आनुवंशिकी व जीनोमिकी: कोशिका विभाजन, मेंडल, सहलग्नता, अंगक जीन, एपिजेनेटिक्स, जीनोम परिवर्तन व ओमिक्स

यह अध्याय जीवन विज्ञान (XL) पेपर के पाँच वैकल्पिक खंडों में से एक, XL2 वनस्पति विज्ञान, के खंड XL2.5, “आनुवंशिकी व जीनोमिकी”, का उत्तर देता है: “कोशिका चक्र व कोशिका विभाजन; मेंडलीय वंशागति, सहलग्नता, पुनर्संयोजन, आनुवंशिक मानचित्रण के सिद्धांत; गुणसूत्रेतर वंशागति; एपिजेनेटिक्स का परिचय; जीन मौनकरण- ट्रांसजीन मौनकरण, प्रतिलेखनोत्तर जीन मौनकरण, miRNA व siRNA; सुकेंद्रकी जीनोम संरचना का विकास व संगठन, जीन अभिव्यक्ति, जीन उत्परिवर्तन व मरम्मत, गुणसूत्री विपथन (संख्यात्मक: सुगुणिता व असुगुणिता तथा संरचनात्मक: विलोपन, द्विगुणन, प्रतिलोमन, स्थानांतरण), ट्रांसपोज़ॉन; कार्यात्मक आनुवंशिकी व जीनोमिकी हेतु मॉडल जीव; ट्रांसक्रिप्टोमिक्स, प्रोटिओमिक्स व मेटाबोलोमिक्स का परिचय; बृहत् डेटा विश्लेषण, जैव-सूचना विज्ञान, सांख्यिकीय विश्लेषण।” यह विभाजित होती कोशिका के गुणसूत्रों से आरंभ कर मेंडल, सहलग्नता मानचित्रों व कोशिकाद्रव्यी जीनों से होते हुए एपिजेनेटिक व लघु-RNA नियंत्रण, पादप जीनोमों की संरचना व परिवर्तन, तथा उनके अध्ययन में प्रयुक्त ओमिक्स व सांख्यिकी तक जाता है। संख्यात्मक प्रश्न पृथक्करण अनुपात व प्रायिकताएँ, काई-वर्ग परीक्षण, व्यतिकरण सहित मानचित्र दूरियाँ, गुणसूत्र व DNA गणनाएँ तथा बहु-परीक्षण सीमाएँ हैं।

1. कोशिका चक्र व कोशिका विभाजन

कोशिका चक्र G1 (वृद्धि व विभाजन का निर्णय), S (DNA प्रतिकृतीयन), G2 तथा M (समसूत्रण व कोशिकाद्रव्य-विभाजन) है। साइक्लिनों से युग्मित साइक्लिन-आश्रित काइनेज़ (CDK) संक्रमण चलाते हैं, और G1/S, G2/M तथा मध्यावस्था (तर्कु-संयोजन जाँच-बिंदु) पर जाँच-बिंदु DNA क्षतिग्रस्त होने या गुणसूत्रों के न जुड़ने पर चक्र रोक देते हैं। पादप कोशिकाओं में तारककेंद्र नहीं होते; सूक्ष्मनलिकाओं की पूर्वपूर्वावस्था पट्टी भावी विभाजन-तल चिह्नित करती है, और कोशिकाद्रव्य-विभाजन फ़्रैग्मोप्लास्ट से बाहर की ओर कोशिका पट्ट बनाता है। अंतःद्विगुणन, अर्थात् समसूत्रण के बिना बार-बार S प्रावस्था, Arabidopsis के रोमों व मक्का के भ्रूणपोष में बहुगुणित कोशिकाएँ बनाता है।

अर्धसूत्रण की पूर्वावस्था I
उप-अवस्थाघटना
लेप्टोटीनगुणसूत्र संघनित होने लगते हैं; प्रत्येक में पहले से दो सहोदर अर्धगुणसूत्र होते हैं
ज़ाइगोटीनसिनैप्टोनीमल संकुल बनने के साथ समजात युग्मित होते हैं (सूत्रयुग्मन)
पैकीटीनसूत्रयुग्मन पूर्ण; द्विसंयोजक दृश्य; असहोदर अर्धगुणसूत्रों के बीच जीन-विनिमय
डिप्लोटीनसिनैप्टोनीमल संकुल विघटित; समजात काइऐज़्मेटा पर जुड़े रहते हैं
डायकाइनेसिसअधिकतम संघनन; काइऐज़्मेटा सिरों की ओर खिसकते हैं; केंद्रक आवरण टूटता है

अर्धसूत्रण I न्यूनीकारी है: समजात पश्चावस्था I में अलग होते हैं। अर्धसूत्रण II समीकारी है, जो सहोदर अर्धगुणसूत्रों को अलग करता है। 2n = 24 व G1 केंद्रक 2C = 6 pg वाले पादप में मध्यावस्था I की अर्धसूत्री कोशिका में 12 द्विसंयोजक, 48 अर्धगुणसूत्र व 12 pg (4C) होते हैं; मध्यावस्था II की प्रत्येक कोशिका में 12 गुणसूत्र व 6 pg (2C); प्रत्येक लघुबीजाणु में 12 गुणसूत्र व 3 pg (1C)। द्विसंयोजकों का यादृच्छिक अभिविन्यास व जीन-विनिमय वह विविधता उत्पन्न करते हैं जिसका वर्णन मेंडल के नियम करते हैं।

2. मेंडलीय वंशागति, जीन अन्योन्यक्रिया व काई-वर्ग परीक्षण

मेंडल का पृथक्करण नियम कहता है कि किसी जीन के दो युग्मविकल्पी अलग-अलग युग्मकों में जाते हैं; स्वतंत्र अपव्यूहन नियम कहता है कि भिन्न गुणसूत्रों पर (या एक ही पर दूर-दूर) स्थित जीनों के युग्मविकल्पी स्वतंत्र रूप से अपव्यूहित होते हैं। एकसंकर F2 से 3:1 (जीनप्ररूप से 1:2:1), द्विसंकर से 9:3:3:1 और द्विसंकर परीक्षार्थ संकरण से 1:1:1:1 मिलता है। n स्वतंत्र विषमयुग्मजी जीनों से 2ⁿ प्रकार के युग्मक व 3ⁿ F2 जीनप्ररूप बनते हैं, और प्रायिकताएँ गुणा होती हैं: AaBbCc के स्वपरागण से तीनों प्रभावी लक्षणप्ररूप संतति के (3/4)³ = 27/64 भाग में दिखते हैं। अपूर्ण प्रभाविता (लाल × सफ़ेद स्नैपड्रैगन से गुलाबी) 3:1 को 1:2:1 में बदल देती है, और दो जीनों की अन्योन्यक्रिया 9:3:3:1 को रूपांतरित करती है:

रूपांतरित द्विसंकर अनुपात
F2 अनुपातअन्योन्यक्रियातर्क
9:7पूरक जीन (द्विगुण अप्रभावी प्रबलता)दोनों जीनों का प्रभावी युग्मविकल्पी आवश्यक है, जैसे मीठी मटर के पुष्प-रंग में
9:3:4अप्रभावी प्रबलताaa दूसरे जीन को ढक देता है
12:3:1प्रभावी प्रबलताA_ दूसरे जीन को ढकता है, जैसे समर स्क्वैश के फल-रंग में
15:1द्विगुण प्रभावी जीनकिसी भी जीन का प्रभावी युग्मविकल्पी पर्याप्त है, जैसे शेफ़र्ड्स पर्स के संपुट-आकार में
13:3प्रभावी निरोधA_ लक्षण को दबाता है, अतः केवल aaB_ में वह दिखता है

काई-वर्ग परीक्षण पूछता है कि अपेक्षित अनुपात से विचलन संयोग से अपेक्षित विचलन से बड़ा है या नहीं: χ² = Σ(O − E)²/E, और जब अनुपात परिकल्पना से आता है तो स्वातंत्र्य कोटि = वर्गों की संख्या − 1। P = 0.05 पर क्रांतिक मान 3.84 (1 df), 5.99 (2 df) व 7.81 (3 df) हैं। हल किया उदाहरण: 290 बैंगनी व 110 सफ़ेद पादपों वाली F2 को 3:1 के विरुद्ध परखने पर अपेक्षित मान 300 व 100 हैं, अतः χ² = 100/300 + 100/100 = 1.33 < 3.84, और 3:1 परिकल्पना अस्वीकृत नहीं होती। अस्वीकृत न होने का अर्थ है कि आँकड़े परिकल्पना से संगत हैं, यह नहीं कि वे उसे सिद्ध करते हैं।

3. सहलग्नता, पुनर्संयोजन व आनुवंशिक मानचित्रण

किसी गुणसूत्र पर पास-पास स्थित जीन सहलग्न होते हैं और स्वतंत्र अपव्यूहन की अपेक्षा से अधिक बार साथ रहते हैं; पैकीटीन पर जीन-विनिमय उनका पुनर्संयोजन करता है। पुनर्संयोजन आवृत्ति (RF) = पुनर्योगज संतति ÷ कुल, जिसे परीक्षार्थ संकरण से सबसे सरलता से पढ़ा जाता है, और 1% RF = 1 मानचित्र इकाई (सेंटीमॉर्गन, cM)। RF 50% से अधिक नहीं हो सकती, क्योंकि दूर स्थित जीनों के बीच अनेक जीन-विनिमय भी अधिकतम उतने ही पुनर्योगज देते हैं जितने स्वतंत्र अपव्यूहन। प्रावस्था महत्त्वपूर्ण है: समयुग्मन (कपलिंग) (AB/ab) में जनकीय वर्ग AB व ab हैं, विकर्षण (रिपल्शन) (Ab/aB) में Ab व aB, और दोनों में परीक्षार्थ संकरण के दो सर्वाधिक बारंबार वर्ग जनकीय होते हैं।

त्रि-बिंदु परीक्षार्थ संकरण तीन जीनों का एक साथ मानचित्रण व क्रम-निर्धारण करता है। दो सबसे बड़े वर्ग जनकीय और दो सबसे छोटे द्वि-विनिमय (DCO) होते हैं; जनकीय संयोजन की तुलना में DCO में जिस जीन का स्थान बदला हो, वह मध्य जीन है। प्रत्येक अंतराल की दूरी = (उस अंतराल के एकल विनिमय + DCO) ÷ कुल × 100। संपात गुणांक (CoC) = प्रेक्षित DCO ÷ अपेक्षित DCO, जहाँ अपेक्षित DCO = RF₁ × RF₂ × कुल, और व्यतिकरण I = 1 − CoC; धनात्मक व्यतिकरण का अर्थ है कि एक जीन-विनिमय पास में दूसरे की संभावना घटाता है। लंबे अंतरालों में RF मानचित्र दूरी को कम आँकती है क्योंकि द्वि-विनिमय दिखते नहीं; हाल्डेन जैसे मानचित्रण फलन इसे सुधारते हैं।

हल किया उदाहरण। ABC/abc × abc/abc से 1,000 संतति मिलती हैं: ABC 405, abc 395, Abc 45, aBC 55, ABc 42, abC 48, AbC 6, aBc 4। DCO वर्ग AbC व aBc जनकीय वर्गों से केवल B पर भिन्न हैं, अतः B मध्य में है। A–B = (45 + 55 + 10)/1000 = 11 cM; B–C = (42 + 48 + 10)/1000 = 10 cM; अतः A–C = 21 cM। अपेक्षित DCO = 0.11 × 0.10 × 1000 = 11, प्रेक्षित 10, अतः CoC = 0.91 व I = 0.09।

4. गुणसूत्रेतर वंशागति

प्लैस्टिड व माइटोकॉन्ड्रियाई जीन मेंडल का पालन नहीं करते: उनकी वंशागति अमेंडलीय, सामान्यतः मातृ होती है, और व्युत्क्रम संकरण भिन्न परिणाम देते हैं। अधिकांश आवृतबीजियों में प्लैस्टिड अंड से होकर जाते हैं। Mirabilis jalapa में कॉरेन्स ने पाया कि सफ़ेद शाखाओं के पुष्पों के बीज सफ़ेद नवोद्भिद, हरी शाखाओं के बीज हरे नवोद्भिद और चितकबरी शाखाओं के बीज हरे, सफ़ेद व चितकबरे नवोद्भिद देते हैं, पराग चाहे जो हो। कुछ वंशों (Pelargonium, Oenothera) में प्लैस्टिड-संचरण द्विजनकीय और अनेक शंकुधारियों में मुख्यतः पितृ होता है। मिश्रित (विषमप्लाज़्मी) अंगक-समष्टियाँ कोशिका-विभाजनों में छँट जाती हैं, जिससे चितकबरे क्षेत्र बनते हैं।

कोशिकाद्रव्यी नर बंध्यता (CMS) पुनर्व्यवस्थित माइटोकॉन्ड्रियाई जीनों, प्रायः काइमेरिक खुले पठन-ढाँचों, से होती है जो पराग-परिवर्धन बिगाड़ते हैं; मक्का के टेक्सास (T) कोशिकाद्रव्य में माइटोकॉन्ड्रियाई जीन T-urf13 ने पादपों को दक्षिणी मक्का पर्ण अंगमारी के प्रति संवेदी भी बना दिया। केंद्रकीय उर्वरता-पुनर्स्थापक (Rf) जीन, जिनमें अनेक माइटोकॉन्ड्रियाई प्रतिलेखों पर कार्य करने वाले पेंटाट्राइकोपेप्टाइड-पुनरावृत्ति (PPR) प्रोटीनों का कूटन करते हैं, बंध्यता को दबाते हैं, और Rf सहित CMS संकर बीज उत्पादन का आधार है। मातृ वंशागति (जीन कोशिकाद्रव्य में है) को मातृ प्रभाव (माता का केंद्रकीय जीनप्ररूप संतति का लक्षणप्ररूप तय करता है, जैसे घोंघे के कवच का कुंडलन) से भ्रमित न करें।

5. एपिजेनेटिक्स व जीन मौनकरण

एपिजेनेटिक्स DNA अनुक्रम बदले बिना जीन-सक्रियता में वंशागत परिवर्तन है। पादप तीन संदर्भों में साइटोसीन का मेथिलीकरण करते हैं: CG, जिसे MET1 बनाए रखता है; CHG (H = A, T या C), जिसे CMT3, H3K9 द्वि-मेथिलीकरण के साथ, बनाए रखता है; और CHH, जिसे CMT2 तथा RNA-निर्देशित DNA मेथिलीकरण (RdDM) बनाए रखते हैं। RdDM में RNA पॉलिमरेज़ IV के प्रतिलेख RDR2 द्वारा dsRNA में प्रतिलिपित होकर DCL3 द्वारा 24-nt siRNA में कटते हैं; ये AGO4 में भरते हैं, जो RNA पॉलिमरेज़ V के प्रतिलेखों से युग्मित होकर मेथिलट्रांसफ़रेज़ DRM2 को बुलाता है। हिस्टोन चिह्न दूसरी परत जोड़ते हैं: पॉलीकॉम्ब (PRC2) संकुलों द्वारा लगाया गया H3K27me3 बसंतीकरण के बाद FLC को मौन करता है। एपिजेनेटिक अवस्थाएँ एपिएलील के रूप में वंशागत हो सकती हैं, जैसे Lcyc जीन के मेथिलीकरण से उत्पन्न Linaria vulgaris का पेलोरिक रूप, और ये पैराम्यूटेशन तथा भ्रूणपोष में जीनोमी अंकन (इम्प्रिंटिंग) का आधार हैं।

जीन मौनकरण तब प्रतिलेखनीय (TGS) होता है जब प्रवर्धक का मेथिलीकरण व विषमक्रोमैटिन प्रतिलेखन रोक देते हैं, और प्रतिलेखनोत्तर (PTGS) तब, जब mRNA बनता तो है पर नष्ट हो जाता है। ट्रांसजीन दोनों के प्रति प्रवण होते हैं, विशेषकर जब बहु-प्रतियों या प्रतिलोमित पुनरावृत्तियों के रूप में हों या अत्यधिक अभिव्यक्त हों। पेटूनिया के प्रतिष्ठित सह-दमन में, पुष्प-रंग गहरा करने हेतु डाली गई चैल्कोन सिंथेज़ जीन की अतिरिक्त प्रतियों से सफ़ेद या चितकबरे पुष्प बने, क्योंकि ट्रांसजीन व अंतर्जात जीन साथ-साथ मौन हो गए; केंद्रकीय रन-ऑन परीक्षणों ने दिखाया कि प्रतिलेखन जारी था जबकि mRNA खो गया था, जो PTGS की पहचान है। PTGS ही RNA व्यतिकरण है: द्विरज्जुक RNA कटकर siRNA बनता है, एक रज्जुक एक आर्गोनॉट प्रोटीन को मेल खाते RNA को काटने हेतु निर्देशित करता है, और RNA-आश्रित RNA पॉलिमरेज़ (RDR6) संकेत को प्रवर्धित करता है, जो पूरे पादप में फैल सकता है। विषाणु P19 (टॉम्बसविषाणु) जैसे निरोधकों से प्रतिकार करते हैं, जो siRNA द्विरज्जुकों को बाँध लेता है।

पादपों में miRNA व siRNA
लक्षणmiRNAsiRNA
उद्गमRNA पॉलिमरेज़ II द्वारा प्रतिलेखित MIR जीन, जिनसे अपूर्ण तनों वाले एकरज्जुक मुड़े पूर्वगामी बनते हैंप्रतिलोमित-पुनरावृत्ति ट्रांसजीन, विषाणु, RDR सक्रियता या ट्रांसपोज़ॉन से बना लंबा, पूर्णतः युग्मित dsRNA
प्रसंस्करणकेंद्रक में DCL1; HEN1 द्वारा 2′-O-मेथिलीकृत 21-nt द्विरज्जुकDCL4 (21 nt), DCL2 (22 nt) या DCL3 (24 nt)
लक्ष्यअन्य जीन, प्रायः प्रतिलेखन कारक: miR156 व SPL, miR165/166 व HD-ZIP III, miR172 व AP2सामान्यतः वही अनुक्रम जिससे वे बने: स्वयं ट्रांसजीन, विषाणु या ट्रांसपोज़ॉन
क्रियाAGO1 लगभग पूर्ण मेल वाले लक्ष्यों को काटता है; कुछ अनुवादी दमन भीविखंडन (21–22 nt, AGO1) या RdDM द्वारा DNA मेथिलीकरण (24 nt, AGO4)

6. जीनोम संगठन, जीन अभिव्यक्ति, उत्परिवर्तन व मरम्मत

जीनोम का आकार जटिलता से मेल खाए बिना अत्यधिक बदलता है (C-मान विरोधाभास): Arabidopsis thaliana में लगभग 135 Mb, षड्गुणित रोटी-गेहूँ में लगभग 16–17 Gb। अंतर मुख्यतः पुनरावृत्त DNA में है, सबसे बढ़कर LTR रेट्रोट्रांसपोज़ॉनों में, जो बड़े धान्य जीनोमों का अधिकांश भाग हैं, साथ में गुणसूत्रबिंदुओं पर उपग्रह पुनरावृत्तियाँ, केंद्रिका-संगठकों पर rDNA शृंखलाएँ और अंत्यखंड (Arabidopsis में TTTAGGG पुनरावृत्तियाँ)। पादप जीनोम विकास में बहुगुणिता व पूर्ण-जीनोम द्विगुणन के बाद जीन-हानि, जीन-कुल बनाने वाले अग्रानुक्रमी व खंडीय द्विगुणन, तथा ट्रांसपोज़ॉन-विस्फोट प्रमुख हैं। अंगक जीनोम छोटे व जीन-सघन हैं: प्लैस्टिड DNA (प्रायः 120–160 kb) में दो प्रतिलोमित पुनरावृत्तियाँ बड़े व छोटे एकल-प्रति क्षेत्रों को अलग करती हैं, जबकि पादप माइटोकॉन्ड्रियाई जीनोम बड़े, परिवर्ती व पुनर्संयोजी पुनरावृत्तियों से भरे होते हैं। केंद्रकीय प्रोटीन-कूटक जीन में प्रवर्धक (TATA बॉक्स व प्रतिलेखन कारकों से बंधने वाले ऊर्ध्वप्रवाही cis-तत्व) तथा एक्सॉन व इंट्रॉन होते हैं; इसे RNA पॉलिमरेज़ II प्रतिलेखित करता है, और इसके पूर्व-mRNA पर कैप लगती है, संबंधन (प्रायः वैकल्पिक) होता है और पॉलिएडेनिलीकरण होता है। पादपों में RNA पॉलिमरेज़ IV व V भी हैं, जो मौनकरण का कार्य करते हैं।

उत्परिवर्तन क्षारक-प्रतिस्थापन (प्यूरीनों के भीतर या पिरिमिडीनों के भीतर संक्रमण; इनके बीच अनुप्रस्थांतरण), पठन-ढाँचा खिसका सकने वाले छोटे निवेशन या विलोपन, या बड़े पुनर्व्यवस्थापन होते हैं; कूटक अनुक्रम में ये मौन, मिथ्यार्थक या निरर्थक होते हैं। EMS ग्वानीन को O⁶-एथिलग्वानीन में एथिलीकृत करता है, जो थाइमीन से युग्मित होता है, अतः लगभग केवल G:C→A:T संक्रमण होते हैं; इसी से यह TILLING समष्टियों का उत्परिवर्तजन है; आयनकारी विकिरण DNA तोड़कर विलोपन व पुनर्व्यवस्थापन करता है; UV साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितय व 6-4 प्रकाश-उत्पाद बनाता है। मरम्मत मार्ग हैं: फ़ोटोलायेज़ द्वारा प्रकाश-पुनःसक्रियण (प्रकाश-आश्रित), क्षारक उच्छेदन व न्यूक्लियोटाइड उच्छेदन मरम्मत, बेमेल मरम्मत, तथा द्विरज्जुक विच्छेदों हेतु असमजात सिरा-संयोजन (तीव्र, त्रुटि-प्रवण, जिसका उपयोग CRISPR नॉकआउट करते हैं) और समजात पुनर्संयोजन (सटीक, साँचा-आश्रित)।

7. गुणसूत्री विपथन व ट्रांसपोज़ॉन

सुगुणिता पूरे समुच्चय बदलती है। स्वबहुगुणित एक ही जीनोम के अनेक समुच्चय रखते हैं (त्रिगुणित केला, स्वचतुर्गुणित आलू) और बहुसंयोजक बना सकते हैं; परबहुगुणित भिन्न जीनोमों को जोड़ते हैं, जो द्विसंयोजकों के रूप में युग्मित होते हैं। रोटी-गेहूँ, Triticum aestivum, परषड्गुणित है, 2n = 6x = 42 (AABBDD); Brassica napus (AACC, 2n = 38) B. rapa (AA, 2n = 20) × B. oleracea (CC, 2n = 18) से बना। ऐसे संकरण का F1 बंध्य होता है क्योंकि उसके गुणसूत्रों के साथी नहीं होते; कॉल्चिसीन से संख्या दोगुनी करने पर युग्मन लौट आता है। असुगुणिता एकल गुणसूत्र बदलती है: शून्यसूत्री 2n − 2, एकसूत्री 2n − 1, त्रिसूत्री 2n + 1, चतुःसूत्री 2n + 2, द्वि-एकसूत्री 2n − 1 − 1। किसी द्विगुणित में उतने प्राथमिक त्रिसूत्री हो सकते हैं जितने उसके गुणसूत्र-युग्म हैं (Datura stramonium में 12), और गेहूँ जैसे बहुगुणित शून्यसूत्रियों को सह लेते हैं, जिससे जीनों को गुणसूत्रों पर निर्दिष्ट किया जाता है।

विषमयुग्मजी में संरचनात्मक विपथन
विपथनअर्धसूत्री पहचानआनुवंशिक परिणाम
विलोपनसामान्य समजात में अयुग्मित पाशसामान्य समजात के अप्रभावी युग्मविकल्पियों की कूट-प्रभाविता; समयुग्मजी होने पर प्रायः घातक
द्विगुणनद्विगुणित समजात में अयुग्मित पाशअतिरिक्त जीन-मात्रा; नए जीनों का कच्चा माल; प्रायः असमान जीन-विनिमय से उत्पन्न
पैरासेंट्रिक प्रतिलोमनप्रतिलोमन पाश; इसके भीतर जीन-विनिमय से पश्चावस्था I पर द्विकेंद्री सेतु व अकेंद्री खंडपुनर्योगज युग्मक असंतुलित होते हैं, अतः पुनर्संयोजन दबा हुआ प्रतीत होता है
पेरीसेंट्रिक प्रतिलोमनपाश में गुणसूत्रबिंदु सम्मिलित; कोई सेतु नहींविनिमय-उत्पादों में द्विगुणन व न्यूनताएँ; पुनर्संयोजन दबा हुआ प्रतीत होता है
पारस्परिक स्थानांतरणपैकीटीन पर क्रॉस-आकार चतुःसंयोजक; मध्यावस्था I पर वलय या शृंखलाकेवल एकांतर पृथक्करण संतुलित युग्मक देता है, अतः विषमयुग्मजी अर्ध-बंध्य होते हैं (लगभग आधे पराग नष्ट); दोनों गुणसूत्रों के जीन सहलग्न प्रतीत होते हैं

चल आनुवंशिक तत्वों (ट्रांसपोज़ॉन) की खोज बारबरा मैक्लिंटॉक ने मक्का में Ac/Ds तंत्र से की: Ac (ऐक्टिवेटर) स्वायत्त है और ट्रांसपोज़ेज़ का कूटन करता है; Ds (डिसोसिएशन) एक अस्वायत्त व्युत्पन्न है जो केवल Ac की उपस्थिति में चलता है, और इसके निवेशन व उच्छेदन से चित्तीदार दाने बनते हैं। वर्ग II DNA ट्रांसपोज़ॉन (Ac/Ds, Mutator) काटो-और-चिपकाओ से चलते हैं, इनके सिरों पर प्रतिलोमित पुनरावृत्तियाँ होती हैं और ये लक्ष्य-स्थल द्विगुणन छोड़ते हैं। वर्ग I रेट्रोट्रांसपोज़ॉन RNA व व्युत्क्रम ट्रांसक्रिप्टेज़ द्वारा अपनी प्रतियाँ बनाते हैं: LTR प्रकार (Ty1/copia व Ty3/gypsy) पादप जीनोमों में प्रधान हैं, और LTR-रहित LINE व SINE भी पाए जाते हैं। अधिकांश तत्व DNA मेथिलीकरण व siRNA द्वारा मौन रखे जाते हैं; प्रतिबल या ऊतक संवर्धन उन्हें जगा सकता है, जैसे धान का रेट्रोट्रांसपोज़ॉन Tos17 संवर्धन में सक्रिय होता है और निवेशी उत्परिवर्तजन में प्रयुक्त होता है।

8. मॉडल जीव, ओमिक्स व डेटा विश्लेषण

पादप कार्यात्मक जीनोमिकी हेतु मॉडल जीव
जीवक्यों प्रयुक्त
Arabidopsis thalianaछोटा जीनोम (लगभग 135 Mb, 2n = 10), लगभग 6–8 सप्ताह का जीवन-चक्र, स्वपरागण, पुष्प-डुबकी रूपांतरण, अनुक्रम-अनुक्रमित T-DNA निवेशन वंशक्रम
धान (Oryza sativa)धान्य व एकबीजपत्री मॉडल, सघन जीनोम, 2n = 24, कुशल रूपांतरण, Tos17 व T-DNA उत्परिवर्ती संग्रह
Medicago truncatula व Lotus japonicusग्रंथिकीकरण व कवकमूल हेतु शिंब मॉडल
मक्का (Zea mays)पारंपरिक आनुवंशिकी, ट्रांसपोज़ॉन, संकर-ओज व C4 प्रकाश-संश्लेषण
Physcomitrium patens (पूर्व नाम Physcomitrella)अगुणित-प्रधान जीवन-चक्र तथा जीन-लक्ष्यीकरण हेतु कुशल समजात पुनर्संयोजन वाला मॉस
Chlamydomonas reinhardtiiप्रकाश-संश्लेषण, कशाभिका व हरितलवक रूपांतरण हेतु एककोशिकीय शैवाल
Nicotiana benthamianaऐग्रोइन्फ़िल्ट्रेशन द्वारा अस्थायी अभिव्यक्ति तथा विषाणु-प्रेरित जीन मौनकरण

अग्र आनुवंशिकी उत्परिवर्ती लक्षणप्ररूप से जीन तक जाती है; प्रतीप आनुवंशिकी किसी जीन से आरंभ कर उसे बाधित करती है (T-DNA या ट्रांसपोज़ॉन निवेशन, TILLING, RNAi, VIGS, CRISPR) और लक्षणप्ररूप देखती है। ट्रांसक्रिप्टोमिक्स सभी प्रतिलेखों को मापता है, अब RNA-seq द्वारा: पठन जीनोम पर मानचित्रित होते हैं, गणनाएँ जीन-लंबाई व अनुक्रमण-गहराई हेतु सामान्यीकृत होती हैं (RPKM/FPKM या TPM), और विभेदी रूप से अभिव्यक्त जीन गुण-परिवर्तन व समायोजित P-मान से चुने जाते हैं। प्रोटिओमिक्स प्रोटीनों को द्वि-विमीय जेल वैद्युतकणसंचलन (समविभव केंद्रण, फिर SDS-PAGE) या द्रव वर्णलेखन से अलग कर द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति से पहचानता है: नीचे-से-ऊपर प्रोटिओमिक्स में ट्रिप्सिन लाइसीन व आर्जिनीन के बाद काटता है, और पेप्टाइड द्रव्यमान (MALDI-TOF अंगुलिछाप) या खंड-स्पेक्ट्रम (LC-MS/MS) अनुक्रम डेटाबेसों से मिलाए जाते हैं। मेटाबोलोमिक्स लघु अणुओं की रूपरेखा GC-MS (वाष्पशील या व्युत्पन्नित यौगिक), LC-MS व NMR से, लक्षित या अलक्षित रूप में, बनाता है।

जैव-सूचना विज्ञान डेटा को संग्रहित व तुलनीय बनाता है: GenBank, UniProt, प्रोटीन डेटा बैंक तथा Arabidopsis हेतु TAIR जैसे डेटाबेस; BLOSUM62 जैसे प्रतिस्थापन आव्यूहों से अंकित वैश्विक (नीडलमैन–वुन्श) व स्थानीय (स्मिथ–वॉटरमैन) संरेखण; और तीव्र अनुमानी स्थानीय खोज BLAST, जिसका E-मान उस आकार के डेटाबेस में संयोग से अपेक्षित कम से कम उतने अंक वाले मिलानों की संख्या है, अतः कम मान अधिक सार्थक है। सांख्यिकी डेटा को निष्कर्षों में बदलती है: माध्य, प्रसरण व मानक त्रुटि; माध्यों हेतु t-परीक्षण व ANOVA; गणनाओं हेतु काई-वर्ग; सहसंबंध व समाश्रयण; अभिव्यक्ति-प्रतिरूपों हेतु गुच्छन व मुख्य घटक विश्लेषण; चिह्नकों को लक्षणों से जोड़ने हेतु QTL मानचित्रण व GWAS। हज़ारों जीनों के एक साथ परीक्षण में बहु-परीक्षण संशोधन चाहिए: P < 0.05 पर सत्य शून्य परिकल्पनाओं के 20,000 परीक्षण लगभग 1,000 मिथ्या धनात्मक देते हैं। बॉनफ़ेरोनी सीमा α को परीक्षणों की संख्या से भाग देती है, और बेंजामिनी–होशबर्ग विधि इसके स्थान पर मिथ्या खोज दर नियंत्रित करती है।

मुख्य बिंदु

  • CDK–साइक्लिन सक्रियता व जाँच-बिंदु कोशिका चक्र चलाते हैं; पादप कोशिकाएँ पूर्वपूर्वावस्था पट्टी व फ़्रैग्मोप्लास्ट-निर्मित कोशिका पट्ट का उपयोग करती हैं। अर्धसूत्रण I न्यूनीकारी है; जीन-विनिमय पैकीटीन पर होता है; DNA मात्रा 2C (G1), 4C (पूर्वावस्था I), 2C (मध्यावस्था II), 1C (बीजाणु) होती है।
  • एकसंकर 3:1, द्विसंकर 9:3:3:1, परीक्षार्थ संकरण 1:1:1:1; प्रायिकताएँ गुणा होती हैं; जीन अन्योन्यक्रिया 9:7, 9:3:4, 12:3:1, 15:1 व 13:3 देती है; χ² = Σ(O − E)²/E, df = वर्ग − 1, 1 df पर क्रांतिक मान 3.84।
  • RF = पुनर्योगज ÷ कुल, 1% = 1 cM, कभी 50% से अधिक नहीं; त्रि-बिंदु संकरण में द्वि-विनिमय वर्ग मध्य जीन बताता है, CoC = प्रेक्षित ÷ अपेक्षित DCO और I = 1 − CoC।
  • अंगक जीन सामान्यतः मातृ होते हैं, अतः व्युत्क्रम संकरण भिन्न होते हैं; CMS माइटोकॉन्ड्रियाई है और केंद्रकीय Rf जीन उसे पुनर्स्थापित करते हैं। मेथिलीकरण MET1 (CG), CMT3 (CHG) तथा RdDM या CMT2 (CHH) बनाए रखते हैं; PTGS प्रतिलेखित होते रहने वाले mRNA को नष्ट करता है; miRNA (DCL1, MIR हेयरपिन) अन्य जीनों पर, और siRNA अपने ही स्रोत पर कार्य करते हैं।
  • पुनरावृत्तियाँ व बहुगुणिता जीनोम का आकार तय करती हैं; EMS G:C→A:T संक्रमण देता है; NHEJ त्रुटि-प्रवण, समजात पुनर्संयोजन सटीक। असुगुणितों को 2n से गिनें (गेहूँ: शून्यसूत्री 40, त्रिसूत्री 43); पैरासेंट्रिक प्रतिलोमन में विनिमय सेतु व खंड देता है; स्थानांतरण विषमयुग्मजी अर्ध-बंध्य होते हैं; Ds केवल Ac के साथ चलता है।
  • प्रत्येक मॉडल जीव का अपना उपयोग है; RNA-seq गणनाएँ लंबाई व गहराई हेतु सामान्यीकृत होती हैं, प्रोटीन ट्रिप्सिन-पेप्टाइडों से द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति द्वारा पहचाने जाते हैं, कम BLAST E-मान सार्थक है, और हज़ारों परीक्षणों में बॉनफ़ेरोनी या मिथ्या-खोज-दर संशोधन चाहिए।

अभ्यास प्रश्न (18)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. अर्धसूत्री पूर्वावस्था I की किस उप-अवस्था में सूत्रयुग्मन पूर्ण होता है और असहोदर अर्धगुणसूत्रों के बीच जीन-विनिमय होता है?

    1. ज़ाइगोटीन
    2. पैकीटीन
    3. डिप्लोटीन
    4. डायकाइनेसिस
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — पैकीटीन

    पैकीटीन पर सिनैप्टोनीमल संकुल द्विसंयोजकों के साथ पूर्ण होता है और जीन-विनिमय होता है। ज़ाइगोटीन भ्रामक है क्योंकि सूत्रयुग्मन वहीं आरंभ होता है, पर तब तक पूर्ण नहीं होता। जीन-विनिमय का दृश्य परिणाम, काइऐज़्मेटा, डिप्लोटीन पर सिनैप्टोनीमल संकुल के विघटन के साथ स्पष्ट होते हैं, और डायकाइनेसिस में सिरों की ओर खिसकते हैं।

  2. तीन स्वतंत्र रूप से अपव्यूहित होने वाले जीनों हेतु विषमयुग्मजी पादपों (AaBbCc), जिनमें प्रत्येक जीन पूर्ण प्रभाविता दिखाता है, का स्वपरागण कर 1,280 संतति उगाई जाती हैं। कितनी संतति में तीन में से ठीक एक लक्षण का प्रभावी लक्षणप्ररूप अपेक्षित है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 180

    प्रत्येक जीन हेतु P(प्रभावी) = 3/4 व P(अप्रभावी) = 1/4। ठीक एक प्रभावी 3 प्रकार से हो सकता है (कौन-सा जीन प्रभावी है), प्रत्येक की प्रायिकता (3/4)(1/4)(1/4) = 3/64, अतः कुल 9/64। अपेक्षित संख्या = 9/64 × 1280 = 180। 3 का गुणक भूलने पर 60 आता है; 64 में से लक्षणप्ररूप वर्गों का पूरा समुच्चय 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1 है, अतः सभी प्रभावी 540, ठीक दो प्रभावी भी 540 और सभी अप्रभावी 20 हैं।

  3. एक पादप के दो शुद्ध-प्रजनी सफ़ेद-पुष्पी वंशक्रमों का संकरण किया जाता है। F1 के पुष्प बैंगनी हैं, और F2 में 9 बैंगनी : 7 सफ़ेद का पृथक्करण होता है। इन परिणामों से कौन-सी व्याख्या मेल खाती है?

    1. अपूर्ण प्रभाविता वाला एक जीन, जिसमें विषमयुग्मजी बैंगनी और दोनों समयुग्मजी सफ़ेद हैं
    2. दो जीन, जिनमें किसी एक का भी प्रभावी युग्मविकल्पी बैंगनी वर्णक बनाने हेतु पर्याप्त है
    3. दो जीन, जिनमें एक जीन का प्रभावी युग्मविकल्पी दूसरे के प्रभाव को ढक देता है
    4. दो जीन, जिनमें से प्रत्येक में वर्णक बनने हेतु प्रभावी युग्मविकल्पी होना आवश्यक है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — दो जीन, जिनमें से प्रत्येक में वर्णक बनने हेतु प्रभावी युग्मविकल्पी होना आवश्यक है

    9:7 पूरक जीन क्रिया है: केवल A_B_ (9/16) बैंगनी है, क्योंकि प्रत्येक जीन वर्णक-मार्ग का एक चरण नियंत्रित करता है और दोनों चरणों का चलना आवश्यक है; दोनों सफ़ेद जनक AAbb व aaBB थे। अपूर्ण प्रभाविता वाला एक जीन 1:2:1 (यहाँ 2 बैंगनी : 2 सफ़ेद) देता, 9:7 नहीं। किसी एक प्रभावी युग्मविकल्पी के पर्याप्त होने पर 15:1 और प्रभावी प्रबलता से 12:3:1 मिलता है।

  4. एक F2 समष्टि में 380 लंबे व 100 बौने पादप हैं। 3:1 अनुपात की परिकल्पना हेतु χ² की गणना दो दशमलव स्थानों तक कीजिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 4.44

    कुल = 480, अतः अपेक्षित = 360 लंबे व 120 बौने। χ² = (380 − 360)²/360 + (100 − 120)²/120 = 400/360 + 400/120 = 1.11 + 3.33 = 4.44। 1 स्वातंत्र्य कोटि पर 5% क्रांतिक मान 3.84 है, अतः P = 0.05 पर 3:1 परिकल्पना अस्वीकृत होती है। अपेक्षित के स्थान पर प्रेक्षित मानों से भाग देने पर 5.05 आता है, जो प्रचलित भूल है।

  5. तीन सहलग्न जीनों हेतु एक विषमयुग्मजी पादप, जिसके एक समजात पर तीनों के वन्य-प्रकार युग्मविकल्पी और दूसरे पर अप्रभावी युग्मविकल्पी a, b व c हैं, का a b c / a b c से परीक्षार्थ संकरण किया जाता है। 1,000 संतति नीचे दी गई हैं, युग्मविकल्पी a, b, c क्रम में लिखे हैं और + का अर्थ वन्य प्रकार है:
    + + + 356; a b c 352; + b c 47; a + + 45; + b + 97; a + c 95; + + c 4; a b + 4।
    व्यतिकरण गुणांक एक दशमलव स्थान तक क्या है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 0.6

    जनकीय वर्ग + + + व a b c हैं; सबसे दुर्लभ वर्ग + + c व a b + (कुल 8) द्वि-विनिमय हैं। ये जनकीय वर्गों से केवल c पर भिन्न हैं, अतः c मध्य जीन है और क्रम a–c–b है। a–c पुनर्योगज: + b c, a + +, तथा DCO = 47 + 45 + 8 = 100, अतः 10 cM। c–b पुनर्योगज: + b +, a + c, तथा DCO = 97 + 95 + 8 = 200, अतः 20 cM। अपेक्षित DCO = 0.10 × 0.20 × 1000 = 20; प्रेक्षित 8; CoC = 8/20 = 0.4; व्यतिकरण = 1 − 0.4 = 0.6। लिखे गए क्रम a–b–c को सही मान लेने से वर्ग गलत पहचाने जाते हैं और उत्तर गलत आता है।

  6. एक द्विसंकर, जिसे एक जनक से Ab और दूसरे से aB मिला, का परीक्षार्थ संकरण किया जाता है। संतति Ab 205, aB 195, AB 52 व ab 48 हैं। कौन-सा निष्कर्ष सही है?

    1. जीन 20 cM दूर हैं, और पुनर्योगज AB (52) व ab (48) वर्ग हैं
    2. जीन 80 cM दूर हैं, क्योंकि जनकीय वर्ग संतति का 80% हैं
    3. जीन 20 cM दूर हैं, और पुनर्योगज Ab (205) व aB (195) वर्ग हैं
    4. जीन स्वतंत्र रूप से अपव्यूहित होते हैं, क्योंकि संतति में चारों वर्ग दिखते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — जीन 20 cM दूर हैं, और पुनर्योगज AB (52) व ab (48) वर्ग हैं

    द्विसंकर विकर्षण (Ab/aB) में है, अतः Ab व aB जनकीय तथा AB व ab पुनर्योगज हैं। RF = (52 + 48)/500 = 0.20, अतः 20 cM। Ab व aB को पुनर्योगज कहना समयुग्मन प्रावस्था मान लेने की प्रचलित भूल है। मानचित्र दूरी पुनर्योगजों का प्रतिशत है, जनकीयों का नहीं, और सहलग्न जीन भी चारों वर्ग देते हैं, केवल असमान संख्या में।

  7. एक कोशिकाद्रव्यी नर-बंध्य वंशक्रम (S कोशिकाद्रव्य, rf rf) को एक ऐसे वंशक्रम से परागित किया जाता है जो एकल प्रभावी पुनर्स्थापक जीन Rf हेतु समयुग्मजी है और बीजाणुद्भिदी रूप से कार्य करता है (परागकोश धारण करने वाले पादप का जीनप्ररूप उर्वरता तय करता है)। F1 का स्वपरागण किया जाता है। F2 में क्या अपेक्षित है?

    1. सभी पादप नर-उर्वर, क्योंकि पुनर्स्थापक का सामान्य कोशिकाद्रव्य पराग से प्रवेश करता है
    2. नर-उर्वर व नर-बंध्य पादप 3:1 में, सभी S कोशिकाद्रव्य वाले
    3. नर-उर्वर व नर-बंध्य पादप 1:1 में, जिनमें आधे सामान्य कोशिकाद्रव्य वाले
    4. सभी पादप नर-बंध्य, क्योंकि S कोशिकाद्रव्य केवल अंड से आगे जाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — नर-उर्वर व नर-बंध्य पादप 3:1 में, सभी S कोशिकाद्रव्य वाले

    माइटोकॉन्ड्रिया अंड से होकर जाते हैं, अतः F1 व सभी F2 पादपों में S कोशिकाद्रव्य होता है। F1, Rf rf है; स्वपरागण से Rf Rf : Rf rf : rf rf = 1 : 2 : 1 मिलता है, और बीजाणुद्भिदी पुनर्स्थापन में Rf वाला हर पादप उर्वर है, अतः 3 उर्वर : 1 बंध्य। सभी-बंध्य वाला विकल्प केंद्रकीय पुनर्स्थापक की उपेक्षा करता है, और पराग पुनर्स्थापक का कोशिकाद्रव्य नहीं ले जाता। युग्मकोद्भिदी पुनर्स्थापन में केवल Rf पराग कार्य करते और F2 पूरी उर्वर होती।

  8. पादपों में एपिजेनेटिक नियमन के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. CHH मेथिलीकरण मुख्यतः 24-nt siRNA व DRM2 युक्त RNA-निर्देशित DNA मेथिलीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है
    2. बसंतीकरण पॉलीकॉम्ब संकुलों द्वारा लगाए H3K27 त्रि-मेथिलीकरण के माध्यम से FLC को मौन करता है
    3. MET1 वह मुख्य एंज़ाइम है जो DNA प्रतिकृतीयन के बाद CHH मेथिलीकरण बनाए रखता है
    4. एपिएलील अपने सामान्य युग्मविकल्पी से DNA अनुक्रम में भिन्न होता है और इसलिए प्रत्यावर्तित नहीं हो सकता
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — CHH मेथिलीकरण मुख्यतः 24-nt siRNA व DRM2 युक्त RNA-निर्देशित DNA मेथिलीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है; B — बसंतीकरण पॉलीकॉम्ब संकुलों द्वारा लगाए H3K27 त्रि-मेथिलीकरण के माध्यम से FLC को मौन करता है

    असममित CHH स्थलों का नए रज्जुक पर कोई साँचा नहीं होता, अतः उनका पुनः मेथिलीकरण RdDM (Pol IV, RDR2, DCL3, 24-nt siRNA, AGO4, Pol V, DRM2) व CMT2 करते हैं। शीत के दौरान FLC पर पॉलीकॉम्ब-जनित H3K27me3 संचित होकर उसे मौन रखता है। MET1, CG मेथिलीकरण बनाए रखता है, CHH नहीं। एपिएलील का DNA अनुक्रम वही होता है और वह केवल एपिजेनेटिक अवस्था में भिन्न होता है, इसी से पेलोरिक Linaria जैसे एपिएलील प्रत्यावर्तित हो सकते हैं।

  9. कौन-सा लक्षण पादप miRNA को एक विशिष्ट siRNA से अलग करता है?

    1. यह RNA-आश्रित RNA पॉलिमरेज़ द्वारा बने लंबे, पूर्णतः युग्मित dsRNA से काटा जाता है
    2. यह AGO4 को उसी लोकस के DNA का मेथिलीकरण करने हेतु निर्देशित करता है जिससे यह बना
    3. यह अपने ही जीन से प्रतिलेखित मुड़े पूर्वगामी से DCL1 द्वारा प्रसंस्कृत होता है
    4. यह 24 न्यूक्लियोटाइड लंबा है और RNA पॉलिमरेज़ IV के प्रतिलेखों से DCL3 द्वारा बनता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — यह अपने ही जीन से प्रतिलेखित मुड़े पूर्वगामी से DCL1 द्वारा प्रसंस्कृत होता है

    miRNA अपने ही MIR जीन से कूटित होता है, Pol II द्वारा अपूर्ण हेयरपिन में प्रतिलेखित होकर DCL1 द्वारा काटा जाता है; फिर यह अन्य जीनों का नियमन करता है। शेष सभी विकल्प siRNA का वर्णन हैं: RDR सक्रियता से बना लंबा पूर्ण dsRNA, AGO4 द्वारा स्व-लक्ष्यी RdDM, तथा Pol IV प्रतिलेखों से DCL3 द्वारा काटे गए 24-nt विषमक्रोमैटिनी siRNA।

  10. चैल्कोन सिंथेज़ जीन की अतिरिक्त प्रतियों वाले पेटूनिया पादपों के पुष्प सफ़ेद हैं। कौन-सा प्रेक्षण दिखाता है कि मौनकरण प्रतिलेखनीय नहीं, प्रतिलेखनोत्तर है?

    1. रन-ऑन परीक्षण दिखाते हैं कि दल-केंद्रकों में दोनों जीन अब भी प्रतिलेखित हो रहे हैं जबकि उनके mRNA दुर्लभ हैं
    2. दोनों प्रवर्धक सघन रूप से मेथिलीकृत हैं और किसी भी जीन का Pol II प्रतिलेखन नहीं दिखता
    3. बाद की पीढ़ी में ट्रांसजीन को पृथक्करण से हटाने पर संतति में बैंगनी पुष्प लौट आते हैं
    4. ऐन्थोसायनिन मार्ग में चैल्कोन सिंथेज़ के बाद कार्य करने वाले एंज़ाइम दलों में अनुपस्थित हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — रन-ऑन परीक्षण दिखाते हैं कि दल-केंद्रकों में दोनों जीन अब भी प्रतिलेखित हो रहे हैं जबकि उनके mRNA दुर्लभ हैं

    PTGS का अर्थ है कि जीन प्रतिलेखित होता है पर उसका mRNA अपघटित हो जाता है, अतः निर्णायक प्रमाण है जारी प्रतिलेखन (केंद्रकीय रन-ऑन) के साथ कम स्थायी-अवस्था mRNA। प्रतिलेखन के बिना प्रवर्धक का मेथिलीकरण TGS की पहचान है। ट्रांसजीन के पृथक्करण से हटने पर पुनर्प्राप्ति दोनों क्रियाविधियों में होती है, अतः वह भेद नहीं करती, और बाद के एंज़ाइमों वाला प्रेक्षण यह नहीं बताता कि चैल्कोन सिंथेज़ कैसे मौन हुआ।

  11. पैरासेंट्रिक प्रतिलोमन हेतु विषमयुग्मजी पादप में प्रतिलोमन पाश के भीतर एक एकल जीन-विनिमय पश्चावस्था I पर उत्पन्न करता है

    1. एक क्रॉस-आकार चतुःसंयोजक, जो फिर एकांतर ढंग से पृथक्कृत होता है
    2. द्विगुणन व न्यूनताओं वाले अर्धगुणसूत्र, पर कोई क्रोमैटिन सेतु नहीं
    3. एक द्विकेंद्री अर्धगुणसूत्र से बना सेतु, साथ में एक अकेंद्री खंड
    4. सामान्य समजात में एक अयुग्मित पाश जो कूट-प्रभाविता दिखाता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — एक द्विकेंद्री अर्धगुणसूत्र से बना सेतु, साथ में एक अकेंद्री खंड

    पैरासेंट्रिक प्रतिलोमन में गुणसूत्रबिंदु पाश के बाहर होता है, अतः भीतर का जीन-विनिमय एक अर्धगुणसूत्र पर दो गुणसूत्रबिंदु जोड़ देता है (गुणसूत्रबिंदुओं के अलग होने पर द्विकेंद्री सेतु) और एक अकेंद्री खंड छोड़ता है जो खो जाता है। बिना सेतु के द्विगुणन–न्यूनता वाले अर्धगुणसूत्र पेरीसेंट्रिक प्रतिलोमन का परिणाम हैं, जो भ्रामक निकट विकल्प है। चतुःसंयोजक पारस्परिक स्थानांतरण का, और कूट-प्रभाविता वाला अयुग्मित पाश विलोपन का लक्षण है।

  12. रोटी-गेहूँ 2n = 6x = 42 वाला परषड्गुणित है। एक शून्य-चतुःसूत्री वंशक्रम में गुणसूत्र 5A की दोनों प्रतियाँ अनुपस्थित हैं और गुणसूत्र 5B की चार प्रतियाँ उपस्थित हैं। इस वंशक्रम की मूल-शीर्ष कोशिका में कितने गुणसूत्र हैं?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 42

    42 से आरंभ करें। 5A हेतु शून्यसूत्रता दो गुणसूत्र हटाती है (40), और 5B हेतु चतुःसूत्रता 5B की दो अतिरिक्त प्रतियाँ जोड़ती है (42)। संख्या अपरिवर्तित रहती है, यद्यपि जीनोम असंतुलित है; ऐसे वंशक्रम जीवनक्षम हैं क्योंकि समजातीय (होमियोलॉगस) 5B, 5A की क्षतिपूर्ति करता है, और इनसे जीनों को गुणसूत्रों पर निर्दिष्ट किया जाता है। केवल हानि गिनने पर 40 और चार प्रतियाँ जोड़ने पर 44 आता है।

  13. Brassica rapa (AA, 2n = 20) × Brassica oleracea (CC, 2n = 18) का F1 अत्यधिक बंध्य है, पर कॉल्चिसीन उपचार के बाद वही संकर उर्वर हो जाता है। क्यों?

    1. F1 त्रिगुणित है और त्रिसंयोजक बनाता है; दोगुना करने से वह संतुलित षड्गुणित बनता है
    2. कॉल्चिसीन दूरस्थ संकरण से हुए गुणसूत्र-विच्छेदों की मरम्मत कर उर्वरता लौटाता है
    3. A व C कोशिकाद्रव्य असंगत हैं, और दोगुना करना संकर का कोशिकाद्रव्य बदल देता है
    4. इसके 19 गुणसूत्रों के समजात नहीं हैं और वे एकसंयोजक बनाते हैं; दोगुना करना प्रत्येक को साथी देता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — इसके 19 गुणसूत्रों के समजात नहीं हैं और वे एकसंयोजक बनाते हैं; दोगुना करना प्रत्येक को साथी देता है

    F1 को 10 A व 9 C गुणसूत्र (2n = 19) मिलते हैं, जिनमें किसी का समजात नहीं, अतः अर्धसूत्रण में वे एकसंयोजक बनाकर यादृच्छिक रूप से असंतुलित, अधिकतर अजीवनक्षम युग्मकों में जाते हैं। 2n = 38 (AACC, जैसा B. napus में) तक दोगुना करने से प्रत्येक गुणसूत्र को साथी मिलता है, अतः द्विसंयोजक बनते हैं और युग्मक संतुलित होते हैं। F1 उभयअगुणित है, त्रिगुणित नहीं; कॉल्चिसीन DNA की मरम्मत नहीं, तर्कु-निर्माण रोकता है; और दोगुना करना कोशिकाद्रव्य नहीं बदलता।

  14. मक्का के Ds तत्व के बारे में कौन-सा कथन सही है?

    1. यह एक स्वायत्त रेट्रोट्रांसपोज़ॉन है जो RNA मध्यवर्ती से होकर चलता है
    2. यह केवल तब चलता है जब जीनोम में Ac उपस्थित होकर ट्रांसपोज़ेज़ देता है
    3. यह वह ट्रांसपोज़ेज़ कूटित करता है जो Ac को उसके लोकस से उच्छेदित होने देता है
    4. यह एक उपग्रह पुनरावृत्ति है जो मक्का के एक गुणसूत्र का गुणसूत्रबिंदु बनाती है
    उत्तर देखें

    उत्तर: B — यह केवल तब चलता है जब जीनोम में Ac उपस्थित होकर ट्रांसपोज़ेज़ देता है

    Ds (डिसोसिएशन) एक अस्वायत्त वर्ग II DNA तत्व है, सामान्यतः Ac का विलोपन-व्युत्पन्न, जिसने कार्यशील ट्रांसपोज़ेज़ जीन खो दिया है पर सिरों की प्रतिलोमित पुनरावृत्तियाँ रखता है; यह केवल तब स्थानांतरित होता है जब Ac (ऐक्टिवेटर) ट्रांसपोज़ेज़ देता है। ट्रांसपोज़ेज़ वाले विकल्प में भूमिकाएँ उलटी हैं: उसे Ac कूटित करता है। Ds काटो-और-चिपकाओ DNA ट्रांसपोज़ॉन है, रेट्रोट्रांसपोज़ॉन नहीं, और गुणसूत्रबिंदु उपग्रह भी नहीं।

  15. मॉडल जीवों व ओमिक्स विधियों के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. Physcomitrium patens का उपयोग जीन-लक्ष्यीकरण हेतु होता है क्योंकि उसमें समजात पुनर्संयोजन कुशल है
    2. नीचे-से-ऊपर प्रोटिओमिक्स में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति से पहले ट्रिप्सिन प्रोटीनों को लाइसीन व आर्जिनीन के कार्बोक्सिल पक्ष पर काटता है
    3. TPM व FPKM, RNA-seq पठन-गणनाओं को जीन-लंबाई व अनुक्रमण-गहराई हेतु सामान्यीकृत करते हैं
    4. 50 kDa से बड़े अक्षत, अवाष्पशील प्रोटीनों के विश्लेषण हेतु GC-MS सर्वोत्तम विधि है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — Physcomitrium patens का उपयोग जीन-लक्ष्यीकरण हेतु होता है क्योंकि उसमें समजात पुनर्संयोजन कुशल है; B — नीचे-से-ऊपर प्रोटिओमिक्स में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमिति से पहले ट्रिप्सिन प्रोटीनों को लाइसीन व आर्जिनीन के कार्बोक्सिल पक्ष पर काटता है; C — TPM व FPKM, RNA-seq पठन-गणनाओं को जीन-लंबाई व अनुक्रमण-गहराई हेतु सामान्यीकृत करते हैं

    मॉस Physcomitrium उच्च आवृत्ति पर समजात पुनर्संयोजन द्वारा DNA समाविष्ट करता है, जिससे लक्षित नॉकआउट सरल होते हैं। ट्रिप्सिन लाइसीन व आर्जिनीन के बाद काटता है, जिससे MALDI-TOF अंगुलिछाप या LC-MS/MS हेतु पूर्वानुमेय पेप्टाइड मिलते हैं। TPM व FPKM पठन-गणनाओं को प्रतिलेख-लंबाई व लाइब्रेरी-आकार हेतु सुधारते हैं। GC-MS को वाष्पशील (या व्युत्पन्नित) लघु अणु चाहिए; अक्षत प्रोटीन गैस वर्णलेखन हेतु बहुत बड़े व अवाष्पशील हैं।

  16. एक RNA-seq अध्ययन 25,000 जीनों का विभेदी अभिव्यक्ति हेतु परीक्षण करता है। बॉनफ़ेरोनी संशोधन से परिवार-स्तरीय त्रुटि दर 0.05 रखने हेतु प्रति-जीन P-मान सीमा x × 10⁻⁶ है। x का मान क्या है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 2

    बॉनफ़ेरोनी कुल α को परीक्षणों की संख्या से भाग देता है: 0.05/25,000 = 2 × 10⁻⁶, अतः x = 2। संशोधन के बिना P < 0.05 पर 25,000 सत्य-शून्य परीक्षण लगभग 1,250 मिथ्या धनात्मक देते। भाग के स्थान पर गुणा करना या 0.01 लेना प्रचलित भूलें हैं।

  17. एक BLAST खोज 10⁻⁴⁰ E-मान वाला एक डेटाबेस मिलान लौटाती है। इसका अर्थ है कि

    1. प्रश्न-अनुक्रम व मिलान अपनी संरेखित लंबाई पर 40% अनुक्रम-समानता रखते हैं
    2. मिलान ठीक 1 − 10⁻⁴⁰ की निश्चितता से प्रश्न-अनुक्रम का समजात है
    3. इस आकार के डेटाबेस में संयोग से इतने अच्छे लगभग 10⁻⁴⁰ मिलान अपेक्षित हैं
    4. संरेखण प्रश्न-अनुक्रम के आरंभ से 40 अवशेष बाद शुरू होता है और उसमें कोई रिक्ति नहीं है
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — इस आकार के डेटाबेस में संयोग से इतने अच्छे लगभग 10⁻⁴⁰ मिलान अपेक्षित हैं

    E-मान इस आकार के डेटाबेस की खोज में संयोग से अपेक्षित कम से कम इतने अंक वाले संरेखणों की संख्या है; 10⁻⁴⁰ का अर्थ है कि संयोगी मिलान व्यावहारिक रूप से असंभव है, अतः मिलान अत्यधिक सार्थक है और संभवतः समजातता दर्शाता है। यह प्रतिशत समानता या स्थिति नहीं है, और शब्दशः समजातता की प्रायिकता भी नहीं, जो उस जीवविज्ञान पर भी निर्भर है जिसे यह सांख्यिकी नहीं मॉडल करती।

  18. पादपों में उत्परिवर्तजनों व DNA मरम्मत के बारे में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. EMS मुख्यतः G:C→A:T संक्रमण उत्पन्न करता है क्योंकि O⁶-एथिलग्वानीन थाइमीन से युग्मित होता है
    2. UV से बने साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितय प्रकाश में फ़ोटोलायेज़ द्वारा सीधे उलटे जा सकते हैं
    3. असमजात सिरा-संयोजन बिना साँचे के द्विरज्जुक विच्छेदों की मरम्मत करता है और प्रायः छोटे निवेशन या विलोपन छोड़ता है
    4. गामा किरणें मुख्यतः ग्वानीन पर एथिल समूह जोड़कर संक्रमण उत्पन्न करती हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — EMS मुख्यतः G:C→A:T संक्रमण उत्पन्न करता है क्योंकि O⁶-एथिलग्वानीन थाइमीन से युग्मित होता है; B — UV से बने साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितय प्रकाश में फ़ोटोलायेज़ द्वारा सीधे उलटे जा सकते हैं; C — असमजात सिरा-संयोजन बिना साँचे के द्विरज्जुक विच्छेदों की मरम्मत करता है और प्रायः छोटे निवेशन या विलोपन छोड़ता है

    EMS ग्वानीन का O⁶ पर एथिलीकरण करता है; यह योगज T से युग्मित होता है, अतः प्रतिकृतीयन के बाद G:C, A:T बन जाता है। फ़ोटोलायेज़ नीले प्रकाश से साइक्लोब्यूटेन पिरिमिडीन द्वितयों को सीधे तोड़ता है (प्रकाश-पुनःसक्रियण)। NHEJ बिना साँचे के टूटे सिरों को जोड़ता है और प्रायः छोटे इनडेल छोड़ता है, इसी से CRISPR–Cas9 नॉकआउट कार्य करते हैं। गामा किरणें आयनकारी विकिरण हैं जो DNA रज्जुकों को तोड़कर विलोपन व पुनर्व्यवस्थापन करती हैं; एथिलीकरण EMS की क्रिया है।