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

 चित्र: पादप पुनर्जनन की पारंपरिक विधियों में हार्मोन जैसे पादप वृद्धि नियामकों का उपयोग आवश्यक होता है, जो प्रजाति-विशिष्ट और श्रम-गहन हो सकते हैं। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पादप कोशिकाओं के विविभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (जीवजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पादप पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है। और देखें
पौधों के पुनर्जनन के पारंपरिक तरीकों में निम्नलिखित का उपयोग आवश्यक है:पादप वृद्धि नियामकोंजैसे किहार्मोनs, जो प्रजाति-विशिष्ट और श्रम-गहन हो सकते हैं। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पादप कोशिकाओं के विविभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (जीवजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पादप पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है।
पौधे कई वर्षों से जानवरों और मनुष्यों के लिए भोजन का मुख्य स्रोत रहे हैं। इसके अलावा, इन पौधों का उपयोग विभिन्न औषधीय और चिकित्सीय यौगिकों के निष्कर्षण के लिए किया जाता है। हालाँकि, इनका दुरुपयोग और भोजन की बढ़ती माँग नए पादप प्रजनन विधियों की आवश्यकता को उजागर करती है। पादप जैव प्रौद्योगिकी में प्रगति, आनुवंशिक रूप से संशोधित (जीएम) पौधों का उत्पादन करके भविष्य में खाद्यान्न की कमी को दूर कर सकती है जो अधिक उत्पादक और जलवायु परिवर्तन के प्रति लचीले होते हैं।
स्वाभाविक रूप से, पौधे एक एकल "टोटिपोटेंट" कोशिका (एक कोशिका जो कई प्रकार की कोशिकाओं को जन्म दे सकती है) से अलग-अलग संरचनाओं और कार्यों वाली कोशिकाओं में विभेदन और पुनर्विभेदन करके पूरी तरह से नए पौधे पुनर्जीवित कर सकते हैं। पादप ऊतक संवर्धन के माध्यम से ऐसी टोटिपोटेंट कोशिकाओं का कृत्रिम अनुकूलन व्यापक रूप से पादप संरक्षण, प्रजनन, ट्रांसजेनिक प्रजातियों के उत्पादन और वैज्ञानिक अनुसंधान उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। परंपरागत रूप से, पादप पुनर्जनन के लिए ऊतक संवर्धन में कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने के लिए ऑक्सिन और साइटोकाइनिन जैसे पादप वृद्धि नियामकों (GGR) के उपयोग की आवश्यकता होती है। हालाँकि, इष्टतम हार्मोनल परिस्थितियाँ पादप प्रजातियों, संवर्धन स्थितियों और ऊतक प्रकार के आधार पर काफी भिन्न हो सकती हैं। इसलिए, इष्टतम अन्वेषण परिस्थितियाँ बनाना एक समय लेने वाला और श्रमसाध्य कार्य हो सकता है।
इस समस्या के समाधान के लिए, एसोसिएट प्रोफेसर तोमोको इकावा ने चिबा विश्वविद्यालय की एसोसिएट प्रोफेसर माई एफ. मिनामिकावा, नागोया विश्वविद्यालय के जैव-कृषि विज्ञान स्नातक विद्यालय के प्रोफेसर हितोशी साकाकिबारा और RIKEN CSRS की विशेषज्ञ तकनीशियन मिकिको कोजिमा के साथ मिलकर, विनियमन द्वारा पादप नियंत्रण की एक सार्वभौमिक विधि विकसित की। पादप पुनर्जनन के लिए "विकासात्मक रूप से विनियमित" (DR) कोशिका विभेदन जीन की अभिव्यक्ति। 3 अप्रैल, 2024 को फ्रंटियर्स इन प्लांट साइंस के खंड 15 में प्रकाशित, डॉ. इकावा ने अपने शोध कार्य के बारे में और जानकारी देते हुए कहा: "हमारी प्रणाली बाहरी PGR का उपयोग नहीं करती, बल्कि कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने के लिए प्रतिलेखन कारक जीन का उपयोग करती है। स्तनधारियों में प्रेरित प्लुरिपोटेंट कोशिकाओं के समान।"
शोधकर्ताओं ने अरेबिडोप्सिस थालियाना (जिसे एक मॉडल पौधे के रूप में इस्तेमाल किया गया) से दो डीआर जीन, बेबी बूम (बीबीएम) और वुशेल (डब्ल्यूयूएस) को एक्टोपिक रूप से अभिव्यक्त किया और तंबाकू, लेट्यूस और पेटुनिया के ऊतक संवर्धन विभेदन पर उनके प्रभाव का परीक्षण किया। बीबीएम एक प्रतिलेखन कारक को एनकोड करता है जो भ्रूण के विकास को नियंत्रित करता है, जबकि डब्ल्यूयूएस एक प्रतिलेखन कारक को एनकोड करता है जो प्ररोह के शीर्षस्थ विभज्योतक क्षेत्र में स्टेम कोशिका की पहचान बनाए रखता है।
उनके प्रयोगों से पता चला कि केवल एराबिडोप्सिस बीबीएम या डब्ल्यूयूएस की अभिव्यक्ति तंबाकू के पत्तों के ऊतकों में कोशिका विभेदन को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसके विपरीत, कार्यात्मक रूप से संवर्धित बीबीएम और कार्यात्मक रूप से संशोधित डब्ल्यूयूएस की सह-अभिव्यक्ति एक त्वरित स्वायत्त विभेदन फेनोटाइप को प्रेरित करती है। पीसीआर के उपयोग के बिना, ट्रांसजेनिक पत्ती कोशिकाएँ कैलस (अव्यवस्थित कोशिका द्रव्यमान), हरे अंग जैसी संरचनाओं और अपस्थानिक कलियों में विभेदित हो गईं। जीन प्रतिलेखों को परिमाणित करने के लिए प्रयुक्त विधि, क्वांटिटेटिव पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (qPCR) विश्लेषण ने दर्शाया कि एराबिडोप्सिस बीबीएम और डब्ल्यूयूएस अभिव्यक्ति ट्रांसजेनिक कैलस और प्ररोहों के निर्माण से संबंधित हैं।
कोशिका विभाजन और विभेदन में फाइटोहॉर्मोन की महत्वपूर्ण भूमिका को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने ट्रांसजेनिक पादप फसलों में छह फाइटोहॉर्मोन, अर्थात् ऑक्सिन, साइटोकाइनिन, एब्सिसिक एसिड (एबीए), जिबरेलिन (जीए), जैस्मोनिक एसिड (जेए), सैलिसिलिक एसिड (एसए) और इसके मेटाबोलाइट्स के स्तर का आकलन किया। उनके परिणामों से पता चला कि कोशिकाओं के अंगों में विभेदित होने पर सक्रिय ऑक्सिन, साइटोकाइनिन, एबीए और निष्क्रिय जीए के स्तर बढ़ जाते हैं, जो पादप कोशिका विभेदन और अंगजनन में उनकी भूमिका को उजागर करता है।
इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने सक्रिय विभेदन प्रदर्शित करने वाली ट्रांसजेनिक कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति के पैटर्न का मूल्यांकन करने के लिए, जीन अभिव्यक्ति के गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण की एक विधि, आरएनए अनुक्रमण ट्रांसक्रिप्टोम का उपयोग किया। उनके परिणामों से पता चला कि कोशिका प्रसार और ऑक्सिन से संबंधित जीन, विभेदित रूप से विनियमित जीनों में समृद्ध थे। qPCR का उपयोग करके आगे की जाँच से पता चला कि ट्रांसजेनिक कोशिकाओं में चार जीनों की अभिव्यक्ति में वृद्धि या कमी हुई थी, जिनमें पादप कोशिका विभेदन, उपापचय, अंगजनन और ऑक्सिन प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने वाले जीन शामिल थे।
कुल मिलाकर, ये परिणाम पादप पुनर्जनन के लिए एक नए और बहुमुखी दृष्टिकोण को उजागर करते हैं जिसके लिए पीसीआर के बाहरी अनुप्रयोग की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अतिरिक्त, 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 तेज़ी लाएगा और संबंधित उत्पादन लागत को कम करेगा।"
एसोसिएट प्रोफेसर तोमोको इगावा के बारे में: डॉ. तोमोको इकावा, जापान के चिबा विश्वविद्यालय के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ हॉर्टिकल्चर, सेंटर फॉर मॉलिक्यूलर प्लांट साइंसेज और सेंटर फॉर स्पेस एग्रीकल्चर एंड हॉर्टिकल्चर रिसर्च में सहायक प्रोफेसर हैं। उनकी शोध रुचियों में पादप लैंगिक प्रजनन एवं विकास तथा पादप जैव प्रौद्योगिकी शामिल हैं। उनका कार्य विभिन्न ट्रांसजेनिक प्रणालियों का उपयोग करके लैंगिक प्रजनन और पादप कोशिका विभेदन के आणविक तंत्रों को समझने पर केंद्रित है। इन क्षेत्रों में उनके कई प्रकाशन हैं और वे जापान सोसाइटी ऑफ प्लांट बायोटेक्नोलॉजी, द बॉटनिकल सोसाइटी ऑफ जापान, द जापानी प्लांट ब्रीडिंग सोसाइटी, द जापानी सोसाइटी ऑफ प्लांट फिजियोलॉजिस्ट्स और इंटरनेशनल सोसाइटी फॉर द स्टडी ऑफ प्लांट सेक्सुअल रिप्रोडक्शन की सदस्य हैं।
हार्मोन के बाह्य उपयोग के बिना ट्रांसजेनिक कोशिकाओं का स्वायत्त विभेदन: अंतर्जात जीन की अभिव्यक्ति और फाइटोहॉर्मोन का व्यवहार
लेखकों ने घोषणा की है कि यह शोध किसी भी ऐसे वाणिज्यिक या वित्तीय संबंध के अभाव में किया गया था जिसे हितों के संभावित टकराव के रूप में समझा जा सकता हो।
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