वैज्ञानिकों ने कॉमन कार्प में नर विकास निर्धारित करने वाले जीन के रूप में पंगु की पहचान की

एक छोटा-सा जीन विकास की बड़ी दिशा तय करता है

Science Advances में प्रकाशित शोध के अनुसार, महज 76 अमीनो अम्ल लंबे पेप्टाइड को कूटबद्ध करने वाला एक जीन यह तय कर सकता है कि कॉमन कार्प में वृषण विकसित होंगे या अंडाशय। पंगु नाम का यह जीन Y गुणसूत्र पर DNA के 1,487 बेस पेयर लंबे खंड में मौजूद है। इसे निष्क्रिय करने पर आनुवंशिक रूप से नर कार्प में अंडाशय विकसित हुए; आनुवंशिक रूप से मादा कार्प में इसे डालने पर उनके वृषण विकसित हुए।

यह खोज मीठे पानी की मछलियों के एक बड़े और व्यापक रूप से पाए जाने वाले कुल Cyprinidae में प्रयोगों से सत्यापित पहला प्रमुख लिंग-निर्धारण जीन स्थापित करती है। सबसे मजबूत साक्ष्य येलो रिवर कॉमन कार्प पर किए गए प्रयोगों से मिले हैं, जबकि रेड कार्प और कोई में अतिरिक्त कार्यात्मक परीक्षण किए गए। इससे यह साबित नहीं होता कि इस कुल की हर प्रजाति इसी जीन का इस्तेमाल करती है।

शंघाई ओशन यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर हू वेई ने चीनी विज्ञान अकादमी के इंस्टीट्यूट ऑफ हाइड्रोबायोलॉजी और अन्य संस्थानों के साथ मिलकर इस शोध का नेतृत्व किया। यह काम एक दशक से अधिक समय तक चली जांच के बाद पूरा हुआ। शोधकर्ताओं ने इस जीन का नाम चीनी पौराणिक कथाओं के आदिम सृष्टिकर्ता पंगु के नाम पर रखा, जिसने आकाश और पृथ्वी को अलग किया था। यह नाम नर विकास शुरू करने में जीन की भूमिका को दर्शाता है।

Science Advances में प्रकाशित अध्ययन का शीर्षक A helix-loop-helix gene orchestrates male fate in common carp है। यह जर्नल के खंड 12, अंक 41 में प्रकाशित हुआ है। जर्नल के मेटाडेटा में प्रकाशन की तारीख 9 अक्टूबर, 2026 दी गई है, जबकि घोषणाओं में बीजिंग समय के अनुसार 10 अक्टूबर को प्रकाशन बताया गया है। समय क्षेत्रों के अंतर से ये तारीखें मेल खाती हैं।

इस स्विच को खोजना मुश्किल क्यों था

कॉमन कार्प में आनुवंशिक लिंग निर्धारण की XX/XY प्रणाली होती है। मादाओं में आमतौर पर दो X गुणसूत्र और नर में एक X तथा एक Y गुणसूत्र होता है। हालांकि, इस व्यवस्था की जानकारी से उस जीन की पहचान नहीं हुई जो विकसित हो रहे प्रजनन अंग को अंडाशय के बजाय वृषण बनने की दिशा देता है।

इस अध्ययन से पहले प्रकाशित कॉमन कार्प जीनोम, जिनका उल्लेख शोधपत्र में है, XX मादाओं के थे। ऐसे में शोधकर्ताओं के पास Y गुणसूत्र का अनुक्रम शामिल करने वाला नर संदर्भ जीनोम नहीं था, जिसकी उन्हें जांच के लिए जरूरत थी। बार-बार दोहराए जाने वाले DNA अनुक्रमों और प्रजाति के दोहरीकृत जीनोम ने खोज को और मुश्किल बना दिया।

कॉमन कार्प एलोटेट्राप्लॉइड हैं: उनके जीनोम में दो पूर्वज गुणसूत्र सेट, जिन्हें A और B नाम दिया गया है, संकरण के जरिए एक साथ आए हैं। शोधपत्र के अनुसार, इन पूर्वज वंशों का अलगाव लगभग 23 लाख वर्ष पहले हुआ और उनका विलय करीब 12.4 लाख वर्ष पहले हुआ। जीनों और DNA क्षेत्रों की मिलती-जुलती प्रतियां, सिर्फ नर से जुड़े अनुक्रम की पहचान को पेचीदा बना सकती हैं।

यह कमी खास तौर पर इसलिए उल्लेखनीय थी क्योंकि मछलियों के अन्य समूहों में लिंग निर्धारण जीन पहले से ज्ञात थे। अध्ययन की भूमिका में लगभग 20 कुलों की करीब 140 टेलिओस्ट प्रजातियों में कम से कम 28 अलग-अलग जीनों की सूची दी गई है। पंगु साइप्रिनिड मछलियों के बारे में इस तस्वीर में एक खाली जगह भरता है, यह मछलियों के लिए कोई सार्वभौमिक नियम स्थापित नहीं करता।

101 मछलियों से Y गुणसूत्र पर छोटे सम्मिलन तक

टीम ने सबसे पहले नर येलो रिवर कार्प का जीनोम तैयार किया, जिसमें 50 गुणसूत्र अनुक्रमों में 1.67 अरब DNA बेस शामिल थे। इसके बाद उन्होंने 50 नर और 50 मादा भाई-बहनों के साथ उनकी मादा जनक का पुनः अनुक्रमण किया, जिससे तुलना के लिए कुल 101 मछलियां मिलीं।

नरों और मादाओं में DNA खंडों की मौजूदगी की तुलना करके शोधकर्ताओं ने शुरुआत में 428 ऐसे संभावित खंड पहचाने जो सिर्फ नरों में थे। उन्होंने आगे सत्यापन के लिए दो मजबूत उम्मीदवार चुने। पुष्टि किए गए एक खंड की लंबाई 847 बेस पेयर थी। पता चला कि यह गुणसूत्र B25 के अंतिम हिस्से के पास एक बड़े सम्मिलन के भीतर स्थित है।

क्लोनिंग और अनुक्रमण से पुष्टि हुई कि इस बड़े क्षेत्र में 1,487 बेस पेयर ऐसे थे जो सिर्फ नरों में मौजूद थे। DNA कवरेज के एक स्वतंत्र विश्लेषण ने भी इसी गुणसूत्र क्षेत्र की ओर संकेत किया। भौगोलिक रूप से विविध कॉमन कार्प आबादियों में किए गए परीक्षणों ने इस अनुक्रम के नर होने से संबंध का समर्थन किया।

गुणसूत्रों की इमेजिंग से एक और पुष्टि मिली। इस अनुक्रम को लक्षित करने वाली जांच में XY और YY नरों में संकेत मिले, लेकिन XX मादाओं में नहीं। YY मछलियों में XY मछलियों की तुलना में दोगुने संकेत दिखे, जो इस अनुक्रम के Y गुणसूत्र पर मौजूद होने के अनुरूप था। इन परीक्षणों से उम्मीदवार अनुक्रम का स्थान स्थापित हुआ, लेकिन उसका काम जानने के लिए कार्यात्मक प्रयोग जरूरी थे।

वृषण बनने से पहले सक्रिय होता है पंगु

Y गुणसूत्र के सम्मिलन में टीम ने एक ऐसा जीन पहचाना जिसका 447 बेस लंबा ट्रांसक्रिप्ट बनता है और जिसकी कोडिंग अनुक्रम लंबाई 231 बेस है। यह अनुक्रम 76 अमीनो अम्ल वाले पंगु पेप्टाइड को कूटबद्ध करता है। एक प्रमुख प्रोटीन डेटाबेस में खोज करने पर पहले से एनोटेट जीनों से कोई उल्लेखनीय समानता नहीं मिली।

पंगु में हेलिक्स-लूप-हेलिक्स डोमेन होता है। यह एक संरचनात्मक विशेषता है जो प्रोटीनों को जीन गतिविधि के नियमन में शामिल अन्य प्रोटीनों के साथ संपर्क करने में मदद कर सकती है। विश्लेषण में उस पास के बेसिक क्षेत्र के मजबूत साक्ष्य नहीं मिले, जो इस वर्ग के कुछ प्रोटीनों में सीधे DNA से जुड़ने के लिए आम तौर पर पाया जाता है। पंगु अपने आगे के लक्षित जीनों को कैसे नियंत्रित कर सकता है, यह समझने में यह अंतर अहम है।

जीन की सक्रियता का समय भी लिंग विकास को दिशा देने में उसकी भूमिका के अनुरूप था। निषेचन के 19 दिन बाद से इसके ट्रांसक्रिप्ट का पता चला, जबकि दिखाई देने वाला लिंग विभेदन 35 दिन बाद शुरू होने की सूचना है। इसकी अभिव्यक्ति 64वें दिन चरम पर पहुंची और 92वें दिन के बाद घट गई।

एकल कोशिकाओं के विश्लेषण में सबसे अधिक अभिव्यक्ति उन कोशिकाओं के एक समूह में मिली जिन्हें संभावित सर्टोली कोशिकाएं माना गया। ये वृषण विकास से जुड़ी सहायक कोशिकाएं हैं, न कि वे जनन कोशिकाएं जिनसे आगे चलकर शुक्राणु बनते हैं। ऊतक इमेजिंग में भी सर्टोली कोशिकाओं से जुड़ी अभिव्यक्ति के संकेत मिले। अन्य ज्ञात नियामकों की अभिव्यक्ति बाद में चरम पर पहुंची, जो इस बात के अनुरूप है कि पंगु विकास क्रम की शुरुआत के करीब काम करता है।

जीन हटाने और जोड़ने से विकास की दिशा बदली

निर्णायक प्रयोगों में प्रस्तावित स्विच की दोनों दिशाओं की जांच की गई। CRISPR संपादन से शोधकर्ताओं ने XY कार्प में पंगु को बाधित किया। निषेचन के 35 दिन बाद से विकसित हो रहे जननग्रंथियों में अंडाशय की गुहा बनने लगी और उनका विकास अंडाशय के अनुरूप हुआ। अंततः ऐसे अंडाशय बने जिनमें अंडों के विकास के संकेत थे।

ये बदलाव सिर्फ ऊतक के रूप तक सीमित नहीं थे। मादा विभेदन जीन foxl2 अधिक सक्रिय हुआ, जबकि नर विभेदन जीन amh और dmrt1 कम सक्रिय हुए। प्रोटीन माप में भी यही रुझान दिखा। टेस्टोस्टेरोन और 11-कीटोटेस्टोस्टेरोन का स्तर घटा, जबकि एस्ट्राडियोल बढ़ा और हार्मोन प्रोफाइल मादाओं जैसी हो गई।

YY कार्प पर किए गए एक अलग प्रयोग में पंगु की एक कार्यशील प्रति को बरकरार रखा गया। इन मछलियों में नर जननग्रंथियों का सामान्य विकास जारी रहा। इससे इस निष्कर्ष को समर्थन मिला कि परीक्षण की गई परिस्थितियों में एक बची हुई कार्यशील प्रति नर विकास मार्ग को बनाए रख सकती है।

विपरीत दिशा वाले प्रयोग में टीम ने पंगु और उसके आसपास के अनुक्रम वाला DNA निर्माण XX मछलियों में डाला। आनुवंशिक रूप से मादा इन कार्प में वृषण विकसित हुए। उनमें शुक्राणु बनने के संकेत और जीन, प्रोटीन तथा हार्मोन अभिव्यक्ति के नर पैटर्न भी दिखे। कार्यशील प्रति से वंचित XY म्यूटेंट में भी पंगु डालने से वृषण विकास बहाल हुआ।

कुल मिलाकर, ये प्रयोग दिखाते हैं कि परीक्षण किए गए कॉमन कार्प में नर लिंग निर्धारण के लिए पंगु आवश्यक और पर्याप्त है: इसकी कार्यक्षमता हटाने से विकास अंडाशय की दिशा में मुड़ता है, जबकि इसे जोड़ने से विकास वृषण की ओर मोड़ा जा सकता है। गुणसूत्र स्वयं XX से XY या इसके उलट नहीं बदलते; विकास का परिणाम बदलता है।

अंडाशय विकास का मार्ग रोकने से असर समझने में मदद

अध्ययन में cyp19a1a को पंगु का शुरुआती डाउनस्ट्रीम लक्ष्य बताया गया है। यह जीन ओवेरियन एरोमाटेज नामक एंजाइम को कूटबद्ध करता है, जो एस्ट्रोजन बनाने में शामिल होता है। इसकी गतिविधि अंडाशय के विभेदन में मदद करती है, इसलिए यह एक संभावित मार्ग है जिसके जरिए शुरुआती नर-निर्धारण संकेत विकास की दिशा बदल सकता है।

निषेचन के 19 दिन बाद ही cyp19a1a की गतिविधि में अंतर दिखने लगा था। पंगु बाधित किए गए XY मछलियों में इसकी अभिव्यक्ति बढ़ी और जीन डालने वाली XX मछलियों में घटी। लिंग विभेदन से जुड़े कई अन्य जीनों में इतनी जल्दी तुलनीय बदलाव नहीं दिखे।

मानव प्रयोगशाला कोशिकाओं और कोई के पंखों से निकाली गई कोशिका लाइन में किए गए प्रयोगों में पंगु ने cyp19a1a की दोनों प्रतियों के नियामक क्षेत्रों की गतिविधि घटाई। हेलिक्स-लूप-हेलिक्स डोमेन के बिना पंगु म्यूटेंट यह क्षमता खो बैठा। इससे पेप्टाइड की संरचना और उसके नियामक प्रभाव के बीच संबंध का संकेत मिला।

सबसे मजबूत परीक्षण खुद मछलियों में हुआ। पंगु म्यूटेंट XY मछलियों में cyp19a1a को बाधित करने से वृषण विकास बहाल हुआ, हालांकि प्रस्तावित नर स्विच अनुपस्थित था। यह आनुवंशिक बचाव cyp19a1a को पंगु के डाउनस्ट्रीम में रखता है: अंडाशय विकास का मार्ग रोकने से अपस्ट्रीम संकेत की कमी को दरकिनार किया जा सकता है। साक्ष्य एक ऐसे तंत्र का समर्थन करते हैं जिसमें पंगु, कम से कम आंशिक रूप से cyp19a1a को दबाकर नर विकास को बढ़ावा देता है। हालांकि, इसमें शामिल हर आणविक चरण अभी स्थापित नहीं हुआ है।

येलो रिवर कार्प से आगे यह खोज कितनी लागू होती है?

शोधकर्ताओं को कॉमन कार्प की दोनों प्रमुख उपप्रजातियों के प्रतिनिधियों में नरों के भीतर पंगु मिला। इनमें पूर्वी एशियाई समूह के येलो रिवर कार्प, रेड कार्प और कोई तथा यूरोपीय समूह के जर्मन मिरर कार्प शामिल थे। उन्होंने इसी वंश की एक अन्य प्रजाति Cyprinus acutidorsalis में भी नरों के लिए विशिष्ट अनुक्रम पहचाना।

रेड कार्प और कोई पर आगे कार्यात्मक परीक्षण किए गए। पंगु हटाने और जोड़ने से विपरीत दिशाओं में लिंग परिवर्तन हुआ, जो येलो रिवर कार्प के नतीजों से मेल खाता है। इन प्रयोगों से साझा कार्य के अधिक मजबूत साक्ष्य मिलते हैं, बजाय केवल DNA अनुक्रम का पता चलने के।

यह फर्क बताता है कि नतीजों को कितने व्यापक रूप में समझा जाना चाहिए। शोधपत्र साइप्रिनस वंश में एक संरक्षित नर स्विच का वर्णन करता है, जबकि लिंग परिवर्तन के विस्तृत और दोनों दिशाओं वाले प्रयोग येलो रिवर कार्प, रेड कार्प और कोई में किए गए। जर्मन मिरर कार्प और Cyprinus acutidorsalis में इसकी मौजूदगी आनुवंशिक साक्ष्य का दायरा बढ़ाती है, लेकिन वहां समान कार्यात्मक परीक्षण नहीं हुए।

इसी तरह, Cyprinidae कुल में सत्यापित पहला प्रमुख लिंग-निर्धारण जीन होने का मतलब यह नहीं कि पंगु पूरे कुल में लिंग निर्धारित करता है। यह खोज इस जांच की शुरुआत तय करती है कि कौन-सी संबंधित मछलियां इस स्विच को साझा करती हैं और कौन-सी अलग तंत्र इस्तेमाल करती हैं।

2009 का मार्कर पहले का संकेत था, प्रमुख जीन का प्रमाण नहीं

Molecular and Cellular Probes में प्रकाशित 2009 के एक मार्कर अध्ययन में कॉमन कार्प के नरों के लिए विशिष्ट DNA खंड की पहचान पहले ही की जा चुकी थी। शोधकर्ताओं ने 220 रैंडम प्राइमरों की जांच की और पाया कि प्राइमर S2107 से नरों में 909 बेस पेयर लंबा एक खंड बना।

यह पैटर्न कॉमन कार्प के तीन स्टॉक की 30 मछलियों में देखा गया। आगे किए गए प्रवर्धन और हाइब्रिडाइजेशन परीक्षणों ने नरों से इसके संबंध को समर्थन दिया। इस खंड में ज़ेब्राफिश के एक दोहराए जाने वाले अनुक्रम से कम समानता मिली और ग्रास कार्प में हाइब्रिडाइजेशन संकेत नहीं मिले।

उस अध्ययन में इस अनुक्रम को येलो रिवर कार्प का आनुवंशिक लिंग पहचानने के एक साधन के रूप में प्रस्तावित किया गया था। हालांकि, कोई मार्कर लिंग गुणसूत्र के साथ मौजूद हो सकता है, पर जरूरी नहीं कि वह नर विकास का कारण भी बने। नया अध्ययन इससे आगे जाकर अभिव्यक्त होने वाले जीन की पहचान करता है और दिखाता है कि उसकी कार्यक्षमता हटाने या जोड़ने से जननग्रंथियों का विकास बदलता है। यहां बताए गए साक्ष्य यह स्थापित नहीं करते कि 909 बेस पेयर वाला मार्कर और नया परिभाषित 1,487 बेस पेयर क्षेत्र एक ही अनुक्रम हैं।

शोध के पड़ाव कई वर्षों के अंतर पर हैं, जबकि प्रकाशन की तारीखें अलग-अलग समय क्षेत्रों में एक ही प्रकाशन को दर्शाती हैं:

• अक्टूबर 2009: पहले अध्ययन में नर कॉमन कार्प से जुड़ा 909 बेस पेयर का DNA मार्कर बताया गया।
• 9 अक्टूबर, 2026: Science Advances में खंड 12, अंक 41 में पंगु अध्ययन के प्रकाशन की तारीख दी गई है।
• 10 अक्टूबर, 2026, बीजिंग समय: घोषणाओं में नई खोज के प्रकाशन की तारीख यही बताई गई है।
• 11 अक्टूबर, 2026: एक सार्वजनिक विवरण में इस खोज और एक दशक से अधिक चली जांच का उल्लेख किया गया।

क्या अब भी अनसुलझा है

पंगु की विकास में भूमिका के साक्ष्य, उसकी सटीक आणविक क्रिया की मौजूदा व्याख्या से अधिक मजबूत हैं। अध्ययन cyp19a1a की गतिविधि के दमन और दोनों जीनों को जोड़ने वाले आनुवंशिक बचाव को दिखाता है। हालांकि, यह अभी स्थापित नहीं करता कि पंगु सीधे संबंधित नियामक DNA से जुड़ता है या अन्य प्रोटीनों के जरिए काम करता है।

लेखक पंगु की अभिव्यक्ति करने वाली कोशिकाओं को लेकर एक सवाल भी उठाते हैं। इसकी कम और सीमित अभिव्यक्ति विकासशील सर्टोली कोशिका वंश की किसी दुर्लभ या अस्थायी कोशिका आबादी में सक्रियता का संकेत हो सकती है। यह पता लगाने से कि ये कोशिकाएं शुरुआती पूर्वज अवस्था की हैं या नहीं, यह समझने में मदद मिलेगी कि आरंभ करने वाला छोटा-सा संकेत वृषण निर्माण तक कैसे पहुंचता है।

शंघाई ओशन यूनिवर्सिटी के पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता चेन कुआंगशिन और इंस्टीट्यूट ऑफ हाइड्रोबायोलॉजी के एसोसिएट रिसर्चर चेन जी संयुक्त रूप से पहले लेखक हैं। संबंधित लेखक हू वेई, झू ज़ुओयान, झेजियांग वानली यूनिवर्सिटी के गे चुटियन और ओटावा यूनिवर्सिटी के वेंस एल. ट्रूडो हैं। चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद हे शुनपिंग और अन्य विशेषज्ञों ने मार्गदर्शन और सहायता दी।

अगले प्रयोगों की कोई समय-सारिणी नहीं दी गई है। मुख्य नतीजे को गुणसूत्र पर स्थान निर्धारण, शुरुआती अभिव्यक्ति और दोनों दिशाओं में किए गए कार्यात्मक परीक्षणों का समर्थन हासिल है। बाकी काम यह जानने पर केंद्रित है कि पंगु यह भूमिका कैसे निभाता है और परीक्षण किए गए कार्प समूहों से आगे यह तंत्र कितनी व्यापकता से साझा होता है।

मुख्य बिंदु

• पंगु Cyprinidae में पहचाना गया प्रयोगों से सत्यापित पहला प्रमुख लिंग-निर्धारण जीन है।
• यह कॉमन कार्प के Y गुणसूत्र पर मौजूद 1,487 बेस पेयर क्षेत्र में 76 अमीनो अम्ल वाले पेप्टाइड को कूटबद्ध करता है।
• पंगु बाधित करने से XY कार्प में अंडाशय विकसित हुए; XX कार्प में इसे डालने से वृषण विकसित हुए।
• अंडाशय मार्ग के जीन cyp19a1a को बाधित करने से पंगु म्यूटेंट में वृषण विकास बहाल हुआ।
• रेड कार्प और कोई में कार्यात्मक परीक्षण साझा भूमिका का समर्थन करते हैं, लेकिन ये नतीजे पूरे कुल में किसी सार्वभौमिक तंत्र को स्थापित नहीं करते।
• पंगु किस आणविक प्रक्रिया से cyp19a1a को दबाता है, यह अभी अनसुलझा है।