میٹھی کامیابی: محققین نے گنے کے پیچیدہ جینیاتی کوڈ کو توڑا۔

نیوز وائز — جدید ہائبرڈ گنے کرہ ارض پر سب سے زیادہ کاشت کی جانے والی فصلوں میں سے ایک ہے، جو چینی، گڑ، بائیو ایتھانول، اور بائیو بیسڈ مواد سمیت مصنوعات بنانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اس میں ایک انتہائی پیچیدہ جینیاتی بلیو پرنٹس بھی ہیں۔

اب تک، گنے کی پیچیدہ جینیات نے اسے مکمل اور انتہائی درست جینوم کے بغیر آخری بڑی فصل بنا دیا۔ سائنسدانوں نے گنے کے جینیاتی کوڈ کو کامیابی کے ساتھ نقشہ بنانے کے لیے متعدد تکنیکیں تیار کی ہیں اور ان کو یکجا کیا ہے۔ اس نقشے کے ساتھ، وہ اس مخصوص مقام کی تصدیق کرنے کے قابل تھے جو مؤثر بھورے زنگ کی بیماری کے خلاف مزاحمت فراہم کرتا ہے، جس کی جانچ نہیں کی گئی، چینی کی فصل کو تباہ کر سکتی ہے۔ محققین چینی کی پیداوار میں شامل بہت سے جینوں کو بہتر طور پر سمجھنے کے لیے جینیاتی ترتیب کا بھی استعمال کر سکتے ہیں۔

یہ تحقیق یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی جوائنٹ جینوم انسٹی ٹیوٹ (جے جی آئی) میں کمیونٹی سائنس پروگرام کے ایک حصے کے طور پر کی گئی، لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری (برکلے لیب) میں DOE آفس آف سائنس صارف کی سہولت ہے۔ یہ مطالعہ آج جرنل میں شائع ہوا ہے۔ فطرتاور جینوم JGI کے پلانٹ پورٹل کے ذریعے دستیاب ہے، فائیٹوزوم.

JGI میں پلانٹ پروگرام کے سربراہ اور ہڈسن الفا انسٹی ٹیوٹ برائے بائیو ٹیکنالوجی کے فیکلٹی انوسٹی گیٹر جیریمی شمٹز نے کہا کہ "یہ سب سے پیچیدہ جینوم سیکوئنس تھا جسے ہم نے ابھی تک مکمل کیا ہے۔” "یہ ظاہر کرتا ہے کہ ہم کتنی دور آ چکے ہیں۔ یہ وہ چیز ہے جسے 10 سال پہلے لوگ ناممکن سمجھتے تھے۔ ہم اب ایسے اہداف کو پورا کرنے کے قابل ہیں جو ہم نے سوچا بھی نہیں تھا کہ پودوں کی جینومکس میں کرنا ممکن ہے۔

گنے کا جینوم بہت پیچیدہ ہے کیونکہ یہ بڑا ہے اور اس وجہ سے کہ اس میں ایک عام پودے کی نسبت کروموسوم کی زیادہ کاپیاں ہوتی ہیں، ایک خصوصیت جسے پولی پلاڈی کہتے ہیں۔ گنے میں تقریباً 10 بلین بیس جوڑے ہوتے ہیں، ڈی این اے کی تعمیر کے بلاکس۔ مقابلے کے لیے، انسانی جینوم تقریباً 3 بلین ہے۔ گنے کے ڈی این اے کے بہت سے حصے مختلف کروموسوم کے اندر اور اس میں ایک جیسے ہوتے ہیں۔ یہ مکمل جینیاتی بلیو پرنٹ کی تشکیل نو کے دوران ڈی این اے کے تمام چھوٹے حصوں کو درست طریقے سے دوبارہ جوڑنا ایک چیلنج بناتا ہے۔ محققین نے متعدد جینیاتی ترتیب کی تکنیکوں کو ملا کر اس پہیلی کو حل کیا، جس میں ایک نیا تیار کردہ طریقہ بھی شامل ہے جسے PacBio HiFi سیکوینسنگ کہا جاتا ہے جو DNA کے لمبے حصوں کی ترتیب کا درست تعین کر سکتا ہے۔

مکمل "ریفرنس جینوم” کا ہونا گنے کا مطالعہ کرنا آسان بناتا ہے، جس سے محققین اس کے جینز اور راستوں کا موازنہ دوسری اچھی طرح سے زیر مطالعہ فصلوں جیسے جوار یا دیگر بایو ایندھن کی دلچسپی والی فصلوں، جیسے سوئچ گراس اور مسکینتھس کے ساتھ کر سکتے ہیں۔ اس حوالہ کا دیگر فصلوں سے موازنہ کرنے سے، یہ سمجھنا آسان ہو جاتا ہے کہ ہر ایک جین کس طرح دلچسپی کی خاصیت کو متاثر کرتا ہے، جیسے کہ چینی کی پیداوار کے دوران کون سے جینز کا بہت زیادہ اظہار ہوتا ہے، یا کون سے جین بیماریوں کے خلاف مزاحمت کے لیے اہم ہوتے ہیں۔ اس تحقیق سے پتا چلا ہے کہ بھوری زنگ کے خلاف مزاحمت کے لیے ذمہ دار جین، ایک فنگل پیتھوجین جس نے پہلے گنے کی فصل کو لاکھوں ڈالر کا نقصان پہنچایا تھا، جینوم میں صرف ایک جگہ پر پائے جاتے ہیں۔

اس مقالے کے پہلے مصنف اور ہڈسن الفا کے ایک محقق ایڈم ہیلی نے کہا، "جب ہم نے جینوم کو ترتیب دیا، تو ہم براؤن زنگ کی بیماری کے گرد جینیاتی ترتیب میں ایک خلا کو پُر کرنے میں کامیاب ہو گئے۔” "گنے کے جینوم میں لاکھوں جین موجود ہیں، لیکن یہ صرف دو جین ہیں، جو مل کر کام کرتے ہیں، جو پودے کو اس روگجن سے بچاتے ہیں۔ تمام پودوں میں، صرف مٹھی بھر مثالیں ہیں جن کے بارے میں ہم جانتے ہیں کہ تحفظ اسی طرح کہاں کام کرتا ہے۔ اس بیماری کے خلاف مزاحمت گنے میں کس طرح کام کرتی ہے اس کی بہتر تفہیم سڑک کے نیچے اسی طرح کے پیتھوجینز کا سامنا کرنے والی دوسری فصلوں کی حفاظت میں مدد کر سکتی ہے۔”

محققین نے R570 کے نام سے مشہور گنے کی کاشت کا مطالعہ کیا جسے دنیا بھر میں کئی دہائیوں سے گنے کی جینیات کو سمجھنے کے لیے ماڈل کے طور پر استعمال کیا جا رہا ہے۔ گنے کی تمام جدید کاشتوں کی طرح، R570 ایک ہائبرڈ ہے جو گنے کی گھریلو نسلوں (جو چینی کی پیداوار میں بہترین ہے) اور ایک جنگلی انواع (جس میں بیماریوں کے خلاف مزاحمت کے لیے جین ہوتے ہیں) کو عبور کر کے بنایا گیا ہے۔

"R570 کی مکمل جینیاتی تصویر جاننے سے محققین کو یہ معلوم کرنے میں مدد ملے گی کہ کون سے جینز کس والدین سے آئے ہیں، جو نسل دینے والوں کو زیادہ آسانی سے ان جینوں کی شناخت کرنے کے قابل بناتا ہے جو بہتر پیداوار کے لیے دلچسپی کی خصوصیات کو کنٹرول کرتے ہیں،” Angélique D’Hont، کاغذ کے آخری مصنف اور ایک گنے نے کہا۔ فرانسیسی زرعی تحقیقی مرکز برائے بین الاقوامی ترقی (CIRAD) کے محقق۔

گنے کی مستقبل کی اقسام کو بہتر بنانا زراعت اور بایو انرجی دونوں میں ممکنہ ایپلی کیشنز رکھتا ہے۔ گنے سے چینی پیدا کرنے کے طریقے کو بڑھانا کسانوں کو اپنی فصلوں سے حاصل ہونے والی پیداوار میں اضافہ کر سکتا ہے، اسی مقدار میں اگنے والی جگہ سے زیادہ چینی فراہم کرتا ہے۔ گنے بایو ایندھن، خاص طور پر ایتھنول، اور دیگر بائیو پروڈکٹس تیار کرنے کے لیے ایک اہم فیڈ اسٹاک، یا ابتدائی مواد ہے۔ گنے کو دبانے کے بعد باقی رہ جانے والی باقیات، جسے بیگاس کہا جاتا ہے، ایک اہم قسم کی زرعی باقیات ہیں جنہیں توڑ کر بائیو فیول اور بائیو پروڈکٹس میں بھی تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

"ہم یہ سمجھنے کے لیے کام کر رہے ہیں کہ پودوں میں موجود مخصوص جین اس بایوماس کے معیار سے کس طرح تعلق رکھتے ہیں جو ہم نیچے کی طرف حاصل کرتے ہیں، جسے ہم بایو ایندھن اور بائیو پروڈکٹس میں تبدیل کر سکتے ہیں،” بلیک سیمنز، جوائنٹ بائیو انرجی انسٹی ٹیوٹ کے چیف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی آفیسر، ایک DOE نے کہا۔ بایو انرجی ریسرچ سینٹر جس کی قیادت برکلے لیب نے کی۔ "گنے کی جینیات کی بہتر تفہیم کے ساتھ، ہم بایو اکانومی سے متعلقہ پیمانے پر پائیدار گنے کی تبدیلی کی ٹیکنالوجیز کے لیے درکار شکر اور بیگاس سے ماخوذ انٹرمیڈیٹس تیار کرنے کے لیے درکار پودوں کی جینی ٹائپس کو بہتر طور پر سمجھ اور کنٹرول کر سکتے ہیں۔”

اس مطالعہ میں دنیا بھر کے اداروں کے ساتھ تعاون شامل تھا، بشمول فرانس (CIRAD, UMR-AGAP, ERCANE); آسٹریلیا (سی ایس آئی آر او ایگریکلچر اینڈ فوڈ، کوئنز لینڈ الائنس فار ایگریکلچر اینڈ فوڈ انوویشن/ اے آر سی سینٹر آف ایکسی لینس فار پلانٹ سکس ان نیچر اینڈ ایگریکلچر – یونیورسٹی آف کوئنز لینڈ، شوگر ریسرچ آسٹریلیا)؛ جمہوریہ چیک (چیک اکیڈمی آف سائنسز کے تجرباتی نباتیات کے انسٹی ٹیوٹ)؛ اور ریاستہائے متحدہ (کورٹیوا ایگری سائنس، جوائنٹ بایو انرجی انسٹی ٹیوٹ)۔ جینوم کی ترتیب JGI میں JGI پارٹنر لیبارٹریز، ایریزونا جینومکس انسٹی ٹیوٹ اور ہڈسن الفا انسٹی ٹیوٹ برائے بائیو ٹیکنالوجی میں مکمل ہونے کے ساتھ کی گئی تھی۔

دی مشترکہ جینوم انسٹی ٹیوٹ سائنس صارف کی سہولت کا محکمہ توانائی کا دفتر ہے۔ دی مشترکہ بایو انرجی انسٹی ٹیوٹ ایک DOE Bioenergy ریسرچ سینٹر ہے۔

###

لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری (Berkeley Lab) صاف توانائی، ایک صحت مند سیارہ، اور دریافت سائنس میں تحقیق کے ذریعے بنی نوع انسان کے لیے حل فراہم کرنے کے لیے پرعزم ہے۔ 1931 میں اس یقین پر قائم کیا گیا تھا کہ ٹیموں کے ذریعہ سب سے بڑے مسائل کو بہترین طریقے سے حل کیا جاتا ہے، برکلے لیب اور اس کے سائنسدانوں کو 16 نوبل انعامات سے نوازا گیا ہے۔ دنیا بھر کے محققین اپنی اہم تحقیق کے لیے لیب کی عالمی معیار کی سائنسی سہولیات پر انحصار کرتے ہیں۔ برکلے لیب ایک ملٹی پروگرام قومی لیبارٹری ہے جس کا انتظام یونیورسٹی آف کیلیفورنیا کے ذریعہ یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کے آفس آف سائنس کے لیے کیا جاتا ہے۔

DOE کا آفس آف سائنس ریاستہائے متحدہ میں فزیکل سائنسز میں بنیادی تحقیق کا واحد سب سے بڑا حامی ہے، اور ہمارے وقت کے کچھ انتہائی اہم چیلنجوں سے نمٹنے کے لیے کام کر رہا ہے۔ مزید معلومات کے لیے، براہ کرم ملاحظہ کریں۔ energy.gov/science.