Sezoninis kritulių pasiskirstymas Guidžou provincijoje yra netolygus, pavasarį ir vasarą iškrenta daugiau kritulių, tačiau rudenį ir žiemą rapsų sodinukai yra jautrūs sausros stresui, o tai daro didelę įtaką derliui. Garstyčios yra ypatinga aliejinių augalų kultūra, daugiausia auginama Guidžou provincijoje. Jis gerai toleruoja sausrą ir gali būti auginamas kalnuotose vietovėse. Tai turtingas sausrai atsparių genų šaltinis. Sausrai atsparių genų atradimas yra labai svarbus gerinant garstyčių veisles. ir germplazmos išteklių naujovės. GRF šeima vaidina lemiamą vaidmenį augalų augime ir vystymesi bei reaguojant į sausros stresą. Šiuo metu GRF genų rasta Arabidopsis 2, ryžių (Oryza sativa) 12, rapsų 13, medvilnės (Gossypium hirsutum) 14, kviečių (Triticum). aestivum)15, perlinės soros (Setaria italica)16 ir Brassica17, tačiau pranešimų apie garstyčiose aptiktus GRF genus nėra. Šiame tyrime buvo identifikuoti garstyčių GRF šeimos genai genomo lygmeniu ir išanalizuoti jų fizinės ir cheminės savybės, evoliuciniai ryšiai, homologija, konservuoti motyvai, genų struktūra, genų dubliavimasis, cis elementai ir daigų stadija (keturių lapų stadija). Ekspresijos modeliai esant sausrai stresui buvo išsamiai išanalizuoti, siekiant suteikti mokslinį pagrindą tolesniems tyrimams apie galimą BjGRF genų funkciją reaguojant į sausrą ir pateikti genus kandidatus, skirtus veisti sausrai atsparias garstyčias.
Trisdešimt keturi BjGRF genai buvo nustatyti Brassica juncea genome naudojant dvi HMMER paieškas, kurios visose yra QLQ ir WRC domenai. Identifikuotų BjGRF genų CDS sekos pateiktos papildomoje S1 lentelėje. BjGRF01 – BjGRF34 pavadinti pagal jų vietą chromosomoje. Šios šeimos fizikinės ir cheminės savybės rodo, kad aminorūgščių ilgis yra labai įvairus – nuo 261 aa (BjGRF19) iki 905 aa (BjGRF28). BjGRF izoelektrinis taškas svyruoja nuo 6,19 (BjGRF02) iki 9,35 (BjGRF03), o vidurkis yra 8,33, o 88,24% BjGRF yra pagrindinis baltymas. Numatomas BjGRF molekulinės masės diapazonas yra nuo 29,82 kDa (BjGRF19) iki 102,90 kDa (BjGRF28); BjGRF baltymų nestabilumo indeksas svyruoja nuo 51,13 (BjGRF08) iki 78,24 (BjGRF19), visi yra didesni nei 40, o tai rodo, kad riebalų rūgščių indeksas svyruoja nuo 43,65 (BjGRF01) iki 78,78 (BjGRF22), vidutinis hidrofiliškumo diapazonas -1GRAV.07. (BjGRF31) iki -0,45 (BjGRF22), visi hidrofiliniai BjGRF baltymai turi neigiamas GRAVY vertes, kurios gali būti dėl to, kad liekanų sukeliamas hidrofobiškumo trūkumas. Subląstelinės lokalizacijos prognozė parodė, kad 31 BjGRF koduotas baltymas gali būti lokalizuotas branduolyje, BjGRF04 gali būti lokalizuotas peroksisomose, BjGRF25 gali būti lokalizuotas citoplazmoje, o BjGRF28 gali būti lokalizuotas chloroplastuose (1 lentelė). kaip transkripcijos faktorius.
GRF šeimų filogenetinė analizė įvairiose rūšyse gali padėti ištirti genų funkcijas. Todėl buvo parsisiųstos 35 rapsų, 16 ropių, 12 ryžių, 10 sorų ir 9 Arabidopsis GRF pilno ilgio aminorūgščių sekos ir pagal 34 identifikuotus BjGRF genus buvo sukurtas filogenetinis medis (1 pav.). Trijuose pošeimiuose yra skirtingas narių skaičius; 116 GRF TF yra suskirstyti į tris skirtingus pošeimius (grupes A ~ C), kuriuose yra atitinkamai 59 (50,86%), 34 (29,31%) ir 23 (19,83)% GRF. Tarp jų 34 BjGRF šeimos nariai yra išsibarstę po 3 pošeimius: 13 narių A grupėje (38,24%), 12 narių B grupėje (35,29%) ir 9 nariai C grupėje (26,47%). Garstyčių poliploidizacijos procese BjGRF genų skaičius skirtinguose pošeimiuose yra skirtingas, todėl galėjo įvykti genų amplifikacija ir praradimas. Verta paminėti, kad C grupėje nėra ryžių ir sorų GRF pasiskirstymo, o B grupėje yra 2 ryžių GRF ir 1 soros GRF, o dauguma ryžių ir sorų GRF yra sugrupuoti į vieną šaką, o tai rodo, kad BjGRF yra glaudžiai susiję su dviskilčiais. Tarp jų nuodugniausi GRF funkcijos tyrimai Arabidopsis thaliana yra pagrindas funkciniams BjGRF tyrimams.
Filogenetinis garstyčių medis, įskaitant Brassica napus, Brassica napus, ryžius, soras ir Arabidopsis thaliana GRF šeimos narius.
Garstyčių GRF šeimos pasikartojančių genų analizė. Pilka linija fone žymi sinchronizuotą garstyčių genomo bloką, raudona linija – segmentuotų BjGRF geno pakartojimų porą;
BjGRF geno ekspresija esant sausros stresui ketvirtame lapų etape. qRT-PCR duomenys pateikti papildomoje S5 lentelėje. Reikšmingi duomenų skirtumai žymimi mažosiomis raidėmis.
Pasauliniam klimatui ir toliau kintant, tyrinėti, kaip pasėliai susidoroja su sausros stresu ir gerinti jų tolerancijos mechanizmus, tapo karšta tyrimų tema18. Po sausros pasikeis augalų morfologinė struktūra, genų raiška ir medžiagų apykaitos procesai, dėl kurių gali nutrūkti fotosintezė ir sutrikti medžiagų apykaita, o tai turės įtakos pasėlių derliui ir kokybei19,20,21. Kai augalai jaučia sausros signalus, jie gamina antruosius pasiuntinius, tokius kaip Ca2+ ir fosfatidilinozitolį, padidina intracelulinę kalcio jonų koncentraciją ir aktyvuoja baltymų fosforilinimo kelio reguliavimo tinklą22,23. Galutinis tikslinis baltymas tiesiogiai dalyvauja ląstelių gynyboje arba reguliuoja susijusių streso genų ekspresiją per TF, didindamas augalų toleranciją stresui 24, 25. Taigi, TF vaidina lemiamą vaidmenį reaguojant į sausros stresą. Pagal sausros streso reaguojančių TF seką ir DNR surišimo savybes, TF galima suskirstyti į skirtingas šeimas, tokias kaip GRF, ERF, MYB, WRKY ir kitas šeimas26.
GRF genų šeima yra augalams būdingas TF tipas, kuris vaidina svarbų vaidmenį įvairiais aspektais, tokiais kaip augimas, vystymasis, signalo perdavimas ir augalų apsaugos atsakai27. Nuo tada, kai pirmasis GRF genas buvo identifikuotas O. sativa28, daugelyje rūšių buvo nustatyta vis daugiau GRF genų ir įrodyta, kad jie veikia augalų augimą, vystymąsi ir atsaką į stresą8, 29, 30, 31, 32. Paskelbus Brassica juncea genomo seką, tapo įmanoma nustatyti BjGRF genų šeimą33. Šiame tyrime visame garstyčių genome buvo nustatyti 34 BjGRF genai ir pavadinti BjGRF01 – BjGRF34 pagal jų chromosomų padėtį. Visuose juose yra labai konservuoti QLQ ir WRC domenai. Fizikinių ir cheminių savybių analizė parodė, kad BjGRF baltymų (išskyrus BjGRF28) aminorūgščių skaičiaus ir molekulinės masės skirtumai nebuvo reikšmingi, o tai rodo, kad BjGRF šeimos nariai gali atlikti panašias funkcijas. Genų struktūros analizė parodė, kad 64,7% BjGRF genų turėjo 4 egzonus, o tai rodo, kad BjGRF geno struktūra evoliucijoje yra santykinai konservuota, tačiau BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 ir BjGRF29 genų egzonų skaičius yra didesnis. Tyrimai parodė, kad egzonų ar intronų pridėjimas arba ištrynimas gali sukelti genų struktūros ir funkcijos skirtumus, taip sukuriant naujus genus34, 35, 36. Todėl mes spėliojame, kad evoliucijos metu buvo prarastas BjGRF intronas, o tai gali sukelti genų funkcijos pokyčius. Remiantis esamais tyrimais, mes taip pat nustatėme, kad intronų skaičius buvo susijęs su genų ekspresija. Kai geno intronų skaičius yra didelis, genas gali greitai reaguoti į įvairius nepalankius veiksnius.
Genų dubliavimasis yra pagrindinis genominės ir genetinės evoliucijos veiksnys37. Susiję tyrimai parodė, kad genų dubliavimasis ne tik padidina GRF genų skaičių, bet ir yra priemonė generuoti naujus genus, padedančius augalams prisitaikyti prie įvairių nepalankių aplinkos sąlygų38. Iš viso šiame tyrime buvo rastos 48 pasikartojančios genų poros, kurios visos buvo segmentinės dubliacijos, o tai rodo, kad segmentinės dubliacijos yra pagrindinis mechanizmas, didinantis genų skaičių šioje šeimoje. Literatūroje buvo pranešta, kad segmentinis dubliavimas gali veiksmingai skatinti Arabidopsis ir braškių GRF genų šeimos narių amplifikaciją, o šios genų šeimos tandeminis dubliavimasis nebuvo rastas nė vienoje iš rūšių 27, 39. Šio tyrimo rezultatai atitinka esamus Arabidopsis thaliana ir braškių šeimų tyrimus, o tai rodo, kad GRF šeima gali padidinti genų skaičių ir generuoti naujus genus per segmentinį dubliavimąsi skirtinguose augaluose.
Šio tyrimo metu garstyčiose iš viso buvo nustatyti 34 BjGRF genai, kurie buvo suskirstyti į 3 pošeimius. Šie genai parodė panašius konservuotus motyvus ir genų struktūras. Kollinearumo analizė atskleidė 48 poras garstyčių segmentų dubliavimosi. BjGRF promotoriaus regione yra cis veikiantys elementai, susiję su šviesos atsaku, hormoniniu atsaku, aplinkos streso atsaku ir augimu bei vystymusi. 34 BjGRF genų ekspresija buvo aptikta garstyčių sodinukų stadijoje (šaknys, stiebai, lapai), o 10 BjGRF genų ekspresijos modelis sausros sąlygomis. Nustatyta, kad BjGRF genų ekspresijos modeliai sausros streso metu buvo panašūs ir gali būti panašūs. dalyvavimas sausros Forcing reguliavimo. BjGRF03 ir BjGRF32 genai gali atlikti teigiamą reguliavimo vaidmenį esant sausros stresui, o BjGRF06 ir BjGRF23 vaidina sausros streso vaidmenį kaip miR396 tiksliniai genai. Apskritai, mūsų tyrimas suteikia biologinį pagrindą būsimam BjGRF geno funkcijos atradimui Brassicaceae augaluose.
Šiame eksperimente naudotas garstyčių sėklas pateikė Guidžou aliejinių sėklų tyrimų institutas, Guidžou žemės ūkio mokslų akademija. Išrinkite visas sėklas ir pasodinkite jas į dirvą (substratas: dirva = 3:1), o po keturių lapų tarpsnio surinkite šaknis, stiebus ir lapus. Norėdami imituoti sausrą, augalai buvo apdoroti 20% PEG 6000, o lapai buvo surinkti po 0, 3, 6, 12 ir 24 valandų. Visi augalų mėginiai buvo nedelsiant užšaldyti skystame azotu ir laikomi -80 ° C šaldiklyje kitam bandymui.
Visi šio tyrimo metu gauti ar išanalizuoti duomenys yra įtraukti į publikuotą straipsnį ir papildomos informacijos failus.
Paskelbimo laikas: 2025-01-22