Identification and fine mapping of a novel leaf stripe resistance locus, QY-156, in the Tibetan hulless barley landrace Pengcuolinzongqingke
यह अध्ययन तिब्बती हलेस जौ की लैंडरेस पेंगकुओलिनज़ोंगकिंगके (Pengcuolinzongqingke) के गुणसूत्र 6H पर एक 101-kb अंतराल में एक नवीन डोमिनेंट लीफ स्ट्राइप प्रतिरोध लोकस, QY-156, की पहचान और फाइन-मैपिंग करता है, जो उम्मीदवार जीनों को अभिलक्षणित करता है और *Pyrenophora graminea* के विरुद्ध प्रतिरोध के लिए आणविक मार्कर प्रदान करता है।
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किंगहाई-तिब्बत पठार के ऊंचे, हवा से भरे मैदानों में, एक कठोर अनाज जिसे 'हल्लेस जौ' (hulless barley) कहा जाता है, लाखों लोगों के लिए प्राथमिक खाद्य स्रोत के रूप में काम करता है। यह फसल, जिसमें अधिकांश जौ की किस्मों की तरह कठोर बाहरी छिलका नहीं होता, इस क्षेत्र की कठोर, उच्च ऊंचाई वाली जलवायु में जीवित रहने के लिए विशिष्ट रूप से अनुकूलित है। हालाँकि, यह महत्वपूर्ण मुख्य आहार एक निरंतर शत्रु का सामना कर रहा है: 'लीफ स्ट्राइप' (leaf stripe) नामक एक कवक रोग। यह कवक बीजों के भीतर ही रहता है, और बीज के अंकुरित होने के क्षण की प्रतीक्षा करता है। जैसे ही बीज अंकुरित होता है, कवक युवा पौधे पर आक्रमण करता है, तने के ऊपर चढ़ता है और पत्तियों को हल्के, धारीदार निशानों में बदल देता है। गंभीर प्रकोपों में, यह संक्रमण फसल के एक चौथाई हिस्से को नष्ट कर सकता है, जिससे पूरे क्षेत्र की खाद्य सुरक्षा खतरे में पड़ जाती है। जबकि किसान कवक से लड़ने के लिए बीजों को रसायनों से उपचारित कर सकते हैं, ऐसी विधियाँ पठार के नाजुक पारिस्थितिकी तंत्र में बनाए रखना कठिन हैं। सबसे विश्वसनीय समाधान ऐसे जौ की किस्में उगाना है जो स्वाभाविक रूप से इस रोग के प्रति प्रतिरोधी हों, लेकिन इस प्रतिरोध प्रदान करने वाले विशिष्ट आनुवंशिक निर्देशों को खोजना कठिन साबित हुआ है।
वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि पौधों में विशिष्ट जीन होते हैं जो रोगजनकों के विरुद्ध ढाल के रूप में कार्य करते हैं, लेकिन एक जटिल जीनोम में ठीक से कौन सा जीन क्या करता है, इसे पहचानना घास के ढेर में सुई खोजने जैसा है। एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने तिब्बती जौ की एक विशिष्ट, अत्यधिक प्रतिरोधी किस्म 'पेंगकुओलिनज़ोंगकिंगके' (Pengcuolinzongqingke) के लिए इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। इस प्रतिरोधी पौधे को एक संवेदनशील पौधे (जो आसानी से बीमार हो जाता है) के साथ क्रॉस कराकर, टीम ने मिश्रित लक्षणों वाली संतानों का एक बड़ा परिवार बनाया। फिर उन्होंने 'बल्क्ड सेग्रिगेंट एनालिसिस' (bulked segregant analysis) नामक एक शक्तिशाली पद्धति का उपयोग किया, जिसमें प्रतिरोधी पौधों को एक साथ और संवेदनशील पौधों को एक साथ समूहबद्ध किया जाता है, और अंतरों को पहचानने के लिए उनके संपूर्ण आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की तुलना की जाती है। इस दृष्टिकोण ने उन्हें पूरे जौ जीनोम से खोज को क्रोमोसोम 6 पर एक छोटे, विशिष्ट डीएनए खंड तक सीमित करने में सक्षम बनाया।
शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक एक प्रतिरोध लोकस (resistance locus) की पहचान की, जिसे उन्होंने QY-156 नाम दिया, जो क्रोमोसोम के केवल 101 किलोबेस के भौतिक अंतराल तक सीमित है। इस खोज की पुष्टि करने के लिए, उन्होंने सटीक आणविक मार्कर विकसित किए, जो पौधों के परिवारों में प्रतिरोध के गुण के वंशानुक्रम को ट्रैक करने के लिए संकेतकों के रूप में कार्य करते हैं। उनके विश्लेषण ने पुष्टि की कि प्रतिरोध एक एकल प्रभावी जीन (dominant gene) द्वारा नियंत्रित होता है, जिसका अर्थ है कि यदि किसी पौधे को इस सुरक्षात्मक निर्देश की केवल एक प्रति विरासत में मिलती है, तो वह स्वस्थ रहेगा। यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रतिरोध के एक नए स्रोत की पहचान करती है जो जौ की खेती में पहले कभी नहीं देखा गया है, जो फसलों को इस विनाशकारी कवक से बचाने के लिए एक नया आनुवंशिक उपकरण प्रदान करती है।
इस 101-किलोबेस के छोटे से क्षेत्र के भीतर, टीम ने कई संभावित जीनों की पहचान की जो पौधे की प्रतिरक्षा के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं। उन्होंने परीक्षण किया कि जब पौधों को कवक के संपर्क में लाया गया तो ये जीन कैसे व्यवहार करते हैं। एक जीन, जो पौधों में पाए जाने वाले ग्लूटामेट रिसेप्टर के समान प्रोटीन का उत्पादन करता है, ने एक आश्चर्यजनक पैटर्न दिखाया: यह उन पौधों में अत्यधिक सक्रिय हो गया जो बीमार हुए थे, लेकिन प्रतिरोधी पौधों में शांत रहा। यह सुझाव देता है कि यह विशेष जीन वास्तव में समस्या का हिस्सा हो सकता है, शायद कवक को पौधे की सिग्नलिंग प्रणाली पर नियंत्रण पाने में मदद करता है, न कि पौधे को लड़ने में मदद करता है। इसके विपरीत, उसी क्षेत्र में स्थित एक अन्य जीन संक्रमण के बाद केवल प्रतिरोधी पौधों में ही दृढ़ता से सक्रिय हुआ, जो संकेत देता है कि यह रक्षा तंत्र में सीधा भूमिका निभाता है।
यह समझने के लिए कि ये प्रोटीन कैसे कार्य करते हैं, वैज्ञानिकों ने एक जीन को क्लोन किया और उसकी संरचना का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि यह जो प्रोटीन बनाता है वह एक जटिल अणु है जो पौधे की कोशिका झिल्ली (cell membrane) में बैठता है, जो एक द्वार या सेंसर की तरह कार्य करता है जो बाहरी दुनिया से संकेतों का पता लगा सकता है। इसमें विशिष्ट संरचनात्मक डोमेन हैं जो कोशिकाओं के बीच संचार में शामिल होते हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि यह प्रोटीन कोशिका के भीतर कहाँ रहता है, यह पाते हुए कि यह केंद्रक (nucleus) और बाहरी झिल्ली दोनों में मौजूद है, जो यह सुझाव देता है कि यह कोशिका की सतह से आनुवंशिक कोर तक संदेश भेजने में मदद करता है। हालांकि प्रतिरोध कैसे काम करता है इसका सटीक तंत्र अभी भी अनसुलझा है, अध्ययन पुष्टि करता है कि QY-156 क्षेत्र में कई जीन हैं जो मिलकर यह नियंत्रित करते हैं कि पौधा तनाव के प्रति कैसे प्रतिक्रिया देता है।
यह कार्य भविष्य के प्रजनन प्रयासों के लिए एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है। इस अध्ययन में पहचाने गए आणविक मार्करों का उपयोग करके, ब्रीडर्स अब पौधों के बढ़ने और संक्रमित होने की प्रतीक्षा किए बिना जौ के बीजों में QY-156 प्रतिरोध जीन की उपस्थिति की जांच कर सकते हैं। इससे वे नई, रोग-प्रतिरोधी किस्में बहुत तेज़ी से विकसित कर सकेंगे, जिससे पठार के लोगों के लिए स्थिर खाद्य आपूर्ति सुनिश्चित होगी। अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने जौ प्रतिरोध के पूरे रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन इसने सफलतापूर्वक एक नए, शक्तिशाली आनुवंशिक संसाधन को अलग कर लिया है। यह प्रदर्शित करता है कि अच्छी तरह से अध्ययन किए गए फसलों में भी, पारंपरिक लैंडरेस (landraces) में प्राकृतिक प्रतिरोध के छिपे हुए खजाने मौजूद हैं, जो कृषि के लिए एक सतत मार्ग की पेशकश करते हैं।
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