NAME: Natural Methylation Epialleles Modulating Seed Size in Chickpea
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि *CaNGA1* जीन के प्रमोटर में प्राकृतिक मिथाइलेशन एपिएलिल्स (NAME), चने में बीज के आकार और वजन को नियंत्रित करने के लिए ब्रासिनोस्टेरॉइड सिग्नलिंग मार्ग को विनियमित करते हैं, जो फलीदार फसलों के प्रजनन में एपिजेनेटिक विविधता का उपयोग करने के लिए एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट स्थापित करता है।
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पादप विज्ञान की दुनिया में, जीवन के ब्लूप्रिंट को आमतौर पर डीएनए (DNA) अक्षरों के अनुक्रम में लिखा हुआ माना जाता है। दशकों से, प्रजनकों (breeders) ने ऐसी फसलें बनाने के लिए इन अक्षरों के सही संयोजन को खोजने पर ध्यान केंद्रित किया है जो बड़ी, तेज़ या अधिक लचीली हों। हालाँकि, उस डीएनए कोड के ठीक ऊपर निर्देशों की एक और परत मौजूद है। कल्पना कीजिए कि डीएनए एक पुस्तक का पाठ है, और यह दूसरी परत हाइलाइटर और इरेज़र (मिटाने वाले) का एक सेट है जो अक्षरों को बदले बिना विशिष्ट शब्दों को तेज़ या धीमा कर सकता है। एपिजेनेटिक्स (epigenetics) के रूप में जानी जाने वाली यह प्रणाली, जीन के लिए एक 'वॉल्यूम नॉब' (आवाज़ नियंत्रित करने वाला बटन) की तरह कार्य करती है, जो यह तय करती है कि वे कितनी ज़ोर से बोलेंगे। जबकि मूल पाठ वही रहता है, वॉल्यूम में बदलाव यह तय कर सकता है कि पौधा कैसे बढ़ता है, और ये वॉल्यूम सेटिंग्स कभी-कभी अगली पीढ़ी को भी सौंपी जा सकती हैं। इस छिपी हुई परत को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह फसलों को बेहतर बनाने का एक नया तरीका प्रदान करता है, जो संभावित रूप से उन गुणों को उजागर कर सकता है जिन्हें पारंपरिक प्रजनन पद्धति से नहीं पाया जा सकता।
भारतीय पादप जीनोम अनुसंधान संस्थान और भारतीय दलहन अनुसंधान संस्थान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब चने (chickpea) में इस घटना का एक स्पष्ट उदाहरण खोज निकाला है, जो एक प्रमुख खाद्य फसल है। उन्होंने पाया कि चने के बीज का आकार हमेशा डीएनए अक्षरों के अंतर से निर्धारित नहीं होता है, बल्कि इन एपिजेनेटिक वॉल्यूम नॉब्स द्वारा निर्धारित होता है। विशेष रूप से, उन्होंने रासायनिक टैग के साथ एक जीन के चिह्नित होने के तरीके में एक प्राकृतिक भिन्नता की पहचान की, जिसे वे 'नेचुरल मिथाइलेशन एपिएलील्स' (Natural Methylation Epialleles) या NAME कहते हैं। ये टैग एक स्विच की तरह कार्य करते हैं जो एक विशिष्ट प्रोटीन के उत्पादन को नियंत्रित करते हैं, जिससे अंततः यह तय होता है कि चने का बीज बड़ा और भारी होगा या छोटा और हल्का।
इसे खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने दो बहुत ही अलग प्रकार के चने से शुरुआत की। एक प्रकार, जिसे ICC 4958 के रूप में जाना जाता है, सौ बीजों का वजन लगभग 30 ग्राम पैदा करता है, जबकि दूसरा, ICC 5590, केवल 6 ग्राम वजन के बीज पैदा करता है। उन्होंने इन दोनों किस्मों को मिलाकर सैकड़ों नई लाइनें बनाईं, जिनमें से प्रत्येक में माता-पिता के गुणों का एक अनूठा मिश्रण था। इन लाइनों को खेत में उगाकर और उनके बीजों को मापकर, उन्होंने आकार के अंतर के लिए जिम्मेदार आनुवंशिक क्षेत्रों का मानचित्रण किया। उन्होंने अपनी खोज को तीसरे गुणसूत्र (chromosome) के एक विशिष्ट स्थान तक सीमित कर दिया, जिसमें CaNGA1 नामक जीन वाला क्षेत्र शामिल है। यह जीन एक ऐसा प्रोटीन बनाता है जो पौधे के विकास को विनियमित करने में मदद करता है।
जब शोधकर्ताओं ने बड़े बीज वाले और छोटे बीज वाले पौधों के डीएनए की बारीकी से जांच की, तो उन्हें एक आश्चर्यजनक बात पता चली: CaNGA1 जीन में डीएनए अक्षर दोनों में बिल्कुल समान थे। वहां कोई भी आनुवंशिक कोड का अंतर नहीं था जो यह समझा सके कि एक पौधे ने बड़े बीज क्यों बनाए और दूसरे ने छोटे बीज क्यों बनाए। इसने इस विचार को खारिज कर दिया कि डीएनए अनुक्रम में उत्परिवर्तन (mutation) ही इसका कारण था। इसके बजाय, उन्होंने पाया कि अंतर डीएनए से जुड़े रासायनिक टैगों में था। छोटे बीजों वाले पौधों में, CaNGA1 जीन से ठीक पहले का क्षेत्र मिथाइल समूहों (methyl groups) से भारी रूप से ढका हुआ था, जो ऐसे रासायनिक टैग हैं जो आमतौर पर एक जीन को शांत (silence) कर देते हैं। बड़े बीजों वाले पौधों में, यही क्षेत्र इन टैगों से काफी मुक्त था, जिससे जीन सक्रिय हो सका।
शोधकर्ताओं ने इन मिथाइल टैग को हटाने वाले एक रसायन के साथ छोटे बीजों वाले पौधों का उपचार करके इस संबंध की पुष्टि की। एक बार जब टैग हटा दिए गए, तो CaNగా1 जीन ने फिर से काम करना शुरू कर दिया, और पौधों ने बड़े बीज पैदा करना शुरू कर दिया। इससे यह सिद्ध हुआ कि रासायनिक मार्किंग, न कि डीएनए अनुक्रम, बीज के आकार के अंतर का प्राथमिक चालक था। अध्ययन ने दिखाया कि छोटे बीजों वाले पौधों में, जीन प्रभावी रूप से म्यूट (शांत) कर दिया गया था, जबकि बड़े बीजों वाले पौधों में, इसे ज़ोर से बोलने की अनुमति दी गई थी।
अध्ययन ने आगे यह भी बताया कि यह जीन पौधे को कैसे प्रभावित करता है। CaNGA1 प्रोटीन उस परिवार से संबंधित है जो ब्रासिनोस्टेरॉइड्स (brassinosteroids) के प्रति पौधे की प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने में मदद करता है, जो विकास और कोशिका विस्तार को बढ़ावा देने वाला एक प्रकार का प्राकृतिक हार्मोन है। जब CaNGA1 जीन सक्रिय होता है, तो यह इन हार्मोनों को बनाने और उन पर प्रतिक्रिया करने में शामिल अन्य जीनों की एक श्रृंखला को सक्रिय कर देता है। यह श्रृंखला बीज कोशिकाओं को फैलने और भरने के लिए प्रोत्साहित करती है, जिसके परिणामस्वरूप भारी बीज प्राप्त होते हैं। छोटे बीजों वाले पौधों में, शांत हुआ CaNGA1 जीन इस कारण से विकास संकेत को कमजोर कर देता है, जिससे छोटे बीज मिलते हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि छोटे बीजों वाले पौधों में अतिरिक्त ब्रासिनोस्टेरॉइड हार्मोन डालने से आकार में आंशिक सुधार संभव हुआ, जिससे पुष्टि हुई कि हार्मोन पथ ही वह लुप्त कड़ी थी।
यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दर्शाती है कि प्रकृति अंतर्निहित आनुवंशिक कोड को बदले बिना फसलों में उपयोगी भिन्नताएँ पैदा कर सकती है। प्रजनकों (breeders) के लिए, इसका अर्थ है कि इन एपिजेनेटिक स्विचों की तलाश करना डीएनए उत्परिवर्तन की तलाश करने जितना ही महत्वपूर्ण हो सकता है। यह सुझाव देता है कि कुछ पौधे दूसरों की तुलना में बेहतर क्यों हैं, इसके "लुप्त" कारण इन रासायनिक टैगों में छिपे हो सकते हैं। इन प्राकृतिक मिथाइलेशन पैटर्न को समझने और संभावित रूप से हेरफेर करने के माध्यम से, वैज्ञानिक चने और अन्य दलहनी फसलों में बीज के आकार और उपज में सुधार के लिए नई रणनीतियाँ विकसित कर सकते हैं, जो बढ़ती दुनिया को खिलाने के लिए एक नया उपकरण प्रदान करता है।
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