મોટાભાગના લોકો એવું માને છે કે છોડ તેમના પર પડતી કોઈપણ પરાગરજ દ્વારા પ્રજનન કરે છે. આ સાચું નથી. ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઓફ ટેકનોલોજી ગાંધીનગર (IITGN) ને આવરી લેતી એક સહયોગી સંશોધન પહેલે ભારતમાં વ્યાપકપણે ઉગાડવામાં આવતા બે તેલીબિયાં પાકો, બ્રાસિકા રેપા (રાયડો) ની જાતો તુરિયા અને પીળી સરસવમાં કુદરતી "સ્વ-અસ્વીકાર" પ્રણાલીને નિયંત્રિત કરતા જનીનોનું મેપિંગ અને કાર્યાત્મક પરીક્ષણ કર્યું છે. આ પ્રણાલી રાયડાના કેટલાક છોડમાં મોલેક્યુલર 'લોક એન્ડ કી' પદ્ધતિને સંચાલિત કરે છે જે તેમને તેમના પોતાના પરાગરજને નકારવા માટે સક્ષમ બનાવે છે.

ભારત તેના ખાદ્ય તેલના અડધાથી વધુ ભાગની આયાત કરે છે, એક એવી નિર્ભરતા જેણે 2023-24 માં સ્થાનિક માંગના અંદાજે 56% હિસ્સાને પૂરો કર્યો હતો, અને સરકાર આત્મનિર્ભરતા માટે દબાણ કરી રહી છે, ત્યારે આ સંશોધન છોડના સંવર્ધકો અને ખેડૂતોને ઊંચી ઉપજ આપતી સંકર સરસવના ઉત્પાદન માટે એક નવો પાયો પૂરો પાડી શકે છે.

આ અભ્યાસ, ઇન્ડિયન કાઉન્સિલ ઓફ એગ્રીકલ્ચરલ રિસર્ચ-ડિરેક્ટોરેટ ઓફ રેપસીડ-મસ્ટર્ડ રિસર્ચ (ICAR-DRMR), ભરતપુર સાથેના સહયોગથી, તાજેતરમાં ફ્રન્ટિયર્સ ઇન પ્લાન્ટ સાયન્સમાં પ્રકાશિત થયો હતો.

ઘણા સપુષ્પી છોડમાં સ્વ-અસંગતતા નામની એક નિર્મિત પ્રણાલી હોય છે. સ્વ-અસ્વીકાર અથવા SI ફૂલને તેના પોતાના પરાગરજનો અસ્વીકાર કરવા અને અન્ય છોડમાંથી પરાગરજ સ્વીકારવાની મંજૂરી આપે છે. સ્વ-પરાગરજનો ઇનકાર કરીને, છોડ ક્રોસ-બ્રીડિંગની ફરજ પાડે છે, જે જનીનોનું મિશ્રણ કરે છે, ઇનબ્રીડિંગથી બચે છે અને એવી સંતતિ ઉત્પન્ન કરે છે જે ઘણીવાર બંને પિતૃઓ કરતાં વધુ મજબૂત અને વધુ ઉત્પાદક હોય છે. આ જનીની વિવિધતા જાળવી રાખે છે અને સંકર સક્ષમતાને પ્રોત્સાહન આપે છે.

ઊંચી ઉપજ આપતા હાઇબ્રિડ બીજ વિકસાવવા માંગતા કૃષિ સંવર્ધકો માટે, આ સ્વ-અસ્વીકાર પ્રણાલી એક ભેટ છે, જે સંવર્ધકોને હજારો ફૂલોમાંથી હાથ વડે પરાગરજ દૂર કરવાની કંટાળાજનક પ્રક્રિયામાંથી બચાવે છે. જો માતૃ છોડ પોતાના પરાગરજનો નાશ કરે છે, અથવા તેનાથી વિપરીત, જો તે સંવર્ધક ભાગીદાર લાઇન રજૂ કરી શકે તે પહેલાં અકસ્માતે સ્વ-પરાગનયન કરે છે તો વ્યાપારી ધોરણે હાઇબ્રિડ બીજ ઉત્પન્ન કરવું મુશ્કેલ છે.

"હાઇબ્રિડાઇઝેશન દ્વારા પાકની ઉપજ મહત્તમ કરવા માટે, આપણને પરાગનયન પર ચોક્કસ નિયંત્રણની જરૂર છે, જે સ્વ-અસ્વીકાર દ્વારા મદદરૂપ થાય છે," ડો. સુબ્રમણ્યન શંકરનારાયણન, અભ્યાસના સંવાદદાતા લેખક અને IITGN ના બાયોલોજિકલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગના સહાયક પ્રોફેસરે જણાવ્યું હતું. "જોકે બ્રાસિકા નેપસ (કેનોલા) માં SI નો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, પરંતુ ભારતની વ્યાપારી રીતે ઉગાડવામાં આવતી બ્રાસિકા રેપા જાતો, તુરિયા અને પીળી સરસવમાં આ પદ્ધતિનો મોલેક્યુલર આધાર નબળી રીતે લક્ષણયુક્ત થયેલ છે."

ડો. શંકરનારાયણનના નેતૃત્વ હેઠળની IITGN ટીમ, સહ-પ્રથમ લેખકો હેમલ ભલ્લા અને કુમારી અંકિતા, અને સહયોગીઓ, અમન અહલાવત અને સુરભી એસ રોડે સાથે, ઉપરોક્ત છોડમાં પરાગનયન પ્રક્રિયાનો અભ્યાસ કરવાનો નિર્ણય લીધો. તુરિયા તેના પોતાના પરાગરજને નકારે છે, જે સ્વ-અસંગતતા દર્શાવે છે, જ્યારે પીળી સરસવ તેને સ્વીકારે છે, જે સ્વ-સંગતતા દર્શાવે છે.

આ પરિણામો નક્કી કરતી મોલેક્યુલર 'લોક-એન્ડ-કી' પદ્ધતિ છોડના સ્ત્રી પ્રજનન પેશી, સ્ટિગ્માની સપાટી પર સ્થિત છે. નિયંત્રિત પરાગનયન પ્રયોગો દ્વારા, સંશોધકોએ સૌપ્રથમ પરાગરજ જોડાણ, પરાગનળીની વૃદ્ધિ અને બીજના વિકાસનું વિશ્લેષણ કરીને બે જાતો વચ્ચેના સંગતતા સંબંધો સ્થાપિત કર્યા. સ્વ-પરાગનયનવાળા તુરિયામાં, લગભગ કંઈ જ ઉગ્યું નથી, જ્યારે ક્રોસમાં, ફૂલો વધતી જતી નળીઓથી ભરાઈ ગયા હતા.

ત્યારબાદ, ટીમે SRK, FER1, MLPK અને ARC1નું લક્ષણીકરણ કરવા માટે કમ્પ્યુટેશનલ વિશ્લેષણ સાથે મોલેક્યુલર બાયોલોજીને જોડ્યું. આ ચાર મુખ્ય જનીનો તે પ્રોટીન માટે કોડ કરે છે જે છોડના સ્વ-અસ્વીકાર પ્રતિભાવના કોષીય સેન્સર્સ, પ્રોસેસર્સ અને એક્ઝિક્યુટર્સ તરીકે કાર્ય કરે છે. ટીમે આ જનીનોનું ક્લોનિંગ અને સીક્વન્સિંગ કર્યું અને ફેમિલી ટ્રી બનાવવા માટે સંબંધિત છોડ સાથે તેમના જનીની કોડ અથવા સ્પેલિંગ્સની સરખામણી કરી. તેઓ પુષ્ટિ કરવામાં સક્ષમ હતા કે જનીનો સરખા દેખાતા હોવાને બદલે જાણીતા સ્વ-અસ્વીકાર જનીનોની અસલી, સારી રીતે સચવાયેલી આવૃત્તિઓ હતા.

કારણ કે જનીનનું કામ તેના દ્વારા ઉત્પન્ન કરાયેલા પ્રોટીનના આકાર પર આધારિત છે, તેથી તેમણે તે આકારોને પણ મોડેલ કર્યા. અહીં, તેમણે ગૂગલ ડીપમાઇન્ડના આર્ટિફિશિયલ-ઇન્ટેલિજન્સ ટૂલ AlphaFold3 નો ઉપયોગ કર્યો જે પ્રોટીનના ત્રિ-પરિમાણીય (3D) માળખાનું પૂર્વાનુમાન કરે છે. તેને દરેક મોલેક્યુલર મશીનની વિગતવાર બ્લુપ્રિન્ટ બનાવવાનું વિચારો, જે ટીમને તપાસવા દે છે કે દરેક પ્રોટીન તેની અપેક્ષિત કામગીરી કરવા માટે યોગ્ય કામ કરતા ભાગો ધરાવે છે કે નહીં.

તેમના માળખા ઉપરાંત, સંશોધકોએ એક સમયે એક જનીનને અસ્થાયી રૂપે બંધ કરીને આ જનીનોના કાર્યની પુષ્ટિ કરવાનો પણ લક્ષ્યાંક રાખ્યો હતો. તેમણે કૃત્રિમ ડીએનએ (જેને એન્ટિસેન્સ ઓલિગોન્યુક્લિયોટાઇડ્સ કહેવાય છે) ની નાની, કસ્ટમ-મેડ સ્ટ્રેન્ડ્સ સાથે આ કર્યું જે ચોક્કસ જનીનની સૂચનાઓ પર લૅચ થાય છે અને કોષને તેના પર કાર્ય કરતા અટકાવે છે. નિર્ણાયક રીતે, આ સાયલેન્સિંગ અસ્થાયી છે અને છોડમાં કોઈ કાયમી ફેરફાર છોડતું નથી. આ સ્ટ્રેન્ડ્સ ફક્ત ફૂલના સ્ટીગ્મા પર ટપકાવવામાં આવ્યા હતા, અને ત્યારબાદ ટીમે જોયું કે ફૂલની વર્તણૂક બદલાઈ છે કે નહીં.

જ્યારે તેમણે SRK, FER, અથવા ARC1 ને શાંત કર્યા, ત્યારે તુરિયાનો સ્વ-અસ્વીકાર ભાંગી પડ્યો, અને ફૂલે તેના પોતાના પરાગરજને સ્વીકારવાનું શરૂ કર્યું. ફ્લોરોસન્સ માઇક્રોસ્કોપીએ મજબૂત પરાગનળીની વૃદ્ધિની પુષ્ટિ કરી, જે સાબિત કરે છે કે સ્વ-અસંગતતાનો અવરોધ તૂટી ગયો હતો.

આ અભ્યાસે MLPK અંગે પણ એક આશ્ચર્યજનક શોધ આપી. "પરંપરાગત રીતે, આ જનીનને સંબંધિત સરસવની જાતોમાં સ્વ-અસ્વીકાર માર્ગ માટે મહત્વપૂર્ણ માનવામાં આવે છે," IITGN ના બાયોલોજિકલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગના સહ-પ્રથમ લેખક અને પીએચડી સ્કોલર હેમલ ભલ્લાએ સમજાવ્યું. "પરંતુ, તુરિયામાં, MLPK ને બંધ કરવાથી અસ્વીકાર પ્રતિભાવ માત્ર અંશતઃ નબળો પડ્યો, જે દર્શાવે છે કે તે આ ચોક્કસ જાતમાં ગૌણ અથવા બિન-જરૂરી ભૂમિકા ભજવે છે."

સંશોધકોએ પરાગનયનની થોડી મિનિટોમાં સ્ટિગ્માની સપાટી પર બાયોકેમિકલ ફેરફારોનું નિરીક્ષણ કરીને ફૂલ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા બીજા સંરક્ષણનું પણ મેપિંગ કર્યું. જ્યારે એક અસંગત પરાગરજ જમીન પર પડે છે, ત્યારે છોડ રિએક્ટિવ ઓક્સિજન સ્પીસીસ (ROS) નું સ્થાનિક કેમિકલ શીલ્ડ તૈનાત કરે છે. આ પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓ છે જે પરાગ અંકુરણને અટકાવે છે, જેને તેમણે નાઇટ્રો બ્લુ ટેટ્રાઝોલિયમનો ઉપયોગ કરીને માપ્યું હતું, જે એક ડાઇ (રંગ) છે જે જ્યાં પણ તે પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓ એકઠા થાય છે ત્યાં ઘાટો થઈ જાય છે. SRK, FER, અથવા MLPK ને સાયલન્ટ કરવાથી ROS નું રિલીઝ ધીમું પડી ગયું, જ્યારે ARC1 ને સાયલન્ટ કરવાથી એવું થયું નહીં. આનાથી સૂચન મળ્યું કે ફૂલ એકસાથે બે અલગ-અલગ સંરક્ષણ પ્રણાલીઓ ચલાવે છે, જેમાં ARC1 કદાચ અવાંછિત પરાગરજને નિષ્ક્રિય કરવા માટે વૈકલ્પિક કોષીય ક્ષય માર્ગનો ઉપયોગ કરે છે.

સંશોધકોએ એ પણ દર્શાવ્યું કે આ જનીનો બ્રાસિકા પ્રજાતિઓમાં ઉચ્ચ સ્તરે સચવાયેલા છે, જે સૂચવે છે કે ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન મૂળભૂત મોલેક્યુલર પદ્ધતિ મોટે ભાગે અપરિવર્તિત રહી છે. માળખાકીય વિશ્લેષણથી જાણવા મળ્યું છે કે પ્રોટીન પરાગરજ ઓળખ અને સિગ્નલિંગમાં તેમની ભૂમિકાઓ સાથે સુસંગત કાર્યકારી ડોમેન્સ ધરાવે છે.

લેખકો નોંધે છે કે તેમનું કાર્ય એક પાયો સ્થાપિત કરે છે અને કાયમી જનીન સંપાદન અને ટ્રાન્સજેનિક માન્યતા ભવિષ્યના પગલાં તરીકે રહે છે. ક્રોસ-ટેસ્ટ્સે પુષ્ટિ કરી છે કે તુરિયા અને પીળી સરસવ હજુ પણ સફળતાપૂર્વક આંતર-પ્રજનન કરે છે, જેના પરિણામે મળેલા બીજ લગભગ પૂર્ણ અંકુરણ દર્શાવે છે — એક મહત્વપૂર્ણ સંકેત છે કે આ પ્રણાલી વાસ્તવિક બ્રીડિંગ કાર્યક્રમોમાં ઉપયોગ કરી શકાય તેવી છે.

જેમ જેમ આબોહવા પરિવર્તન ઝડપી બને છે, જે ભારતીય ઉપખંડમાં અિયમિત ચોમાસું, બિન-મોસમી ગરમીના મોજા અને બદલાતા જંતુઓના દબાણ લાવે છે, તેમ તેમ ઝડપથી વધુ મજબૂત તેલીબિયાં વાવવાની ક્ષમતાએ વાસ્તવિક આર્થિક વજન ધારણ કર્યું છે. આયાતી ખાદ્ય તેલ પર ભારતની ભારે નિર્ભરતા ખેડૂતો અને ઘરો બંનેને વૈશ્વિક ભાવના આંચકાઓ સામે ખુલ્લા છોડી દે છે. નેશનલ મિશન ઓન એડિબલ ઓઇલ્સ – ઓઇલસીડ્સ (NMEO-Oilseeds) અને સંયુક્ત રાષ્ટ્રના સંતત વિકાસ લક્ષ્યાંકો 2 (ઝીરો હંગર) અને 12 (જવાબદાર ઉત્પાદન) ના લક્ષ્યાંકો હાસલ કરવા તરફ વિશિષ્ટ, આબોહવા-સક્ષમ હાઇબ્રિડ તેલીબિયાં વિકસાવવા એ એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે.

"અમારા તારણો ભારતની તેલીબિયાંની જાતોમાં પરાગનયન કેવી રીતે સંચાલિત થાય છે તેની સ્પષ્ટ મોલેક્યુલર બ્લુપ્રિન્ટ પૂરી પાડે છે," IITGN ના બાયોલોજિકલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગના સહ-પ્રથમ લેખક અને પીએચડી સ્કોલર કુમારી અંકિતાએ નોંધ્યું. "આના જેવા પાયાના જીનેટિક્સ એવા હાઇબ્રિડ્સ વિકસાવવા માટે એક એક્ઝિક્યુશન પાઇપલાઇન બનાવે છે જે ઉચ્ચ તેલ સામગ્રી, રોગ પ્રતિકારક શક્તિ અને અસ્થિર હવામાન સામે લવચીકતા સહિત સાનુકૂળ લક્ષણોથી સજ્જ છે."

આ સંશોધનને IITGN અને ભારત સરકારની અનેક ફેલોશિપ અને ગ્રાન્ટ્સ દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું, જેમાં શિક્ષણ મંત્રાલયની પ્રધાનમંત્રી રિસર્ચ ફેલોશિપ, યુનિવર્સિટી ગ્રાન્ટ્સ કમિશન, ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ બાયોટેકનોલોજી, DBT રામાલિંગાસ્વામી રી-એન્ટ્રી ફેલોશિપ અને સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ રિસર્ચ બોર્ડ સ્ટાર્ટ-અપ રિસર્ચ ગ્રાન્ટનો સમાવેશ થાય છે.

(રીલીઝ આઈડી: 2304997) મુલાકાતી સંખ્યા : 23