Genome-Wide Identification, Expression Profiling, and Stress Responses of the Sugar Transporter Gene Family in Tomato (Solanum lycopersicum)
यह अध्ययन टमाटर में 18-सदस्यीय SlSTP जीन परिवार का व्यवस्थित रूप से लक्षण वर्णन करता है, जो उनके फाइलोजेनेटिक वर्गीकरण, क्लैड-विशिष्ट अभिव्यक्ति पैटर्न, और नेमाटोड संक्रमण एवं विभिन्न अजैविक तनावों के प्रति प्रतिक्रिया देने में उनकी विशिष्ट भूमिकाओं को प्रकट करता है, जिससे शर्करा चयापचय और तनाव सहनशीलता को बढ़ाने के लिए प्रमुख उम्मीदवारों की पहचान होती है।
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पौधे केवल निष्क्रिय हरे ढांचे नहीं हैं; वे गतिशील कारखाने हैं जो लगातार शर्करा (चीनी), जो उनका प्राथमिक ईंधन है, को वहां से जहां वह बनती है, वहां तक ले जाते हैं जहां उसकी आवश्यकता होती है। यह गति प्लाज्मा झिल्ली में अंतर्निहित विशिष्ट प्रोटीनों पर निर्भर करती है, जो द्वारों की तरह कार्य करते हैं जो एकल शर्करा अणुओं को गुजरने देने के लिए खुलते और बंद होते हैं। इन द्वारों के बिना, एक पौधा जड़ें नहीं उगा सकता, फूल नहीं खिला सकता या फल नहीं पका सकता। जबकि वैज्ञानिकों ने सरसों परिवार जैसे मॉडल पौधों में इन ट्रांसपोर्टर्स का लंबे समय से अध्ययन किया है, टमाटर एक महत्वपूर्ण विषय बना हुआ है क्योंकि यह एक वैश्विक खाद्य स्रोत और मांसल फल के विकास के लिए एक मॉडल भी है। टमाटर अपने शर्करा यातायात को कैसे प्रबंधित करते हैं, इसे समझना फसल की उपज में सुधार करने और पौधों को सूखे या बीमारी जैसी कठोर परिस्थितियों में जीवित रहने में मदद करने के लिए आवश्यक है।
चीन कृषि विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में टमाटर में इन शर्करा परिवहन जीन के पूरे परिवार की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने सबसे पहले इसके आनुवंशिक परिदृश्य का मानचित्रण किया, जिससे इन परिवहन कार्यों के लिए जिम्मेदार अठारह विशिष्ट जीनों की पहचान की गई। आलू, चावल और मॉडल पौधे एराबिडोप्सिस (Arabidopsis) के डीएनए अनुक्रमों के साथ इन जीनों की तुलना करके, उन्होंने इस परिवार के विकासवादी इतिहास का पता लगाया। उन्होंने पाया कि टमाटर परिवार में इन जीनों की एक पूरी शाखा गायब है जो घास (grasses) में मौजूद है, जिससे पता चलता है कि टमाटरों ने बहुत पहले ही इस विशिष्ट समूह को खो दिया था। इसके बजाय, टमाटर परिवार का विस्तार 'टैंडम डुप्लीकेशन' (tandem duplication) नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से हुआ, जहाँ जीन एक ही गुणसूत्र (chromosome) पर एक दूसरे के ठीक बगल में अपनी प्रतिलिपि बनाते हैं। यह घटना गुणसूत्र तीन पर सबसे तीव्रता से हुई, जिससे संबंधित जीनों के समूह बने जिन्होंने संभवतः पौधे को उसके वातावरण को संभालने के लिए नए उपकरण दिए।
शोधकर्ताओं ने फिर उन प्रोटीनों की भौतिक संरचना की जांच की जो ये जीन बनाते हैं। उनमें से अधिकांश बारह विशिष्ट खंडों के साथ निर्मित होते हैं जो कोशिका झिल्ली को पार करते हैं, जिससे शर्करा के प्रवाह के लिए एक चैनल बनता है। हालांकि, टीम ने पाया कि सभी अठारह जीन इस मानक डिजाइन की पूर्ण प्रतिलिपि नहीं हैं। उनमें से कुछ गंभीर रूप से छोटे हैं या उनके झिल्ली-पार संरचना के हिस्से गायब हैं, जो यह सुझाव देता है कि वे शायद अलग, संभवतः गैर-परिवहन भूमिकाएं निभाने के लिए विकसित हुए हैं। अन्य असामान्य रूप से लंबे हैं, जिनमें कोशिका के अंदर या बाहर अतिरिक्त सामग्री होती है जो उन्हें अन्य प्रोटीनों के साथ बातचीत करने में मदद कर सकती है। यह संरचनात्मक विविधता दर्शाती है कि हालांकि यह परिवार एक सामान्य उत्पत्ति साझा करता है, इसके सदस्य विभिन्न कार्यों के लिए विशिष्ट हो गए हैं।
यह समझने के लिए कि ये जीन कब और कहाँ कार्य करते हैं, टीम ने पौधे के जीवन चक्र के दौरान उनकी गतिविधि का अवलोकन किया। उन्होंने श्रम के स्पष्ट विभाजन को पाया। कुछ जीन लगभग विशेष रूप से जड़ों में सक्रिय होते हैं, जो संभवतः मिट्टी से शर्करा को अवशोषित करने या आंतरिक कार्बन आपूर्ति को प्रबंधित करने में मदद करते हैं। अन्य पूरी तरह से फूल-विशिष्ट होते हैं, जो केवल कलियों के बनने के समय चालू होते हैं ताकि पराग के विकास को ईंधन दिया जा सके। अधिकांश जीन फल के पकने के अंतिम चरणों के दौरान शांत रहते हैं, जो यह सुझाव देता है कि एक बार जब फल बड़ा हो जाता है, तो उसे मिठास से भरने के लिए अलग-अलग परिवहन प्रणालियाँ कार्यभार संभाल लेती हैं। यह सटीक समय सुनिश्चित करता है कि शर्करा ठीक वहीं और ठीक उसी समय पहुंचाई जाए जहां पौधे को इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है।
अध्ययन में यह भी परीक्षण किया गया कि ये जीन तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं। जब पौधों पर रूट-नॉट नेमाटोड (root-knot nematodes), जो एक प्रकार का परजीवी कृमि है, ने हमला किया, तो जीनों का एक विशिष्ट समूह अत्यधिक सक्रिय हो गया, जो तब चरम पर था जब कृमि सक्रिय रूप से पौधे की कोशिकाओं को खा रहे थे। यह सुझाव देता है कि पौधा संक्रमण स्थल पर शर्करा के प्रवाह को प्रबंधित करने की कोशिश कर रहा है, शायद परजीवी को भूखा मारने या क्षति की मरम्मत करने के लिए। इसी तरह, जब पौधों को सूखे, नमक या अत्यधिक गर्मी का सामना करना पड़ा, तो तनाव के प्रकार और प्रभावित पौधे के हिस्से के आधार पर अलग-अलग जीन सक्रिय हुए। उदाहरण के लिए, सूखे की स्थिति में, जड़ों में कुछ जीन अत्यधिक सक्रिय हो गए, जो संभवतः शर्करा के स्तर को समायोजित करके पानी बनाए रखने में मदद करते हैं। कुछ जीन सभी प्रकार के तनावों के प्रति प्रतिक्रिया करते थे, जो सामान्य आपातकालीन प्रतिक्रियाकर्ता के रूप में कार्य करते थे, जबकि अन्य केवल विशिष्ट खतरों से प्रेरित होते थे।
टमाटर शर्करा ट्रांसपोर्टर परिवार का यह व्यापक मानचित्र पौधे द्वारा अपनी ऊर्जा के प्रबंधन का एक विस्तृत ब्लूप्रिंट प्रदान करता है। यह पहचानकर कि कौन से जीन जड़ विकास, फूल के विकास और तनाव प्रतिक्रियाओं को संभालते हैं, शोधकर्ताओं ने भविष्य के प्रजनन के लिए विशिष्ट लक्ष्य उजागर किए हैं। जबकि यह अध्ययन इन जीनों की आनुवंशिक क्षमता की पुष्टि करता है, लेखक नोट करते हैं कि यह साबित करने के लिए कि प्रत्येक जीन वास्तव में किस शर्करा का परिवहन करता है और जीवित पौधों में उनके कार्यों को सत्यापित करने के लिए आगे के प्रयोगों की आवश्यकता है। फिर भी, यह कार्य टमाटर की ऐसी किस्में विकसित करने के लिए एक ठोस आधार प्रदान करता है जो जलवायु चुनौतियों के प्रति अधिक लचीली हों और उच्च गुणवत्ता वाले फल पैदा करें।
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