A csapadék szezonális eloszlása Guizhou tartományban egyenetlen, tavasszal és nyáron több a csapadék, de a repcepalánták ősszel és télen ki vannak téve aszályos stressznek, ami súlyosan befolyásolja a termést. A mustár egy különleges olajos növény, amelyet főként Guizhou tartományban termesztenek. Erősen szárazságtűrő, hegyvidéki területeken is termeszthető. A szárazságtűrő gének gazdag forrása. A szárazságtűrő gének felfedezése kritikus jelentőségű a mustárfajták fejlesztése szempontjából. és innováció a csíraplazma erőforrásokban. A GRF család kritikus szerepet játszik a növények növekedésében és fejlődésében, valamint a szárazság stresszre adott válaszában. Jelenleg a GRF géneket Arabidopsis 2-ben, rizsben (Oryza sativa) 12, repcében 13, gyapotban (Gossypium hirsutum) 14, búzában (Triticum) találták. aestivum)15, gyöngyköles (Setaria italica)16 és Brassica17, de a mustárban kimutatott GRF génekről nincs jelentés. Ebben a vizsgálatban a mustár GRF családjának génjeit genomszinten azonosítottuk, és elemeztük azok fizikai és kémiai jellemzőit, evolúciós kapcsolatait, homológiáját, konzervált motívumait, génszerkezetét, génduplikációit, cisz-elemeket és a csíranövény állapotát (négy leveles állapot). A szárazságstressz alatti expressziós mintázatokat átfogóan elemezték, hogy tudományos alapot nyújtsanak a BjGRF gének aszályválaszban betöltött potenciális funkcióinak további vizsgálataihoz, és jelölt géneket biztosítsanak a szárazságtűrő mustár nemesítéséhez.
Harmincnégy BjGRF gént azonosítottak a Brassica juncea genomban két HMMER kereséssel, amelyek mindegyike tartalmazza a QLQ és WRC doméneket. Az azonosított BjGRF gének CDS szekvenciáit az S1 kiegészítő táblázat mutatja be. A BjGRF01–BjGRF34 elnevezést a kromoszómán elfoglalt helyük alapján kapják. Ennek a családnak a fizikai-kémiai tulajdonságai azt mutatják, hogy az aminosavak hossza nagyon változó, 261 aminosav (BjGRF19) és 905 aminosav (BjGRF28) között. A BjGRF izoelektromos pontja 6,19 (BjGRF02) és 9,35 (BjGRF03) között van, átlagosan 8,33, és a BjGRF 88,24%-a bázikus fehérje. A BjGRF becsült molekulatömeg-tartománya 29,82 kDa (BjGRF19) és 102,90 kDa (BjGRF28) között van; a BjGRF fehérjék instabilitási indexe 51,13 (BjGRF08) és 78,24 (BjGRF19) között van, mindegyik nagyobb, mint 40, ami azt jelzi, hogy a zsírsav index 43,65 (BjGRF01) és 78,78 (BjGRF22) között van, az átlagos -GRAV.07. (BjGRF31) és -0,45 (BjGRF22) között minden hidrofil BjGRF fehérje negatív GRAVY értékkel rendelkezik, ami a maradékok által okozott hidrofóbitás hiányára vezethető vissza. A szubcelluláris lokalizáció előrejelzése azt mutatta, hogy 31 BjGRF által kódolt fehérje lokalizálható a sejtmagban, a BjGRF04 a peroxiszómákban, a BjGRF25 a citoplazmában, a BjGRF28 pedig a kloroplasztiszokban lokalizálható (1. táblázat), jelezve, hogy a Bj és az RF lokális szerepet játszhat a sejtmagban. mint transzkripciós faktor.
A különböző fajok GRF családjainak filogenetikai elemzése segíthet a génfunkciók tanulmányozásában. Ezért letöltöttük 35 repce, 16 fehérrépa, 12 rizs, 10 köles és 9 Arabidopsis GRF teljes hosszúságú aminosavszekvenciáját, és 34 azonosított BjGRF gén alapján filogenetikai fát állítottunk össze (1. ábra). A három alcsalád különböző számú tagot tartalmaz; 116 GRF TF három különböző alcsaládra (A-C csoport) van osztva, amelyek a GRF-ek 59 (50,86%), 34 (29,31%) és 23 (19,83)%-át tartalmazzák. Közülük 34 BjGRF családtag 3 alcsaládban oszlik szét: 13 tag az A csoportban (38,24%), 12 tag a B csoportban (35,29%) és 9 tag a C csoportban (26,47%). A mustárpoliploidizáció folyamatában a BjGRF gének száma eltérő a különböző alcsaládokban, génamplifikáció és génvesztés történhetett. Érdemes megjegyezni, hogy a rizs és köles GRF-ek nem oszlanak meg a C csoportban, míg a B csoportban 2 rizs GRF és 1 köles GRF található, és a rizs és köles GRF-ek többsége egy ágba csoportosul, ami azt jelzi, hogy a BjGRF-ek szoros rokonságban állnak a kétszikűekkel. Közülük az Arabidopsis thaliana GRF funkciójával kapcsolatos legmélyebb vizsgálatok alapot adnak a BjGRF-ek funkcionális vizsgálatához.
A mustár filogenetikai fája, beleértve a Brassica napust, a Brassica napust, a rizst, a kölest és az Arabidopsis thaliana GRF család tagjait.
Ismétlődő gének elemzése a mustár GRF családjában. A szürke vonal a háttérben egy szinkronizált blokkot jelöl a mustár genomban, a piros vonal a BjGRF gén szegmentált ismétlődésének párját jelöli;
BjGRF génexpresszió szárazságstressz alatt a negyedik levélstádiumban. A qRT-PCR adatok az S5 kiegészítő táblázatban láthatók. Az adatok jelentős eltéréseit kisbetűk jelzik.
Ahogy a globális éghajlat folyamatosan változik, forró kutatási témává vált annak tanulmányozása, hogy a növények hogyan kezelik az aszályos stresszt, és hogyan javítják tűrésmechanizmusaikat18. Aszály után a növények morfológiai szerkezete, génexpressziója és anyagcsere-folyamatai megváltoznak, ami a fotoszintézis leállásához és az anyagcsere zavarokhoz vezethet, ami befolyásolja a terméshozamot és a termés minőségét19,20,21. Amikor a növények érzékelik a szárazság jeleit, másodlagos hírvivőket, például Ca2+-t és foszfatidil-inozitot termelnek, növelik az intracelluláris kalciumion-koncentrációt, és aktiválják a fehérje-foszforilációs útvonal szabályozó hálózatát22,23. A végső célfehérje közvetlenül részt vesz a sejtvédelemben, vagy szabályozza a kapcsolódó stresszgének expresszióját a TF-eken keresztül, fokozva a növények stressztűrő képességét24,25. Így a TF-ek döntő szerepet játszanak a szárazságstresszre adott válaszadásban. A szárazságstresszre reagáló TF-ek szekvenciája és DNS-kötő tulajdonságai szerint a TF-ek különböző családokra oszthatók, például GRF, ERF, MYB, WRKY és más családokba26.
A GRF géncsalád a növényspecifikus TF egy típusa, amely fontos szerepet játszik különböző szempontok szerint, például a növekedésben, a fejlődésben, a jelátvitelben és a növényvédelmi válaszokban27. Amióta az első GRF gént O. sativa-ban azonosították28, egyre több GRF gént azonosítottak számos fajban, és kimutatták, hogy befolyásolják a növények növekedését, fejlődését és stresszválaszát8, 29, 30, 31, 32. A Brassica juncea genomszekvencia közzétételével lehetővé vált a BjGRF géncsalád azonosítása33. Ebben a vizsgálatban 34 BjGRF gént azonosítottak a teljes mustárgenomban, és kromoszómális helyzetük alapján BjGRF01-BjGRF34-nek nevezték el. Mindegyik erősen konzervált QLQ és WRC tartományt tartalmaz. A fizikai-kémiai tulajdonságok elemzése azt mutatta, hogy a BjGRF fehérjék (a BjGRF28 kivételével) aminosavszámában és molekulatömegében mutatkozó különbségek nem voltak szignifikánsak, ami arra utal, hogy a BjGRF családtagok hasonló funkciójúak lehetnek. A génszerkezet-elemzés kimutatta, hogy a BjGRF gének 64,7%-a 4 exont tartalmazott, ami azt jelzi, hogy a BjGRF génszerkezet viszonylag konzervált az evolúció során, de a BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 és BjGRF29 génekben az exonok száma nagyobb. Tanulmányok kimutatták, hogy az exonok vagy intronok hozzáadása vagy deléciója eltérésekhez vezethet a génszerkezetben és a működésben, ezáltal új gének jönnek létre34,35,36. Ezért azt feltételezzük, hogy a BjGRF intronja elveszett az evolúció során, ami változásokat okozhat a génfunkciókban. A meglévő tanulmányokkal összhangban azt is megállapítottuk, hogy az intronok száma összefügg a génexpresszióval. Ha egy génben nagy az intronok száma, a gén gyorsan reagál a különféle kedvezőtlen tényezőkre.
A génduplikáció a genomikai és genetikai evolúció egyik fő tényezője37. Kapcsolódó tanulmányok kimutatták, hogy a génduplikáció nemcsak a GRF-gének számát növeli, hanem új gének létrehozásának eszközeként is szolgál, hogy segítse a növényeket a különféle kedvezőtlen környezeti feltételekhez való alkalmazkodásban38. Ebben a tanulmányban összesen 48 duplikált génpárt találtak, amelyek mindegyike szegmentális duplikáció volt, ami azt jelzi, hogy a szegmentális duplikáció a fő mechanizmus a gének számának növelésére ebben a családban. Az irodalomban beszámoltak arról, hogy a szegmentális duplikáció hatékonyan elősegítheti a GRF géncsalád tagjainak amplifikációját Arabidopsisban és eperben, és ennek a géncsaládnak tandem duplikációját egyik fajban sem találták27,39. Ennek a tanulmánynak az eredményei összhangban vannak az Arabidopsis thaliana és az epercsaláddal kapcsolatos meglévő tanulmányokkal, ami arra utal, hogy a GRF család növelheti a gének számát és új géneket generálhat a különböző növények szegmentális megkettőzésével.
Ebben a vizsgálatban összesen 34 BjGRF gént azonosítottak a mustárban, amelyeket 3 alcsaládra osztottak. Ezek a gének hasonló konzervált motívumokat és génstruktúrákat mutattak. A kollinearitás analízis 48 pár szegmens-duplikációt mutatott ki mustárban. A BjGRF promoter régió cisz-hatású elemeket tartalmaz, amelyek a fényreakcióhoz, a hormonválaszhoz, a környezeti stresszválaszhoz, valamint a növekedéshez és fejlődéshez kapcsolódnak. 34 BjGRF gén expresszióját mutattuk ki a mustár csíranövény stádiumában (gyökerek, szárak, levelek), aszályos körülmények között pedig 10 BjGRF gén expressziós mintázatát. Azt találták, hogy a BjGRF gének expressziós mintázata aszályos stressz alatt hasonló volt, és hasonló is lehet. részvétel a szárazságban A szabályozás kényszerítése. A BjGRF03 és BjGRF32 gének pozitív szabályozó szerepet játszhatnak a szárazságstresszben, míg a BjGRF06 és BjGRF23 a szárazságstresszben, mint miR396 célgének. Összességében tanulmányunk biológiai alapot biztosít a BjGRF génfunkciók jövőbeli felfedezéséhez Brassicaceae növényekben.
A kísérletben használt mustármagot a Guizhou Agrártudományi Akadémia Guizhou Olajmag Kutatóintézete biztosította. Válasszuk ki az egész magvakat és ültessük el a talajba (szubsztrát: talaj = 3:1), majd a négylevelű állapot után gyűjtsük össze a gyökereket, szárakat és leveleket. A növényeket 20%-os PEG 6000-el kezeltük a szárazság szimulálására, és a leveleket 0, 3, 6, 12 és 24 óra elteltével összegyűjtöttük. Az összes növényi mintát azonnal lefagyasztottuk folyékony nitrogénben, majd -80 °C-os fagyasztóban tároltuk a következő vizsgálathoz.
A tanulmány során nyert vagy elemzett összes adat megtalálható a publikált cikkben és a kiegészítő információs fájlokban.
Feladás időpontja: 2025. január 22