Xiaoxi మెంగ్ మరియు Zhikai లియాంగ్ మొదటి రెండు సంవత్సరాల క్రితం ఆలోచన ప్రతిపాదించినప్పుడు, జేమ్స్ Schnable సందేహాస్పదంగా ఉంది. కనీసం చెప్పటానికి.
"'సరే, మీరు ప్రయత్నించవచ్చు, కానీ ఇది పని చేస్తుందని నేను అనుకోను,'" అని వ్యవసాయ శాస్త్రం మరియు ఉద్యానవనాల అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్ మెంగ్ మరియు లియాంగ్లకు చెప్పడాన్ని గుర్తుచేసుకున్నారు, అప్పుడు నెబ్రాస్కా-లింకన్ విశ్వవిద్యాలయంలో ష్నాబుల్ ల్యాబ్లోని పోస్ట్డాక్టోరల్ పరిశోధకులు.
అతను తప్పు చేసాడు మరియు తిరిగి చూస్తే, ఎప్పుడూ సంతోషంగా ఉండలేడు. అయినప్పటికీ, ఆ సమయంలో, ష్నాబుల్ కనుబొమ్మను పెంచడానికి సరైన కారణం ఉంది. వీరిద్దరి ఆలోచన - గట్టి మంచుకు లొంగిపోయే శీతల-సున్నితమైన పంటల DNA శ్రేణులు గడ్డకట్టే పరిస్థితులను ఎలా తట్టుకోగలవని అంచనా వేయడంలో సహాయపడతాయి - ధైర్యంగా అనిపించింది. కనీసం చెప్పటానికి. అయినప్పటికీ, ఇది తక్కువ-రిస్క్, అధిక-రివార్డ్ ప్రతిపాదన. ఎందుకంటే మెంగ్ మరియు లియాంగ్ దీనిని పనిలో పెట్టగలిగితే, అది చల్లని-సున్నితమైన పంటలను వారి శీతల-నిరోధక ప్రతిరూపాల వలె కొద్దిగా లేదా చాలా ఎక్కువగా చేయడానికి ప్రయత్నాలను వేగవంతం చేస్తుంది.
ప్రపంచంలోని కొన్ని ముఖ్యమైన పంటలు ఉష్ణమండల ప్రాంతాలలో పెంపకం చేయబడ్డాయి - దక్షిణ మెక్సికోలోని మొక్కజొన్న, తూర్పు ఆఫ్రికాలోని జొన్నలు - చలి లేదా ఘనీభవనానికి వ్యతిరేకంగా రక్షణను అభివృద్ధి చేయడానికి వాటిపై ఎటువంటి ఎంపిక ఒత్తిడి లేదు. ఆ పంటలను కఠినమైన వాతావరణంలో పండించినప్పుడు, చలికి వాటి సున్నితత్వం వాటిని ఎంత త్వరగా నాటవచ్చు మరియు ఎంత ఆలస్యంగా పండించవచ్చు. తక్కువ పెరుగుతున్న సీజన్లు కిరణజన్య సంయోగక్రియకు తక్కువ సమయానికి సమానం, ఫలితంగా 10 నాటికి 2050 బిలియన్ల మంది ప్రజలు చేరుకోవచ్చని అంచనా వేసిన ప్రపంచ జనాభాకు తక్కువ దిగుబడి మరియు తక్కువ ఆహారం.
చల్లని వాతావరణాలు
శీతల వాతావరణంలో ఇప్పటికే పెరిగే వృక్ష జాతులు, అదే సమయంలో, చలిని తట్టుకోవడానికి ఉపాయాలను అభివృద్ధి చేశాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిక్విడిటీని నిర్వహించడానికి వారు తమ సెల్యులార్ పొరలను పునర్నిర్మించగలరు, పొరలు గడ్డకట్టడం మరియు పగుళ్లు ఏర్పడకుండా నిరోధించవచ్చు. వారు ఆ పొరలలో మరియు చుట్టుపక్కల ఉన్న ద్రవాలకు చక్కెరల చుక్కలను జోడించవచ్చు, ఉప్పు కాలిబాటలు చేసే విధంగానే వాటి ఘనీభవన స్థానాన్ని తగ్గిస్తుంది. ఆ స్ఫటికాలు సెల్-బస్టింగ్ మాస్గా ఎదగడానికి ముందు అవి చిన్న మంచు స్ఫటికాలను అణచివేసే ప్రోటీన్లను కూడా ఉత్పత్తి చేయగలవు.
ఆ రక్షణలన్నీ జన్యు స్థాయిలో ఉద్భవించాయి, అయితే DNA యొక్క సీక్వెన్స్లలో మాత్రమే కాదు. మొక్కలు గడ్డకట్టడం ప్రారంభించినప్పుడు, అవి తప్పనిసరిగా నిర్దిష్ట జన్యువులను ఆఫ్ లేదా ఆన్ చేయడం ద్వారా ప్రతిస్పందిస్తాయి - వాటి జన్యు సూచనల మాన్యువల్లను లిప్యంతరీకరించడానికి మరియు అమలు చేయడానికి నిరోధించడం లేదా అనుమతించడం. గడ్డకట్టే ఉష్ణోగ్రతల నేపథ్యంలో చలిని తట్టుకునే మొక్కలు ఏ జన్యువులను ఆపివేస్తాయో మరియు ఆన్ చేస్తాయో తెలుసుకోవడం, పరిశోధకులకు వారి కోటల పునాదులను గ్రహించడంలో సహాయపడుతుంది మరియు చివరికి, చల్లని-సున్నితమైన పంటలుగా ఇలాంటి రక్షణలను ఇంజనీర్ చేయవచ్చు.
కానీ మెంగ్ మరియు లియాంగ్ చేసినట్లుగా, ష్నాబుల్కు కూడా తెలుసు, ఒకేలాంటి జన్యువు కూడా తరచుగా వృక్ష జాతులలో చలికి భిన్నంగా స్పందిస్తుంది, అవి కూడా దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. అంటే, నిరుత్సాహకరంగా, ఒక జన్యువు జలుబుకు ఎలా స్పందిస్తుందో అర్థం చేసుకోవడం మొక్క శాస్త్రవేత్తలకు మరొకదానిలో జన్యువు యొక్క ప్రవర్తన గురించి దాదాపుగా ఏమీ చెప్పడం లేదు. ఆ అనూహ్యత, జన్యువులను ఏది నిష్క్రియం చేస్తుందో లేదా సక్రియం చేస్తుందో నిర్దేశించే నియమాలను తెలుసుకోవడానికి ప్రయత్నాలను అడ్డుకుంది.
"జన్యువులు ఎందుకు ఆపివేయబడతాయో మరియు ఎందుకు ఆన్ అవుతాయో అర్థం చేసుకోవడంలో మేము ఇప్పటికీ నిజంగా చెడ్డగా ఉన్నాము" అని ష్నాబుల్ చెప్పారు.
మొక్కజొన్న మొక్కలు
రూల్బుక్ లేకపోవడంతో, పరిశోధకులు మెషిన్ లెర్నింగ్ వైపు మొగ్గు చూపారు, ఇది కృత్రిమ మేధస్సు యొక్క ఒక రూపం, దాని స్వంతంగా వ్రాయవచ్చు. వారు ప్రత్యేకంగా పర్యవేక్షించబడే వర్గీకరణ నమూనాను అభివృద్ధి చేశారు - పిల్లులు మరియు పిల్లులు కాని వాటి యొక్క తగినంత లేబుల్ చిత్రాలను అందించినప్పుడు, చివరికి మునుపటి వాటి నుండి వేరు చేయడం నేర్చుకుంటారు. మొక్క గడ్డకట్టే ఉష్ణోగ్రతలకు గురైనప్పుడు ఆ జన్యువుల సగటు కార్యాచరణ స్థాయిలతో పాటు, మొక్కజొన్న నుండి అపారమైన వరుస జన్యువుల కుప్పతో బృందం ప్రారంభంలో దాని స్వంత నమూనాను అందించింది. మోడల్ ప్రతి మొక్కజొన్న జన్యువు కోసం "మనం ఆలోచించగల ప్రతి లక్షణం" కూడా అందించబడింది, దాని పొడవు, దాని స్థిరత్వం మరియు ఇతర మొక్కజొన్న మొక్కలలో కనిపించే దాని యొక్క ఇతర సంస్కరణల మధ్య ఏవైనా తేడాలు ఉన్నాయని ష్నాబుల్ చెప్పారు.
తరువాత, పరిశోధకులు ఆ జన్యువుల ఉపసమితిలో కేవలం ఒక సమాచారాన్ని దాచిపెట్టడం ద్వారా వారి నమూనాను పరీక్షించారు: వారు గడ్డకట్టే ఉష్ణోగ్రతల ప్రారంభానికి ప్రతిస్పందించారా లేదా వారు స్పందించలేదు. ప్రతిస్పందించేవి లేదా ప్రతిస్పందించనివి అని చెప్పబడిన జన్యువుల లక్షణాలను విశ్లేషించడం ద్వారా, ఆ లక్షణాల కలయికలు ప్రతిదానికి సంబంధించినవి అని మోడల్ గుర్తించింది - ఆపై మిగిలిన, మిస్టరీ-బాక్స్ జన్యువులలో ఎక్కువ భాగాన్ని వాటి సరైన వర్గాల్లోకి విజయవంతంగా స్లాట్ చేసింది.
ఇది ఆశాజనకమైన ప్రారంభం, ఎటువంటి సందేహం లేదు. కానీ నిజమైన పరీక్ష మిగిలి ఉంది: మోడల్ ఒక జాతిలో పొందిన శిక్షణను తీసుకొని మరొక జాతికి వర్తింపజేయగలదా?
సమాధానం ఖచ్చితంగా అవును. మొక్కజొన్న, జొన్న, పెర్ల్ మిల్లెట్, ప్రోసో మిల్లెట్, ఫాక్స్టైల్ మిల్లెట్ లేదా స్విచ్గ్రాస్ అనే ఆరు జాతులలో కేవలం ఒకదాని నుండి DNA డేటాతో శిక్షణ పొందిన తర్వాత - మోడల్ సాధారణంగా మిగిలిన ఐదింటిలో ఏ జన్యువులు ఘనీభవనానికి ప్రతిస్పందిస్తాయో అంచనా వేయగలిగింది. Schnable యొక్క ఆశ్చర్యానికి, మోడల్ చల్లని-సెన్సిటివ్ జాతులపై శిక్షణ పొందినప్పటికీ - మొక్కజొన్న, జొన్న, పెర్ల్ లేదా ప్రోసో మిల్లెట్ - అయితే చల్లని-తట్టుకోగల ఫాక్స్టైల్ మిల్లెట్ లేదా స్విచ్గ్రాస్లో జన్యు ప్రతిస్పందనలను అంచనా వేసే పనిని కలిగి ఉంది.
మోడల్
"మేము శిక్షణ పొందిన నమూనాలు మీరు నిజంగా ఒక జాతిలో డేటాను కలిగి ఉన్నట్లయితే మరియు అదే జాతికి సంబంధించిన అంచనాలను రూపొందించడానికి అంతర్గత డేటాను ఉపయోగించినట్లుగా దాదాపుగా జాతుల అంతటా పనిచేశాయి," అని అతను చెప్పాడు, నెలల తర్వాత అతని వాయిస్లో అద్భుతం యొక్క సూచన. "నేను నిజంగా ఊహించి ఉండను."
"మేము ఈ సమాచారం మొత్తాన్ని కంప్యూటర్లోకి ఫీడ్ చేయగలము మరియు పని చేసే అంచనాలను రూపొందించడానికి కనీసం కొన్ని నియమాలను గుర్తించగలము అనే ఆలోచన ఇప్పటికీ నాకు అద్భుతమైనది."
ప్రత్యామ్నాయాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకున్నప్పుడు ఆ అంచనాలు ప్రత్యేకంగా ఉపయోగపడతాయి. సుమారు ఒక దశాబ్దం పాటు, మొక్కల జీవశాస్త్రజ్ఞులు వాస్తవానికి RNA అణువుల సంఖ్యను కొలవగలిగారు - DNA సూచనలను లిప్యంతరీకరించడానికి మరియు రవాణా చేయడానికి బాధ్యత వహించేవి - సజీవ మొక్కలోని ప్రతి జన్యువు ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. కానీ ఆ జన్యు వ్యక్తీకరణ జీవన నమూనాలలో మరియు బహుళ జాతులలో చలికి ఎలా స్పందిస్తుందో పోల్చడం చాలా శ్రమతో కూడుకున్న పని, ష్నాబుల్ చెప్పారు. అడవి మొక్కల విషయంలో ఇది ప్రత్యేకంగా వర్తిస్తుంది, దీని విత్తనాలు పొందడం కూడా కష్టం. ఆ గింజలు ఆశించినప్పుడు మొలకెత్తకపోవచ్చు, మరియు పెరగడానికి సంవత్సరాలు పట్టవచ్చు. వారు చేసినప్పటికీ, ప్రతి మొక్కను ఒకే విధమైన, నియంత్రిత వాతావరణంలో సాగు చేయాలి మరియు అదే అభివృద్ధి దశలో అధ్యయనం చేయాలి.
మరిన్ని జాతులు
చలికి వాటి జన్యువుల ప్రతిస్పందనలను ప్రతిబింబించడానికి మరియు గణాంకపరంగా అంచనా వేయడానికి తగినంత అడవి జాతుల నుండి తగినంత అడవి నమూనాలను పెంచడానికి ఇవన్నీ భారీ సవాలుగా ఉన్నాయి.
"ఏ జన్యువులు ముఖ్యమైనవో మనం నిజంగా తెలుసుకోవాలనుకుంటే - మొక్క చలికి ఎలా అనుగుణంగా ఉంటుందో వాస్తవానికి ఇది పాత్ర పోషిస్తుంది - మనం రెండు కంటే ఎక్కువ జాతులను చూడవలసి ఉంటుంది" అని ష్నాబుల్ చెప్పారు. "మేము చలిని తట్టుకోగల జాతుల సమూహాన్ని మరియు సున్నితంగా ఉండే సమూహాన్ని చూడాలనుకుంటున్నాము మరియు నమూనాలను చూడండి: "ఇదే జన్యువు ఎల్లప్పుడూ ఒకదానిలో ప్రతిస్పందిస్తుంది మరియు ఎల్లప్పుడూ మరొకదానిలో ప్రతిస్పందించదు."
"ఇది నిజంగా పెద్ద మరియు ఖరీదైన ప్రయోగంగా మారుతుంది. 20 జాతులను తీసుకొని వాటన్నింటినీ ఒకే దశలో పొందేందుకు ప్రయత్నించే బదులు, ఆ జాతుల DNA శ్రేణుల నుండి మనం అంచనాలు వేయగలిగితే, వాటన్నింటిని ఒకే విధమైన ఒత్తిడి చికిత్సల ద్వారా ఉంచడం చాలా మంచిది. ప్రతి జాతిలోని ప్రతి జన్యువు కోసం ఉత్పత్తి చేయబడిన RNA మొత్తాన్ని కొలవండి."
అదృష్టవశాత్తూ మోడల్ కోసం, పరిశోధకులు ఇప్పటికే 300 కంటే ఎక్కువ మొక్కల జాతుల జన్యువులను క్రమం చేశారు. కొనసాగుతున్న అంతర్జాతీయ ప్రయత్నం తదుపరి కొన్ని సంవత్సరాల్లో ఆ సంఖ్యను 10,000 వరకు పెంచవచ్చు.
మోడల్ ఇప్పటికే అతని నిరాడంబరమైన అంచనాలను మించిపోయినప్పటికీ, తదుపరి దశలో ఇది ఇప్పటివరకు అలాగే పనిచేస్తుందని "మనల్ని మరియు ఇతర వ్యక్తులను ఒప్పించడం" ఉంటుందని ష్నాబుల్ చెప్పారు. ఇప్పటి వరకు ప్రతి పరీక్ష సందర్భంలో, పరిశోధకులు తమకు ఇప్పటికే తెలిసిన వాటిని చెప్పమని మోడల్ను కోరారు. అంతిమ పరీక్ష, మానవులు మరియు యంత్రం రెండూ మొదటి నుండి ప్రారంభమైనప్పుడు వస్తాయని ఆయన అన్నారు.
"మేము చేయవలసిన తదుపరి పెద్ద ప్రయోగం ఏమిటంటే, మన వద్ద ఎటువంటి డేటా లేని జాతులపై అంచనాలు వేయడం" అని అతను చెప్పాడు. "మనకు సమాధానాలు కూడా తెలియని సందర్భాల్లో ఇది నిజంగా పని చేస్తుందని ప్రజలను ఒప్పించడానికి."
నేషనల్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్ యొక్క ప్రొసీడింగ్స్ జర్నల్లో బృందం తన ఫలితాలను నివేదించింది. మెంగ్, లియాంగ్ మరియు ష్నాబుల్ నెబ్రాస్కాకు చెందిన రెబెక్కా రోస్టన్, యాంగ్ జాంగ్, సమీరా మహబూబ్ మరియు అండర్ గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి డేనియల్ న్గుతో కలిసి షాన్డాంగ్ అగ్రికల్చరల్ యూనివర్శిటీ నుండి విజిటింగ్ స్కాలర్ జియురు డైతో కలిసి అధ్యయనాన్ని రచించారు.
మరిన్ని వివరములకు:
నెబ్రాస్కా లింకన్ విశ్వవిద్యాలయం
www.unl.edu