Сезонската дистрибуција на врнежите во провинцијата Гуижоу е нерамномерна, со повеќе врнежи во пролет и лето, но садници од семе од репка се подложни на стрес на суша во есен и зима, што сериозно влијае на приносот. Сенфот е специјална култура од маслодајна семе која главно се одгледува во провинцијата Гуижоу. Има силна толеранција на суша и може да се одгледува во планински области. Тоа е богат ресурс на гени отпорни на суша. Откривањето на гени отпорни на суша е од критично значење за подобрување на сортите на синап. и иновации во ресурсите на гермплазмата. Семејството GRF игра клучна улога во растот и развојот на растенијата и одговорот на стресот од суша. Во моментов, GRF гени се пронајдени во Arabidopsis 2, ориз (Oryza sativa) 12, семе од репка 13, памук (Gossypium hirsutum) 14, пченица (Triticum). aestivum)15, бисерен просо (Setaria italica)16 и Brassica17, но нема извештаи за GRF гени откриени во сенфот. Во оваа студија, гените на семејството GRF на сенф беа идентификувани на ниво на геном и нивните физички и хемиски карактеристики, еволутивните врски, хомологијата, конзервираните мотиви, структурата на генот, генските дупликации, cis-елементите и фазата на расад (стадиум на четири листа) беа анализирани. Моделите на изразување под стрес на суша беа сеопфатно анализирани за да се обезбеди научна основа за понатамошни студии за потенцијалната функција на гените BjGRF во одговорот на сушата и да се обезбедат гени кандидати за одгледување сенф толерантен на суша.
Триесет и четири BjGRF гени беа идентификувани во геномот Brassica juncea користејќи две HMMER пребарувања, од кои сите ги содржат домените QLQ и WRC. CDS секвенците на идентификуваните BjGRF гени се претставени во дополнителната табела S1. BjGRF01–BjGRF34 се именувани врз основа на нивната локација на хромозомот. Физичко-хемиските својства на оваа фамилија покажуваат дека должината на аминокиселината е многу променлива и се движи од 261 aa (BjGRF19) до 905 aa (BjGRF28). Изоелектричната точка на BjGRF се движи од 6,19 (BjGRF02) до 9,35 (BjGRF03) со просек од 8,33, а 88,24% од BjGRF е основен протеин. Предвидениот опсег на молекуларна тежина на BjGRF е од 29,82 kDa (BjGRF19) до 102,90 kDa (BjGRF28); индексот на нестабилност на протеините BjGRF се движи од 51,13 (BjGRF08) до 78,24 (BjGRF19), сите се поголеми од 40, што покажува дека индексот на масните киселини се движи од 43,65 (BjGRF01) до 78,78 (просечен опсег на хидроцентралистичност BjGRFY22) (BjGRF31) до -0,45 (BjGRF22), сите хидрофилни BjGRF протеини имаат негативни вредности на GRAVY, што може да се должи на недостатокот на хидрофобност предизвикана од остатоците. Предвидувањето на субклеточната локализација покажа дека 31 BjGRF кодирани протеини може да се локализираат во јадрото, BjGRF04 може да биде локализиран во пероксизомите, BjGRF25 може да биде локализиран во цитоплазмата и BjGRF28 може да биде локализиран во хлоропластите (Табела 1), што укажува на локализирана игра и GRF може да биде важна улога како фактор на транскрипција.
Филогенетската анализа на семејствата на GRF во различни видови може да помогне во проучувањето на функциите на генот. Затоа, секвенците на аминокиселини со целосна должина од 35 семе од репка, 16 репа, 12 ориз, 10 просо и 9 ГРФ на Arabidopsis беа преземени и беше конструирано филогенетско дрво врз основа на 34 идентификувани BjGRF гени (сл. 1). Трите подфамилии содржат различен број членови; 116 GRF TF се поделени во три различни подфамилии (групи A~C), кои содржат 59 (50,86%), 34 (29,31%) и 23 (19,83)% од GRF, соодветно. Меѓу нив, 34 членови на семејството BjGRF се расфрлани низ 3 подфамилии: 13 членови во групата А (38,24%), 12 членови во групата Б (35,29%) и 9 членови во групата Ц (26,47%). Во процесот на полиплоидизација на сенф, бројот на гените на BjGRFs во различни подфамилии е различен, а може да дојде до засилување и загуба на гените. Вреди да се напомене дека нема дистрибуција на GRF од ориз и просо во групата C, додека во групата Б има 2 GRF од ориз и 1 GRF од просо, а повеќето од GRF од ориз и просо се групирани во една гранка, што покажува дека BjGRF се тесно поврзани со дикоти. Меѓу нив, најдлабоките студии за функцијата на GRF во Arabidopsis thaliana обезбедуваат основа за функционални студии на BjGRF.
Филогенетско дрво на сенф вклучувајќи Brassica napus, Brassica napus, ориз, просо и членови на семејството Arabidopsis thaliana GRF.
Анализа на повторувачки гени во семејството GRF од синап. Сивата линија во позадина претставува синхронизиран блок во геномот на синапот, црвената линија претставува пар сегментирани повторувања на генот BjGRF;
Експресијата на генот BjGRF под стрес на суша во четвртиот лист фаза. Податоците за qRT-PCR се прикажани во дополнителна табела S5. Значајните разлики во податоците се означени со мали букви.
Како што глобалната клима продолжува да се менува, проучувањето како културите се справуваат со стресот од суша и подобрувањето на нивните механизми за толеранција стана жешка истражувачка тема18. По сушата, морфолошката структура, генската експресија и метаболичките процеси на растенијата ќе се променат, што може да доведе до прекин на фотосинтезата и метаболичко нарушување, што ќе влијае на приносот и квалитетот на културите19,20,21. Кога растенијата чувствуваат сигнали за суша, тие произведуваат втори гласници како што се Ca2+ и фосфатидилинозитол, ја зголемуваат интрацелуларната концентрација на јони на калциум и ја активираат регулаторната мрежа на патека на фосфорилација на протеините22,23. Конечниот целен протеин е директно вклучен во клеточната одбрана или ја регулира експресијата на поврзаните стресни гени преку ТФ, зголемувајќи ја растителната толеранција на стрес24,25. Така, TFs играат клучна улога во одговорот на стресот од суша. Според секвенцата и врзувачките својства на ДНК на TF кои реагираат на суша, TF може да се поделат во различни семејства, како што се GRF, ERF, MYB, WRKY и други семејства26.
Фамилијата на гените GRF е тип на TF специфичен за растенијата кој игра важна улога во различни аспекти како што се растот, развојот, трансдукцијата на сигналот и одбранбените одговори на растенијата27. Откако првиот GRF ген беше идентификуван во O. sativa28, се повеќе и повеќе GRF гени се идентификувани кај многу видови и се покажа дека влијаат на растот, развојот и одговорот на стресот на растенијата8, 29, 30,31,32. Со објавувањето на геномската секвенца Brassica juncea, идентификацијата на фамилијата на гените BjGRF стана возможна33. Во оваа студија, 34 BjGRF гени беа идентификувани во целиот геном на синапот и именувани BjGRF01-BjGRF34 врз основа на нивната хромозомска положба. Сите тие содржат високо зачувани QLQ и WRC домени. Анализата на физичко-хемиските својства покажа дека разликите во бројот на аминокиселините и молекуларните тежини на протеините BjGRF (освен BjGRF28) не се значајни, што укажува дека членовите на семејството BjGRF може да имаат слични функции. Анализата на структурата на гените покажа дека 64,7% од BjGRF гените содржеле 4 егзони, што покажува дека структурата на генот BjGRF е релативно зачувана во еволуцијата, но бројот на егзони во гените BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 и BjGRF29 е поголем. Истражувањата покажаа дека додавањето или бришењето на егзони или интрони може да доведе до разлики во структурата и функцијата на генот, а со тоа да се создадат нови гени34,35,36. Затоа, шпекулираме дека интронот на BjGRF бил изгубен за време на еволуцијата, што може да предизвика промени во функцијата на генот. Во согласност со постоечките студии, откривме и дека бројот на интрони е поврзан со генската експресија. Кога бројот на интрони во генот е голем, генот може брзо да одговори на различни неповолни фактори.
Умножувањето на гените е главен фактор во геномската и генетската еволуција37. Поврзани студии покажаа дека дуплирањето на гените не само што го зголемува бројот на GRF гени, туку служи и како средство за генерирање на нови гени за да им помогне на растенијата да се прилагодат на различни неповолни услови на животната средина38. Вкупно 48 дупликати генски парови беа пронајдени во оваа студија, од кои сите беа сегментални дупликации, што покажува дека сегменталните дупликации се главниот механизам за зголемување на бројот на гени во ова семејство. Во литературата е објавено дека сегментното дуплирање може ефективно да го промовира засилувањето на членовите на семејството на генот GRF кај Arabidopsis и јагодата, и не е пронајдено тандемско дуплирање на оваа генска фамилија кај ниту еден од видовите27,39. Резултатите од оваа студија се конзистентни со постоечките студии за Arabidopsis thaliana и семејствата на јагоди, што укажува на тоа дека семејството GRF може да го зголеми бројот на гени и да генерира нови гени преку сегментално дуплирање во различни растенија.
Во оваа студија, вкупно 34 BjGRF гени беа идентификувани во сенфот, кои беа поделени во 3 подфамилии. Овие гени покажаа слични конзервирани мотиви и генски структури. Анализата на колинеарност откри 48 пара дупликации на сегменти во сенф. Промотерскиот регион BjGRF содржи елементи со цис-дејствување поврзани со одговор на светлина, хормонален одговор, одговор на еколошки стрес и раст и развој. Експресијата на 34 BjGRF гени беше откриена во фазата на расад од синап (корени, стебла, лисја) и моделот на изразување на 10 BjGRF гени во услови на суша. Откриено е дека моделите на изразување на гените BjGRF под стрес на суша биле слични и може да бидат слични. вклучување во суша Присилување регулација. BjGRF03 и BjGRF32 гените може да играат позитивна регулаторна улога во стресот на сушата, додека BjGRF06 и BjGRF23 играат улоги во стресот на сушата како miR396 целни гени. Генерално, нашата студија обезбедува биолошка основа за идно откривање на функцијата на генот BjGRF кај растенијата Brassicaceae.
Семето од синап користено во овој експеримент беа обезбедени од Институтот за истражување на маслени семиња Гуижоу, Академијата за земјоделски науки во Гуижоу. Одберете ги целото семе и засадете ги во земја (подлога: почва = 3:1), а корените, стеблата и листовите соберете ги по фазата на четири листа. Растенијата беа третирани со 20% PEG 6000 за да се симулира суша, а листовите беа собрани по 0, 3, 6, 12 и 24 часа. Сите примероци од растенија веднаш беа замрзнати во течен азот и потоа се чуваа во замрзнувач -80°C за следниот тест.
Сите податоци добиени или анализирани во текот на оваа студија се вклучени во објавената статија и дополнителните информативни датотеки.
Време на објавување: 22 јануари 2025 година