Sezonālais nokrišņu sadalījums Guidžou provincē ir nevienmērīgs, vairāk nokrišņu ir pavasarī un vasarā, bet rapša stādi ir jutīgi pret sausuma stresu rudenī un ziemā, kas nopietni ietekmē ražu. Sinepes ir īpaša eļļas augu kultūra, ko galvenokārt audzē Guidžou provincē. Tam ir spēcīga sausuma tolerance, un to var audzēt kalnu apgabalos. Tas ir bagātīgs sausuma izturīgu gēnu resurss. Sausumam izturīgu gēnu atklāšana ir ļoti svarīga sinepju šķirņu uzlabošanai. un jauninājumi germplasmas resursos. GRF ģimenei ir izšķiroša loma augu augšanā un attīstībā un reakcijā uz sausuma stresu. Šobrīd GRF gēni ir atrasti Arabidopsis 2, rīsiem (Oryza sativa) 12, rapšu sēklām 13, kokvilnai (Gossypium hirsutum) 14, kviešiem (Triticum). aestivum)15, pērļu prosa (Setaria italica)16 un Brassica17, taču nav ziņu par sinepēs konstatētiem GRF gēniem. Šajā pētījumā sinepju GRF ģimenes gēni tika identificēti genoma līmenī un tika analizētas to fizikālās un ķīmiskās īpašības, evolūcijas attiecības, homoloģija, konservētie motīvi, gēnu struktūra, gēnu dublēšanās, cis-elementi un sējeņu stadija (četru lapu stadija). Ekspresijas modeļi sausuma stresa apstākļos tika vispusīgi analizēti, lai sniegtu zinātnisku pamatu turpmākiem pētījumiem par BjGRF gēnu iespējamo funkciju sausuma reakcijā un nodrošinātu kandidātgēnus pret sausumu izturīgu sinepju audzēšanai.
Izmantojot divas HMMER meklēšanas, Brassica juncea genomā tika identificēti trīsdesmit četri BjGRF gēni, un visi satur QLQ un WRC domēnus. Identificēto BjGRF gēnu CDS sekvences ir sniegtas 1. papildtabulā. BjGRF01–BjGRF34 ir nosaukti, pamatojoties uz to atrašanās vietu hromosomā. Šīs saimes fizikāli ķīmiskās īpašības norāda, ka aminoskābju garums ir ļoti mainīgs, sākot no 261 aminoskābes (BjGRF19) līdz 905 aminoskābēm (BjGRF28). BjGRF izoelektriskais punkts ir no 6,19 (BjGRF02) līdz 9,35 (BjGRF03), vidēji 8,33, un 88,24% BjGRF ir bāziska olbaltumviela. Paredzamais BjGRF molekulmasas diapazons ir no 29,82 kDa (BjGRF19) līdz 102,90 kDa (BjGRF28); BjGRF proteīnu nestabilitātes indekss svārstās no 51,13 (BjGRF08) līdz 78,24 (BjGRF19), visi ir lielāki par 40, kas norāda, ka taukskābju indekss svārstās no 43,65 (BjGRF01) līdz 78,78 (BjGRF22), vidējā hidrofilitāte (GRAVY) svārstās no -1,07 (BjGRF31) līdz -0,45 (BjGRF22), visiem hidrofilajiem BjGRF proteīniem ir negatīvas GRAVY vērtības, kas var būt saistīts ar atlikumu izraisītu hidrofobitātes trūkumu. Subcelulārās lokalizācijas prognoze parādīja, ka 31 BjGRF kodēts proteīns varētu būt lokalizēts kodolā, BjGRF04 varētu būt lokalizēts peroksisomās, BjGRF25 varētu būt lokalizēts citoplazmā un BjGRF28 varētu būt lokalizēts hloroplastos (1. tabula), norādot, ka BjGRF var būt lokalizēti kodolā un tiem var būt svarīga regulējoša loma kā transkripcijas faktoram.
GRF ģimeņu filoģenētiskā analīze dažādās sugās var palīdzēt izpētīt gēnu funkcijas. Tāpēc tika lejupielādētas 35 rapšu, 16 rāceņu, 12 rīsu, 10 prosas un 9 Arabidopsis GRF pilna garuma aminoskābju sekvences un, pamatojoties uz 34 identificētajiem BjGRF gēniem, tika izveidots filoģenētisks koks (1. att.). Trīs apakšģimenēs ir atšķirīgs dalībnieku skaits; 116 GRF TF ir sadalīti trīs dažādās apakšgrupās (grupas A ~ C), kas satur attiecīgi 59 (50,86%), 34 (29,31%) un 23 (19,83)% GRF. Starp tiem 34 BjGRF ģimenes locekļi ir izkaisīti 3 apakšģimenēs: 13 locekļi A grupā (38, 24%), 12 locekļi B grupā (35, 29%) un 9 locekļi C grupā (26, 47%). Sinepju poliploidizācijas procesā BjGRF gēnu skaits dažādās apakšģimenēs ir atšķirīgs, un var būt notikusi gēnu amplifikācija un zudums. Ir vērts atzīmēt, ka C grupā nav rīsu un prosas GRF sadalījuma, savukārt B grupā ir 2 rīsu GRF un 1 prosas GRF, un lielākā daļa rīsu un prosas GRF ir sagrupēti vienā filiālē, norādot, ka BjGRF ir cieši saistīti ar divdīgļlapiņām. Starp tiem padziļinātie pētījumi par GRF funkciju Arabidopsis thaliana nodrošina pamatu BjGRF funkcionālajiem pētījumiem.
Filoģenētisks sinepju koks, tostarp Brassica napus, Brassica napus, rīsi, prosa un Arabidopsis thaliana GRF ģimenes locekļi.
Atkārtotu gēnu analīze sinepju GRF ģimenē. Pelēkā līnija fonā apzīmē sinhronizētu bloku sinepju genomā, sarkanā līnija apzīmē segmentētu BjGRF gēna atkārtojumu pāri;
BjGRF gēna ekspresija sausuma stresa apstākļos ceturtās lapas stadijā. qRT-PCR dati ir parādīti S5 papildu tabulā. Būtiskas atšķirības datos ir apzīmētas ar mazajiem burtiem.
Tā kā globālais klimats turpina mainīties, pētīt, kā kultūraugi tiek galā ar sausuma stresu un uzlabot to tolerances mehānismus, ir kļuvis par aktuālu pētniecības tēmu18. Pēc sausuma mainīsies augu morfoloģiskā struktūra, gēnu ekspresija un vielmaiņas procesi, kas var izraisīt fotosintēzes pārtraukšanu un vielmaiņas traucējumus, ietekmējot ražu un labības kvalitāti19,20,21. Kad augi sajūt sausuma signālus, tie ražo otros vēstnešus, piemēram, Ca2+ un fosfatidilinozītu, palielina intracelulāro kalcija jonu koncentrāciju un aktivizē proteīnu fosforilācijas ceļa regulējošo tīklu22,23. Galīgais mērķa proteīns ir tieši iesaistīts šūnu aizsardzībā vai regulē saistīto stresa gēnu ekspresiju, izmantojot TF, uzlabojot augu toleranci pret stresu24, 25. Tādējādi TF ir izšķiroša loma, reaģējot uz sausuma stresu. Saskaņā ar sausuma stresu reaģējošo TF secību un DNS saistīšanās īpašībām TF var iedalīt dažādās ģimenēs, piemēram, GRF, ERF, MYB, WRKY un citās ģimenēs26.
GRF gēnu saime ir augiem raksturīgs TF veids, kam ir svarīga loma dažādos aspektos, piemēram, augšanā, attīstībā, signālu pārraidē un augu aizsardzības reakcijās27. Kopš O. sativa28 tika identificēts pirmais GRF gēns, daudzās sugās ir identificēts arvien vairāk GRF gēnu, un ir pierādīts, ka tie ietekmē augu augšanu, attīstību un stresa reakciju8, 29, 30, 31, 32. Publicējot Brassica juncea genoma secību, kļuva iespējama BjGRF gēnu saimes identificēšana33. Šajā pētījumā visā sinepju genomā tika identificēti 34 BjGRF gēni un nosaukti par BjGRF01 – BjGRF34, pamatojoties uz to hromosomu stāvokli. Visi no tiem satur ļoti konservētus QLQ un WRC domēnus. Fizikāli ķīmisko īpašību analīze parādīja, ka atšķirības BjGRF proteīnu (izņemot BjGRF28) aminoskābju skaitā un molekulmasā nebija nozīmīgas, norādot, ka BjGRF ģimenes locekļiem var būt līdzīgas funkcijas. Gēnu struktūras analīze parādīja, ka 64, 7% BjGRF gēnu satur 4 eksonus, kas norāda, ka BjGRF gēna struktūra evolūcijā ir salīdzinoši konservēta, bet eksonu skaits BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 un BjGRF29 gēnos ir lielāks. Pētījumi ir parādījuši, ka eksonu vai intronu pievienošana vai dzēšana var izraisīt atšķirības gēnu struktūrā un funkcijās, tādējādi radot jaunus gēnus34,35,36. Tāpēc mēs spekulējam, ka evolūcijas laikā tika zaudēts BjGRF introns, kas var izraisīt izmaiņas gēnu funkcijās. Saskaņā ar esošajiem pētījumiem mēs arī atklājām, ka intronu skaits bija saistīts ar gēnu ekspresiju. Ja intronu skaits gēnā ir liels, gēns var ātri reaģēt uz dažādiem nelabvēlīgiem faktoriem.
Gēnu dublēšanās ir galvenais genoma un ģenētiskās evolūcijas faktors37. Saistītie pētījumi ir parādījuši, ka gēnu dublēšanās ne tikai palielina GRF gēnu skaitu, bet arī kalpo kā līdzeklis jaunu gēnu ģenerēšanai, lai palīdzētu augiem pielāgoties dažādiem nelabvēlīgiem vides apstākļiem38. Kopumā šajā pētījumā tika atrasti 48 dublēti gēnu pāri, kas visi bija segmentālas dublēšanās, norādot, ka segmentālā dublēšanās ir galvenais mehānisms gēnu skaita palielināšanai šajā ģimenē. Literatūrā ir ziņots, ka segmentālā dublēšanās var efektīvi veicināt GRF gēnu ģimenes locekļu pastiprināšanos Arabidopsis un zemenēs, un nevienā no sugām netika konstatēta šīs gēnu ģimenes tandēma dublēšanās 27, 39. Šī pētījuma rezultāti saskan ar esošajiem pētījumiem par Arabidopsis thaliana un zemeņu ģimenēm, kas liecina, ka GRF ģimene var palielināt gēnu skaitu un radīt jaunus gēnus, veicot segmentālu dublēšanos dažādos augos.
Šajā pētījumā sinepēs kopumā tika identificēti 34 BjGRF gēni, kas tika sadalīti 3 apakšģimenēs. Šie gēni parādīja līdzīgus konservētus motīvus un gēnu struktūras. Kolinearitātes analīze atklāja 48 pāru segmentu dublēšanos sinepēs. BjGRF promotora reģions satur cis-darbības elementus, kas saistīti ar gaismas reakciju, hormonālo reakciju, vides stresa reakciju un augšanu un attīstību. 34 BjGRF gēnu ekspresija tika noteikta sinepju stādu stadijā (saknes, stublāji, lapas) un 10 BjGRF gēnu ekspresijas modelis sausuma apstākļos. Tika konstatēts, ka BjGRF gēnu ekspresijas modeļi sausuma stresa apstākļos bija līdzīgi un var būt līdzīgi. iesaistīšanās sausuma piespiedu regulēšanā. BjGRF03 un BjGRF32 gēniem var būt pozitīva regulējoša loma sausuma stresa gadījumā, savukārt BjGRF06 un BjGRF23 spēlē lomu sausuma stresā kā miR396 mērķa gēni. Kopumā mūsu pētījums nodrošina bioloģisku pamatu turpmākai BjGRF gēna funkcijas atklāšanai Brassicaceae augos.
Šajā eksperimentā izmantotās sinepju sēklas nodrošināja Guidžou Eļļas sēklu pētniecības institūts, Guidžou Lauksaimniecības zinātņu akadēmija. Atlasiet visas sēklas un iestādiet tās augsnē (substrāts: augsne = 3:1), un pēc četru lapu stadijas savāc saknes, stublājus un lapas. Augi tika apstrādāti ar 20% PEG 6000, lai modelētu sausumu, un lapas tika savāktas pēc 0, 3, 6, 12 un 24 stundām. Visi augu paraugi tika nekavējoties sasaldēti šķidrā slāpeklī un pēc tam uzglabāti -80 ° C saldētavā nākamajam testam.
Visi šī pētījuma laikā iegūtie vai analizētie dati ir iekļauti publicētajā rakstā un papildu informācijas failos.
Izlikšanas laiks: 22. janvāris 2025