QTL analysis of flowering time and flower color in diverse crosses of biennial and annual caraway (Carum carvi) under early sowing conditions
यह अध्ययन विविध कारवे (caraway) संकरों में GBS और QTL मैपिंग का उपयोग करता है ताकि यह प्रकट किया जा सके कि प्रारंभिक बुवाई की स्थितियों के तहत पुष्पन समय का नियमन विपरीत आनुवंशिक संरचनाओं को प्रदर्शित करता है—संवर्धित पृष्ठभूमि में ओलिजोजेनिक (oligogenic) बनाम जंगली पृष्ठभूमि में पॉलीजेनिक (polygenic)—जबकि वर्नालाइजेशन प्रतिक्रिया और पुष्प रंग के लिए प्रमुख मार्करों की भी पहचान की गई है।
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पौधों के पास एक आंतरिक घड़ी होती है जो उन्हें बताती है कि कब जागना है, बढ़ना है और खिलना है। कई फसलों के लिए, यह समय उत्तरजीविता (सर्वाइवल) का मामला होता है। कुछ पौधे, जिन्हें वार्षिक (एनुअल) कहा जाता है, अपना पूरा जीवन चक्र—बीज से बीज तक—एक ही वर्ष में पूरा कर लेते हैं। अन्य, जिन्हें द्विवार्षिक (बाइएनियल) कहा जाता है, अपना पहला वर्ष पत्तियाँ और जड़ें उगाने में बिताते हैं, और फिर दूसरे वर्ष में फूलने की प्रक्रिया को सक्रिय करने के लिए ठंड के लंबे मौसम की आवश्यकता होती है। ठंड की यह आवश्यकता, जिसे वैज्ञानिक 'वर्नलाइजेशन' (vernalization) कहते हैं, यह सुनिश्चित करती है कि पौधा शरद ऋतु के गर्म मौसम में खिलकर पहली पाले (फ्रॉस्ट) की मार से न मर जाए। अजवाइन (कैरैवे), एक मसाला पौधा जिसका उपयोग सदियों से खाना पकाने और चिकित्सा में किया जाता रहा है, दोनों प्रकार के गुण रखती है। जबकि वार्षिक संस्करण को एक ही मौसम में उगाना आसान है, द्विवार्षिक संस्करण ठंडी सर्दियों के खिलाफ कठोरता जैसे मूल्यवान गुण प्रदान करता है। ब्रीडर्स इन दोनों प्रकारों को मिलाकर एक "जलवायु-लचीला" (क्लाइमेट-रेज़िलिएंट) फसल बनाना चाहते हैं, जिसे शरद ऋतु में लगाया जा सके, सर्दियों में जीवित रहे और अगले वर्ष फसल दे सके। हालाँकि, ऐसा करने के लिए, उन्हें उन छिपे हुए आनुवंशिक निर्देशों को समझना होगा जो यह नियंत्रित करते हैं कि पौधा सर्दियों का इंतज़ार करेगा या तुरंत खिलेगा।
जर्मनी में शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन निर्देशों को डिकोड करने के लिए अजवाइन पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने दो विशिष्ट प्रश्नों पर ध्यान दिया: पौधा कब फूलने का निर्णय लेता है, और फूलों के रंग को क्या नियंत्रित करता है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एक ही वार्षिक किस्म के साथ दो अलग-अलग प्रकार के द्विवार्षिक अजवाइन का क्रॉस कराया। एक द्विवार्षिक जनक एक मानक खेती वाली किस्म थी, जबकि दूसरा एक जंगली प्रकार था जो अपने दुर्लभ गुलाबी फूलों के लिए जाना जाता है। उन्होंने सैकड़ों संकर संतान (ऑफस्प्रिंग) को एक खेत में उगाया जहाँ बीज वसंत की शुरुआत में बोए गए थे। यह जल्दी बुवाई करना एक महत्वपूर्ण परीक्षण था। पिछले अध्ययनों में जहाँ बीज बाद में बोए गए थे, वहाँ मौसम की स्थितियों ने अक्सर पौधों की वास्तविक आनुवंशिक प्रकृति को छिपा दिया था, जिससे यह देखना कठिन हो गया था कि फूलों के समय के लिए वास्तव में कौन से जीन जिम्मेदार थे। जल्दी बुवाई करके, शोधकर्ताओं ने एक स्पष्ट वातावरण बनाया जहाँ पौधों के बीच के आनुवंशिक अंतर उभर कर सामने आ सकें।
शोधकर्ताओं ने इन पौधों के डीएनए का मानचित्रण किया ताकि उन विशिष्ट क्षेत्रों, या गुणसूत्रों (क्रोमोसोम) पर स्थानों को खोजा जा सके जो इन लक्षणों को नियंत्रित करते हैं। उन्होंने पाया कि फूलने के समय के लिए आनुवंशिक नियम हर अजवाइन पौधे के लिए एक समान नहीं होते हैं; वे पौधे की पृष्ठभूमि पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं। खेती वाले द्विवार्षिक जनक की संतानों में, शोधकर्ताओं ने पाया कि फूलों के समय में अधिकांश भिन्नता के लिए केवल दो प्रमुख आनुवंशिक क्षेत्र जिम्मेदार थे। ये दो क्षेत्र एक शक्तिशाली स्विच की तरह कार्य करते थे, जो पौधों में देखी गई भिन्नताओं के लगभग एक-तिहाई हिस्से की व्याख्या करते थे। जब किसी पौधे में दोनों क्षेत्रों का "वार्षिक" संस्करण विरासत में मिलता है, तो वह जल्दी फूलता है। जब उसे दोनों क्षेत्रों का "द्विवार्षिक" संस्करण मिलता है, तो वह अक्सर फूलने में विफल रहता है या बहुत देर तक प्रतीक्षा करता है। यह सुझाव देता है कि खेती वाली अजवाइन में, सर्दियों का इंतज़ार करने का निर्णय एक अपेक्षाकृत सरल, दो-भाग वाली आनुवंशिक प्रणाली द्वारा नियंत्रित होता है।
इसके विपरीत, जंगली द्विवार्षिक जनक की संतानों ने एक अलग कहानी सुनाई। यहाँ, आनुवंशिक नियंत्रण बहुत अधिक जटिल और विस्तृत था। एक या दो शक्तिशाली स्विचों के बजाय, फूलने का समय चार अलग-अलग आनुवंशिक क्षेत्रों द्वारा संचालित था जो मिलकर काम करते थे, जिनमें से प्रत्येक थोड़ा विलंब जोड़ रहा था। यह "पॉलीजेनिक" (बहु-जीन) संरचना का अर्थ है कि जंगली पौधे की सर्दियों की ठंड की आवश्यकता कई छोटे आनुवंशिक टुकड़ों से बनी है, न कि कुछ बड़े टुकड़ों से। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि पर्यावरण ने एक बड़ी भूमिका निभाई। जल्दी बुवाई की स्थितियों के तहत, लगभग सभी पौधे वार्षिकों की तरह व्यवहार कर रहे थे, यानी पहले वर्ष के भीतर ही फूल रहे थे। इसने खुलासा किया कि पिछले अध्ययनों में जहाँ पौधों को बाद में बोया गया था, वहाँ वार्षिक फूलने की "वास्तविक" आनुवंशिक क्षमता छिपी हुई थी, जिससे यह सिद्ध हुआ कि बुवाई का समय कई व्यक्तियों में सर्दियों की ठंड की आनुवंशिक आवश्यकता को प्रभावी रूप से बंद कर सकता है।
फूलों के खिलने के समय के अलावा, टीम ने फूलों के रंग की भी जांच की। जंगली जनक में दुर्लभ गुलाब जैसा गुलाबी रंग था, जबकि वार्षिक जनक सफेद था। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि दो विशिष्ट आनुवंशिक क्षेत्र इस रंग को नियंत्रित करते हैं। एक क्षेत्र, जो एक अलग गुणसूत्र पर स्थित है, गुलाबी रंग को स्थिर करता प्रतीत होता है, जबकि दूसरा इसकी तीव्रता को प्रभावित करता है। दिलचस्प बात यह है कि चमकीले धूप के कारण पंखुड़ियों का रंग उड़ जाने के कारण गुलाबी रंग को खेत में देखना कठिन था, जिससे वे हल्के, फीके गुलाबी रंग के हो गए थे। इस चुनौती के बावजूद, रंग के लिए आनुवंशिक मार्कर सफलतापूर्वक पहचाने गए, जिससे पता चला कि पहले के अध्ययनों में पाए गए समान आनुवंशिक क्षेत्र अभी भी इन कठोर प्रकाश स्थितियों में भी काम कर रहे थे।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि एक बेहतर अजवाइन फसल तैयार करना केवल एक एकल "फूलने वाले जीन" को खोजने का मामला नहीं है। आनुवंशिक संरचना इस आधार पर बदल जाती है कि पौधा खेती वाली या जंगली पृष्ठभूमि से आता है। खेती वाली किस्म के लिए, ब्रीडर्स संभवतः दो विशिष्ट आनुवंशिक क्षेत्रों को लक्षित करके एक सर्दियों के प्रति सहनशील वार्षिक फसल बना सकते हैं। जंगली किस्म के लिए, कार्य अधिक कठिन है क्योंकि यह लक्षण कई जीनों में फैला हुआ है। शोधकर्ताओं ने इन विशिष्ट आनुवंशिक क्षेत्रों का पता लगाने के लिए नए, विश्वसनीय उपकरण विकसित किए हैं, जो ब्रीडर्स को फूलने की प्रतीक्षा किए बिना पौधों की तेजी से स्क्रीनिंग करने की अनुमति देंगे। यह कार्य अजवाइन के आनुवंशिक परिदृश्य का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है, जो यह दर्शाता है कि भले ही वातावरण पौधे की वास्तविक प्रकृति को छिपा सकता है, लेकिन अंतर्निहित आनुवंशिक कोड विशिष्ट, जटिल और अधिक लचीली फसलें बनाने के लिए तैयार है।
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