अपने भाइयों के एक पंक्तिबद्ध समुद्र में अचंभित, एक मकई का पत्ता अपने तने के सबसे निचले पायदान पर चला जाता है, जून की दोपहर का अधिकांश समय उच्च-अप द्वारा डाली गई छाया में बिताता है।
फिर एक झोंका संगीत कार्यक्रम में मोमी पंखों को धकेलना, खींचना और घुमाना शुरू कर देता है, जिससे 93 मिलियन मील दूर आग के गोले में एक खिड़की टूट जाती है। यह प्रकाश संश्लेषण के लिए सूर्य के प्रकाश को भोजन में बदलने का एक प्रमुख, बहुमूल्य अवसर है। दुर्भाग्य से, एक वृद्धि रक्षक के प्रकाश संश्लेषक समकक्ष - उच्च तीव्रता वाले प्रकाश के अचानक स्पाइक्स द्वारा संचालित क्षति को कम करने में मदद करने के लिए विकसित एक - छाया में इतने समय के बाद रीसेट करने के लिए धीमा है। झोंका मिट जाता है, पत्ते से पहले चला गया क्षण और इसकी सेलुलर रसोई लाभ उठा सकती है।
गर्मियों में उन मिनटों का मूल्य लेकिन प्रकाश की कटाई के अवसर चूकने से मकई के खेतों की कीमत चुकानी पड़ सकती है, और जो लोग उन्हें खेती करते हैं, वे संभावित फसल का एक बड़ा हिस्सा गिरावट में पैदा करते हैं। हाल ही में नए के प्रभाव को पहचानने और मापने के द्वारा जीन जो वृद्धि रक्षक को विनियमित करते हैं, नेब्रास्का विश्वविद्यालय-लिंकन के कैसिया ग्लोवाका और सहयोगी उन पैदावार को 20% तक बढ़ाने में मदद कर सकते हैं।
जो सुरक्षा के महत्व को कम करने के लिए नहीं है, जो गैर-फोटोकैमिकल क्वेंचिंग, या एनपीक्यू के नाम से जाता है, और प्रकाश को गर्मी में बदल सकता है जब भी कोई पौधा प्रकाश संश्लेषण की तुलना में अधिक अवशोषित कर सकता है। जैव रासायनिक सर्किट को काटने में विफलता, आखिरकार, अति-प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन के जहरीले निर्माण का कारण बन सकती है जो डीएनए को नुकसान पहुंचाती है और एक कोशिका को भी मार सकती है। लेकिन सुरक्षा उपाय में एक नकारात्मक पहलू है: अवशोषित प्रकाश ईंधन प्रकाश संश्लेषण को आराम देने और फिर से शुरू करने में यह धीमा है, जितना अधिक ऊर्जा देने वाला प्रकाश बर्बाद होता है।
"जब आप एक में क्लोरोप्लास्ट के नजरिए से सोचते हैं पौधा कोशाणु, जीवन वास्तव में कठिन है," नेब्रास्का में जैव रसायन के सहायक प्रोफेसर ग्लोवाका ने कहा। "हर कुछ सेकंड, पर्यावरण बदल रहा है।"
2016 में, Glowacka ने एक अध्ययन में योगदान दिया जिसमें दिखाया गया कि तीन विशेष जीनों की गतिविधि को क्रैंक करने की अनुमति है तंबाकू के पौधे एनपीक्यू को बहुत तेज गति से चालू और बंद करने के लिए, यह बेहतर सुरक्षा और अधिक कुशल प्रकाश संश्लेषण दोनों प्रदान करता है। उस तम्बाकू ने बदले में लगभग 20% बड़ी पत्तियों का उत्पादन किया, सिमुलेशन के साथ यह सुझाव दिया गया कि इससे भी अधिक लाभ संभव हो सकता है। अनुवर्ती शोध में पाया गया कि यही तकनीक सोयाबीन में समान लाभ उत्पन्न कर सकती है - न केवल पत्तियों के लिए, बल्कि बीन्स के लिए भी।
लेकिन तम्बाकू और सोयाबीन मकई, ज्वार, गन्ना और कई अन्य फसलों की तुलना में प्रकाश संश्लेषण के एक अलग रूप का उपयोग करते हैं जो गर्म और शुष्क परिस्थितियों के लिए बेहतर अनुकूल हैं - ऐसी फसलें जिनकी पैदावार 10 तक दुनिया को आबाद करने के लिए अपेक्षित 2050 बिलियन लोगों को खिलाने में मदद करने के लिए बढ़नी चाहिए। ग्लोवाका ने सोचा क्या एक में एनपीक्यू गतिविधि के लिए कोडित जीन दूसरे में वही भूमिका निभा सकते हैं। भले ही उन्होंने किया हो, ग्लोवाका और नेब्रास्का के जेम्स श्नेबल ने अनुमान लगाया कि एनपीक्यू जैसी जटिल प्रक्रिया में सहायता करने वाले अन्य जीन होने चाहिए।
वे सही थे। उनकी खोज 2020 और 2021 की गर्मियों के दौरान खेतों में मेहनत करने के साथ शुरू हुई, जब टीम ने उत्तर-पूर्व लिंकन में हैवलॉक रिसर्च फ़ार्म में 700 से अधिक आनुवंशिक रूप से विभिन्न प्रकार के मकई लगाए। Glowacka की योजना: लाइनों के बीच NPQ प्रदर्शन में अंतर देखें, फिर उन अंतरों के लिए कौन से जीन जिम्मेदार थे, इसे छेड़ने की कोशिश करें। फिर भी, ग्लोवाका को पता था कि एनपीक्यू को मापने के लिए मौजूदा तरीके महंगे और समय लेने वाले थे। इससे भी अधिक, वे प्रत्येक पंक्ति के प्रकाश के संपर्क में दैनिक असमानताओं को दूर करने के लिए संघर्ष कर रहे थे, संभावित रूप से किसी भी निष्कर्ष की वैधता को खराब कर रहे थे।
बसने के बजाय, ग्लोवैका ने अपना तरीका विकसित किया। टीम ने खेत में हर पंक्ति की पत्तियों से छोटे नमूने निकालने के लिए एक संशोधित छेद-पंच का इस्तेमाल किया। प्रयोगशाला में वापस, शोधकर्ताओं ने अंधेरे के अनुकूल होने के लिए लगभग एक दिन ऊतक के नमूने दिए, अंततः प्रकाश की चमक को उजागर करने से पहले और बाद में उनके प्रतिदीप्ति-प्रकाश संश्लेषण और एनपीक्यू के लिए एक प्रॉक्सी को मापते हैं। हर 20 मिनट में एक नमूने को मापने के बजाय, टीम उसी अवधि में 96 नमूनों को संभालने में सक्षम थी।
शोधकर्ताओं ने पाया कि एनपीक्यू प्रतिक्रियाओं की गति और परिमाण लाइनों के बीच व्यापक रूप से भिन्न होते हैं, एक तथ्य जिसने मकई में संभावित रूप से उस भिन्नता को चलाने वाले किसी भी नए जीन की खोज को आसान बनाने में मदद की। रेखाओं की तुलना' जेनेटिक कोड, एनपीक्यू प्रदर्शन में अंतर के खिलाफ क्रॉस-रेफरेंस, अंततः छह होनहार जीन उम्मीदवारों का पता चला। उनमें से कई उम्मीदवार पहले से ही टीम से परिचित थे। अन्य नहीं थे - जिसमें PSI3 कहा जाता है, जिसने किसी भी अन्य उम्मीदवार की तुलना में उस भिन्नता को अधिक पेश किया।
अरेबिडोप्सिस में उन छह जीनों के समकक्षों की पहचान करने के बाद, ए फूलदार पौधे आमतौर पर अध्ययन करते थे पादप जीवविज्ञान, टीम म्यूटेंट का आदेश देने के लिए आगे बढ़ी: अरबिडोप्सिस बीज प्रत्येक में छह जीनों में से एक की कमी थी। सभी छह म्यूटेंट में, सर्ज रक्षक आमतौर पर रोशनी के नीचे प्रतिक्रिया करने के लिए सुस्त था, लेकिन रोशनी बंद होने पर आराम करने के लिए भी धीमा था। एनपीक्यू शिखर आम तौर पर कम थे, और गर्त उच्च थे, यह सुझाव देते हुए कि पौधों ने उछाल के खिलाफ कम बफ़र किया और प्रकाश संश्लेषण के लिए उपलब्ध प्रकाश का अधिक खर्च किया।
उन जीनों की पहचान, मकई की रेखाओं में प्राकृतिक एनपीक्यू भिन्नता की मात्रा के साथ मिलकर प्रजनन का रास्ता खोल सकती है पौधों शोधकर्ताओं ने कहा कि उपज बढ़ाने वाली धूप को भुनाने में कहीं बेहतर है। सबसे अच्छे मामले में, Schnable ने कहा, वे प्रयास आधे दर्जन से कम वर्षों में फल देने लग सकते हैं।
यदि वे ऐसा करते हैं, तो परिणाम फसल प्रजनकों के लिए वरदान साबित हो सकते हैं, जो आने वाले दशकों में वैश्विक खाद्य कमी को दूर करने के लिए हर और सभी संभावनाओं की जांच कर रहे हैं।
ग्लोवाका ने कहा, "अगर हम एनपीक्यू को तेज करते हैं, तो हम फसलों से उस उपज का 22% हासिल कर सकते हैं।"
यह देखते हुए कि शोधकर्ताओं ने 2020 की शुरुआत में अध्ययन बंद कर दिया, एक आसन्न वैश्विक संकट को दूर करने में मदद करने के उनके प्रयासों का मतलब एक समकालीन से निपटना था। टीम के दो सदस्य, सीमा सहाय और मार्सिन ग्रज़ीबोव्स्की, हाल ही में संयुक्त राज्य अमेरिका पहुंचे थे - हाल ही में पर्याप्त है कि दोनों में से किसी ने अभी तक ड्राइविंग लाइसेंस प्राप्त नहीं किया है। COVID-19 से पहले, दोनों ने हैवलॉक रिसर्च फ़ार्म की सवारी की होगी।
विश्वविद्यालय के प्रोटोकॉल को वायरस के प्रसार को धीमा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि, उस विकल्प को अस्थायी रूप से रोक दिया गया है। निडर, सहाय और ग्रिज़ीबोव्स्की ने नियमित रूप से नेब्रास्का गर्मियों की गर्मी और आर्द्रता के बीच लगभग सात मील की दूरी पर अनुसंधान फार्म के लिए साइकिल चलाने का सहारा लिया।
"सीमा और मार्सिन," ग्लोवाका ने कहा, "इस प्रयोग के असली नायक हैं।"
अध्ययन पत्रिका में प्रकाशित किया गया है न्यू Phytologist.
