Genetic mapping in two independent durum wheat accessions PI 244061 and PI 209274 identified shared loci for leaf rust resistance on chromosome 6BS
दो स्वतंत्र ड्यूरम गेहूं के एक्सेसनों के जेनेटिक मैपिंग से पता चला कि दोनों में लीफ रस्ट प्रतिरोध एक ही 2.07 Mb अंतराल के भीतर स्थित एक एकल प्रभावी जीन द्वारा नियंत्रित होता है, जो गुणसूत्र 6BS पर स्थित है, जहाँ RGA5 और WAK जीन को संभावित उम्मीदवारों के रूप में पहचाना गया था।
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गेहूं वैश्विक खाद्य सुरक्षा की रीढ़ है, जो हर दिन अरबों लोगों का पेट भरता है। इसकी कई किस्मों में से, ड्यूरम गेहूं वह विशिष्ट प्रकार है जिसका उपयोग पास्ता, कुसकुस और सेमोलीना बनाने के लिए किया जाता है। सभी फसलों की तरह, इसे प्रकृति से निरंतर खतरों का सामना करना पड़ता है, विशेष रूप से कवक रोगों (फंगल डिजीज) से जो फसलों को बर्बाद कर सकते हैं। सबसे निरंतर शत्रुओं में से एक 'लीफ रस्ट' (पत्ती का जंग) है, एक कवक जो पत्तियों पर हमला करता है, उन्हें भूरा कर देता है और पौधे की ऊर्जा सोख लेता है। यदि इसे अनियंत्रित छोड़ दिया जाए, तो यह फसल की संभावित उपज के आधे से अधिक हिस्से को नष्ट कर सकता है। दशकों से, किसान और वैज्ञानिक प्राकृतिक प्रतिरोध जीन (रेसिस्टेंस जीन) वाली गेहूं की किस्में विकसित करने पर भरोसा करते रहे हैं ताकि इससे मुकाबला किया जा सके। हालांकि, यह कवक चतुर है; यह तेजी से विकसित होता है, नए स्ट्रेन विकसित करता है जो पुरानी गेहूं की किस्मों की रक्षा प्रणाली को दरकिनार कर सकते हैं। इस निरंतर चलने वाली हथियारों की दौड़ का अर्थ है कि वैज्ञानिकों को बीमारी से आगे रहने के लिए जंगली पौधों और प्राचीन लैंड्रेस (landraces) में प्रतिरोध के नए स्रोतों की खोज जारी रखनी होगी।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दो विशिष्ट गेहूं एक्सेसions (accessions) की ओर ध्यान आकर्षित किया, जिन्हें PI 244061 और PI 209274 के रूप में जाना जाता है। ये आधुनिक सुपरमार्केट वाली किस्में नहीं बल्कि आनुवंशिक खजाने हैं: एक यमन का एक लैंड्रेस है, और दूसरा ऑस्ट्रेलिया की एक ब्रीडिंग लाइन है। दोनों ने पिछले परीक्षणों में लीफ रस्ट के प्रति उल्लेखनीय प्रतिरोध क्षमता दिखाई थी। लक्ष्य उनके डीएनए के भीतर प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार जीनों के सटीक स्थान को खोजना और यह समझना था कि वे कैसे काम करते हैं। इन प्रतिरोधी पौधों को संवेदनशील (susceptible) पौधों के साथ क्रॉस कराकर और उनकी संतानों का अध्ययन करके, टीम का लक्ष्य उन आनुवंशिक निर्देशों का पता लगाना था जो पौधे को कवक के हमले में जीवित रहने में सक्षम बनाते हैं।
शोधकर्ताओं ने एक नियंत्रित ग्रीनहाउस वातावरण में हजारों गेहूं के पौधों को उगाना शुरू किया। उन्होंने प्रतिरोधी माता-पिता को संवेदनशील पौधों के साथ क्रॉस कराया ताकि हाइब्रिड परिवार बनाए जा सकें, फिर युवा पौधों को लीफ रस्ट के एक विशिष्ट, आक्रामक स्ट्रेन के साथ संक्रमित किया। जैसे-जैसे पौधे बढ़े, वैज्ञानिकों ने बारीकी से देखा कि कौन से पौधों ने संक्रमण का मुकाबला किया और कौन से हार गए। परिणाम स्पष्ट थे: दोनों मूल एक्सेसions में प्रतिरोध एक एकल, प्रभावी (dominant) जीन द्वारा नियंत्रित था। इसका अर्थ था कि यदि किसी पौधे को अपने माता-पिता से इस जीन की केवल एक प्रति विरासत में मिलती है, तो वह सुरक्षित रहेगा। टीम ने फिर 'बल्क्ड सेग्रीगेंट आरएनए सीक्वेंसिंग' नामक एक शक्तिशाली तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने सबसे प्रतिरोधी पौधों और सबसे संवेदनशील पौधों की पत्तियों को लिया, उन्हें दो अलग-अलग समूहों में मिलाया, और उनके आनुवंशिक पदार्थ का विश्लेषण किया। "जीवित बचे" और "पीड़ितों" के बीच आनुवंशिक अंतरों की तुलना करके, वे प्रतिरोध जीन की खोज को सीमित कर सके।
विश्लेषण ने क्रोमोसोम 6BS पर एक बहुत ही विशिष्ट स्थान की ओर संकेत किया, जो गेहूं के जीनोम का एक अलग खंड है। यमन के लैंड्रेस और ऑस्ट्रेलियाई ब्रीडिंग लाइन दोनों में, प्रतिरोध जीन इसी क्रोमोसोम के अंत में स्थित एक ही सामान्य क्षेत्र में पाया गया। पूरी तरह से सुनिश्चित होने के लिए, टीम ने नए जेनेटिक मार्कर्स विकसित किए, जो आणविक संकेतकों (molecular signposts) के रूप में कार्य करते हैं, ताकि पीढ़ियों के माध्यम से जीन को ट्रैक किया जा सके। उन्होंने सैकड़ों व्यक्तिगत पौधों का परीक्षण किया और पाया कि प्रतिरोध डीएनए के एक बहुत छोटे क्षेत्र, जो मात्र 2.07 मेगाबेस का है, से मजबूती से जुड़ा हुआ है। गेहूं के विशाल परिदृश्य में यह एक उल्लेखनीय रूप से छोटा लक्ष्य है। इस संकीर्ण पट्टी के भीतर, शोधकर्ताओं ने उन जीनों की तलाश की जो जिम्मेदारी रख सकते हैं। उन्हें कई संभावित उम्मीदवार मिले, जिनमें वे जीन शामिल थे जो ऐसे प्रोटीन का उत्पादन करते हैं जो रोगजनकों (pathogens) को पहचानते हैं और उनसे लड़ते हैं।
यमनी लैंड्रेस में सबसे आशाजनक उम्मीदवारों में से एक वह जीन था जो RGA5 नामक प्रोटीन का उत्पादन करता है, जो कवक का पता लगाने के लिए एक सेंसर के रूप में कार्य करता है। ऑस्ट्रेलियाई लाइन में, साक्ष्य एक अलग प्रकार के जीन की ओर इशारा करते हैं, जो एक 'वॉल-एसोसिएटेड काइनेज' (wall-associated kinase) का उत्पादन करता है, एक ऐसा प्रोटीन जो पौधे को उसकी कोशिका भित्तियों (cell walls) को होने वाले नुकसान को महसूस करने में मदद करता है। दिलचस्प बात यह है कि जबकि दोनों लाइनें एक ही स्थान पर बीमारी का प्रतिरोध करती हैं, उनके डीएनए कोड उस क्षेत्र में थोड़े अलग हैं, जो यह सुझाव देते हैं कि वे स्वतंत्र रूप से विकसित हुए होंगे। अध्ययन ने एक पिछले निष्कर्ष को भी संबोधित किया जिसने यमनी लैंड्रेस के एक प्रतिरोध जीन को क्रोमोसोम के दूसरे भाग पर रखा था। नए, उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा ने पुष्टि की कि पिछला स्थान गलत था और वास्तविक रक्षा तंत्र क्रोमोसोम 6BS पर स्थित है।
यह खोज गेहूं के प्रजननकर्ताओं (breeders) को एक सटीक मानचित्र और वे उपकरण प्रदान करती है जिनकी उन्हें इन शक्तिशाली प्रतिरोध जीनों को आधुनिक, उच्च उपज वाली ड्यूरम किस्मों में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यकता है। इस अध्ययन में पहचाने गए जेनेटिक मार्कर्स का उपयोग करके, ब्रीडर्स उन पौधों को जल्दी से चुन सकते हैं जिनमें प्रतिरोध मौजूद है, बिना पौधों के बढ़ने और खेत में बीमारी का सामना करने तक प्रतीक्षा किए। यह तथ्य कि दो असंबंधित गेहूं के स्रोत, भूगोल और इतिहास से अलग होने के बावजूद, दोनों के डीएनए के एक ही छोटे क्षेत्र में रक्षा तंत्र रखते हैं, यह सुझाव देता है कि क्रोमोसोम का यह हिस्सा लीफ रस्ट से लड़ने के लिए एक प्राकृतिक हॉटस्पॉट है। हालांकि सटीक जीन की पहचान के लिए अभी भी प्रयोगशाला में और कार्य की आवश्यकता है, भविष्य का मार्ग स्पष्ट है। ये निष्कर्ष नई गेहूं की किस्में विकसित करने के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करते हैं जो लीफ रस्ट के विकसित होते खतरों का सामना कर सकें, जिससे दुनिया की सबसे महत्वपूर्ण फसलों में से एक के भविष्य को सुरक्षित करने में मदद मिलेगी।
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