লেগুম-রাইজোবিয়া সিম্বিওসিসে ছন্দবদ্ধ জিনের অভিব্যক্তি উন্মোচন করা

রাইজোবিয়া, মাটির ব্যাকটেরিয়া যা বায়ুমণ্ডলীয় নাইট্রোজেনকে অ্যামোনিয়ামে রূপান্তরিত করে, যা উদ্ভিদ দ্বারা ব্যবহারযোগ্য একটি ফর্মের সাথে অংশীদারিত্ব করে কম নাইট্রোজেন পরিবেশে লেগুম সমৃদ্ধ হয়। এই উপকারী ব্যাকটেরিয়াগুলো নোডিউলে পাওয়া যায় যা লেগুমিনাস গাছের শিকড়ে তৈরি হয়। যাইহোক, অসংখ্য নোডিউলের অনিয়ন্ত্রিত গঠন মূলের কাজকে বাধাগ্রস্ত করতে পারে। এটি যাতে না ঘটে তার জন্য, শিমগুলিকে মূল নোডুলগুলির বিতরণ এবং সংখ্যা নিয়ন্ত্রণ করতে হবে, তবে এর জন্য সঠিক প্রক্রিয়াগুলি আগে অজানা ছিল।

সাম্প্রতিক একটি গবেষণা পদ্ম বীজলেগুমের মডেলগুলি প্রকাশ করে যে লেগুমের শিকড় এবং রাইজোবিয়ার মধ্যে মিথস্ক্রিয়া ছয় ঘন্টা চক্রের সাথে পর্যায়ক্রমিক জিনের অভিব্যক্তি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। এই ছন্দবদ্ধ জিনের অভিব্যক্তি রাইজোবিয়াল সংক্রমণের জন্য সংবেদনশীল মূলের এলাকা এবং নোডুলস বিতরণকে প্রভাবিত করে। গবেষণায় আরও পাওয়া গেছে যে উদ্ভিদ হরমোন সাইটোকিনিন এই জিনের প্রকাশের ছন্দ বজায় রাখার জন্য অপরিহার্য। এই যুগান্তকারী গবেষণাটি প্রকাশিত হয়েছিল বিজ্ঞানন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ বেসিক বায়োলজি, নারা ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি, হোক্কাইডো ইউনিভার্সিটি, কোয়ানসেই গাকুইন ইউনিভার্সিটি, RIKEN, এবং আইচি ইউনিভার্সিটি অফ এডুকেশনের মধ্যে একটি সহযোগিতা।

রাইজোবিয়া যখন শিকড়ের শিকড়কে সংক্রামিত করে, তখন মূলের এপিডার্মাল কোষগুলি সংক্রমণের থ্রেড, ঝিল্লিযুক্ত নলাকার গঠন তৈরি করে যা ব্যাকটেরিয়াকে অভ্যন্তরীণ মূল টিস্যুতে গাইড করে, যেখানে তারা নাইট্রোজেন ঠিক করতে পারে। Rhizobium সংক্রমণ প্রধানত মূল ডগা পিছনে সংকীর্ণ মূল এলাকায় ঘটে, যা সংবেদনশীল অঞ্চল বলা হয়। মূলের ডগায় ক্রমাগত কোষ উৎপাদন ক্রমাগত নতুন সংবেদনশীল এলাকা তৈরি করে। আদর্শভাবে, সংক্রামিত থ্রেডগুলি পুরো মূল জুড়ে সমানভাবে বিতরণ করা হবে। যাইহোক, ঘনিষ্ঠ পরিদর্শন বিরল অঞ্চলগুলির সাথে পর্যায়ক্রমে সংক্রমণের ঘনত্বে গঠিত লাইনের একটি প্যাটার্ন প্রকাশ করে, যা পরামর্শ দেয় যে রাইজোবিয়ার প্রতিক্রিয়া ক্রমাগত না হয়ে বিরতিহীন। সময়ের সাথে সাথে রাইজোবিয়ার গতিশীল মূল প্রতিক্রিয়াগুলির বিস্তারিত অধ্যয়নের অভাব রয়েছে।

লুমিনেসেন্সের তাত্ক্ষণিক ইমেজিংয়ের জন্য প্রতিবেদক জিন হিসাবে লুসিফেরেজ ব্যবহার করে, দলটি পর্যবেক্ষণ করেছে NSP1 রাইজোবিয়ার প্রতিক্রিয়ায় জিনের অভিব্যক্তির দ্রুত প্রবর্তন সংক্রমণ প্রক্রিয়ার জন্য গুরুত্বপূর্ণ, সংবেদনশীল অঞ্চলে প্রায় ছয়-ঘণ্টার ব্যবধানে একটি দোলনীয় প্যাটার্ন প্রদর্শন করে। শিকড় বাড়ার সাথে সাথে নতুন এক্সপ্রেশন সাইটগুলি পূর্বের দোদুল্যমান অঞ্চলগুলির টিপসে উপস্থিত হয়। “আমরা লক্ষ্য করেছি যে এই দোদুল্যমান অঞ্চলগুলি এমন অঞ্চলগুলির সাথে মিলে যায় যেখানে সংক্রমণের থ্রেডগুলি ঘনত্বে তৈরি হয়, যা আমাদের মনে করে যে এই ছন্দময় জিনের অভিব্যক্তিটি নডিউল গঠনের স্থানগুলির সংকল্পের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে,” বলেছেন ডঃ তাকাশি সোয়ানো, ন্যাশনাল-এর সহযোগী অধ্যাপক বেসিক বায়োলজি ইনস্টিটিউটের একাডেমিক গবেষণা দলের সদস্য। এই ধারণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, দোদুল্যমান অঞ্চলে প্রচুর সংখ্যক নডিউল গঠিত হয়, যা ছন্দবদ্ধ জিনের প্রকাশ এবং নোডিউল গঠনের মধ্যে একটি লিঙ্কের পরামর্শ দেয়। রাইজোবিয়া সিম্বিওসিসের সময় প্রাথমিক প্রতিক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় অন্যান্য জিনগুলিও দোলনীয় অভিব্যক্তির ধরণগুলি প্রদর্শন করে, যা রাইজোবিয়ার প্রতিক্রিয়াগুলিতে পর্যায়ক্রমিক জিনের অভিব্যক্তির প্রথম প্রমাণ চিহ্নিত করে।

সাইটোকিনিন হল মূল নডিউল সিম্বিওসিসের মূল নিয়ন্ত্রক, এই দোদুল্যমান জিনের অভিব্যক্তি বজায় রাখে। সাইটোকিনিন জৈব সংশ্লেষণ, বিপাক এবং সংকেত সম্পর্কিত জিনগুলি রাইজোবিয়া ইনোকুলেশনের পরে দোলনীয় অভিব্যক্তি দেখায়। সাইটোকিনিন প্রতিক্রিয়া চিহ্নিতকারী টিসিএসএন ব্যবহার করে লুমিনেসেন্স ইমেজিং একটি দোলনীয় সাইটোকিনিন প্রতিক্রিয়া প্রকাশ করেছে যা সক্রিয় সাইটোকিনিন সামগ্রীতে ওঠানামার সময়ের সাথে মিলে যায়।

গবেষণায় জিনের প্রকাশের পর্যায়ক্রমিকতায় সাইটোকিনিনের ভূমিকা অন্বেষণ করতে সাইটোকিনিন রিসেপ্টর LHK1-এর মিউট্যান্ট ব্যবহার করা হয়েছে। মিউট্যান্টদের মধ্যে কার্যকরী LHK1 নেই, চক্রের দোলন ব্যবধান NSP1 দীর্ঘায়িত অভিব্যক্তি এবং প্রসারিত মূল অঞ্চল NSP1 তার অভিব্যক্তি নড়বড়ে হয়ে গেল। বিপরীতে, উদ্ভিদে LHK1 এর একটি সক্রিয় রূপের সাথে রূপান্তরিত হয়, আনয়ন NSP1 অভিব্যক্তি দমন করা হয়, ফলে এর পর্যায়ক্রমিকতা হারায়। এই NSP1 দোদুল্যমান অঞ্চলগুলি সংক্রমণের ঘন রেখা তৈরির অঞ্চলগুলির সাথে ওভারল্যাপ করে। এই lhk1 লস-অফ-ফাংশন মিউট্যান্টগুলি বর্ধিত মূল অংশগুলি প্রদর্শন করে এবং ঘন সংক্রমণ লাইন তৈরি করে, যখন সক্রিয় LHK1 সংক্রমণ লাইনের ঘনত্ব হ্রাস করে। এই ফলাফলগুলি সিম্বিওটিক দোলন বজায় রাখতে এবং যথাযথ সংক্রমণ লাইন বিতরণ নিশ্চিত করতে উপযুক্ত সাইটোকিনিন প্রতিক্রিয়াগুলির গুরুত্ব তুলে ধরে।

নোডিউল সিম্বিওসিস একটি মনোফাইলেটিক নাইট্রোজেন-ফিক্সিং ক্লেডে ঘটে, যার মধ্যে চারটি লেগুমিনোসে, রোজালেস, কুকুরবিটেলস এবং লেগুমিনোসাই রয়েছে, যা নাইট্রোজেন-ফিক্সিং ব্যাকটেরিয়ার সাথে মিথস্ক্রিয়াগুলির সহ-বিবর্তনীয় অধিগ্রহণকে দেখায়। তাদের মধ্যে, শিমজাতীয় উদ্ভিদের বেশিরভাগ প্রজাতি রুট-নোডিউল সিম্বিওসিসে অংশগ্রহণ করে, অনন্যভাবে সাইটোকিনিন পথকে সিম্বিওসিসের একটি গুরুত্বপূর্ণ নিয়ন্ত্রক মডিউল হিসেবে ব্যবহার করে।

পর্যায়ক্রমিক সাইটোকিনিন প্রতিক্রিয়াগুলির আবিষ্কারটি অপ্রত্যাশিত ছিল এবং এই পর্যায়ক্রমিকতা প্রতিষ্ঠা করে এবং এই পর্যায়ক্রমিক প্রতিক্রিয়াগুলি সংক্রমণের ক্ষেত্রকে কীভাবে আকার দেয় তা সহ আণবিক প্রক্রিয়া সহ বেশ কয়েকটি প্রশ্ন উত্থাপন করেছিল।

ডঃ তাকাশি সোয়ানো, সহযোগী অধ্যাপক, ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ বেসিক বায়োলজি

এই সমস্যাগুলি সমাধান করা রুট নোডুল সিম্বিওসিসের নিয়ন্ত্রক প্রক্রিয়া এবং উদ্ভিদ হরমোন দ্বারা মধ্যস্থতা করে পর্যায়ক্রমিক প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে অঙ্গ বিকাশের স্থানিক নিয়ন্ত্রণের উপর অগ্রিম গবেষণা সম্পর্কে আমাদের বোঝার গভীরতর হবে বলে আশা করা হচ্ছে।