Ranunculus flowers produce numerous carpels via evolutionarily rewiring of the canonical AGAMOUS-WUSCHEL developmental module
यह अध्ययन प्रकट करता है कि *Ranunculus sceleratus* में, जीन दोहराव (gene duplication) और *cis*-नियामक विकास (cis-regulatory evolution) ने मानक AGAMOUS-WUSCHEL विकासात्मक मॉड्यूल को पुनर्गठित किया है, जिससे AG, WUSCHEL के एक दमनकारी (repressor) से एक सक्रियक (activator) में परिवर्तित होकर अनेक कार्पल्स (carpels) के उत्पादन को संचालित करता है।
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अधिकांश फूल एक सटीक, दोहराव वाली लय के साथ बने होते हैं। वे एक तने के सिरे पर कोशिकाओं के एक छोटे, गुंबद के आकार के समूह से शुरू होते हैं, जिसे पुष्प मेरिस्टम (floral meristem) कहा जाता है। यह समूह एक निर्माण स्थल की तरह कार्य करता है, जो एक विशिष्ट क्रम में फूल के अंगों का निर्माण करता है: पहले बाहरी सुरक्षात्मक पत्तियाँ, फिर रंगीन पंखुड़ियाँ, उसके बाद नर पुंकेसर (stamens), और अंत में बिल्कुल केंद्र में मादा कारपल्स (carpels)। अधिकांश पुष्पी पौधों में, यह निर्माण स्थल उसी क्षण बंद हो जाता है जब मादा भाग बनने लगते हैं। इसका परिणाम एक ऐसा फूल होता है जिसमें कई नर भाग होते हैं लेकिन केवल कुछ ही मादा भाग होते हैं, एक ऐसा पैटर्न जो लाखों वर्षों से कायम रहा है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से समझा है कि एक विशिष्ट आनुवंशिक स्विच, जिसमें निर्माण स्थल को बनाए रखने वाले एक प्रोटीन और इसे रोकने का निर्देश देने वाले दूसरे प्रोटीन का समावेश है, इस समय का नियंत्रण करता है। जब रुकने का संकेत आता है, तो निर्माण स्थल चपटा हो जाता है, और कोई भी नए भाग नहीं जोड़े जा सकते।
लेकिन प्रकृति कभी-कभी नियमों को तोड़ देती है। कुछ पौधों में, निर्माण स्थल बंद होने से इनकार कर देता है। कुछ मादा भागों के बाद रुकने के बजाय, यह बढ़ता रहता है, और दर्जनों या सैकड़ों कारपल्स बनाता रहता है। यह एक ऐसे फूल का निर्माण करता है जो सामान्य फूल के बजाय एक घने, रोएंदार शंकु जैसा दिखता है। लंबे समय तक, शोधकर्ता नहीं जान पाए कि ये पौधे अपने निर्माण स्थलों को खुला रखने में कैसे सक्षम रहे जबकि अन्य पौधे इन्हें बंद कर देते हैं। क्या यह आनुवंशिक कोड में एक साधारण गलती थी, या निर्देशों की अधिक जटिल पुनर्रचना (rewiring) थी? बटरकप परिवार पर एक नए अध्ययन ने, विशेष रूप से Ranunculus sceleratus नामक प्रजाति पर ध्यान केंद्रित करते हुए, अंततः उत्तर खोज निकाला है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इस पौधे ने न केवल रुकने के संकेत को तोड़ा, बल्कि निर्माण स्थल को चालू रखने के लिए अपनी आनुवंशिक मशीनरी को पूरी तरह से पुनर्गठित कर दिया, जिससे इसे असाधारण संख्या में मादा भाग उत्पन्न करने में मदद मिली।
शोधकर्ताओं ने Ranunculus sceleratus, जो 150 से अधिक कारपल्स पैदा करता है, की तुलना एक करीबी रिश्तेदार, Nigella damascena, से करना शुरू किया, जो केवल लगभग पाँच कारपल्स पैदा करता है। जीवित कोशिकाओं को विभाजित और विस्तारित होते देखने की एक तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने एक उल्लेखनीय अंतर देखा। कम कारपल्स वाले पौधे में, फूल के सिरे पर कोशिकाएं मादा भाग दिखाई देने के तुरंत बाद विभाजित और विस्तारित होना बंद कर देती हैं, जिससे निर्माण स्थल चपटा होकर बंद हो जाता है। अधिक कारपल्स वाले पौधे में, कोशिकाएं मादा भागों के बनने के बाद भी सक्रिय रूप से विभाजित और विस्तारित होती रहती हैं। यह निरंतर गतिविधि निर्माण स्थल को गुंबद के आकार का और विशाल बनाए रखती है, जिससे सैकड़ों नए कारपल्स विकसित होने के लिए जगह मिलती है। अध्ययन ने दिखाया कि उच्च-कारपेल वाले फूल में कोशिकाएं न केवल अधिक बार विभाजित हो रही थीं; वे बड़ी भी हो रही थीं, जिससे अतिरिक्त अंगों को रखने के लिए बहुत बड़ा सतह क्षेत्र बन रहा था।
कोशिकाएं क्यों बढ़ती रहीं, यह समझने के लिए टीम ने निर्माण स्थल के प्रबंधन के लिए जिम्मेदार जीनों की जांच की। अधिकांश पौधों में, एक जीन जिसे WUS कहा जाता है, वह इंजन के रूप में कार्य करता है जो साइट को सक्रिय रखता है, जबकि एक जीन जिसे AG कहा जाता है, एक ब्रेक के रूप में कार्य करता है, जो मादा भाग तैयार होने पर WUS को बंद कर देता है। कम कारपल्स वाले पौधे में, ब्रेक पूरी तरह से काम करता है: जैसे ही मादा भाग शुरू होते हैं, AG जीन WUS जीन को शांत कर देता है, और निर्माण रुक जाता है। हालांकि, अधिक कारपल्स वाले पौधे में, शोधकर्ताओं ने पाया कि इस पौधे के पास एक के बजाय WUS जीन की दो प्रतियां थीं, जो एक प्राचीन दोहराव घटना (duplication event) का परिणाम था। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह थी कि इन जीनों के व्यवहार में बदलाव आया था। जीन की एक प्रति फूल के केंद्र में काम करना जारी रखती थी, जिससे साइट खुली रहती थी। हालांकि, दूसरी प्रति ने अपनी गतिविधि फूल के नर भागों, यानी पुंकेसरों में स्थानांतरित कर दी थी।
सबसे आश्चर्यजनक खोज यह थी कि ब्रेक जीन, AG, इन नए WUS जीनों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है। सामान्य पौधों में, AG WUS को दबा देता है। लेकिन इस बटरकप में, AG जीन वास्तव में WUS की एक प्रति को सक्रिय कर देता है। निर्माण स्थल को बंद करने के बजाय, नर भागों की उपस्थिति अब साइट को जारी रखने का संकेत देती है। शोधकर्ताओं ने इस परिवर्तन का पता जीन के शुरू होने से ठीक पहले के डीएनए अनुक्रम से लगाया। इन पौधों के पूर्वज में, इस क्षेत्र में AG प्रोटीन के लिए कोई विशिष्ट बाइंडिंग साइट नहीं थी। लेकिन उस वंश में जिससे उच्च-कारपेल वाला बटरकप विकसित हुआ, इस क्षेत्र में दो नए बाइंडिंग साइट्स दिखाई दिए। इन नए साइट्स ने AG प्रोटीन को जीन से जुड़ने और उसे बंद करने के बजाय चालू करने की अनुमति दी।
अध्ययन पुष्टि करता है कि यह पुनर्गठन (rewiring) फूल के अद्वितीय आकार की कुंजी है। जब शोधकर्ताओं ने उच्च-कारपेल वाले पौधे में AG जीनों को निष्क्रिय किया, तो फूल बहुत अधिक कारपल्स बनाना बंद कर दिया और छोटा हो गया, जो अपने कम-कारपेल वाले रिश्तेदारों के समान दिखने लगा। जब उन्होंने WUS जीनों को निष्क्रिय किया, तो निर्माण स्थल पूरी तरह से ढह गया, और फूल का उचित विकास नहीं हो सका। साक्ष्य बताते हैं कि इस पौधे का विकास इसके आनुवंशिक तंत्र के पूर्ण बदलाव की आवश्यकता के बिना हुआ। इसके बजाय, एक जीन के सरल दोहराव और उसके डीएनए में दो छोटे बाइंडिंग साइट्स के जुड़ने मात्र से एक मौलिक विकासात्मक चक्र को पुनर्गठित करने के लिए पर्याप्त था। इसने फूल को सामान्य समय संकेतों को अनदेखा करने और बाकी पौधे के रुकने के बहुत बाद भी मादा भाग बनाने के लिए सक्षम बनाया।
यह खोज इस बात का स्पष्ट उदाहरण प्रदान करती है कि कैसे आनुवंशिक कोड में छोटे, विशिष्ट परिवर्तनों के माध्यम से जटिल नए लक्षण उत्पन्न हो सकते हैं। यह दिखाता है कि प्रकृति में दिखने वाली फूलों की विविधता केवल यादृच्छिक उत्परिवर्तन (random mutation) का मामला नहीं है, बल्कि अक्सर विकास के उन स्विचों के साथ सटीक 'टिंकरिंग' (tinkering) का परिणाम है जो विकास को नियंत्रित करते हैं। एक रुकने के संकेत को चालू होने के संकेत में बदलकर, इस बटरकप ने एक ऐसी पुष्प संरचना बनाने में सफलता प्राप्त की है जो दुर्लभ और अत्यधिक विशिष्ट है। यह शोध रेखांकित करता है कि पौधों के शरीर बनाने के नियम लचीले हैं, और डीएनए अनुक्रम में कुछ अतिरिक्त अक्षर भी किसी जीवित प्राणी के अंतिम रूप में नाटकीय परिवर्तन ला सकते हैं।
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