Guizhou provintsi sademete hooajaline jaotus on ebaühtlane, sademeid on rohkem kevadel ja suvel, kuid rapsiseemnete seemikud on vastuvõtlikud sügisel ja talvel põuastressile, mis mõjutab saagikust tõsiselt. Sinep on spetsiaalne õliseemnekultuur, mida kasvatatakse peamiselt Guizhou provintsis. Tal on tugev põuataluvus ja seda saab kasvatada mägistel aladel. See on rikas põuakindlate geenide ressurss. Põuakindlate geenide avastamine on sinepisortide täiustamisel kriitilise tähtsusega. ja innovatsioon iduplasma ressurssides. GRF-i perekond mängib kriitilist rolli taimede kasvus ja arengus ning põuastressile reageerimisel. Praeguseks on GRF geene leitud Arabidopsis 2, riis (Oryza sativa) 12, raps 13, puuvilla (Gossypium hirsutum) 14, nisu (Triticum). aestivum)15, pärlhirss (Setaria italica)16 ja Brassica17, kuid sinepis tuvastatud GRF-i geenide kohta pole teateid. Selles uuringus tuvastati sinepi GRF-i perekonna geenid kogu genoomi tasandil ning analüüsiti nende füüsikalisi ja keemilisi omadusi, evolutsioonilisi suhteid, homoloogiat, konserveerunud motiive, geenistruktuuri, geenide dubleerimist, cis-elemente ja seemikute staadiumit (neljaleheline staadium). Põuastressi all olevaid ekspressioonimustreid analüüsiti põhjalikult, et luua teaduslik alus edasisteks uuringuteks BjGRF geenide võimaliku funktsiooni kohta põuareaktsioonis ja pakkuda kandidaatgeene põuakindla sinepi aretamiseks.
Brassica juncea genoomis tuvastati kolmkümmend neli BjGRF geeni, kasutades kahte HMMER-otsingut, mis kõik sisaldavad QLQ ja WRC domeene. Tuvastatud BjGRF geenide CDS järjestused on esitatud täiendavas tabelis S1. BjGRF01 – BjGRF34 on nimetatud nende asukoha järgi kromosoomis. Selle perekonna füüsikalis-keemilised omadused näitavad, et aminohapete pikkus on väga varieeruv, ulatudes 261 aa-st (BjGRF19) kuni 905 aa-ni (BjGRF28). BjGRF-i isoelektriline punkt on vahemikus 6,19 (BjGRF02) kuni 9,35 (BjGRF03), keskmiselt 8,33 ja 88,24% BjGRF-ist on aluseline valk. BjGRF prognoositav molekulmassi vahemik on 29,82 kDa (BjGRF19) kuni 102,90 kDa (BjGRF28); BjGRF valkude ebastabiilsuse indeks jääb vahemikku 51,13 (BjGRF08) kuni 78,24 (BjGRF19), kõik on suuremad kui 40, mis näitab, et rasvhapete indeks jääb vahemikku 43,65 (BjGRF01) kuni 78,78 (BjGRF22), keskmine hüdrofiitsuse vahemik (GRAV.1Y)7 (BjGRF31) kuni -0,45 (BjGRF22), on kõigil hüdrofiilsetel BjGRF valkudel negatiivsed GRAVY väärtused, mis võib olla tingitud jääkide põhjustatud hüdrofoobsuse puudumisest. Subtsellulaarse lokaliseerimise ennustus näitas, et 31 BjGRF-i kodeeritud valku võib lokaliseerida tuumas, BjGRF04 võib lokaliseerida peroksisoomides, BjGRF25 võib lokaliseerida tsütoplasmas ja BjGRF28 võib lokaliseerida kloroplastides (tabel 1), mis näitab, et BjG-s võib olla lokaalne reguleeritav roll. transkriptsioonifaktorina.
Erinevate liikide GRF-i perekondade fülogeneetiline analüüs võib aidata uurida geenifunktsioone. Seetõttu laaditi alla 35 rapsiseemne, 16 naeri, 12 riisi, 10 hirsi ja 9 Arabidopsis GRF-i täispikkuses aminohappejärjestused ning 34 tuvastatud BjGRF geeni põhjal konstrueeriti fülogeneetiline puu (joonis 1). Kolm alamperekonda sisaldavad erinevat arvu liikmeid; 116 GRF-i TF-i on jagatud kolme erinevasse alamperekonda (rühmad A~C), mis sisaldavad vastavalt 59 (50,86%), 34 (29,31%) ja 23 (19,83)% GRF-idest. Nende hulgas on 34 BjGRF-i perekonnaliiget hajutatud 3 alamperekonda: 13 liiget A-rühmas (38,24%), 12 liiget B-rühmas (35,29%) ja 9 liiget C-rühmas (26,47%). Sinepi polüploidiseerimise protsessis on BjGRF-i geenide arv erinevates alamperekondades erinev ning võis toimuda geenide amplifikatsioon ja kadu. Väärib märkimist, et riisi ja hirsi GRF-id rühmas C ei jaota, samas kui B-rühmas on 2 riisi GRF-i ja 1 hirsi GRF-i ning enamik riisi ja hirsi GRF-e on rühmitatud ühte harusse, mis näitab, et BjGRF-id on tihedalt seotud kaheidulehelistega. Nende hulgas on Arabidopsis thaliana GRF-i funktsiooni kõige põhjalikumad uuringud aluseks BjGRF-ide funktsionaalsetele uuringutele.
Sinepi fülogeneetiline puu, sealhulgas Brassica napus, Brassica napus, riis, hirss ja Arabidopsis thaliana GRF perekonna liikmed.
Sinepi GRF perekonna korduvate geenide analüüs. Hall joon taustal tähistab sünkroniseeritud plokki sinepi genoomis, punane joon tähistab BjGRF geeni segmenteeritud korduste paari;
BjGRF geeni ekspressioon põua stressi all neljandas lehefaasis. qRT-PCR andmed on näidatud täiendavas tabelis S5. Olulised erinevused andmetes on tähistatud väiketähtedega.
Kuna globaalne kliima muutub jätkuvalt, on kuumaks uurimisteemaks muutunud põllukultuuride põuastressiga toimetulemise ja nende taluvusmehhanismide parandamise uurimine18. Pärast põuda muutuvad taimede morfoloogiline struktuur, geeniekspressioon ja ainevahetusprotsessid, mis võib viia fotosünteesi katkemiseni ja ainevahetushäireteni, mis mõjutab saagikust ja saagi kvaliteeti19,20,21. Kui taimed tajuvad põuasignaale, toodavad nad teisi sõnumitoojaid, nagu Ca2+ ja fosfatidüülinositool, suurendavad rakusisese kaltsiumiioonide kontsentratsiooni ja aktiveerivad valkude fosforüülimise raja regulatiivse võrgustiku22,23. Lõplik sihtvalk on otseselt seotud raku kaitsega või reguleerib seotud stressigeenide ekspressiooni TF-ide kaudu, suurendades taimede stressitaluvust24, 25. Seega mängivad TF-d põuastressile reageerimisel üliolulist rolli. Põuastressile reageerivate TF-ide järjestuse ja DNA sidumisomaduste järgi saab TF-d jagada erinevatesse perekondadesse, nagu GRF, ERF, MYB, WRKY ja teised perekonnad26.
GRF-i geeniperekond on teatud tüüpi taimespetsiifiline TF, mis mängib olulist rolli erinevates aspektides, nagu kasv, areng, signaaliülekanne ja taimekaitsereaktsioonid27. Alates esimese GRF-i geeni tuvastamisest O. sativa28-s on paljudes liikides tuvastatud üha rohkem GRF-geene, mis mõjutavad taimede kasvu, arengut ja stressireaktsiooni8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncea genoomijärjestuse avaldamisega sai võimalikuks BjGRF geeniperekonna tuvastamine33. Selles uuringus tuvastati kogu sinepi genoomis 34 BjGRF geeni ja nimetati nende kromosomaalse positsiooni alusel BjGRF01 – BjGRF34. Kõik need sisaldavad väga konserveerunud QLQ ja WRC domeene. Füüsikalis-keemiliste omaduste analüüs näitas, et erinevused BjGRF-valkude (välja arvatud BjGRF28) aminohapete arvus ja molekulmassides ei olnud olulised, mis näitab, et BjGRF-i perekonnaliikmetel võivad olla sarnased funktsioonid. Geenistruktuuri analüüs näitas, et 64,7% BjGRF geenidest sisaldas 4 eksonit, mis näitab, et BjGRF geenistruktuur on evolutsioonis suhteliselt konserveerunud, kuid geenides BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 ja BjGRF29 on eksonite arv suurem. Uuringud on näidanud, et eksonite või intronite lisamine või kustutamine võib põhjustada erinevusi geenistruktuuris ja funktsioonis, luues seeläbi uusi geene34,35,36. Seetõttu oletame, et BjGRF-i intron kadus evolutsiooni käigus, mis võib põhjustada muutusi geenifunktsioonis. Kooskõlas olemasolevate uuringutega leidsime ka, et intronite arv oli seotud geeniekspressiooniga. Kui intronite arv geenis on suur, suudab geen kiiresti reageerida erinevatele ebasoodsatele teguritele.
Geenide dubleerimine on genoomse ja geneetilise evolutsiooni peamine tegur37. Seotud uuringud on näidanud, et geenide dubleerimine mitte ainult ei suurenda GRF-i geenide arvu, vaid on ka vahend uute geenide genereerimiseks, et aidata taimedel kohaneda erinevate ebasoodsate keskkonnatingimustega38. Selles uuringus leiti kokku 48 dubleerivat geenipaari, mis kõik olid segmentaalsed dubleerimised, mis näitab, et segmendiduplikatsioonid on selle perekonna geenide arvu suurendamise peamine mehhanism. Kirjanduses on teatatud, et segmentaalne dubleerimine võib tõhusalt soodustada GRF-i geeniperekonna liikmete amplifikatsiooni Arabidopsises ja maasikas ning selle geeniperekonna tandemdubleerimist ei leitud üheski liigis 27, 39. Selle uuringu tulemused on kooskõlas Arabidopsis thaliana ja maasikaperekondade kohta tehtud olemasolevate uuringutega, mis viitab sellele, et GRF-i perekond võib suurendada geenide arvu ja genereerida uusi geene segmentaalse dubleerimise kaudu erinevates taimedes.
Selles uuringus tuvastati sinepis kokku 34 BjGRF geeni, mis jaotati 3 alamperekonda. Need geenid näitasid sarnaseid konserveerunud motiive ja geenistruktuure. Kollineaarsusanalüüs näitas sinepis 48 paari segmentide dubleerimist. BjGRF promootori piirkond sisaldab cis-toimivaid elemente, mis on seotud valgusreaktsiooni, hormonaalse vastuse, keskkonnastressi reaktsiooniga ning kasvu ja arenguga. 34 BjGRF geeni ekspressioon tuvastati sinepi seemikute staadiumis (juured, varred, lehed) ja 10 BjGRF geeni ekspressioonimuster põua tingimustes. Leiti, et BjGRF geenide ekspressioonimustrid põua stressi all olid sarnased ja võivad olla sarnased. seotus põuaga Sundides reguleerima. BjGRF03 ja BjGRF32 geenid võivad mängida positiivset reguleerivat rolli põuastressis, samas kui BjGRF06 ja BjGRF23 mängivad rolli põuastressis kui miR396 sihtgeenid. Üldiselt annab meie uuring bioloogilise aluse BjGRF geeni funktsiooni tulevaseks avastamiseks Brassicaceae taimedes.
Selles katses kasutatud sinepiseemned hankis Guizhou Põllumajandusteaduste Akadeemia Guizhou õliseemnete uurimisinstituut. Valige terved seemned ja istutage need mulda (substraat: muld = 3:1) ning pärast nelja lehe faasi koguge juured, varred ja lehed. Taimi töödeldi põua simuleerimiseks 20% PEG 6000-ga ja lehed koguti 0, 3, 6, 12 ja 24 tunni pärast. Kõik taimeproovid külmutati kohe vedelas lämmastikus ja säilitati järgmiseks testiks -80 °C sügavkülmikus.
Kõik selle uuringu käigus saadud või analüüsitud andmed sisalduvad avaldatud artiklis ja täiendavates teabefailides.
Postitusaeg: 22.01.2025