वैज्ञानिकों ने अंगूर की बेलों को ठंड से बचाने में मदद करने वाला आणविक स्विच पहचाना

Horticulture Research में शुक्रवार को प्रकाशित एक अध्ययन में बताया गया है कि शोधकर्ताओं ने एक ऐसा आणविक मार्ग पहचाना है जो अंगूर की बेलों को ठंड सहने में मदद करता है, और यह खोज भविष्य के प्रजनन कार्यों में सहायक हो सकती है, क्योंकि बागानों को अधिक अस्थिर सर्दियों और वसंत तापमान का सामना करना पड़ रहा है।

चीन के यांगलिंग स्थित Northwest A&F University के वैज्ञानिकों के नेतृत्व में किए गए इस शोध का केंद्र Vitis pseudoreticulata था, जो तनाव-प्रतिरोध संबंधी शोध में इस्तेमाल होने वाली एक जंगली अंगूर प्रजाति है। टीम ने पाया कि VpCDPK13 नामक एक कैल्शियम-निर्भर प्रोटीन किनेज कम तापमान से सक्रिय होता है और पौधे की ठंड सहने की क्षमता को बेहतर बनाता है। यह ऐसा VpCAMTA3 नामक दूसरे प्रोटीन, यानी ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर, के साथ अंतःक्रिया करके और उसे संशोधित करके करता है, जिससे बेल की रक्षा-प्रतिक्रिया मजबूत होती है।

ठंड अंगूर उत्पादन के लिए अब भी प्रमुख पर्यावरणीय खतरों में से एक है। पाला पड़ने की घटनाएँ कलियों को नुकसान पहुँचा सकती हैं, बेल की स्फूर्ति घटा सकती हैं और कई मौसमों तक उपज कम कर सकती हैं। जलवायु परिवर्तनशीलता के कारण तापमान में तेज उतार-चढ़ाव, जिसमें गर्म दौर के बाद अचानक पाला पड़ना शामिल है, बढ़ने से यह जोखिम उत्पादकों के लिए और महत्वपूर्ण हो गया है।

अध्ययन के अनुसार, VpCDPK13 पौधे की ठंड-प्रतिक्रिया में शुरुआती चरण में काम करता है। 39.2°F के संपर्क में आने पर इसकी जीन-गतिविधि तेजी से बढ़ी, और ठंडी परिस्थितियों में प्रोटीन नाभिक में अधिक मात्रा में जमा हुआ। शोधकर्ताओं का कहना है कि यह इस बात का प्रमाण है कि यह किनेज कम तापमान से उत्पन्न कैल्शियम संकेतों को कोशिका के भीतर सुरक्षात्मक बदलावों में बदलने में मदद कर सकता है।

अपनी भूमिका की जाँच के लिए टीम ने ऐसे अंगूर के पौधे बनाए जिनमें VpCDPK13 का ओवरएक्सप्रेशन था और उनकी तुलना सामान्य पौधों तथा उन पौधों से की जिनमें यह जीन साइलेंस कर दिया गया था। ठंड के उपचार के दौरान, अधिक VpCDPK13 अभिव्यक्ति वाली बेलों की पत्तियाँ अधिक हरी रहीं, मुरझाना कम दिखा और प्रकाश-संश्लेषण प्रदर्शन बेहतर बना रहा। उनमें इलेक्ट्रोलाइट रिसाव भी कम था और मालोनडायल्डिहाइड का स्तर भी कम था, जो झिल्ली क्षति का सूचक है।

इन्हीं पौधों में हाइड्रोजन पेरॉक्साइड और सुपरऑक्साइड भी कम जमा हुए, जो दो रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज़ हैं और तनाव के दौरान बढ़ती हैं तथा नियंत्रण न होने पर कोशिकाओं को नुकसान पहुँचा सकती हैं। साथ ही, उनमें पेरॉक्सिडेज़ गतिविधि अधिक थी, जो एक मजबूत एंटीऑक्सिडेंट रक्षा-प्रणाली का संकेत देती है। जब VpCDPK13 को साइलेंस किया गया, तो पैटर्न उलट गया: पौधे ठंड के प्रति अधिक संवेदनशील हो गए, झिल्ली क्षति बढ़ी, ऑक्सीडेटिव तनाव अधिक हुआ और प्रकाश-संश्लेषण दक्षता कमजोर पड़ी।

इसके बाद शोधकर्ताओं ने VpCDPK13 के साथ अंतःक्रिया करने वाले प्रोटीनों की तलाश की और VpCAMTA3 की पहचान की। कई परीक्षणों ने पुष्टि की कि दोनों प्रोटीन भौतिक रूप से एक-दूसरे से जुड़ते हैं। VpCAMTA3 स्वयं भी पत्तियों और जड़ों में ठंड से प्रेरित हुआ, और जिन पौधों में इसे साइलेंस किया गया था उनमें ठंड सहनशीलता कम थी, साथ ही ऑक्सीडेटिव क्षति अधिक और फोटोसिस्टम प्रदर्शन कम था।

इस शोध का केंद्रीय निष्कर्ष यह है कि VpCDPK13, VpCAMTA3 का फॉस्फोराइलेशन करता है, यानी वह प्रोटीन के विशिष्ट स्थलों पर फॉस्फेट समूह जोड़ता है। प्रयोगशाला परीक्षणों में तीन प्रमुख स्थल पहचाने गए: Thr588, Ser834 और Ser 1049। जब इन स्थलों को इस तरह बदला गया कि उनका फॉस्फोराइलेशन नहीं हो सके, तो ठंड के तनाव में VpCAMTA3 का सुरक्षात्मक प्रभाव काफी हद तक कम हो गया। जब उन्हें फॉस्फोराइलेशन की नकल करने के लिए बदला गया, तो प्रोटीन ने अपरिवर्तित संस्करण की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया।

अंगूर की पत्तियों पर किए गए ट्रांज़िएंट एक्सप्रेशन परीक्षणों में VpCAMTA3 के फॉस्फो-मिमिक रूप ने सबसे मजबूत ठंड सहनशीलता दिखाई। उन पत्तियों में Fv/Fm मान अधिक बने रहे, जो फोटोसिस्टम II दक्षता का एक मानक माप है, और उनमें आयन रिसाव, मालोनडायल्डिहाइड सामग्री तथा रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज़ का संचय, सामान्य प्रोटीन या फॉस्फो-डेड संस्करण व्यक्त करने वाली पत्तियों की तुलना में, कम था।

लेखकों का कहना है कि इससे एक VpCDPK13-VpCAMTA3 सिग्नलिंग मॉड्यूल स्थापित होता है, जो झिल्ली की अखंडता बनाए रखने, प्रकाश-संश्लेषण कार्य को सुरक्षित रखने और रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज़ की सफाई में सुधार करके ठंड के तनाव के अनुकूलन को बढ़ावा देता है।

यह कार्य इस बात पर बढ़ते शोध-समूह में योगदान देता है कि बहुवर्षीय फल फसलें आणविक स्तर पर अजैविक तनाव को कैसे संभालती हैं। अंगूर की बेलों में, ठंड सहनशीलता का लंबे समय से ABA सिग्नलिंग, CBF जीनों और शर्करा संचय से जुड़े मार्गों के माध्यम से अध्ययन किया गया है। यह अध्ययन कैल्शियम सिग्नलिंग और प्रोटीन फॉस्फोराइलेशन पर केंद्रित विनियमन की एक अलग परत की ओर संकेत करता है।

यह भी संकेत मिलता है कि CAMTA3 प्रोटीन विभिन्न प्रजातियों में अलग तरह से विनियमित हो सकते हैं। पेपर में उल्लेख है कि Arabidopsis में, अन्य किनेजों द्वारा CAMTA3 का फॉस्फोराइलेशन प्रोटीन की स्थिरता कम होने से जुड़ा रहा है। इसके विपरीत, इस अंगूर प्रणाली में VpCDPK13 द्वारा फॉस्फोराइलेशन ठंड के संपर्क के दौरान VpCAMTA3 के कार्य को बढ़ाता प्रतीत होता है।

यह अंतर प्रजनन कार्यक्रमों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। हालांकि अध्ययन कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग या फील्ड ट्रायल प्रस्तुत नहीं करता, यह दो आणविक लक्ष्यों की पहचान करता है जो जमाव-स्थितियों के प्रति बेहतर सहनशीलता वाली अंगूर किस्में विकसित करने के प्रयासों में उपयोगी हो सकते हैं। ऐसे गुण न केवल पारंपरिक रूप से ठंडे क्षेत्रों में, बल्कि उन इलाकों में भी तेजी से प्रासंगिक हैं जहाँ अनियमित मौसम शुरुआती कली फूटने के बाद बेलों को नुकसानदेह पाले के संपर्क में ला सकता है।

लेखकों ने कहा कि उनके निष्कर्ष अंगूर की बेल में ठंड-तनाव सिग्नलिंग पर नई समझ प्रदान करते हैं और बहुवर्षीय फल फसलों में लचीलापन बढ़ाने के लिए लक्ष्य दे सकते हैं। इस अध्ययन को Ningxia Hui Autonomous Region Key R&D Program का समर्थन मिला।