दशकों पुरानी पहेली को हल किया गया
जब तनाव आता है तो पौधों को एक मौलिक दुविधा का सामना करना पड़ता है। तीव्र प्रकाश, गर्मी, सूखा, या उच्च लवणता कुछ मिनटों के भीतर सेलुलर नुकसान पहुंचा सकता है — लेकिन आणविक मशीनरी जो वृद्धि को संचालित करती है, वह जटिल है, और जीव तुरंत इसे बंद नहीं कर सकते। दशकों से, वैज्ञानिकों को पता था कि पौधे तनाव के समय बढ़ना बंद कर देते हैं, लेकिन उन्होंने इस तेज जैव रासायनिक तंत्र को पूरी तरह नहीं समझा जो इसे संभव बनाता है। यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, रिवरसाइड की एक नई अध्ययन, जो प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज में प्रकाशित हुई है, आखिरकार इस सवाल का जवाब दे दिया है।
खोज सावधानीपूर्वक आनुवंशिक जांच और एक सेवानिवृत्त प्रयोगशाला प्रबंधक के असामान्य दृढ़ता के माध्यम से आई जिसने अपनी स्थिति छोड़ने के बाद महत्वपूर्ण प्रयोग पूरा करने के लिए दो अतिरिक्त वर्ष व्यतीत किए। यह समर्पण एक ऐसी खोज दे गया जिसके वैश्विक कृषि के लिए संभावित परिणाम हैं: एक दो-चरणीय सेलुलर रक्षा प्रणाली जिसे फसलों में इंजीनियर किया जा सकता है ताकि वे बढ़ती हुई चरम जलवायु परिस्थितियों में जीवित रह सकें जो विश्वव्यापी खाद्य सुरक्षा को खतरे में डालती हैं।
दो-चरणीय प्रणाली कैसे काम करती है
यूसी रिवरसाइड टीम एक केंद्रीय चयापचय पथ पर ध्यान केंद्रित करती है जो पौधे वृद्धि के लिए आवश्यक जैव रासायनिक निर्माण ब्लॉक बनाने के लिए उपयोग करते हैं। सामान्य परिस्थितियों में, यह पथ लगातार चलता है, कोशिकाओं को विभाजित होने और विस्तार करने के लिए आवश्यक कच्चे माल की आपूर्ति करता है। लेकिन जब तनाव आता है, तो शोधकर्ताओं ने पाया कि पौधे जीन अभिव्यक्ति परिवर्तन के लिए प्रतीक्षा नहीं करते — जो घंटों ले सकते हैं — चीजों को धीमा करने के लिए। इसके बजाय, वे तुरंत वृद्धि पथ में मुख्य एंजाइमों को सीधे जैव रासायनिक इंटरैक्शन के माध्यम से संशोधित करते हैं।
रक्षा तंत्र का पहला चरण तनाव जोखिम के कुछ क्षणों में शुरू होता है। प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन अणु, जो तेजी से जमा होते हैं जब पौधे का सामान्य चयापचय संतुलन बाधित होता है, वृद्धि पथ में मुख्य एंजाइमों को सीधे संशोधनों को ट्रिगर करते हैं। साथ ही, कुछ जैव रासायनिक यौगिक जो पथ में जमा होते हैं जब बाधित होते हैं, अपस्ट्रीम एंजाइमों को शारीरिक रूप से अवरुद्ध करते हैं। संयुक्त प्रभाव वृद्धि-संबंधित चयापचय का लगभग तुरंत दमन है।
दूसरा चरण दीर्घकालिक अनुकूलन प्रदान करता है। जैसे-जैसे तनाव बना रहता है, पौधे की सेलुलर मशीनरी में ही समायोजन किए जाते हैं — संसाधन वृद्धि से रक्षा और मरम्मत की ओर पुनः निर्देशित किए जाते हैं। यह परिचित अवलोकन की व्याख्या करता है कि पुरानी पानी या गर्मी के तनाव के तहत पौधे काफी धीमी गति से बढ़ते हैं भले ही वे अन्यथा स्वस्थ दिखाई दें। शोधकर्ताओं के पास अब एक आणविक व्याख्या है जो पहले एक अनुभवजन्य देखे गए घटना था।
सेवानिवृत्त वैज्ञानिक जिसने इसे संभव बनाया
सफलता के लिए एक विशेष रूप से मुश्किल प्रयोगात्मक चुनौती को हल करना आवश्यक था: यह पहचानना कि कौन सा विशिष्ट यौगिक पथ में जमा हो रहा था और यह अपस्ट्रीम नाकाबंदी का कारण बनने के लिए कहां बांध रहा था। पूर्व प्रयोगशाला प्रबंधक विल्हेल्मिना वैन डे वेन ने अपने कैरियर के दौरान प्रासंगिक जैव रासायनिक तकनीकों में विशेषज्ञता विकसित की थी, और जब वह सेवानिवृत्त हुई, तो वे कौशल लगभग उसके साथ चले गए।
इसके बजाय, वैन डे वेन सेवानिवृत्ति के बाद दो वर्षों तक समस्या पर काम करती रहीं, प्रयोगों को पूरा करते हुए जो पथ के प्रत्येक चरण को ट्रेस करते थे और अपस्ट्रीम एंजाइम निषेध के लिए जिम्मेदार सटीक डाउनस्ट्रीम यौगिक की पहचान करते थे। उनके काम ने यांत्रिक स्पष्टता प्रदान की जिसने एक होनहार अवलोकन को एक प्रकाशन योग्य खोज में स्पष्ट आणविक विवरण के साथ बदल दिया।
जलवायु-लचीली कृषि के लिए अनुप्रयोग
इस तनाव-प्रतिक्रिया तंत्र को समझने के व्यावहारिक निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं। वर्तमान कृषि फसलें — गेहूं, चावल, मक्का, सोयाबीन — काफी हद तक 20 वीं सदी की मध्यम, अनुमानित जलवायु के लिए अनुकूलित हैं। जैसे ही वैश्विक तापमान बढ़ता है और वर्षण पैटर्न अधिक अस्थिर हो जाते हैं, गर्मी की लहरों, सूखे की अवधि, और मिट्टी की लवणता की घटनाओं की आवृत्ति और गंभीरता बढ़ रही है।
फसलें जो इस तनाव-प्रतिक्रिया तंत्र को अधिक कुशलता से सक्रिय कर सकती हैं — वृद्धि को तेजी से बंद करना नुकसान से बचने के लिए और फिर जब स्थितियां सुधरती हैं तो तेजी से फिर से शुरू करना — प्रतिकूल परिस्थितियों में अधिक उपज बनाए रख सकती हैं। शोधकर्ता सुझाते हैं कि सटीक एंजाइमों और बाध्यकारी साइटों की पहचान दोनों पारंपरिक प्रजनन कार्यक्रमों और सटीक आनुवंशिक संशोधन दृष्टिकोणों के लिए दरवाजा खोलता है जो प्रासंगिक तंत्रों को पेश या अनुकूलित कर सकते हैं।
यह खोज कि बैक्टीरिया में समान पथ मौजूद हैं, एक और आयाम जोड़ता है इसके संभावित महत्व के लिए। यदि तनाव-प्रतिक्रिया तंत्र ऐसे दूरस्थ रूप से संबंधित जीवों में संरक्षित है, तो यह संसाधन सीमा के लिए एक मौलिक जैविक समाधान का प्रतिनिधित्व कर सकता है — एक जीव अरबों वर्षों के विकास में चयनित होता है। इसके पूर्ण दायरे को समझना कृषि से परे निहितार्थ हो सकता है, जैव ईंधन उत्पादन और औद्योगिक किण्वन प्रक्रियाओं सहित।
अगले कदम
यूसी रिवरसाइड टीम अब विभिन्न पौधों की प्रजातियों में तनाव-प्रतिक्रिया तंत्र में विविधता की जांच कर रही है, जिसका लक्ष्य यह पहचानना है कि कौन सी प्राकृतिक विविधता सबसे अधिक लचीलापन प्रदान करती है। कृषि अनुसंधान संस्थानों के साथ सहयोग क्षेत्र की परिस्थितियों के तहत तनाव-प्रतिरोधी किस्मों का परीक्षण करने के लिए योजनाबद्ध है, और शोधकर्ताओं ने पथ मैपिंग काम से मुख्य अंतर्दृष्टि पर प्रारंभिक पेटेंट आवेदन दायर किए हैं।
यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
