پودوں کی 'انقلابی' جین ایڈیٹنگ

 

پودوں کی 'انقلابی' جین ایڈیٹنگ

پودوں کی 'انقلابی' جین ایڈیٹنگ زراعت کو ہمیشہ کے لیے بدل دے گی۔

تل ابیب میں تیار کردہ ایک نیا، بڑے پیمانے پر جینیاتی ترمیم کا طریقہ پودوں میں نقل شدہ جینوں کے کردار اور خصوصیات کو ظاہر کرنا  اب واقعی حقیقی طور پر ممکن بناتا ہے۔

تل ابیب یونیورسٹی (TAU) میں تیار کردہ پودوں کی جینیاتی تبدیلی کی دریافت - جو اسے "دنیا کی پہلی پیش رفت" کہتی ہے - توقع کی جارہی ہے کہ زرعی فصلوں کو کس طرح بہتر بنایا جاتا ہے، بشمول ہدفی تبدیلیاں، پیداوار اور خشک سالی اور کیڑوں کے خلاف مزاحمت جو کہ خصوصیات کو بہتر بنائیں گی ۔

 

"نئی ترقی جینومک پیمانے پر کنٹرول شدہ اور ہدف شدہ فصل کی بہتری کو قابل بناتی ہے۔ اس طریقے نے پہلے ہی اپنے طریقہ کار کو چاول اور ٹماٹر کے پودوں پر بڑی کامیابی کے ساتھ لاگو کر دیا ہے، اور مزید اسے دوسری فصلوں پر بھی لاگو کرنے کا ارادہ رکھتے ہیں،"

 

جینوم پیمانے کی ٹیکنالوجی پودوں میں جین اور خصائص کے کردار کو ظاہر کرنا ممکن بناتی ہے جو اب تک فنکشنل فالتو پن سے چھپے ہوئے ہیں۔ محققین نے بتایا کہ زرعی انقلاب کے بعد سے، انسان نے جینیاتی تنوع پیدا کرکے زرعی مقاصد کے لیے پودوں کی اقسام کو بہتر بنانے کے لیے کام کیا ہے۔ لیکن اس حالیہ ترقی تک، یہ صرف ایک جین کے افعال کی جانچ کرنا ممکن تھا جو جینوم کا صرف 20 فیصد بناتے ہیں۔ جینوم کے بقیہ 80 فیصد  کے لیے جو خاندانوں میں گروپ کردہ جینوں پر مشتمل ہے، پورے جینوم کے بڑے پیمانے پر، پودے میں ان کے کردار کا تعین کرنے کا کوئی مؤثر طریقہ نہیں تھا۔ اس انوکھی ترقی کے نتیجے میں، محققین کی ٹیم درجنوں نئی خصوصیات کو الگ تھلگ کرنے اور ان کی شناخت کرنے میں کامیاب ہو گئی جنہیں اب تک نظر انداز کیا گیا تھا۔ اس ترقی کو زیادہ تر فصلوں اور زرعی خصوصیات پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔

 

اس طریقے کے  نتائج کو نامور جریدے نیچر پلانٹس میں "ملٹی ناک - ایک کثیر ہدف شدہ جینوم اسکیل CRISPR ٹول باکس" کے عنوان سے شائع کیا گیا ہے۔

 

تحقیق کے حصے کے طور پر، ٹیم نے جدید ٹیکنالوجی CRISPR (کلسٹرڈ ریگولرلی انٹر اسپیسڈ شارٹ پیلینڈرومک ریپیٹس، ایک بیکٹیریل ڈیفنس سسٹم جو CRISPR-Cas9 جینوم ایڈیٹنگ ٹیکنالوجی کی بنیاد بناتا ہے) اور بائیو انفارمیٹکس اور مالیکیولر جینیٹکس کے میدان سے طریقوں کو استعمال کیا۔ پودوں میں مخصوص خصلتوں کے لیے ذمہ دار جینز کا پتہ لگانے کا  یہ ایک نیا طریقہ ہے۔ "ہزاروں سالوں سے، زرعی انقلاب کے بعد سے، انسان جینیاتی تغیرات کو فروغ دے کر زراعت کے لیے پودوں کی مختلف اقسام کو بہتر بنا رہا ہے۔لیکن کچھ سال پہلے تک، یہ ممکن نہیں تھا کہ جینیاتی طور پر اہدافی طریقے سے مداخلت کی جا سکے لیکن صرف ان مطلوبہ خصلتوں کی شناخت اور فروغ دینا جو تصادفی طور پر تخلیق کیے گئے تھے۔ جین ایڈیٹنگ ٹیکنالوجیز کی ترقی اب پودوں کی ایک بڑی تعداد میں درست تبدیلیاں کرنے کی اجازت دیتی ہے۔

محققین نے  مزید کہا کہ CRISPR جیسی جینیاتی ایڈیٹنگ ٹیکنالوجیز کی ترقی کے باوجود کئی چیلنجز باقی ہیں جو اس کے اطلاق کو زراعت تک محدود کر دیتے ہیں۔ ان میں سے ایک ضرورت یہ تھی کہ ہر ممکن حد تک قطعی طور پر شناخت کی جائے کہ پودے کے جینوم میں کون سے جینز کاشت کرنے کے لیے ایک مخصوص مطلوبہ خصلت کے لیے ذمہ دار ہیں۔ اس چیلنج سے نمٹنے کے لیے قبول شدہ تکنیک میوٹیشنز پیدا کرنا ہے، یعنی جینز کو مختلف طریقوں سے تبدیل کرنا، اور پھر ڈی این اے میں تبدیلی کے نتیجے میں پودوں کی خصوصیات میں ہونے والی تبدیلیوں کا جائزہ لینا اور اس سے سیکھنا ہے۔

 

مثال کے طور پر، اگر میٹھا پھل والا پودا تیار ہوتا ہے، تو یہ نتیجہ اخذ کیا جا سکتا ہے کہ تبدیل شدہ جین پھل کی مٹھاس کا تعین کرتا ہے۔ یہ حکمت عملی کئی دہائیوں سے استعمال کی جا رہی ہے، اور بہت کامیاب رہی ہے، لیکن اس میں ایک بنیادی مسئلہ بھی ہے - ایک اوسط پودے جیسے ٹماٹر یا چاول میں تقریباً 30,000 جین ہوتے ہیں، لیکن ان میں سے تقریباً 80 فیصد اکیلے کام نہیں کرتے بلکہ ان میں گروپ بندی کی جاتی ہے۔ ملتے جلتے جین کے خاندان۔ لہٰذا اگر کسی مخصوص جین کے خاندان کا ایک جین تبدیل ہوجاتا ہے، تو اس بات کا بہت زیادہ امکان ہے کہ اسی خاندان کا کوئی دوسرا جین (دراصل تبدیل شدہ جین سے بہت ملتی جلتی نقل) تبدیل شدہ جین کی جگہ فینوٹائپس کو ماسک کردے گا۔ اس رجحان کی وجہ سے، جسے جینیاتی فالتو پن کہا جاتا ہے، خود پودے میں تبدیلی پیدا کرنا اور جین کے کام اور اس کے کسی خاص خصلت سے تعلق کا تعین کرنا مشکل  ہوجاتاہے۔

 

نئی تحقیق میں CRISPR کا استعمال کرتے ہوئے جینیاتی فالتو پن کے مسئلے کا حل تلاش کرنے کی کوشش کی گئی، جو Cas9 نامی انزائم پر مبنی ہے جو قدرتی طور پر بیکٹیریا میں پایا جاتا ہے جس کا کردار غیر ملکی ڈی این اے کی ترتیب کو کاٹنا ہے۔ انزائم کے ساتھ ایک sgRNA ترتیب جوڑ سکتا ہے، جو DNA کی ترتیب کی نشاندہی کرتا ہے جسے انزائم کو کاٹنے کی ضرورت ہے،" مائروز نے نوٹ کیا۔ "یہ جینیاتی ترمیم کا طریقہ ہمیں مختلف sgRNA ترتیبوں کو ڈیزائن کرنے کی اجازت دیتا ہے تاکہ Cas9 تقریبا کسی بھی جین کو کاٹ سکے جسے ہم تبدیل کرنا چاہتے ہیں۔ اوومنٹ، اور خاص طور پر جینیاتی فالتو پن سے پیدا ہونے والی مشترکہ حد پر قابو پانے کے لیے  ریسرچرز  اس تکنیک کو زرعی امپریشن کے مقاصد کے لیے پودوں میں تغیر پیدا کرنے کے کنٹرول کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کرنا چاہتے تھے۔۔

 

پہلے مرحلے میں، ایک کمپیوٹر پر بائیو انفارمیٹکس کا مطالعہ کیا گیا، جس نے – فیلڈ میں زیادہ تر مطالعات کے برعکس – شروع میں پورے جینوم کا احاطہ کیا۔ محققین نے عربیڈوپسس پلانٹ پر توجہ مرکوز کرنے کا انتخاب کیا، جو بہت سے مطالعات میں ایک ماڈل کے طور پر استعمال ہوتا ہے اور اس میں تقریباً 30,000 جین ہوتے ہیں۔ سب سے پہلے، انہوں نے تقریباً 8,000 انفرادی جینوں کی شناخت کی اور ان کو الگ تھلگ کیا جن کا کوئی خاندانی فرد نہیں ہے اور اس وجہ سے جینوم میں کوئی نقل نہیں ہے۔ بقیہ 22,000 جینز کو خاندانوں میں تقسیم کیا گیا تھا، اور ہر خاندان کے لیے مناسب sgRNA کی ترتیب کو کمپیوٹیشنل طور پر ڈیزائن کیا گیا تھا۔ ہر sgRNA ترتیب Cas9 کاٹنے والے انزائم کو ایک مخصوص جینیاتی ترتیب کی طرف رہنمائی کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا جو پورے خاندان کی خصوصیت رکھتا ہے، جس کا مقصد خاندان کے تمام افراد میں تغیر پیدا کرنا ہے تاکہ یہ جینز مزید ایک دوسرے کو اوورلیپ نہ کر سکیں۔ اس طرح، ایک لائبریری بنائی گئی جس میں کل تقریباً 59,000 sgRNA ترتیب تھے اور ہر sgRNA بذات خود ہر جین فیملی سے بیک وقت دو سے 10 جینز کو تبدیل کرنے کے قابل ہے، اس طرح جینیاتی فالتو پن کے رجحان کو مؤثر طریقے سے بے اثر کر دیتا ہے۔

 

اس کے علاوہ، sgRNA کی ترتیب کو تقریباً 6,000 sgRNA ترتیبوں کی 10 ذیلی لائبریریوں میں تقسیم کیا گیا تھا  جیسے کہ خامروں، رسیپٹرز، ٹرانسکرپشن عوامل اور مزید کے لیے کوڈنگ ۔محققین کے مطابق، لائبریریوں کے قیام سے ان کے لیے مطلوبہ خصلتوں کے لیے ذمہ دار جینز کی تلاش پر توجہ مرکوز کرنا اور بہتر بنانا ممکن ہوا ہے، تاہم  یہ تلاش اب تک بڑی حد تک بے ترتیب رہی ہے۔

 

اگلے مرحلے میں، محققین کمپیوٹر سے منتقل ہوگئے

 

لیبارٹری، جہاں انہوں نے کمپیوٹیشنل طریقہ سے ڈیزائن کیے گئے تمام 59,000 sgRNA سیکوینسز تیار کیے اور انہیں کاٹنے والے انزائم کے ساتھ مل کر نئی پلاسمڈ لائبریریوں (سرکلر ڈی این اے سیگمنٹس) میں انجینیئر کیا۔ اس کے بعد محققین نے لائبریریوں پر مشتمل ہزاروں نئے پودے تیار کیے - جہاں ہر پودے کو ایک مخصوص جین فیملی کے خلاف ہدایت کردہ واحد sgRNA ترتیب کے ساتھ لگایا گیا تھا۔

 

محققین نے ان خصلتوں کا مشاہدہ کیا جو پودوں میں جینوم کی تبدیلیوں کے بعد ظاہر ہوئے تھے، اور جب کسی خاص پودے میں ایک دلچسپ فینوٹائپ کا مشاہدہ کیا گیا تھا۔ یہ جاننا آسان تھا کہ اس میں ڈالے گئے sgRNA ترتیب کی بنیاد پر اس تبدیلی کے لیے کون سے جین ذمہ دار تھے۔ اس کے علاوہ، شناخت شدہ جینوں کی ڈی این اے کی ترتیب کے ذریعے، اس تبدیلی کی نوعیت کا تعین کرنا ممکن تھا جس کی وجہ سے تبدیلی آئی اور پودے کی نئی خصوصیات میں اس کی شراکت ممکن ہوئی۔

REFERENCE

Check it out