संशोधक वनस्पती पेशींच्या विभेदनावर नियंत्रण ठेवणाऱ्या जनुकांच्या अभिव्यक्तीचे नियमन करून वनस्पती पुनरुत्पादनाची एक नवीन पद्धत विकसित करत आहेत.

 चित्र: वनस्पती पुनरुत्पादनाच्या पारंपरिक पद्धतींमध्ये हार्मोन्ससारख्या वनस्पती वाढ नियंत्रकांचा वापर आवश्यक असतो, जे प्रजाती-विशिष्ट आणि श्रमसाध्य असू शकतात. एका नवीन अभ्यासात, शास्त्रज्ञांनी वनस्पती पेशींच्या अविविधीकरण (पेशींची वाढ) आणि पुनर्विविधीकरण (अवयव निर्मिती) मध्ये सामील असलेल्या जनुकांच्या कार्याचे आणि अभिव्यक्तीचे नियमन करून एक नवीन वनस्पती पुनरुत्पादन प्रणाली विकसित केली आहे. अधिक पहा
वनस्पती पुनरुत्पादनाच्या पारंपारिक पद्धतींमध्ये वापराची आवश्यकता असतेवनस्पती वाढ नियामकजसे कीसंप्रेरकज्या प्रजाती-विशिष्ट आणि श्रमसाध्य असू शकतात. एका नवीन अभ्यासात, शास्त्रज्ञांनी वनस्पती पेशींच्या अविविधीकरण (पेशींची वाढ) आणि पुनर्विविधीकरण (अवयव निर्मिती) मध्ये सामील असलेल्या जनुकांच्या कार्याचे आणि अभिव्यक्तीचे नियमन करून एक नवीन वनस्पती पुनरुत्पादन प्रणाली विकसित केली आहे.
अनेक वर्षांपासून वनस्पती प्राणी आणि मानवांसाठी अन्नाचा मुख्य स्रोत राहिल्या आहेत. याव्यतिरिक्त, वनस्पतींमधून विविध औषधी आणि उपचारात्मक संयुगे काढण्यासाठी त्यांचा वापर केला जातो. तथापि, त्यांचा गैरवापर आणि अन्नाची वाढती मागणी नवीन वनस्पती प्रजनन पद्धतींची गरज अधोरेखित करते. वनस्पती जैवतंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, अधिक उत्पादनक्षम आणि हवामान बदलांना प्रतिरोधक असलेल्या जनुकीय सुधारित (GM) वनस्पती तयार करून भविष्यातील अन्नटंचाईची समस्या सोडवता येऊ शकते.
नैसर्गिकरित्या, वनस्पती एकाच 'टोटिपोटेंट' पेशीपासून (अशी पेशी जी अनेक प्रकारच्या पेशींना जन्म देऊ शकते) वेगवेगळ्या रचना आणि कार्यांच्या पेशींमध्ये अविभेदित आणि पुनर्विभेदित होऊन पूर्णपणे नवीन वनस्पती पुन्हा निर्माण करू शकतात. वनस्पती ऊतक संवर्धनाद्वारे अशा टोटिपोटेंट पेशींचे कृत्रिम अनुकूलन वनस्पती संरक्षण, प्रजनन, ट्रान्सजेनिक प्रजातींचे उत्पादन आणि वैज्ञानिक संशोधनाच्या उद्देशांसाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. पारंपरिकरित्या, वनस्पती पुनरुत्पादनासाठी ऊतक संवर्धनामध्ये पेशी विभेदन नियंत्रित करण्यासाठी ऑक्सिन आणि सायटोकिनिन यांसारख्या वनस्पती वाढ नियामकांचा (GGRs) वापर आवश्यक असतो. तथापि, वनस्पती प्रजाती, संवर्धन परिस्थिती आणि ऊतकांच्या प्रकारानुसार इष्टतम हार्मोनल परिस्थिती लक्षणीयरीत्या बदलू शकते. त्यामुळे, इष्टतम संशोधन परिस्थिती निर्माण करणे हे एक वेळखाऊ आणि श्रमसाध्य काम असू शकते.
या समस्येवर मात करण्यासाठी, सहयोगी प्राध्यापक तोमोको इकावा यांनी, चिबा विद्यापीठातील सहयोगी प्राध्यापक माई एफ. मिनामिकावा, नागोया विद्यापीठाच्या जैव-कृषी विज्ञान पदव्युत्तर शाळेतील प्राध्यापक हितोशी साकाकिबारा आणि RIKEN CSRS मधील तज्ञ तंत्रज्ञ मिकिको कोजिमा यांच्यासोबत मिळून, नियमनाद्वारे वनस्पती नियंत्रणासाठी एक सार्वत्रिक पद्धत विकसित केली. वनस्पती पुनरुत्पादन साध्य करण्यासाठी "विकासात्मकदृष्ट्या नियंत्रित" (DR) पेशी विभेदन जनुकांची अभिव्यक्ती वापरली जाते. ३ एप्रिल २०२४ रोजी 'फ्रंटियर्स इन प्लांट सायन्स'च्या खंड १५ मध्ये प्रकाशित झालेल्या त्यांच्या संशोधन कार्याबद्दल अधिक माहिती देताना डॉ. इकावा म्हणाल्या: "आमची प्रणाली बाह्य PGRs वापरत नाही, तर त्याऐवजी पेशी विभेदन नियंत्रित करण्यासाठी ट्रान्सक्रिप्शन फॅक्टर जनुकांचा वापर करते, जे सस्तन प्राण्यांमध्ये प्रेरित होणाऱ्या प्लुरिपोटेंट पेशींसारखेच आहे."
संशोधकांनी मॉडेल वनस्पती म्हणून वापरलेल्या ॲराबिडॉप्सिस थॅलियानामधून बेबी बूम (BBM) आणि वुशेल (WUS) ही दोन DR जनुके स्थानभ्रष्टपणे व्यक्त केली आणि तंबाखू, लेट्यूस व पेटुनियाच्या ऊतक संवर्धन विभेदनावर होणारा त्यांचा परिणाम तपासला. BBM हे भ्रूणीय विकासाचे नियमन करणाऱ्या ट्रान्सक्रिप्शन फॅक्टरसाठी सांकेतिकीकरण करते, तर WUS हे शूट एपिकल मेरिस्टेमच्या प्रदेशात स्टेम सेलची ओळख टिकवून ठेवणाऱ्या ट्रान्सक्रिप्शन फॅक्टरसाठी सांकेतिकीकरण करते.
त्यांच्या प्रयोगांनी दाखवून दिले की तंबाखूच्या पानांच्या ऊतींमध्ये पेशी विभेदन घडवून आणण्यासाठी केवळ ॲराबिडॉप्सिस BBM किंवा WUS ची अभिव्यक्ती पुरेशी नाही. याउलट, कार्यात्मकदृष्ट्या वर्धित BBM आणि कार्यात्मकदृष्ट्या सुधारित WUS यांची सह-अभिव्यक्ती एक वेगवान स्वायत्त विभेदन फेनोटाइप प्रेरित करते. PCR चा वापर न करता, ट्रान्सजेनिक पानांच्या पेशींचे कॅलस (अव्यवस्थित पेशीसमूह), हिरव्या अवयवांसारख्या रचना आणि आगंतुक कळ्यांमध्ये विभेदन झाले. जीन ट्रान्सक्रिप्ट्सचे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या क्वांटिटेटिव्ह पॉलिमरेज चेन रिॲक्शन (qPCR) विश्लेषणाने दाखवून दिले की ॲराबिडॉप्सिस BBM आणि WUS ची अभिव्यक्ती ट्रान्सजेनिक कॅलस आणि अंकुरांच्या निर्मितीशी संबंधित होती.
पेशी विभाजन आणि विभेदनामध्ये फायटोहॉर्मोन्सची महत्त्वाची भूमिका लक्षात घेऊन, संशोधकांनी जनुकीय सुधारित वनस्पती पिकांमधील ऑक्सिन, सायटोकिनिन, ॲब्सिसिक ॲसिड (ABA), गिबेरेलिन (GA), जॅस्मोनिक ॲसिड (JA), सॅलिसिलिक ॲसिड (SA) या सहा फायटोहॉर्मोन्स आणि त्यांच्या चयापचय घटकांचे प्रमाण मोजले. त्यांच्या निष्कर्षांनुसार, पेशींचे अवयवांमध्ये विभेदन होत असताना सक्रिय ऑक्सिन, सायटोकिनिन, ABA आणि निष्क्रिय GA यांचे प्रमाण वाढते, जे वनस्पती पेशी विभेदन आणि अवयव निर्मितीमधील त्यांची भूमिका अधोरेखित करते.
याव्यतिरिक्त, संशोधकांनी सक्रिय विभेदन दर्शविणाऱ्या ट्रान्सजेनिक पेशींमधील जनुकीय अभिव्यक्तीच्या नमुन्यांचे मूल्यांकन करण्यासाठी, जनुकीय अभिव्यक्तीच्या गुणात्मक आणि संख्यात्मक विश्लेषणाची पद्धत असलेल्या आरएनए सिक्वेन्सिंग ट्रान्सक्रिप्टोम्सचा वापर केला. त्यांच्या निष्कर्षांनुसार, भिन्नपणे नियंत्रित जनुकांमध्ये पेशी प्रसार आणि ऑक्सिनशी संबंधित जनुके अधिक प्रमाणात आढळली. क्यूपीसीआर (qPCR) वापरून केलेल्या पुढील तपासणीत असे दिसून आले की, ट्रान्सजेनिक पेशींमध्ये चार जनुकांची अभिव्यक्ती वाढली किंवा कमी झाली होती, ज्यामध्ये वनस्पती पेशी विभेदन, चयापचय, अवयव निर्मिती आणि ऑक्सिन प्रतिसादाचे नियमन करणाऱ्या जनुकांचा समावेश होता.
एकंदरीत, हे निष्कर्ष वनस्पती पुनरुत्पादनासाठी एक नवीन आणि बहुपयोगी दृष्टिकोन प्रकट करतात, ज्यासाठी पीसीआरच्या बाह्य वापराची आवश्यकता नाही. याव्यतिरिक्त, या अभ्यासात वापरलेली प्रणाली वनस्पती पेशींच्या विभेदीकरणाच्या मूलभूत प्रक्रियांबद्दलची आपली समज सुधारण्यास आणि उपयुक्त वनस्पती प्रजातींची जैवतंत्रज्ञानात्मक निवड सुधारण्यास मदत करू शकते.
आपल्या कामाच्या संभाव्य उपयोगांवर प्रकाश टाकत डॉ. इकावा म्हणाले, “सादर केलेली प्रणाली पीसीआरच्या गरजेशिवाय जनुकीय सुधारित वनस्पती पेशींमध्ये पेशीय विभेदन घडवून आणण्याचे साधन उपलब्ध करून देऊन वनस्पती प्रजननात सुधारणा करू शकते. त्यामुळे, जनुकीय सुधारित वनस्पती उत्पादने म्हणून स्वीकारल्या जाण्यापूर्वी, समाज वनस्पती प्रजननाला गती देईल आणि संबंधित उत्पादन खर्च कमी करेल.”
सहयोगी प्राध्यापक तोमोको इकावा यांच्याबद्दल: डॉ. तोमोको इकावा या जपानमधील चिबा विद्यापीठाच्या ग्रॅज्युएट स्कूल ऑफ हॉर्टिकल्चर, सेंटर फॉर मॉलिक्युलर प्लांट सायन्सेस आणि सेंटर फॉर स्पेस ॲग्रीकल्चर अँड हॉर्टिकल्चर रिसर्च येथे सहायक प्राध्यापक आहेत. वनस्पतींचे लैंगिक पुनरुत्पादन आणि विकास तसेच वनस्पती जैवतंत्रज्ञान हे त्यांचे संशोधनाचे विषय आहेत. विविध ट्रान्सजेनिक प्रणालींचा वापर करून लैंगिक पुनरुत्पादन आणि वनस्पती पेशी विभेदनाच्या आण्विक यंत्रणा समजून घेण्यावर त्यांचे कार्य केंद्रित आहे. या क्षेत्रांमध्ये त्यांची अनेक प्रकाशने आहेत आणि त्या जपान सोसायटी ऑफ प्लांट बायोटेक्नॉलॉजी, बोटॅनिकल सोसायटी ऑफ जपान, जपानी प्लांट ब्रीडिंग सोसायटी, जपानी सोसायटी ऑफ प्लांट फिजिओलॉजिस्ट आणि इंटरनॅशनल सोसायटी फॉर द स्टडी ऑफ प्लांट सेक्शुअल रिप्रोडक्शनच्या सदस्य आहेत.
बाह्य संप्रेरकांच्या वापराशिवाय जनुकीय बदल झालेल्या पेशींचे स्वायत्त विभेदन: अंतर्जात जनुकांची अभिव्यक्ती आणि वनस्पती संप्रेरकांची वर्तणूक
संभाव्य हितसंबंधांचा संघर्ष म्हणून मानल्या जाऊ शकणाऱ्या कोणत्याही व्यावसायिक किंवा आर्थिक संबंधांशिवाय हे संशोधन करण्यात आले, असे लेखक जाहीर करतात.
अस्वीकरण: युरेकाअलर्टवर प्रकाशित होणाऱ्या प्रसिद्धीपत्रकांच्या अचूकतेसाठी AAAS आणि युरेकाअलर्ट जबाबदार नाहीत! माहिती प्रदान करणाऱ्या संस्थेद्वारे किंवा युरेकाअलर्ट प्रणालीद्वारे माहितीचा कोणताही वापर.