కంది 'ఆశ': భారత తొలి అంతరాలు లేని రిఫరెన్స్ జీనోమ్

Why in news?

Background

కందులు (పిజియన్‌పీ) అనేది ప్రోటీన్ అధికంగా ఉండే చిక్కుడు జాతికి చెందిన మొక్క, దీనిని విస్తృతంగా అర్హర్ లేదా తూర్ అని పిలుస్తారు. దీని శాస్త్రీయ నామం కజానస్ కజన్ (Cajanus cajan), మరియు ఇది ఫాబేసి (Fabaceae) కుటుంబానికి చెందినది; రైతులు దీనిని ఉష్ణమండల మరియు ఉప-ఉష్ణమండల ప్రాంతాలలో పండిస్తారు.

ఈ పంట అనేక వర్షాధార మరియు అర్ధ-శుష్క వ్యవసాయ వ్యవస్థలకు (semi-arid farming systems) సరిపోతుంది; దాని లోతైన మూలాలు తక్కువ లోతులో వేర్లు ఉండే పంటలకు అందుబాటులో లేని తేమను చేరుకోగలవు. రూట్ బ్యాక్టీరియా వాతావరణ నత్రజనిని (atmospheric nitrogen) సరిచేసి నేల సంతానోత్పత్తికి తోడ్పడుతుంది.

కందులను సాధారణంగా తృణధాన్యాలు (cereals), నూనెగింజలు లేదా ఇతర చిక్కుళ్ళతో కలిపి పండిస్తారు. ఇంటర్‌క్రాపింగ్ (Intercropping) ఉత్పత్తి ప్రమాదాన్ని విస్తరిస్తుంది మరియు వివిధ మొక్కల ఎత్తులలో సూర్యరశ్మిని ఉపయోగించుకుంటుంది. దీని కాడలు కొన్ని ప్రాంతాలలో ఇంధనం, మేత మరియు కంచె సామగ్రిని కూడా అందిస్తాయి.

ఏ ఇతర దేశం కంటే భారతదేశం ఎక్కువ కందులను ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు వినియోగిస్తుంది. వర్షపాతం, తెగుళ్లు మరియు వ్యాధులతో పాటు దేశీయ ఉత్పత్తి తీవ్రంగా మారవచ్చు. అందువల్ల రైతులు, పోషకాహారం మరియు ఆహార ధరలకు దిగుబడి స్థిరత్వం (Yield stability) ముఖ్యమైనది.

From early sequencing to a complete reference

భారతీయ పరిశోధకులు 2011-12లో ఆశా రకానికి ముఖ్యమైన డ్రాఫ్ట్ సీక్వెన్స్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు. ఆ అసెంబ్లీలో సుమారు 511 మిలియన్ల అధిక నాణ్యత గల బేస్ జతలు (base pairs) ఉన్నాయి; ఇది దాదాపు 47,000 ప్రోటీన్-కోడింగ్ జన్యువులను అంచనా వేసింది.

క్రితం పని ప్రతి క్రోమోజోమ్‌కు ఒక నిరంతర శ్రేణి కాకుండా ముసాయిదాగా మిగిలిపోయింది. రిపీటీటివ్ డియోక్సిరైబోన్యూక్లిక్ యాసిడ్ (DNA) అంతరాలను లేదా అనిశ్చిత క్రమాన్ని కలిగించింది; షార్ట్-రీడ్ సీక్వెన్సింగ్ (short-read sequencing) అనేక సంక్లిష్ట ప్రాంతాలను దాటలేకపోయింది.

ఆధునిక లాంగ్-రీడ్ ప్లాట్‌ఫారమ్‌లు చాలా పెద్ద DNA శకలాలను (fragments) అనుసరించగలవు; మెరుగైన అల్గారిథమ్‌లు అతివ్యాప్తి చెందుతున్న రీడ్‌లను విలీనం చేస్తాయి మరియు మిగిలిన లోపాలను సరిచేస్తాయి. క్రోమోజోమ్-కన్ఫర్మేషన్ మరియు ఆప్టికల్ డేటా అసెంబ్లీ నిర్మాణాన్ని మరింతగా తనిఖీ చేయగలవు.

కొత్త రిఫరెన్స్ సమీకరించబడిన ప్రతి క్రోమోజోమ్ యొక్క రెండు చివర్లలో ఉన్న టెలోమియర్‌లకు (telomeres) చేరుకుంటుంది; కందిపప్పు దాని మూల సమితిలో పదకొండు క్రోమోజోమ్‌లను కలిగి ఉంది. పూర్తి సెంట్రోమియర్‌లు (centromeres) మరియు ఇతర పునరావృత ప్రాంతాలు డ్రాఫ్ట్‌లలో తరచుగా తప్పిపోయిన సమాచారాన్ని అందిస్తాయి.

What telomere-to-telomere means

టెలోమీర్స్ (Telomeres) అనేవి పునరావృతమయ్యే DNA నిర్మాణాలు, ఇవి క్రోమోజోమ్ ముగింపులను రక్షిస్తాయి. కణ విభజన సమయంలో క్రోమోజోమ్‌లను వేరు చేయడానికి సెంట్రోమియర్స్ (Centromeres) సహాయపడతాయి. రెండు ప్రాంతాలు విస్తృతమైన పునరావృతాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు సాంకేతికంగా సమీకరించడం కష్టం.

టెలోమీర్-టు-టెలోమీర్ అసెంబ్లీ (telomere-to-telomere assembly) సీక్వెన్స్ గ్యాప్‌లు లేకుండా ప్రతి క్రోమోజోమ్‌ను సూచించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది. "పూర్తిగా ఉల్లేఖించబడినది (Fully annotated)" అంటే పరిశోధకులు జన్యువులు మరియు ఇతర అర్థవంతమైన లక్షణాలను గుర్తించారని అర్థం. జీవసంబంధ ఆధారాలు పెరిగేకొద్దీ ఉల్లేఖనాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు.

ఈ విజయం రిఫరెన్స్ జెనోటైప్, ఆశాకు సంబంధించినది, దీని సంస్థాగత పిజియన్‌పీ-లైన్ కోడ్ 87119. ఇప్పటివరకు సీక్వెన్స్ చేయబడిన మొదటి పిజియన్‌పీ జీనోమ్ ఇది కాదు. కందుల కోసం వివరించబడిన భారతదేశం యొక్క మొదటి పూర్తి ఉల్లేఖన గ్యాప్‌లెస్ సూచన ఇది.

How breeders can use the resource

పూర్తి జీనోమ్ పునరావృత శ్రేణుల పక్కన దాచిన జన్యువులను బహిర్గతం చేస్తుంది. ఇది పెద్ద ఇన్సెర్షన్స్, డిలేషన్స్ మరియు విలోమాలు (inversions) సహా నిర్మాణ మార్పులను కూడా గుర్తించగలదు; ఇటువంటి మార్పులు వ్యవసాయ లక్షణాలను ప్రభావితం చేయవచ్చు.

బ్రీడర్‌లు (పెంపకందారులు) నమ్మకమైన జన్యు గుర్తులను నిరోధకత, పరిపక్వత లేదా దిగుబడి లక్షణాలతో అనుసంధానించగలరు. మార్కర్-సహాయక ఎంపిక బ్రీడింగ్ తరాలలో ఉపయోగకరమైన ప్రాంతాలను ట్రాక్ చేస్తుంది; జెనోమిక్ ప్రిడిక్షన్ (genomic prediction) అనేక చిన్న జన్యు ప్రభావాలను మిళితం చేస్తుంది.

విల్ట్ మరియు స్టెరిలిటీ మొజాయిక్ వ్యాధి తీవ్ర కందుల నష్టాన్ని కలిగిస్తాయి. మునుపటి పని ఆశా మరియు సంబంధిత పదార్థాలలో నిరోధక జన్యువులు మరియు గుర్తులను గుర్తించింది. మెరుగైన సూచన ఆ శోధనలను వేగవంతం చేస్తుంది మరియు తప్పు స్థానాలను తగ్గిస్తుంది.

పరిశోధకులు కరువు సహనం, పుష్పించే సమయం మరియు పాడ్ అభివృద్ధిని (pod development) కూడా అధ్యయనం చేయవచ్చు. జన్యువులు మట్టి మరియు వాతావరణంతో సంకర్షణ చెందుతాయి కాబట్టి ఫీల్డ్ ట్రయల్స్ అవసరం; ప్రయోగశాల అంచనాలు బహుళ-స్థాన మూల్యాంకనాన్ని భర్తీ చేయలేవు.

Why crop diversity remains essential

ఆశా విలువైనది, అయితే ఒకే జన్యుపరమైన నేపథ్యం (genetic background) పై ఆధారపడటం భవిష్యత్తు ఎంపికలను తగ్గిస్తుంది. ల్యాండ్‌రేస్‌లు (Landraces) విభిన్న ప్రకృతి దృశ్యాలలో రైతులు రూపొందించిన అనుసరణలను కలిగి ఉంటాయి; అడవి కజానస్ (Cajanus) బంధువులు మరింత నిరోధక జన్యువులను కలిగి ఉండవచ్చు.

జీన్‌బ్యాంకులు విత్తనాలను రక్షిస్తాయి, సమాజ పరిరక్షణ పొలాలలో అభివృద్ధి చెందుతున్న రకాలను ఉంచుతుంది. బ్రీడింగ్ కార్యక్రమాలకు రెండు మూలాలు మరియు న్యాయమైన ప్రాప్యత ఏర్పాట్లు అవసరం; వ్యవసాయదారుల విజ్ఞానానికి వర్తించే చట్టం ప్రకారం గుర్తింపు కూడా లభించాలి.

వాతావరణ మార్పు వేడి, వర్షపాతం మరియు తెగులు ఒత్తిళ్లను కలిపి మార్చవచ్చు. ఏ ఒక్క జన్యువు భవిష్యత్తులోని ప్రతి పరిస్థితిని నిర్వహించదు. విస్తృత వైవిధ్యం బ్రీడర్‌లను రుచి, వంట నాణ్యత మరియు స్థానిక ప్రాధాన్యతతో వశ్యతను (resilience) కలపడానికి అనుమతిస్తుంది.

From sequence to farm impact

జన్యుసంబంధిత డేటా బ్రీడింగ్ పైప్‌లైన్‌ల ద్వారా మాత్రమే ఉపయోగపడుతుంది; ప్రభుత్వ సంస్థలకు కంప్యూటింగ్, ఫినోటైపింగ్ మరియు విత్తన గుణకార సామర్థ్యం (seed multiplication capacity) అవసరం. చిన్న బ్రీడింగ్ ప్రోగ్రామ్‌లకు రా సీక్వెన్స్ ఫైల్‌ల కంటే ఉపయోగించగల గుర్తులు అవసరం.

కొత్త రకాలకు పరీక్ష, విడుదల మరియు నాణ్యమైన విత్తన ఉత్పత్తి అవసరం; పనితీరు స్థానిక అవసరాలకు సరిపోతుందో లేదో రైతులు అంచనా వేస్తారు. రిఫరెన్స్ జీనోమ్ అందుబాటులోకి వచ్చిన తర్వాత ఈ దశలకు ఏళ్లు పడుతుంది.

లీగల్ జెర్మ్ ప్లాజమ్ హక్కులను (legal germplasm rights) రక్షించేటప్పుడు ఓపెన్ డేటా సహకారాన్ని వేగవంతం చేస్తుంది. క్లియర్ మెటాడేటా రిఫరెన్స్ కోఆర్డినేట్‌లు మరియు ఫీల్డ్ పనితీరు మధ్య గందరగోళాన్ని నిరోధిస్తుంది. దీర్ఘకాలిక క్యూరేషన్ (Long-term curation) జన్యువును ఉపయోగపడేలా ఉంచుతుంది.

Conclusion

ఆశా అసెంబ్లీ కందుల జన్యు పటంలో కీలకమైన అంతరాన్ని మూసివేస్తుంది. వైవిధ్యభరితమైన జెర్మ్‌ప్లాజమ్, కఠినమైన పరీక్ష మరియు నమ్మదగిన విత్తన పంపిణీ ద్వారా దాని వ్యవసాయ విలువ ఉద్భవిస్తుంది.