Identification of the type II NAD(P)H dehydrogenase gene family reveals that TaNDC1 positively regulate Fusarium head blight resistance in wheat

गेहूं की कल्पना एक छोटे से दाने के भीतर बसे एक हलचल भरे शहर के रूप में करें। इस शहर की गहराई में, माइटोकॉन्ड्रिया पावर प्लांट हैं, जो पौधे को जीवित रखने के लिए ऊर्जा पैदा करने में जुटे रहते हैं। आमतौर पर, ये पावर प्लांट एक मुख्य राजमार्ग पर चलते हैं जिसे "क्लासिकल इलेक्ट्रॉन ट्रांसपोर्ट चेन" कहा जाता है। लेकिन कभी-कभी, ट्रैफिक जाम हो जाता है, या शहर को घेराबंदी का सामना करना पड़ता है। उस समय पौधा एक गुप्त बैकरोड (पिछली सड़क) पर स्विच कर देता है: अल्टरनेटिव रेस्पिरेटरी पाथवे (वैकल्पिक श्वसन मार्ग)।

इस बैकरोड की रखवाली टाइप II NAD(P)H डिहाइड्रोजनेज नामक श्रमिकों की एक विशेष टीम करती है, जिन्हें संक्षेप में TaNDs कहा जाता है। इन्हें आपातकालीन जनरेटर के रूप में सोचें जो तब सक्रिय होते हैं जब मुख्य पावर ग्रिड पर तनाव आता है।

बड़ी खोज: 16 श्रमिकों की पहचान

इस अध्ययन में, हेनान और सिनयांग के शोधकर्ताओं ने गेहूं में सभी TaND श्रमिकों को खोजने के लिए जीनोम-व्यापी खजाने की खोज की। उन्हें केवल कुछ ही नहीं मिले; उन्होंने 9 अलग-अलग गुणसूत्रों (क्रोमोसोम) में बिखरे हुए 16 विशिष्ट जीन की पहचान की।

उन्होंने इन 16 श्रमिकों को उनकी वर्दी और काम के विवरण के आधार पर तीन अलग-अलग टीमों, या उप-परिवारों में वर्गीकृत किया:

1. NDA टीम: 6 सदस्य।
2. NDB टीम: 9 सदस्य।
3. NDC टीम: केवल 1 सदस्य।

यहाँ मामला दिलचस्प हो जाता है। अधिकांश गेहूं जीनोम एक तीन मंजिला सैंडविच (सबजीनोम A, B और D) की तरह है, जिसका अर्थ है कि अधिकांश जीन तीन समान प्रतियों के सेट में आते हैं। NDA और NDB टीमों के पास तीनों प्रतियां हैं। लेकिन NDC टीम? उनके पास एक अकेला योद्धा है जिसे TaNDC1 कहा जाता है। यह एक एकल प्रति के रूप में मौजूद है, जो विशेष रूप से गुणसूत्र 7D पर स्थित है। यह पूरे गेहूं परिवार में अपने जैसे प्रकार का अकेला है।

अकेले योद्धा (TaNDC1) का रहस्य

यह एकल प्रति क्यों महत्वपूर्ण है? शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए कि वे तनावों के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं, TaND टीम को तनाव परीक्षणों की एक श्रृंखला के माध्यम से परखने का निर्णय लिया।

उन्होंने गेहूं को निम्नलिखित के संपर्क में लाया:

• हार्मोन: उन्हें 100 µM मिथाइल जैस्मोनेट (MeJA) या 5 mM सैलिसिलिक एसिड (SA) के साथ स्प्रे किया गया।
• अजैविक तनाव (Abiotic Stress): सूखा ( 20% PEG 6000 का उपयोग करके) और गर्मी (40 °C)।
• जैविक तनाव (Biotic Stress): उन्हें पाउडरी मिल्ड्यू (पाउडरी फफूंद), क्राउन रॉट और भयानक फ्यूसेरियम हेड ब्लाइट (FHB) के आक्रमण के संपर्क में लाया गया।

परिणाम ऐसे थे जैसे अभिनेताओं के एक समूह को विभिन्न पटकथाओं पर प्रतिक्रिया देते हुए देखना।

• NDA और NDB टीमों ने विभिन्न तनावों के प्रति प्रतिक्रिया दी, लेकिन वे थोड़े असंगत थे।
• हालाँकि, TaNDC1 का एक बहुत ही विशिष्ट व्यक्तित्व था। जब पौधे को SA (जो अक्सर पाउडरी मिल्ड्यू से लड़ने के लिए उपयोग किया जाता है) के साथ उपचारित किया गया, तो TaNDC1 शांत हो गया और दब गया। लेकिन जब पौधे को JA (जो अक्सर अन्य कीटों से लड़ने के लिए उपयोग किया जाता है) के साथ उपचारित किया गया, तो TaNDC1 जाग उठा और चिल्लाया, "मैं काम पर हूँ!" इसकी अभिव्यक्ति 12 घंटों में काफी बढ़ गई।

असली खलनायक: फ्यूसेरियम हेड ब्लाइट (FHB)

शोधकर्ताओं को संदेह था कि TaNDC1 फ्यूसेरियम हेड ब्लाइट (FHB) के खिलाफ नायक हो सकता है, जो एक कवक (फंगस) है जो गेहूं के सिरों को सड़ा देता है और डियोक्सीनिवेनाल (DON) नामक एक जहरीला जहर पैदा करता है।

इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने "आवाज म्यूट करने" का खेल खेला। उन्होंने प्रसिद्ध प्रतिरोधी गेहूं की किस्म, 'सुमाई 3' (Sumai 3) में TaNDC1 को चुप कराने के लिए वायरस-इंड्यूस्ड जीन साइलेंसिंग (VIGS) नामक तकनीक का उपयोग किया।

• परिणाम: जब उन्होंने TaNDC1 को साइलेंस (चुप) कर दिया, तो गेहूं ने अपनी ढाल खो दी। रोग की गंभीरता आसमान छू गई। जो पौधे पहले बहुत मजबूत थे, वे असुरक्षित हो गए।
• निष्कर्ष: इसने साबित कर दिया कि TaNDC1 एक पॉजिटिव रेगुलेटर (सकारात्मक नियामक) है। यह सक्रिय रूप से FHB के खिलाफ लड़ने में गेहूं की मदद करता है। इसके बिना, रक्षा ढह जाती है।

गुप्त हाथ मिलाना (Secret Handshake)

लेकिन TaNDC1 अपना काम कैसे करता है? शोधकर्ताओं ने एक साथी की तलाश की। वे एक प्रसिद्ध प्रतिरोध जीन Fhb1 के बारे में जानते थे, जिसमें दो मुख्य संदिग्ध हैं: TaPFT और TaHRC।

एक यीस्ट टू-हाइब्रिड परख (एक परीक्षण जहाँ यीस्ट कोशिकाएं केवल तभी बढ़ती हैं जब दो प्रोटीन हाथ मिलाते हैं) और एक बायो-मॉलिक्यूलर फ्लोरेसेंस कॉम्प्लीमेंटेशन परख (जहाँ प्रोटीन तंबाकू की पत्ती में चमकते हैं यदि वे स्पर्श करते हैं) का उपयोग करके, उन्होंने उत्तर खोज लिया:

• TaNDC1 ने TaPFT के साथ हाथ मिलाया।
• TaNDC1 ने TaHRC के साथ हाथ नहीं मिलाया।

उन्होंने AutoDock सॉफ्टवेयर का उपयोग करके एक कंप्यूटर सिमुलेशन भी चलाया, जिसने TaNDC1 और TaPFT के बीच एक भौतिक बाइंडिंग इंटरफेस की भविष्यवाणी की। यह सुझाव देता है कि TaNDC1, TaPFT के साथ मिलकर गेहूं की रक्षा कर सकता है, हालांकि इस साझेदारी की सटीक कार्यप्रणाली को अभी भी समझा जा रहा है।

जो यह शोध खारिज करता है

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि इस अध्ययन ने क्या नहीं पाया।

• इसने इस विचार को खारिज कर दिया कि TaNDC1 TaHRC के साथ काम करता है। प्रयोगों ने उनके बीच कोई अंतःक्रिया (interaction) नहीं दिखाई।
• इसने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि TaNDC1 केवल एक सामान्य स्ट्रेस रिस्पोंडर है। इसका एक बहुत ही विशिष्ट "JA-ऑन, SA-ऑफ" व्यक्तित्व है, जो NDA और NDB परिवारों के अपने चचेरे भाइयों के विपरीत है, जो संकेतों के एक व्यापक और अव्यवस्थित मिश्रण पर प्रतिक्रिया करते हैं।
• इसने यह भी सिद्ध नहीं किया कि TaNDC1 सीधे जहर (DON) को डिटॉक्सिफाई (विषहरण) करता है। यह काम जंगली गेहूं के रिश्तेदारों में पाए जाने वाले एक अलग जीन (Fhb7) का है, न कि उस सामान्य गेहूं का जिसका उन्होंने अध्ययन किया।

निचोड़ (The Bottom Line)

यह शोध पत्र सुझाव देता है कि TaNDC1 एक अद्वितीय, सिंगल-कॉपी जीन है जो फ्यूसेरियम हेड ब्लाइट के खिलाफ गेहूं की रक्षा के लिए एक विशेष स्विच के रूप में कार्य करता है। यह रक्षा को चालू करने के लिए JA सिग्नल को सुनता है और SA सिग्नल को अनदेखा करता है। जबकि यह TaPFT के साथ हाथ मिलाता है, इस साझेदारी के माध्यम से वे फंगस को कैसे रोकते हैं, इसकी पूरी कहानी अभी भी प्रगति पर है।

फिलहाल, शोधकर्ता आश्वस्त हैं कि TaNDC1, फ्यूसेरियम हेड ब्लाइट के विरुद्ध मजबूत, अधिक रोग-प्रतिरोधी गेहूं की ब्रीडिंग के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है, लेकिन वे यह कहने में भी सावधान हैं कि TaNDC1 और TaPFT के बीच के "हाथ मिलाने" के पीछे के "कैसे" को पूरी तरह से समझने के लिए और अधिक जांच की आवश्यकता है।