों। यह कार्य इस बात को रेखांकित करता है कि जटिल कृषि समस्याओं का समाधान उन जटिल, प्राकृतिक नेटवर्क में छिपा हो सकता है जो पौधों ने पहले से ही अपने जीवन को प्रबंधित करने के लिए विकसित किए हैं।