Xiaoxi Meng এবং Zhikai Liang যখন কয়েক বছর আগে প্রথম ধারণাটি প্রস্তাব করেছিলেন, জেমস শ্নেবল সন্দিহান ছিলেন। অন্তত বলতে.
"'ঠিক আছে, আপনি চেষ্টা করতে পারেন, কিন্তু আমি মনে করি না এটি কাজ করবে'," কৃষিবিদ্যা এবং উদ্যানবিদ্যার সহযোগী অধ্যাপক মেং এবং লিয়াংকে বলেছিলেন, তখন নেব্রাস্কা-লিংকন বিশ্ববিদ্যালয়ের স্নাবলের ল্যাবে পোস্টডক্টরাল গবেষকরা।
তিনি ভুল ছিলেন এবং, আড়ালে, কখনই সুখী ছিলেন না। তবুও সেই সময়ে, শ্যানেবলের ভ্রু তোলার ন্যায্য কারণ ছিল। দু'জনের ধারণা - যে ঠান্ডা-সংবেদনশীল ফসলের ডিএনএ সিকোয়েন্স যা কঠিন হিমের কাছে আত্মসমর্পণ করে তা ভবিষ্যদ্বাণী করতে সাহায্য করতে পারে যে কীভাবে বন্য, শক্ত গাছপালা হিমায়িত অবস্থা সহ্য করে - সাহসী বলে মনে হয়েছিল। অন্তত বলতে. তবুও, এটি একটি কম ঝুঁকিপূর্ণ, উচ্চ-পুরস্কার প্রস্তাব ছিল। কারণ মেং এবং লিয়াং যদি এটিকে কাজে লাগাতে পারে, তবে এটি ঠান্ডা-সংবেদনশীল ফসলগুলিকে তাদের ঠান্ডা-প্রতিরোধী অংশগুলির মতো সামান্য বা এমনকি আরও অনেক বেশি করার জন্য দ্রুত-ট্র্যাক প্রচেষ্টা করতে পারে।
বিশ্বের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ফসলগুলির মধ্যে কয়েকটি গ্রীষ্মমন্ডলীয় অঞ্চলে গৃহপালিত ছিল - দক্ষিণ মেক্সিকোতে ভুট্টা, পূর্ব আফ্রিকার জোরা - যা ঠান্ডা বা হিমাঙ্কের বিরুদ্ধে প্রতিরক্ষা বিকশিত করার জন্য তাদের উপর কোন নির্বাচনী চাপ দেয় না। যখন এই ফসলগুলি কঠোর জলবায়ুতে জন্মায়, তখন ঠান্ডার প্রতি তাদের সংবেদনশীলতা কতটা তাড়াতাড়ি রোপণ করা যায় এবং কত দেরিতে ফসল তোলা যায় তা সীমাবদ্ধ করে। সংক্ষিপ্ত ক্রমবর্ধমান ঋতু সালোকসংশ্লেষণের জন্য কম সময়ের সমান, যার ফলে 10 সাল নাগাদ বিশ্ব জনসংখ্যার 2050 বিলিয়ন লোকের কাছে পৌঁছানোর আশা করা যায় এমন একটি বিশ্ব জনসংখ্যার জন্য কম ফলন এবং কম খাদ্য।
ঠান্ডা জলবায়ু
উদ্ভিদের প্রজাতি যেগুলি ইতিমধ্যে ঠান্ডা জলবায়ুতে বৃদ্ধি পায়, ইতিমধ্যে, ঠান্ডা সহ্য করার জন্য কৌশলগুলি উদ্ভাবিত হয়েছে। তারা নিম্ন তাপমাত্রায় তরলতা বজায় রাখার জন্য তাদের সেলুলার ঝিল্লি পুনরায় কনফিগার করতে পারে, ঝিল্লিগুলিকে জমাট বাঁধা এবং ফ্র্যাকচার থেকে আটকাতে পারে। তারা সেই ঝিল্লির মধ্যে এবং আশেপাশের তরলগুলিতে শর্করার ড্যাশ যোগ করতে পারে, তাদের হিমাঙ্ককে অনেকটাই কমিয়ে দেয় যেভাবে লবণ একটি ফুটপাথকে করে। এমনকি তারা এমন প্রোটিনও তৈরি করতে পারে যা এই স্ফটিকগুলি কোষ-বাস্টিং ভরে বেড়ে ওঠার আগে ক্ষুদ্র বরফের স্ফটিকগুলিকে দগ্ধ করে।
এই সমস্ত প্রতিরক্ষা জিনগত স্তরে উদ্ভূত হয়, যদিও শুধুমাত্র ডিএনএ-র ক্রমানুসারে নয়। যখন গাছপালা হিমায়িত হতে শুরু করে, তারা মূলত কিছু জিনকে বন্ধ বা চালু করে প্রতিক্রিয়া জানাতে পারে - তাদের জেনেটিক নির্দেশনা ম্যানুয়ালগুলিকে প্রতিলিপি করা এবং চালানোর অনুমতি দেয়। হিমাঙ্কের তাপমাত্রার মুখে কোন জিনগুলি ঠান্ডা-সহনশীল উদ্ভিদগুলি বন্ধ এবং চালু হয় তা জেনে, গবেষকদের তাদের দুর্গের ভিত্তিগুলি উপলব্ধি করতে এবং শেষ পর্যন্ত, ঠান্ডা-সংবেদনশীল ফসলে অনুরূপ প্রতিরক্ষা প্রকৌশলী করতে সহায়তা করতে পারে।
কিন্তু শ্নেবলও জানতেন, যেমন মেং এবং লিয়াং করেছিলেন, এমনকি একটি অভিন্ন জিনও প্রায়শই উদ্ভিদ প্রজাতির মধ্যে ঠান্ডার জন্য ভিন্নভাবে প্রতিক্রিয়া জানায়, এমনকি ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। যার অর্থ, হতাশাজনকভাবে, একটি প্রজাতির মধ্যে একটি জিন কীভাবে ঠান্ডায় প্রতিক্রিয়া দেখায় তা বোঝার প্রবণতা উদ্ভিদ বিজ্ঞানীদের কাছে অন্যটির জিনের আচরণ সম্পর্কে চূড়ান্ত কিছুই বলে না। সেই অপ্রত্যাশিততা, ফলস্বরূপ, জিনগুলিকে কী নিষ্ক্রিয় বা সক্রিয় করবে তা নির্দেশ করার নিয়মগুলি শেখার প্রচেষ্টাকে বাধাগ্রস্ত করেছে।
"জিন কেন বন্ধ এবং চালু হয় তা বুঝতে আমরা এখনও সত্যিই, সত্যিই খারাপ," Schnable বলেন।
কর্ন গাছপালা
একটি নিয়ম বইয়ের অভাব থাকায়, গবেষকরা মেশিন লার্নিং-এর দিকে ঝুঁকেছেন, কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার একটি রূপ যা মূলত নিজস্ব লিখতে পারে। তারা বিশেষভাবে একটি তত্ত্বাবধানে শ্রেণীবিভাগের মডেল তৈরি করেছে - এই ধরণের যা বিড়াল এবং না-বিড়ালের পর্যাপ্ত লেবেলযুক্ত চিত্রের সাথে উপস্থাপন করা হলে শেষ পর্যন্ত পূর্ববর্তীটিকে পরবর্তী থেকে আলাদা করতে শিখতে পারে। দলটি প্রাথমিকভাবে ভুট্টা থেকে সিকোয়েন্সড জিনের একটি বিশাল স্তূপের সাথে তার নিজস্ব মডেল উপস্থাপন করেছিল, সেই সাথে সেই জিনগুলির গড় কার্যকলাপের স্তরের সাথে যখন উদ্ভিদটি হিমায়িত তাপমাত্রার শিকার হয়েছিল। মডেলটিকে প্রতিটি ভুট্টার জিনের জন্য "আমরা ভাবতে পারি এমন প্রতিটি বৈশিষ্ট্য" খাওয়ানো হয়েছিল, শ্নেবল বলেছেন, এর দৈর্ঘ্য, এর স্থায়িত্ব এবং অন্যান্য ভুট্টা গাছে পাওয়া এর সাথে এর অন্যান্য সংস্করণগুলির মধ্যে যে কোনও পার্থক্য সহ।
পরবর্তীতে, গবেষকরা তাদের মডেলটি পরীক্ষা করে দেখেন এটি থেকে শুধুমাত্র এক টুকরো তথ্য গোপন করে সেই জিনগুলির একটি উপসেটে: তারা হিমাঙ্কের তাপমাত্রার সূচনায় সাড়া দিয়েছিল কিনা বা তারা তা করেনি। জিনের বৈশিষ্ট্যগুলি বিশ্লেষণ করে যা বলা হয়েছিল যেগুলি প্রতিক্রিয়াশীল বা অ-প্রতিক্রিয়াশীল ছিল, মডেলটি বুঝতে পেরেছিল যে এই বৈশিষ্ট্যগুলির কোন সংমিশ্রণগুলি প্রতিটির জন্য প্রাসঙ্গিক ছিল - এবং তারপর সফলভাবে অবশিষ্ট, রহস্য-বক্স জিনগুলির বেশিরভাগকে তাদের সঠিক বিভাগে স্লট করেছে৷
এটি একটি প্রতিশ্রুতিশীল শুরু, কোন সন্দেহ নেই. কিন্তু আসল পরীক্ষাটি ছিল: মডেলটি কি একটি প্রজাতিতে প্রাপ্ত প্রশিক্ষণ গ্রহণ করে অন্য প্রজাতিতে প্রয়োগ করতে পারে?
উত্তর একটি নির্দিষ্ট হ্যাঁ ছিল. ছয়টি প্রজাতির মধ্যে মাত্র একটির ডিএনএ ডেটা নিয়ে প্রশিক্ষিত হওয়ার পর - ভুট্টা, জোরা, মুক্তা বাজরা, প্রসো মিলেট, ফক্সটেল বাজরা বা সুইচগ্রাস - মডেলটি সাধারণত ভবিষ্যদ্বাণী করতে সক্ষম হয়েছিল যে অন্য পাঁচটির মধ্যে কোন জিন হিমায়িত হওয়ার প্রতিক্রিয়া জানাবে। শ্নেবলের আশ্চর্যের জন্য, মডেলটি ঠাণ্ডা-সংবেদনশীল প্রজাতির উপর প্রশিক্ষিত হওয়ার পরেও - ভুট্টা, ঝাল, মুক্তা বা প্রসো মিলেট - কিন্তু ঠান্ডা-সহনশীল ফক্সটেইল বাজরা বা সুইচগ্রাসে জিনের প্রতিক্রিয়ার পূর্বাভাস দেওয়ার দায়িত্ব দেওয়া হয়েছিল।
মডেল
"আমরা যে মডেলগুলিকে প্রশিক্ষিত করেছি সেগুলি প্রজাতি জুড়ে প্রায় একইভাবে কাজ করেছিল যেন আপনার কাছে আসলে একটি প্রজাতির ডেটা ছিল এবং সেই একই প্রজাতিতে ভবিষ্যদ্বাণী করতে অভ্যন্তরীণ ডেটা ব্যবহার করেছেন," তিনি বলেছিলেন, কয়েক মাস পরে তার কণ্ঠে বিস্ময়ের ইঙ্গিত রয়েছে৷ "আমি সত্যিই এটি ভবিষ্যদ্বাণী করতাম না।"
"এই ধারণা যে আমরা এই সমস্ত তথ্য একটি কম্পিউটারে খাওয়াতে পারি, এবং এটি কাজ করে এমন ভবিষ্যদ্বাণী করার জন্য অন্তত কিছু নিয়ম বের করতে পারে, এটি এখনও আমার কাছে আশ্চর্যজনক।"
বিকল্প বিবেচনা করার সময় এই ভবিষ্যদ্বাণীগুলি বিশেষভাবে কার্যকর প্রমাণিত হতে পারে। মোটামুটি এক দশক ধরে, উদ্ভিদ জীববিজ্ঞানীরা প্রকৃতপক্ষে আরএনএ অণুর সংখ্যা পরিমাপ করতে সক্ষম হয়েছেন - যেগুলি ডিএনএ নির্দেশাবলী প্রতিলিপি এবং পরিবহনের জন্য দায়ী - একটি জীবন্ত উদ্ভিদের প্রতিটি জিন দ্বারা উত্পাদিত। কিন্তু জিনের অভিব্যক্তি কীভাবে জীবিত নমুনাগুলিতে এবং একাধিক প্রজাতিতে ঠান্ডার প্রতিক্রিয়া দেখায় তা তুলনা করা একটি শ্রমসাধ্য উদ্যোগ, শ্নেবল বলেছেন। এটি বন্য উদ্ভিদের ক্ষেত্রে বিশেষভাবে সত্য, যার বীজ এমনকি অর্জন করা কঠিন হতে পারে। এই বীজগুলি প্রত্যাশিত সময়ে অঙ্কুরোদগম নাও হতে পারে, যদি তা হয়, এবং বাড়তে কয়েক বছর সময় লাগতে পারে। এমনকি যদি তারা তা করেও, প্রতিটি ফলস্বরূপ উদ্ভিদ একটি অভিন্ন, নিয়ন্ত্রিত পরিবেশে চাষ করতে হবে এবং একই বিকাশের পর্যায়ে অধ্যয়ন করতে হবে।
আরও প্রজাতি
এই সবগুলিই পর্যাপ্ত বন্য প্রজাতি থেকে পর্যাপ্ত বন্য নমুনা বৃদ্ধির জন্য একটি বিশাল চ্যালেঞ্জ তৈরি করে, প্রতিলিপি তৈরি করা এবং পরিসংখ্যানগতভাবে তাদের জিনের প্রতিক্রিয়া মূল্যায়ন করা।
"যদি আমরা সত্যিই জানতে চাই যে কোন জিনগুলি গুরুত্বপূর্ণ - যেটি আসলে উদ্ভিদটি কীভাবে ঠান্ডার সাথে খাপ খায় তাতে একটি ভূমিকা পালন করে - আমাদের দুটিরও বেশি প্রজাতির দিকে তাকাতে হবে," Schnable বলেছেন। "আমরা প্রজাতির একটি দল দেখতে চাই যেগুলি ঠান্ডা সহনশীল এবং একটি সংবেদনশীল গোষ্ঠীর দিকে তাকাতে চাই এবং নিদর্শনগুলি দেখতে চাই: "এই একই জিন সর্বদা একটিতে সাড়া দেয় এবং সর্বদা অন্যটিতে সাড়া দেয় না।"
"এটি সত্যিই একটি বড় এবং ব্যয়বহুল পরীক্ষা হতে শুরু করে। এটা সত্যিই চমৎকার হবে যদি আমরা 20টি প্রজাতি গ্রহণ করার পরিবর্তে তাদের সবগুলোকে একই পর্যায়ে আনার চেষ্টা না করে শুধুমাত্র সেই প্রজাতির ডিএনএ সিকোয়েন্স থেকে ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারি, তাদের সবগুলোকে একই মানসিক চাপের চিকিৎসার মাধ্যমে রাখতে পারি এবং প্রতিটি প্রজাতির প্রতিটি জিনের জন্য উত্পাদিত আরএনএর পরিমাণ পরিমাপ করুন।"
সৌভাগ্যবশত মডেলটির জন্য, গবেষকরা ইতিমধ্যে 300 টিরও বেশি উদ্ভিদ প্রজাতির জিনোমগুলিকে ক্রমানুসারে তৈরি করেছেন৷ একটি চলমান আন্তর্জাতিক প্রচেষ্টা আগামী কয়েক বছরের মধ্যে এই সংখ্যাটিকে 10,000-এ ঠেলে দিতে পারে।
যদিও মডেলটি ইতিমধ্যেই তার শালীন প্রত্যাশাকে ছাড়িয়ে গেছে, শ্নেবল বলেছেন যে পরবর্তী পদক্ষেপটি তবুও "নিজেদের এবং অন্যান্য লোকেদের উভয়কে বোঝানো" যে এটি এখনও পর্যন্ত কাজ করে তেমনই কাজ করে। আজ অবধি প্রতিটি পরীক্ষার ক্ষেত্রে, গবেষকরা মডেলটিকে তাদের বলতে বলেছেন যে তারা ইতিমধ্যে কী জানেন। তিনি বলেন, চূড়ান্ত পরীক্ষা তখন আসবে যখন মানুষ এবং মেশিন উভয়ই স্ক্র্যাচ থেকে শুরু করবে।
"পরবর্তী বড় পরীক্ষা আমি মনে করি আমাদের করতে হবে এমন একটি প্রজাতির উপর ভবিষ্যদ্বাণী করা যেখানে আমাদের কাছে কোন ডেটা নেই," তিনি বলেছিলেন। "লোকে বোঝানোর জন্য যে এটি সত্যিই এমন ক্ষেত্রে কাজ করে যেখানে এমনকি আমরা উত্তরগুলি জানি না।"
দলটি ন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেসের প্রসিডিংস জার্নালে তার ফলাফলগুলি জানিয়েছে। মেং, লিয়াং এবং শ্নেবল নেব্রাস্কার রেবেকা রোস্টন, ইয়াং ঝাং, সামিরা মাহবুব এবং স্নাতক ছাত্র ড্যানিয়েল এনগু এবং শানডং এগ্রিকালচারাল ইউনিভার্সিটির ভিজিটিং পণ্ডিত জিউরু দাই-এর সাথে গবেষণাটি রচনা করেছেন।
আরও তথ্যের জন্য:
নেব্রাস্কা লিংকন বিশ্ববিদ্যালয়
www.unl.edu