शोधकर्ता पादप कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने वाले जीन की अभिव्यक्ति को विनियमित करके पादप पुनर्जनन की एक नई विधि विकसित कर रहे हैं।

 चित्र: पौधों के पारंपरिक पुनर्जनन विधियों में हार्मोन जैसे पादप वृद्धि नियामकों का उपयोग आवश्यक होता है, जो प्रजाति-विशिष्ट और श्रमसाध्य हो सकते हैं। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पादप कोशिकाओं के अवविभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (अंगजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पादप पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है। अधिक देखें
पौधों के पुनर्जनन की पारंपरिक विधियों में निम्नलिखित का उपयोग आवश्यक होता है:पादप वृद्धि नियामकजैसे किहार्मोनये प्रक्रियाएँ प्रजाति-विशिष्ट और श्रमसाध्य हो सकती हैं। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पादप कोशिकाओं के अवविभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (अंगजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पादप पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है।
पौधे कई वर्षों से पशुओं और मनुष्यों के भोजन का मुख्य स्रोत रहे हैं। इसके अलावा, पौधों का उपयोग विभिन्न औषधीय और चिकित्सीय यौगिकों को निकालने के लिए भी किया जाता है। हालांकि, इनका दुरुपयोग और भोजन की बढ़ती मांग नए पादप प्रजनन विधियों की आवश्यकता को उजागर करती है। पादप जैव प्रौद्योगिकी में प्रगति से आनुवंशिक रूप से संशोधित (जीएम) पौधे तैयार करके भविष्य में खाद्य संकट की समस्या का समाधान किया जा सकता है, जो अधिक उत्पादक और जलवायु परिवर्तन के प्रति अधिक प्रतिरोधी होंगे।
प्राकृतिक रूप से, पौधे एक ही "टोटिपोटेंट" कोशिका (ऐसी कोशिका जो कई प्रकार की कोशिकाओं को जन्म दे सकती है) से पूर्णतः नए पौधे उत्पन्न कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, वे अविभेदित होकर और पुनःविभेदित होकर विभिन्न संरचनाओं और कार्यों वाली कोशिकाओं में परिवर्तित होते हैं। पादप ऊतक संवर्धन के माध्यम से ऐसी टोटिपोटेंट कोशिकाओं का कृत्रिम अनुकूलन पादप संरक्षण, प्रजनन, ट्रांसजेनिक प्रजातियों के उत्पादन और वैज्ञानिक अनुसंधान उद्देश्यों के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। परंपरागत रूप से, पादप पुनर्जनन के लिए ऊतक संवर्धन में कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने के लिए ऑक्सिन और साइटोकिनिन जैसे पादप वृद्धि नियामकों (जीजीआर) का उपयोग आवश्यक होता है। हालांकि, इष्टतम हार्मोनल स्थितियां पादप प्रजाति, संवर्धन स्थितियों और ऊतक के प्रकार के आधार पर काफी भिन्न हो सकती हैं। इसलिए, इष्टतम अन्वेषण स्थितियों का निर्माण एक समय लेने वाला और श्रमसाध्य कार्य हो सकता है।
इस समस्या को दूर करने के लिए, चिबा विश्वविद्यालय की एसोसिएट प्रोफेसर टोमोको इकावा ने एसोसिएट प्रोफेसर माई एफ. मिनामिकावा, नागोया विश्वविद्यालय के जैव-कृषि विज्ञान स्नातकोत्तर विद्यालय के प्रोफेसर हितोशी सककिबारा और RIKEN CSRS की विशेषज्ञ तकनीशियन मिकिको कोजिमा के साथ मिलकर, विनियमन के माध्यम से पादप नियंत्रण की एक सार्वभौमिक विधि विकसित की। इसमें पादप पुनर्जनन प्राप्त करने के लिए "विकासात्मक रूप से विनियमित" (DR) कोशिका विभेदन जीन की अभिव्यक्ति का उपयोग किया गया है। 3 अप्रैल, 2024 को फ्रंटियर्स इन प्लांट साइंस के खंड 15 में प्रकाशित अपने शोध कार्य के बारे में डॉ. इकावा ने आगे जानकारी देते हुए कहा: "हमारी प्रणाली बाहरी PGR का उपयोग नहीं करती है, बल्कि स्तनधारियों में प्रेरित बहुसंभाव्यता कोशिकाओं के समान कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने के लिए प्रतिलेखन कारक जीन का उपयोग करती है।"
शोधकर्ताओं ने अरेबिडोप्सिस थैलिआना (एक मॉडल पौधे के रूप में प्रयुक्त) से दो डीआर जीन, बेबी बूम (बीबीएम) और वुशेल (डब्ल्यूयूएस) को बाह्य रूप से अभिव्यक्त किया और तंबाकू, लेट्यूस और पेटूनिया के ऊतक संवर्धन विभेदन पर उनके प्रभाव का अध्ययन किया। बीबीएम एक प्रतिलेखन कारक को एन्कोड करता है जो भ्रूण विकास को नियंत्रित करता है, जबकि डब्ल्यूयूएस एक प्रतिलेखन कारक को एन्कोड करता है जो शूट एपिकल मेरिस्टेम क्षेत्र में स्टेम सेल पहचान को बनाए रखता है।
उनके प्रयोगों से पता चला कि तंबाकू की पत्ती के ऊतकों में कोशिका विभेदन को प्रेरित करने के लिए अकेले अरेबिडोप्सिस बीबीएम या डब्ल्यूयूएस की अभिव्यक्ति पर्याप्त नहीं है। इसके विपरीत, कार्यात्मक रूप से उन्नत बीबीएम और कार्यात्मक रूप से संशोधित डब्ल्यूयूएस की सह-अभिव्यक्ति से त्वरित स्वायत्त विभेदन फेनोटाइप प्रेरित होता है। पीसीआर का उपयोग किए बिना, ट्रांसजेनिक पत्ती कोशिकाएं कैलस (अव्यवस्थित कोशिका समूह), हरे अंग जैसी संरचनाओं और आकस्मिक कलियों में विभेदित हुईं। जीन प्रतिलेखों की मात्रा निर्धारित करने के लिए प्रयुक्त विधि, मात्रात्मक पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (क्यूपीसीआर) विश्लेषण से पता चला कि अरेबिडोप्सिस बीबीएम और डब्ल्यूयूएस की अभिव्यक्ति ट्रांसजेनिक कैलस और शूट के निर्माण से संबंधित है।
कोशिका विभाजन और विभेदन में पादप हार्मोनों की महत्वपूर्ण भूमिका को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने ट्रांसजेनिक पौधों में छह पादप हार्मोनों, अर्थात् ऑक्सिन, साइटोकिनिन, एब्सिसिक अम्ल (एबीए), जिबरेलिन (जीए), जैस्मोनिक अम्ल (जेए), सैलिसिलिक अम्ल (एसए) और इनके चयापचयों के स्तर का मात्रात्मक विश्लेषण किया। उनके परिणामों से पता चला कि कोशिकाओं के अंगों में विभेदित होने पर सक्रिय ऑक्सिन, साइटोकिनिन, एबीए और निष्क्रिय जीए का स्तर बढ़ जाता है, जो पादप कोशिका विभेदन और अंग निर्माण में इनकी भूमिका को उजागर करता है।
इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने सक्रिय विभेदन प्रदर्शित करने वाली ट्रांसजेनिक कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति के पैटर्न का मूल्यांकन करने के लिए आरएनए अनुक्रमण ट्रांसक्रिप्टोम का उपयोग किया, जो जीन अभिव्यक्ति का गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण करने की एक विधि है। उनके परिणामों से पता चला कि कोशिका प्रसार और ऑक्सिन से संबंधित जीन विभेदक रूप से विनियमित जीनों में समृद्ध थे। qPCR का उपयोग करके आगे की जांच से पता चला कि ट्रांसजेनिक कोशिकाओं में चार जीनों की अभिव्यक्ति में वृद्धि या कमी हुई थी, जिनमें पादप कोशिका विभेदन, चयापचय, अंगजनन और ऑक्सिन प्रतिक्रिया को विनियमित करने वाले जीन शामिल थे।
कुल मिलाकर, ये परिणाम पादप पुनर्जनन के लिए एक नया और बहुमुखी दृष्टिकोण प्रकट करते हैं जिसमें पीसीआर के बाहरी अनुप्रयोग की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, इस अध्ययन में प्रयुक्त प्रणाली पादप कोशिका विभेदन की मूलभूत प्रक्रियाओं की हमारी समझ को बेहतर बना सकती है और उपयोगी पादप प्रजातियों के जैव प्रौद्योगिकीय चयन में सुधार कर सकती है।
अपने काम के संभावित अनुप्रयोगों पर प्रकाश डालते हुए, डॉ. इकावा ने कहा, “यह प्रणाली पीसीआर की आवश्यकता के बिना ट्रांसजेनिक पादप कोशिकाओं के कोशिकीय विभेदन को प्रेरित करने का एक उपकरण प्रदान करके पादप प्रजनन में सुधार कर सकती है। इसलिए, ट्रांसजेनिक पौधों को उत्पाद के रूप में स्वीकार किए जाने से पहले, समाज पादप प्रजनन में तेजी लाएगा और संबंधित उत्पादन लागत को कम करेगा।”
एसोसिएट प्रोफेसर टोमोको इकावा के बारे में: डॉ. टोमोको इकावा जापान के चिबा विश्वविद्यालय के बागवानी स्नातकोत्तर विद्यालय, आणविक पादप विज्ञान केंद्र और अंतरिक्ष कृषि एवं बागवानी अनुसंधान केंद्र में सहायक प्रोफेसर हैं। उनकी शोध रुचियों में पादप लैंगिक प्रजनन और विकास तथा पादप जैव प्रौद्योगिकी शामिल हैं। उनका कार्य विभिन्न ट्रांसजेनिक प्रणालियों का उपयोग करके लैंगिक प्रजनन और पादप कोशिका विभेदन की आणविक क्रियाविधियों को समझने पर केंद्रित है। इन क्षेत्रों में उनके कई प्रकाशन हैं और वे जापान सोसाइटी ऑफ प्लांट बायोटेक्नोलॉजी, बॉटनिकल सोसाइटी ऑफ जापान, जापानी प्लांट ब्रीडिंग सोसाइटी, जापानी सोसाइटी ऑफ प्लांट फिजियोलॉजिस्ट और इंटरनेशनल सोसाइटी फॉर द स्टडी ऑफ प्लांट सेक्सुअल रिप्रोडक्शन की सदस्य हैं।
हार्मोनों के बाह्य उपयोग के बिना ट्रांसजेनिक कोशिकाओं का स्वायत्त विभेदन: अंतर्जात जीनों की अभिव्यक्ति और पादप हार्मोनों का व्यवहार
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