Сезонската распределба на врнежите во покраината Гуиџоу е нерамномерна, со повеќе врнежи во пролет и лето, но садниците од репка се подложни на стрес од суша во есен и зима, што сериозно влијае на приносот. Сенфот е посебна маслодајна култура што главно се одгледува во покраината Гуиџоу. Има силна толеранција на суша и може да се одгледува во планински области. Тој е богат ресурс на гени отпорни на суша. Откривањето на гени отпорни на суша е од клучно значење за подобрување на сортите сенф и иновации во ресурсите на герминативна плазма. Семејството GRF игра клучна улога во растот и развојот на растенијата и одговорот на стрес од суша. Во моментов, GRF гени се пронајдени кај Arabidopsis 2, ориз (Oryza sativa) 12, репка 13, памук (Gossypium hirsutum) 14, пченица (Triticum aestivum) 15, бисерно просо (Setaria italica) 16 и Brassica 17, но нема извештаи за GRF гени откриени во сенф. Во оваа студија, гените од семејството GRF на сенфот беа идентификувани на ниво на целиот геном и беа анализирани нивните физички и хемиски карактеристики, еволутивни врски, хомологија, конзервирани мотиви, структура на гени, дупликации на гени, цис-елементи и фаза на расад (фаза на четири листа). Моделите на експресија под стрес од 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 отпорен на суша.
Триесет и четири BjGRF гени беа идентификувани во геномот на Brassica juncea со помош на две HMMER пребарувања, од кои сите ги содржат QLQ и WRC домените. 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 ова семејство укажуваат дека должината на аминокиселините е многу варијабилна, почнувајќи 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 укажува дека индексот на масни киселини се движи од 43,65 (BjGRF01) до 78,78 (BjGRF22), просечната хидрофилност (GRAVY) се движи од -1,07 (BjGRF31) до -0,45 (BjGRF22), сите хидрофилни протеини BjGRF имаат негативни GRAVY вредности, што може да се должи на недостатокот на хидрофобност предизвикана од остатоците. Предвидувањето на субцелуларната локализација покажа дека 31 протеини кодирани од BjGRF можат да бидат локализирани во јадрото, BjGRF04 може да биде локализиран во пероксизоми, BjGRF25 може да биде локализиран во цитоплазмата, а BjGRF28 може да биде локализиран во хлоропласти (Табела 1), што укажува дека BjGRF може да бидат локализирани во јадрото и да играат важна регулаторна улога како транскрипциски фактор.
Филогенетската анализа на GRF семејствата кај различни видови може да помогне во проучувањето на генските функции. Затоа, беа преземени целосните аминокиселински секвенци на 35 репка, 16 репка, 12 ориз, 10 просо и 9 Arabidopsis GRF и беше конструирано филогенетско дрво врз основа на 34 идентификувани BjGRF гени (Сл. 1). Трите подфамилии содржат различен број на 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 гени BjGRFs во различни подфамилии е различен, а можеби се случила и амплификација и губење на гените. Вреди да се напомене дека нема дистрибуција на GRF-и од ориз и просо во групата C, додека во групата B има 2 GRF-и од ориз и 1 GRF од просо, а поголемиот дел од GRF-ите од ориз и просо се групирани во една гранка, што укажува дека BjGRF-ите се тесно поврзани со дикотите. Меѓу нив, најдлабоките студии за функцијата на GRF кај Arabidopsis thaliana даваат основа за функционални студии на BjGRF-ите.
Филогенетско дрво на сенф, кое ги вклучува Brassica napus, Brassica napus, ориз, просо и членови на семејството Arabidopsis thaliana GRF.
Анализа на повторувачки гени во семејството на сенф GRF. Сивата линија во позадина претставува синхронизиран блок во геномот на сенф, црвената линија претставува пар сегментирани повторувања на генот BjGRF;
Експресија на генот BjGRF под стрес од суша во фаза на четврти лист. Податоците од qRT-PCR се прикажани во Дополнителната табела S5. Значајните разлики во податоците се означени со мали букви.
Како што глобалната клима продолжува да се менува, проучувањето на тоа како културите се справуваат со стресот од суша и подобрувањето на нивните механизми за толеранција стана жешка тема на истражување18. 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 влијае на приносот и квалитетот на културите19,20,21. Кога растенијата ги чувствуваат сигналите за суша, тие произведуваат секундарни гласници како што се Ca2+ и фосфатидилинозитол, ја зголемуваат интрацелуларната концентрација на калциумови јони и ја активираат регулаторната мрежа на патеката на фосфорилација на протеини22,23. Конечниот целен протеин е директно вклучен во клеточната одбрана или ја регулира експресијата на поврзани гени за стрес преку TF, подобрувајќи ја толеранцијата на растенијата на стрес24,25. Така, TF играат клучна улога во одговорот на стресот од суша. Според секвенцата и својствата на врзување на ДНК на TF кои реагираат на стрес од суша, TF можат да се поделат на различни семејства, како што се GRF, ERF, MYB, WRKY и други семејства26.
Семејството на гени GRF е вид на специфичен за растенијата TF кој игра важна улога во различни аспекти како што се раст, развој, трансдукција на сигнали и одбранбени одговори на растенијата27. Откако првиот GRF ген беше идентификуван кај O. sativa28, сè повеќе и повеќе GRF гени се идентификувани кај многу видови и е покажано дека влијаат на растот, развојот и одговорот на стрес на растенијата8, 29, 30,31,32. Со објавувањето на геномската секвенца на Brassica juncea, идентификацијата на семејството на гени BjGRF стана можна33. Во оваа студија, 34 BjGRF гени беа идентификувани во целиот геном на сенф и именувани BjGRF01–BjGRF34 врз основа на нивната хромозомска позиција. Сите тие содржат високо конзервирани QLQ и WRC домени. Анализата на физичкохемиските својства покажа дека разликите во бројот на аминокиселини и молекуларните тежини на протеините BjGRF (освен BjGRF28) не беа значајни, што укажува дека членовите на семејството BjGRF може да имаат слични функции. Анализата на структурата на гените покажа дека 64,7% од гените BjGRF содржат 4 егзони, што укажува дека структурата на генот BjGRF е релативно зачувана во еволуцијата, но бројот на егзони во гените BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 и BjGRF29 е поголем. Студиите покажаа дека додавањето или бришењето на егзони или интрони може да доведе до разлики во структурата и функцијата на гените, со што се создаваат нови гени34,35,36. Затоа, шпекулираме дека интронот на BjGRF е изгубен за време на еволуцијата, што може да предизвика промени во функцијата на гените. Во согласност со постојните студии, откривме и дека бројот на интрони е поврзан со експресијата на гените. Кога бројот на интрони во еден ген е голем, генот може брзо да одговори на разни неповолни фактори.
Дуплирањето на гените е главен фактор во геномската и генетската еволуција37. Поврзаните студии покажаа дека дуплирањето на гените не само што го зголемува бројот на GRF гени, туку служи и како средство за генерирање нови гени за да им помогне на растенијата да се прилагодат на различни неповолни услови на животната средина38. Во оваа студија беа пронајдени вкупно 48 дупликати генски парови, од кои сите беа сегментални дупликации, што укажува дека сегменталните дупликации се главниот механизам за зголемување на бројот на гени во ова семејство. Во литературата е објавено дека сегменталната дупликација може ефикасно да ја промовира амплификацијата на членовите на семејството на GRF гени кај Arabidopsis и јагода, а не е пронајдена тандемска дупликација на ова генско семејство кај ниту еден од видовите27,39. Резултатите од оваа студија се во согласност со постојните студии за семејствата Arabidopsis thaliana и јагода, што укажува дека семејството GRF може да го зголеми бројот на гени и да генерира нови гени преку сегментална дупликација кај различни растенија.
Во оваа студија, вкупно 34 BjGRF гени беа идентификувани кај 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 кај сенфот. Промоторскиот регион BjGRF содржи цис-дејствувачки елементи поврзани со одговор на светлина, хормонален одговор, одговор на стрес од околината и раст и развој. Експресијата на 34 BjGRF гени беше откриена во фазата на расад од сенф (корени, стебла, лисја), а моделот на експресија на 10 BjGRF гени под услови на суша. Беше откриено дека моделите на експресија на BjGRF гените под стрес од суша беа слични и може да бидат слични. Гените BjGRF03 и BjGRF32 можат да играат позитивни регулаторни улоги во стресот од суша, додека BjGRF06 и BjGRF23 играат улоги во стресот од суша како целни гени miR396. Генерално, нашата студија обезбедува биолошка основа за идно откривање на функцијата на генот BjGRF кај растенијата Brassicaceae.
Семето од синап што се користеше во овој експеримент беше обезбедено од Институтот за истражување на маслодајни семиња Гуиџоу, Академијата за земјоделски науки Гуиџоу. Изберете ги целите семиња и засадете ги во почва (супстрат: 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 беа веднаш замрзнати во течен азот, а потоа складирани во замрзнувач од -80°C за следниот тест.
Сите податоци добиени или анализирани за време на оваа студија се вклучени во објавената статија и дополнителните информативни датотеки.
Време на објавување: 22 јануари 2025 година