ભારતીય પ્રૌદ્યોગિકી સંસ્થા ગાંધીનગર (IIT ગાંધીનગર) અને પ્રાદેશિક બાયોટેક્નોલોજી કેન્દ્ર, ફરીદાબાદના સંશોધકોએ ફ્લોરોસન્ટ પ્રોબ્સનો એક નવો વર્ગ વિકસાવી તેનું સફળ પરીક્ષણ કર્યું છે. આ પ્રોબ્સ વૈજ્ઞાનિકોને છોડમાં પાણી અને ખનિજોના પરિવહન માટે જવાબદાર વિશિષ્ટ પેશી ઝાયલેમ (Xylem)ને સ્પષ્ટ રીતે દૃશ્યમાન બનાવવામાં મદદ કરે છે. Plant and Cell Physiology જર્નલમાં પ્રકાશિત આ સંશોધન પરંપરાગત રંગો (ડાઈ)ની સરખામણીએ વધુ ઝડપી, વધુ ચોક્કસ અને વધુ સંવેદનશીલ સ્ટેનિંગ પદ્ધતિ રજૂ કરે છે. આ નવી તકનીક છોડના વિકાસ, વાસ્ક્યુલર બાયોલોજી અને પાકની સ્થિતિસ્થાપકતા સંબંધિત સંશોધનને વધુ મજબૂત બનાવવામાં મદદરૂપ બનશે.

દરેક વાહિકાવાળા (વાસ્ક્યુલર) છોડમાં બે પ્રકારની પરિવહન નળીઓનું જાળું કાર્યરત હોય છે. ફ્લોયમ (Phloem) પાંદડાઓમાં બનતી શર્કરાને છોડના અન્ય ભાગોમાં પહોંચાડે છે, જ્યારે ઝાયલેમ મૂળમાંથી પાણી અને તેમાં ઓગળેલા ખનિજોને છોડના ઉપરના ભાગો સુધી—કેટલીકવાર અત્યંત ઊંચાઈ સુધી—પહોંચાડે છે. છોડને માળખાકીય મજબૂતી આપવાની સાથે ઝાયલેમ એ પણ નક્કી કરે છે કે છોડ દુષ્કાળ, અતિશય ગરમી અને અન્ય પર્યાવરણીય તણાવ જેવી પ્રતિકૂળ પરિસ્થિતિઓનો કેટલો અસરકારક રીતે સામનો કરી શકે છે.

ઝાયલેમનો અભ્યાસ કરવા માટે, તમે વનસ્પતિ પેશીનો પાતળો કાપ લો છો અને તેને પ્રોપિડિયમ આયોડાઇડ, બરબેરીન, બેસિક ફચસિન અથવા રોડામાઇન જેવા સ્ટાન્ડર્ડ ડાયથી સ્ટેઇન કરો છો. આ એક સ્થાપિત ટેકનોલોજી છે, જેમાં નિયમિત ઉપયોગમાં લેવાતી કેટલીક ડાયની વિશેષતાઓ 1960ના દાયકામાં વર્ણવવામાં આવી હતી. આ સ્ટેઇન્સ વનસ્પતિ કોષની દીવાલોમાં રહેલા ચાર્જ્ડ અથવા એરોમેટિક સંયોજનો સાથે વ્યાપકપણે જોડાય છે.

"અહીં મુખ્ય મુદ્દો એ છે કે ઝાયલેમ એ ચાર્જ્ડ, એરોમેટિક સામગ્રીમાંથી બનેલી એકમાત્ર પેશી નથી," IITGNના બાયોલોજિકલ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ વિભાગના આસિસ્ટન્ટ પ્રોફેસર ડો. સુબ્રમણ્યન શંકરનારાયણને સમજાવ્યું. "તેનું વ્યાવહારિક પરિણામ એ છે કે સ્ટેઇન્ડ સેક્શનને જોતા વનસ્પતિ બાયોલોજિસ્ટ અવારનવાર ઝાયલેમ, ફ્લોએમ અને કેમ્બિયમ બધાને એકસાથે પ્રકાશિત થતા જુએ છે, અને કયો ગ્લો કોનો છે તે વિશે તર્ક કરવો પડે છે." સંશોધકો જુદી જુદી ડાય સાથે ડ્યુઅલ સ્ટેનિંગ કરીને તેની ભરપાઈ કરે છે, જે તેની પોતાની ગૂંચવણ અને સમસ્યા ઊભી કરે છે, અથવા લેઝર પાવર વધારે છે, જે તેઓ જુએ છે તેમ સેમ્પલને બ્લીચ કરે છે.

2023 માં, ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેક્નોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ની એક સંશોધક ટીમે સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોમાં માઇટોકોન્ડ્રિયાની અંદર પ્રવેશવા માટે બનાવેલા ફ્લોરોસન્ટ અણુઓનો અહેવાલ આપ્યો હતો. પ્રોબ્સ બળતરા (ઇન્ફ્લેમેશન) સાથે જોડાયેલા પ્રતિક્રિયાશીલ રસાયણની શોધ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા હતા, જેનાથી બાયોમેડિકલ ઇમેજિંગમાં મદદ મળી શકે. તેમને વનસ્પતિઓ સાથે કોઈ લેવાદેવા નહોતી.

આ અણુઓ એવી આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરે છે જેને રસાયણશાસ્ત્રીઓ ડોનર–π–એક્સેપ્ટર કહે છે. એક છેડો ઇલેક્ટ્રોનને ધકેલે છે, બીજો ખેંચે છે, અને એક બ્રિજ તેમને જોડે છે. તેના પર પ્રકાશ પાડો અને ચાર્જ આંતરિક રીતે શિફ્ટ થાય છે. તે કેટલું તેજસ્વી ગ્લો કરે છે, અને કયા રંગમાં, તે તેની આસપાસનું વાતાવરણ કેટલું ગ્રીસી, કઠોર કે ધ્રુવીય છે તેના પર નિર્ભર કરે છે. પ્રાણીઓના કોષોમાં, તે સંવેદનશીલતાએ તેમને કેમિકલ સેન્સર્સ બનાવ્યા. વનસ્પતિ પેશીઓમાં, તેણે તેમને સક્ષમ બનાવે છે.

મુખ્ય સમજ એ હતી કે જે અણુ તેના આસપાસના રાસાયણિક વાતાવરણ પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય, તે સિદ્ધાંતરૂપે અલગ-અલગ પ્રકારના રાસાયણિક વાતાવરણ વચ્ચેનો તફાવત પણ ઓળખી શકે. ઉદાહરણ તરીકે, લિગ્નિનયુક્ત ઝાયલેમની  દિવાલનું રાસાયણિક વાતાવરણ ફ્લોયમ કોષના વાતાવરણથી ઘણું અલગ હોય છે. આઈઆઈટી ગાંધીનગરના રસાયણશાસ્ત્ર વિભાગના પ્રોફેસર અને આ ફ્લોરોસન્ટ પ્રોબ્સ વિકસાવનાર સંશોધક ટીમના મુખ્ય અનુસંધાનકર્તા પ્રોફેસર શ્રીરામ કાનવાહે જણાવ્યું હતું કે, “આ જ સિદ્ધાંતનો અમે સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કર્યો છે.”

ટીમે પોઝિટિવલી ચાર્જ્ડ પાયરિડિનિયમ ડાયનું સંશ્લેષણ કર્યું, જેમાંથી ચાર ઉપરોક્ત 2023 ના અભ્યાસમાં (C1-C4) સંશ્લેષિત કરવામાં આવી હતી. રસપ્રદ વાત એ છે કે, તેમાંથી બે, C1 અને C3 એ એવું કંઈક કર્યું જે સ્ટાન્ડર્ડ રીએજન્ટ્સ કરતા નથી. તેમણે ઝાયલેમને સ્ટેઇન કર્યું, જેણે વધુ તીક્ષ્ણ, વધુ સિલેક્ટિવ ઇમેજ બનાવી, અને બાકીની બધી વસ્તુઓને છોડી દીધી. સંશોધકોએ અરાબિડોપ્સિસ થાલિયાના (Arabidopsis thaliana) માં પ્રોબ્સનું મૂલ્યાંકન કર્યું, જે નાનો સપુષ્પ છોડ છે જે વનસ્પતિ બાયોલોજીમાં વિશ્વના સૌથી વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા મોડેલ ઓર્ગેનિઝમ તરીકે સેવા આપે છે. પ્રોબ્સ લેબોરેટરી મોડેલ્સથી આગળ કામ કરી શકે છે કે કેમ તે નિર્ધારિત કરવા માટે, તેમણે નિકોટિયાના બેન્થામિયાના (Nicotiana benthamiana), જે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી તમાકુની પ્રજાતિ છે, અને એલિયમ ફિસ્ટુલોસમ (Allium fistulosum), જે સામાન્ય રીતે વેલ્શ ઓનિયન તરીકે ઓળખાય છે, તેની પેશીઓની પણ તપાસ કરી.

ટીમે શોધી કાઢ્યું કે સુધારો માત્ર ઇમેજ ક્વોલિટી પૂરતો મર્યાદિત ન હતો. પ્રોબ્સે પ્રોપિડિયમ આયોડાઇડ, જે વનસ્પતિ પેશી ઇમેજિંગ માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ડાયમાંથી એક છે, તેના માટે જરૂરી સાંદ્રતા (કોન્સન્ટ્રેશન) કરતાં ઘણી ઓછી સાંદ્રતા પર મજબૂત ફ્લોરોસન્સ સિગ્નલ જનરેટ કર્યા.

જ્યારે પ્રોપિડિયમ આયોડાઇડને સ્પષ્ટ ઇમેજ બનાવવા માટે 375 માઇક્રોમોલરની સાંદ્રતાની જરૂર હતી, ત્યારે નવી ડાયઝે માત્ર 25 માઇક્રોમોલર પર લગભગ 15 ગણી ઓછી ડાયનો ઉપયોગ કરીને તે જ હાસલ કર્યું. તેણે ઝાયલેમ સ્ટેનિંગ માટે વપરાતી અન્ય જાણીતી ડાયની સરખામણીમાં વિશિષ્ટતા (સિલેક્ટિવિટી) ના સંદર્ભમાં પણ શ્રેષ્ઠ દેખાવ કર્યો. કારણ કે તેઓ ઓછી સાંદ્રતા પર કામ કરે છે અને ઓછી લેઝર પાવરની જરૂર પડે છે, નવા પ્રોબ્સ ફોટોબ્લીચિંગ ઘટાડી શકે છે, જ્યાં ફ્લોરોસન્ટ ડાય ઇમેજિંગ દરમિયાન ધીમે ધીમે તેમની તેજસ્વિતા ગુમાવે છે. આવી ઓછી ડાય સાંદ્રતા બિનજરૂરી બેકગ્રાઉન્ડ સ્ટેનિંગને પણ ઘટાડી શકે છે.

"આ પ્રોજેક્ટ બાયોલોજિકલ ઇમેજિંગ માટે યોગ્ય ગુણધર્મો ધરાવતા પ્રોબ્સ વિકસાવવા માટે મોલેક્યુલર ડિઝાઇન, સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અને પ્લાન્ટ બાયોલોજીને એકસાથે લાવ્યો. મૂળભૂત રીતે અલગ એપ્લિકેશન માટે વિકસાવવામાં આવેલા અણુઓને વનસ્પતિની વેસ્ક્યુલર પેશીઓમાં આટલી અસરકારક રીતે કામ કરતા જોવું ખાસ કરીને ઉત્સાહજનક હતું, જે ભવિષ્યના ઇમેજિંગ એજન્ટો ડિઝાઇન કરવા માટે નવી શક્યતાઓ ખોલે છે," પ્રો. કાનવાહે જણાવ્યું હતું.

સંશોધકો સ્વસ્થ વનસ્પતિઓ પર જ અટક્યા નહીં. તેમણે અરાબિડોપ્સિસ એસ્કિમો1 (Arabidopsis eskimo1) મ્યુટન્ટમાં પણ પ્રોબ્સનું પરીક્ષણ કર્યું, જે કોષની દીવાલની રચનામાં ખામીઓને કારણે ક્ષતિગ્રસ્ત (કોલેપ્સ્ડ) ઝાયલેમ વાહિનીઓ વિકસાવે છે. આ માળખાકીય અસાધારણતાઓને દર્શાવવી એ પરંપરાગત સ્ટેઇન્સ સાથે ઘણીવાર પડકારરૂપ હોય છે. અહીં પણ, C1 અને C3 એ હાલની ડાયઝ કરતા ક્ષતિગ્રસ્ત ઝાયલેમ વાહિનીઓની વધુ સ્પષ્ટ વ્યાખ્યા પૂરી પાડી હતી.

"જૈવિક પ્રશ્નને સીધી રીતે સંબોધવાને બદલે, આ કાર્ય વનસ્પતિ વૈજ્ઞાનિકો માટે ઉપલબ્ધ પ્રાયોગિક સાધનોને સુધારવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે," પ્રો. શંકરનારાયણને જણાવ્યું હતું. "ઝાયલેમ સ્ટેનિંગની સંવેદનશીલતા અને વિશિષ્ટતા વધારીને, અમે આશા રાખીએ છીએ કે આ પ્રોબ્સ વનસ્પતિ વિકાસ, વેસ્ક્યુલર ખામીઓ અને પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ સામેની પ્રતિક્રિયાઓની તપાસ કરવાનું સરળ બનાવશે."

લેખકોએ નોંધ્યું કે આ ડાય કોષની દીવાલ સાથે કેવી રીતે જોડાય છે તે બરાબર નિર્ધારિત કરવા અને જીવંત પેશીઓમાં ઉપયોગ માટે તેમને અનુકૂળ કરવા માટે વધુ કાર્ય કરવાની જરૂર છે. આ પડકારોને દૂર કરવાથી સંશોધકો વનસ્પતિ પેશીઓની સ્થિર છબીઓથી આગળ વધીને પાણીનું વહન કરતી વાહિનીઓ બનતી વખતે અને વાસ્તવિક સમયમાં પ્રતિભાવ આપતી વખતે જોઈ શકશે.

 

IJ/BS/GP/JT

સોશિયલ મીડિયા પર અમને ફોલો કરો :  @PIBAhmedabad    /pibahmedabad1964    /pibahmedabad  pibahmedabad1964[at]gmail[dot]com

(रिलीज़ आईडी: 2289830) आगंतुक पटल : 28