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।

 छवि: पौधों के पुनर्जनन के पारंपरिक तरीकों में हार्मोन जैसे पौधों के विकास नियामकों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जो प्रजाति-विशिष्ट और श्रम गहन हो सकते हैं। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पौधों की कोशिकाओं के विभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (जीवजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पौधा पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है। अधिक देखें
पौधों के पुनर्जनन के पारंपरिक तरीकों में निम्नलिखित का उपयोग आवश्यक है:पौध वृद्धि नियामकजैसे किहार्मोनजो प्रजाति विशेष और श्रम गहन हो सकता है। एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने पौधों की कोशिकाओं के विभेदन (कोशिका प्रसार) और पुनर्विभेदन (जीवजनन) में शामिल जीनों के कार्य और अभिव्यक्ति को विनियमित करके एक नई पौध पुनर्जनन प्रणाली विकसित की है।
पौधे कई वर्षों से जानवरों और मनुष्यों के लिए भोजन का मुख्य स्रोत रहे हैं। इसके अलावा, पौधों का उपयोग विभिन्न औषधीय और चिकित्सीय यौगिकों को निकालने के लिए किया जाता है। हालाँकि, उनका दुरुपयोग और भोजन की बढ़ती माँग नए पौधों के प्रजनन के तरीकों की आवश्यकता को उजागर करती है। प्लांट बायोटेक्नोलॉजी में प्रगति आनुवंशिक रूप से संशोधित (जीएम) पौधों का उत्पादन करके भविष्य में भोजन की कमी को हल कर सकती है जो जलवायु परिवर्तन के लिए अधिक उत्पादक और लचीले 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 पैदा कर सकते हैं। प्लांट टिशू कल्चर के माध्यम से ऐसी टोटिपोटेंट कोशिकाओं की कृत्रिम कंडीशनिंग का व्यापक रूप से पौधों की सुरक्षा, प्रजनन, ट्रांसजेनिक प्रजातियों के उत्पादन और वैज्ञानिक अनुसंधान उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। परंपरागत रूप से, पौधे के पुनर्जनन के लिए ऊतक संवर्धन में कोशिका विभेदन को नियंत्रित करने के लिए ऑक्सिन और साइटोकाइनिन जैसे प्लांट ग्रोथ रेगुलेटर (GGR) के उपयोग की आवश्यकता होती है। हालाँकि, इष्टतम हार्मोनल स्थितियाँ पौधे की प्रजातियों, संस्कृति स्थितियों और ऊतक प्रकार के आधार पर काफी भिन्न हो सकती हैं। इसलिए, इष्टतम अन्वेषण स्थितियों का निर्माण एक समय लेने वाला और श्रम-गहन कार्य हो सकता है।
इस समस्या को दूर करने के लिए, एसोसिएट प्रोफेसर तोमोको इकावा ने चिबा विश्वविद्यालय से एसोसिएट प्रोफेसर माई एफ. मिनामिकावा, नागोया विश्वविद्यालय ग्रेजुएट स्कूल ऑफ बायो-एग्रीकल्चरल साइंसेज से प्रोफेसर हितोशी साकाकिबारा और आरआईकेईएन सीएसआरएस से विशेषज्ञ तकनीशियन मिकिको कोजिमा के साथ मिलकर विनियमन के माध्यम से पौधों पर नियंत्रण के लिए एक सार्वभौमिक तरीका विकसित किया। पौधों के उत्थान को प्राप्त करने के लिए "विकासात्मक रूप से विनियमित" (डीआर) सेल भेदभाव जीन की अभिव्यक्ति। 3 अप्रैल, 2024 को फ्रंटियर्स इन प्लांट साइंस के वॉल्यूम 15 में प्रकाशित, डॉ. इकावा ने अपने शोध कार्य के बारे में और जानकारी देते हुए कहा: "हमारी प्रणाली बाहरी पीजीआर का उपयोग नहीं करती है, बल्कि सेल भेदभाव को नियंत्रित करने के लिए प्रतिलेखन कारक जीन का उपयोग करती है। स्तनधारियों में प्रेरित प्लुरिपोटेंट कोशिकाओं के समान।"
शोधकर्ताओं ने अरेबिडोप्सिस थालियाना (मॉडल प्लांट के रूप में इस्तेमाल किया गया) से दो डीआर जीन, बेबी बूम (बीबीएम) और वुशेल (डब्ल्यूयूएस) को एक्टोपिक रूप से व्यक्त किया और तंबाकू, लेट्यूस और पेटुनिया के ऊतक संवर्धन भेदभाव पर उनके प्रभाव की जांच की। बीबीएम एक ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर को एनकोड करता है जो भ्रूण के विकास को नियंत्रित करता है, जबकि डब्ल्यूयूएस एक ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर को एनकोड करता है जो शूट एपिकल मेरिस्टेम के क्षेत्र में स्टेम सेल की पहचान बनाए रखता है।
उनके प्रयोगों से पता चला कि अकेले एराबिडोप्सिस बीबीएम या डब्ल्यूयूएस की अभिव्यक्ति तम्बाकू पत्ती के ऊतकों में कोशिका विभेदन को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसके विपरीत, कार्यात्मक रूप से उन्नत 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 कोशिकाएं कैलस (अव्यवस्थित कोशिका द्रव्यमान), हरे अंग जैसी संरचनाओं और अपस्थानिक कलियों में विभेदित हो गईं। क्वांटिटेटिव पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (qPCR) विश्लेषण, जीन प्रतिलेखों को परिमाणित करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक विधि, ने दिखाया कि एराबिडोप्सिस बीबीएम और डब्ल्यूयूएस अभिव्यक्ति ट्रांसजेनिक कैली और शूट के गठन के साथ सहसंबंधित है।
कोशिका विभाजन और विभेदन में फाइटोहोर्मोन की महत्वपूर्ण भूमिका को ध्यान में रखते हुए, शोधकर्ताओं ने ट्रांसजेनिक पौधों की फसलों में छह फाइटोहोर्मोन, अर्थात् ऑक्सिन, साइटोकाइनिन, एब्सिसिक एसिड (एबीए), जिबरेलिन (जीए), जैस्मोनिक एसिड (जेए), सैलिसिलिक एसिड (एसए) और इसके मेटाबोलाइट्स के स्तरों को मापा। उनके परिणामों से पता चला कि सक्रिय ऑक्सिन, साइटोकाइनिन, एबीए और निष्क्रिय जीए के स्तर में वृद्धि होती है क्योंकि कोशिकाएं अंगों में विभेदित होती हैं, जो पौधे की कोशिका विभेदन और अंगजनन में उनकी भूमिका को उजागर करती हैं।
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 के लिए 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 जीन 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 आई थी, जिसमें पौधे कोशिका विभेदन, चयापचय, अंगजनन और ऑक्सिन प्रतिक्रिया को विनियमित करने वाले जीन शामिल थे।
कुल मिलाकर, ये परिणाम पौधों के पुनर्जनन के लिए एक नया और बहुमुखी दृष्टिकोण प्रकट करते हैं जिसके लिए पीसीआर के बाहरी अनुप्रयोग की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, इस अध्ययन में इस्तेमाल की गई प्रणाली पौधों की कोशिका विभेदन की मूलभूत प्रक्रियाओं की हमारी समझ को बेहतर बना सकती है और उपयोगी पौधों की प्रजातियों के जैव प्रौद्योगिकी चयन में सुधार कर सकती है।
अपने काम के संभावित अनुप्रयोगों पर प्रकाश डालते हुए, डॉ. इकावा ने कहा, "रिपोर्ट की गई प्रणाली पीसीआर की आवश्यकता के बिना ट्रांसजेनिक पौधों की कोशिकाओं के सेलुलर भेदभाव को प्रेरित करने के लिए एक उपकरण प्रदान करके पौधों के प्रजनन में सुधार कर सकती है। इसलिए, इससे पहले कि ट्रांसजेनिक पौधों को उत्पादों के रूप में स्वीकार किया जाए, समाज पौधों के प्रजनन को गति देगा और संबंधित उत्पादन लागत को कम करेगा।"
एसोसिएट प्रोफेसर टोमोको इगावा के बारे में डॉ. टोमोको इकावा जापान के चिबा विश्वविद्यालय में सेंटर फॉर मॉलिक्यूलर प्लांट साइंसेज और सेंटर फॉर स्पेस एग्रीकल्चर एंड हॉर्टिकल्चर रिसर्च के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ हॉर्टिकल्चर में सहायक प्रोफेसर हैं। उनकी शोध रुचियों में पादप यौन प्रजनन और विकास तथा पादप जैव प्रौद्योगिकी शामिल हैं। उनका काम विभिन्न ट्रांसजेनिक प्रणालियों का उपयोग करके यौन प्रजनन और पादप कोशिका विभेदन के आणविक तंत्र 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 फिजियोलॉजिस्ट 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
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