Suppressing estrogen signaling by a Y-linked nuclear receptor determines sex in Bombina toads

प्रत्येक जीवित प्राणी जिसमें रीढ़ की हड्डी होती है, उसे यह तय करने के तरीके की आवश्यकता होती है कि वह नर बनेगा या मादा। मनुष्यों और कई अन्य जानवरों में, यह निर्णय एक जोड़ी गुणसूत्रों (क्रोमोसोम) में लिखा होता है जो एक आनुवंशिक स्विच की तरह कार्य करते हैं। लेकिन उभयचरों (एम्फीबियंस) की विशाल और प्राचीन दुनिया में, यह स्विच एक रहस्य बना हुआ है। एक सदी से अधिक समय से, वैज्ञानिक जानते हैं कि मेंढक और टोड्स में लिंग गुणसूत्र होते हैं, फिर भी वे उस विशिष्ट जीन को खोजने में असमर्थ रहे हैं जो इस स्विच को घुमाता है। यह आंशिक रूप से इसलिए है क्योंकि उभयचरों के जीनोम विशाल और जटिल होते हैं, और उनके गुणसूत्र अक्सर सूक्ष्मदर्शी के नीचे एक जैसे दिखते हैं, जिससे लिंग निर्धारित करने वाले सूक्ष्म आनुवंशिक अंतर को पहचानना लगभग असंभव हो जाता है। बिना मुख्य स्विच को जाने, हम यह पूरी तरह से नहीं समझ सकते कि ये जीव कैसे विकसित होते हैं या नई प्रजातियां कैसे विकसित होती हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने आखिरकार यूरोपीय और एशियाई टोड्स के एक समूह, जिन्हें बॉमिना (Bombina) कहा जाता है, के लिए इस कोड को सुलझा लिया है। टोड्स के संपूर्ण आनुवंशिक कोड का उच्च-गुणवत्ता वाला मानचित्र बनाकर, उन्होंने खोजा कि नर के Y गुणसूत्र पर स्थित एक विशिष्ट जीन मुख्य स्विच के रूप में कार्य करता है। यह जीन एक ऐसे रासायनिक संकेत को शांत करके काम करता है जो अन्यथा जीव को मादा बना देता। यह खोज दर्शाती है कि प्रकृति लिंग निर्धारित करने का एक नया तरीका खोज सकती है, जो एक नर वाले मार्ग को सक्रिय करने के बजाय, एक हार्मोन पथ को रोकने (ब्लॉक करने) पर निर्भर करता है। यह खोज न केवल उभयचर जीव विज्ञान की एक लंबे समय से चली आ रही पहेली को सुलझाती है, बल्कि इन टोड्स के विभिन्न प्रजातियों में विभाजित होने के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली उपकरण भी प्रदान करती है।

शोधकर्ताओं ने 'फायर-बेलीड टोड' और उसके करीबी रिश्तेदारों पर ध्यान केंद्रित किया, जो अपने विशिष्ट आवासों में रहने और आपस में प्रजनन करने वाले संकीर्ण क्षेत्रों में बसने के लिए प्रसिद्ध हैं। लिंग-निर्धारण जीन को खोजने के लिए, टीम ने सबसे पहले फायर-बेलीड टोड के लिए एक विस्तृत संदर्भ जीनोम बनाया, जो कि डीएनए के आकार को देखते हुए एक विशाल कार्य था। इसके बाद, उन्होंने एक बड़े वंशावली वृक्ष (फैमिली ट्री) से नर और मादा टोड के डीएनए की तुलना की, ताकि किसी भी ऐसे आनुवंशिक मार्कर की तलाश की जा सके जो केवल नरों में दिखाई देता हो। उन्हें गुणसूत्र दो पर एक छोटा क्षेत्र मिला जो नरों में मौजूद था लेकिन मादाओं में अनुपस्थित था। इस क्षेत्र में err1Y नामक एक जीन शामिल था, जो एक अलग गुणसूत्र पर पाए जाने वाले जीन की एक प्रति है जो दोनों लिंगों में पाया जाता है।

इस जीन का मूल संस्करण, जो एक सामान्य गुणसूत्र पर पाया जाता है, ऊर्जा और चयापचय (मेटाबॉलिज्म) को विनियमित करने में शामिल है। हालांकि, नई प्रति, err1Y, काफी बदल गई थी। यह Y गुणसूत्र पर स्थित थी, जिसका अर्थ है कि यह केवल पिता से पुत्र को विरासत में मिलती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह नया जीन विशेष रूप से युवा नर टोड के विकसित होते वृषण (टेस्टिस) में सक्रिय होता है, ठीक उसी समय जब वे विभेदित (डिफरेंशिएट) होना शुरू होते हैं। मादाओं में, यह जीन पूरी तरह से अनुपस्थित है। यह पैटर्न दृढ़ता से संकेत देता है कि err1Y वह मुख्य स्विच है जो विकसित होते गोनाड (जनन ग्रंथि) को टेस्टिस बनने का निर्देश देता है।

यह समझने के लिए कि यह जीन कैसे कार्य करता है, टीम ने इसकी संरचना और कार्य को बारीकी से देखा। उन्होंने पाया कि err1Y जीन एक संक्षिप्त प्रोटीन का उत्पादन करता है। मूल प्रोटीन के विपरीत, जो डीएनए से जुड़ सकता है और जीन को चालू कर सकता है, यह संक्षिप्त संस्करण उस हिस्से के बिना है जो डीएनए से जुड़ने के लिए आवश्यक है। इसके बजाय, यह एक अवरोधक (ब्लॉकर) के रूप में कार्य करता है। शरीर में, एस्ट्रोजन द्वारा संचालित एक प्राकृतिक मार्ग होता है जो अंडाशय (ओवरी) के विकास को प्रोत्साहित करता है। संक्षिप्त err1Y प्रोटीन उन रिसेप्टर्स से जुड़ जाता है जो सामान्य रूप से एस्ट्रोजन सिग्नल को आगे बढ़ाते हैं, प्रभावी रूप से उस तंत्र को जाम कर देता है। एस्ट्रोजन सिग्नल को रोककर, यह जीन गोनाड को मादा बनने से रोकता है, जिससे वह डिफ़ॉल्ट रूप से नर बनने की अनुमति देता है।

शोधकर्ताओं ने प्रयोगों की एक श्रृंखला के माध्यम से इस तंत्र की पुष्टि की। उन्होंने दिखाया कि जब उन्होंने संक्षिप्त प्रोटीन को कोशिकाओं में पेश किया, तो इसने सफलतापूर्वक एस्ट्रोजन मार्ग को काम करने से रोक दिया। उन्होंने Bombina टोड की विभिन्न प्रजातियों में इस जीन का मानचित्रण भी किया। उन्होंने पाया कि err1Y जीन उन सभी प्रजातियों में मौजूद और कार्यात्मक है जिनमें 24 गुणसूत्र हैं, जिसमें फायर-बेलीड टोड और येलो-बेलीड टोड शामिल हैं। हालांकि, 28 गुणसूत्रों वाली प्रजातियों में, यह जीन टूटा हुआ है और अब कार्य नहीं करता है। यह इंगित करता है कि 24-गुणसूत्र वाले टोड एक सामान्य पूर्वज साझा करते हैं जहाँ इस जीन को पहली बार लिंग निर्धारण के लिए नियोजित किया गया था, और यह तब से चला आ रहा है।

यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह शीत-रक्त वाले (पोइकिलोथर्मिक) कशेरुकी जीवों में लिंग निर्धारण के एक नए मार्ग को प्रकट करती है। कई जानवरों में, एक मुख्य जीन एक विशिष्ट नर कार्यक्रम को चालू करके काम करता है। इन टोड्स में, मुख्य जीन मादा कार्यक्रम को बंद करके काम करता है। यह एस्ट्रोजन पथ पर एक ब्रेक के रूप में कार्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि जीव नर के रूप में विकसित हो। यह तंत्र एक डुप्लिकेटेड न्यूक्लियर रिसेप्टर के पुन: उपयोग के माध्यम से लिंग निर्धारण की एक नवीन रणनीति का प्रतिनिधित्व करता है, जो इस विशिष्ट रूप में पहले नहीं देखी गई थी। ये निष्कर्ष एक स्पष्ट आनुवंशिक मार्कर भी प्रदान करते हैं जिसका उपयोग जीवन के किसी भी चरण में इन टोड्स के लिंग की पहचान करने के लिए किया जा सकता है, जो संरक्षण प्रयासों और इन प्रजातियों के जंगली वातावरण में परस्पर क्रिया के अध्ययन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

इन टोड्स के लिंग की आनुवंशिक रूप से पहचान करने की क्षमता प्रजातियों के निर्माण को समझने के लिए नए द्वार खोलती है। Bombina टोड विविधीकरण (स्पेसिएशन) का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, जहाँ दो विशिष्ट प्रजातियाँ अगल-बगल रहती हैं और कभी-कभी आपस में मिलती हैं। Y-लिंक्ड जीन को ट्रैक करके, वैज्ञानिक अब यह अध्ययन कर सकते हैं कि लिंग गुणसूत्र प्रजातीकरण की प्रक्रिया को कैसे प्रभावित करते हैं और क्या वे प्रजातियों को अलग रखने में विशेष भूमिका निभाते हैं। err1Y की खोज हमारे उभयचर जीव विज्ञान की समझ को बदल देती है, यह दर्शाती है कि सबसे जटिल और प्राचीन जीनोम में भी, प्रकृति नर या मादा बनने के मौलिक प्रश्न के लिए सरल और सुरुचिपूर्ण समाधान पा सकती है।