Árstíðabundin dreifing úrkomu í Guizhou héraði er misjöfn, með meiri úrkomu á vorin og sumrin, en repjuplönturnar eru næmar fyrir þurrkaálagi á haustin og veturinn, sem hefur alvarleg áhrif á uppskeruna. Sinnep er sérstakt olíufræ sem er aðallega ræktað í Guizhou héraði. Það hefur mikla þurrkaþol og hægt að rækta það í fjallasvæðum. Það er rík auðlind af þurrkaþolnum genum. Uppgötvun gena sem þola þurrka er afar mikilvæg til að bæta sinnepsafbrigði. og nýsköpun í germplasma auðlindum. GRF fjölskyldan gegnir mikilvægu hlutverki í vexti og þroska plantna og viðbrögðum við þurrkaálagi. Sem stendur hafa GRF gen fundist í Arabidopsis 2, hrísgrjónum (Oryza sativa) 12, repjufræi 13, bómull (Gossypium hirsutum) 14, hveiti (Triticum). aestivum)15, perluhirsi (Setaria italica)16 og Brassica17, en engar skýrslur eru um GRF gen sem greindust í sinnepi. Í þessari rannsókn voru GRF fjölskyldugenin sinneps auðkennd á erfðamengi-vítt stigi og eðlisfræðileg og efnafræðileg einkenni þeirra, þróunartengsl, samsvörun, varðveitt mótíf, genabygging, genafritunarefni, cis-þættir og ungplöntustig (fjögurra blaða stig) voru greind. Tjáningarmynstrið undir þurrkaálagi var ítarlega greind til að veita vísindalegan grunn fyrir frekari rannsóknir á hugsanlegri virkni BjGRF gena í þurrkaviðbrögðum og til að útvega frambjóðandi gen fyrir ræktun þurrkaþolins sinneps.
Þrjátíu og fjögur BjGRF gen voru auðkennd í Brassica juncea erfðamengi með tveimur HMMER leitum, sem allar innihalda QLQ og WRC lénin. CDS raðir auðkenndra BjGRF gena eru kynntar í viðbótartöflu S1. BjGRF01–BjGRF34 eru nefnd eftir staðsetningu þeirra á litningnum. Eðlisefnafræðilegir eiginleikar þessarar fjölskyldu benda til þess að amínósýrulengdin sé mjög breytileg, allt frá 261 aa (BjGRF19) til 905 aa (BjGRF28). Jafnrafmagnspunktur BjGRF er á bilinu 6,19 (BjGRF02) til 9,35 (BjGRF03) með meðaltal 8,33 og 88,24% af BjGRF er grunnprótein. Spáð mólþyngdarsvið BjGRF er frá 29,82 kDa (BjGRF19) til 102,90 kDa (BjGRF28); óstöðugleikastuðull BjGRF próteina er á bilinu 51,13 (BjGRF08) til 78,24 (BjGRF19), öll eru hærri en 40, sem gefur til kynna að fitusýrustuðullinn sé á bilinu 43,65 (BjGRF01) til 78,78 (BjGRF22) að meðaltali vatnssækni (GRAFY22) s. (BjGRF31) til -0,45 (BjGRF22), öll vatnssæknu BjGRF próteinin hafa neikvæð GRAVY gildi, sem gæti stafað af skorti á vatnsfælni af völdum leifanna. Undirfrumustaðsetningarspá sýndi að hægt væri að staðsetja 31 BjGRF kóðuð prótein í kjarnanum, BjGRF04 gæti verið staðbundið í peroxisómum, BjGRF25 gæti verið staðbundið í umfryminu og BjGRF28 gæti verið staðbundið í grænukornum (tafla 1), sem bendir til þess að BjGRF gegni mikilvægu hlutverki í kjarna umritunarstuðull.
Sýklafræðileg greining á GRF fjölskyldum í mismunandi tegundum getur hjálpað til við að rannsaka virkni gena. Þess vegna var amínósýruröðum í fullri lengd af 35 repjufræjum, 16 rófum, 12 hrísgrjónum, 10 hirsi og 9 Arabidopsis GRFs hlaðið niður og stofnað tré var byggt á 34 auðkenndum BjGRF genum (mynd 1). Undirfjölskyldurnar þrjár innihalda mismunandi fjölda meðlima; 116 GRF TF eru skipt í þrjár mismunandi undirfjölskyldur (hópar A~C), sem innihalda 59 (50,86%), 34 (29,31%) og 23 (19,83)% af GRF, í sömu röð. Meðal þeirra eru 34 BjGRF fjölskyldumeðlimir dreifðir í 3 undirfjölskyldur: 13 meðlimir í hópi A (38,24%), 12 meðlimir í hópi B (35,29%) og 9 meðlimir í hópi C (26,47%). Í ferlinu við sinnepsfjölnýtingu er fjöldi BjGRFs gena í mismunandi undirfjölskyldum mismunandi og genamögnun og -tap gæti hafa átt sér stað. Rétt er að taka fram að það er engin dreifing á hrísgrjónum og hirsi GRF í hópi C, á meðan það eru 2 hrísgrjón GRF og 1 hirsi GRF í hópi B, og flest hrísgrjón og hirsi GRF eru flokkuð í eina grein, sem gefur til kynna að BjGRF eru náskyld tvífómu. Meðal þeirra eru ítarlegustu rannsóknirnar á GRF virkni í Arabidopsis thaliana grundvöll fyrir starfrænar rannsóknir á BjGRFs.
Fylgjanlegt sinnepstré þar á meðal Brassica napus, Brassica napus, hrísgrjón, hirsi og meðlimir Arabidopsis thaliana GRF fjölskyldunnar.
Greining á endurteknum genum í sinneps GRF fjölskyldunni. Gráa línan í bakgrunni táknar samstillta blokk í sinnepserfðamengi, rauða línan táknar par af sundurliðuðum endurtekningum af BjGRF geninu;
BjGRF genatjáning undir þurrkaálagi á fjórða laufstigi. qRT-PCR gögn eru sýnd í viðbótartöflu S5. Marktækur munur á gögnum er sýndur með litlum stöfum.
Eftir því sem loftslag á heimsvísu heldur áfram að breytast hefur það orðið heitt rannsóknarefni að rannsaka hvernig uppskera takast á við þurrkaálag og bæta umburðarlyndi þeirra18. Eftir þurrka mun formgerð, tjáning gena og efnaskiptaferli plantna breytast, sem getur leitt til þess að ljóstillífun hætti og efnaskiptatruflunum, sem hefur áhrif á uppskeru og gæði ræktunar19,20,21. Þegar plöntur skynja þurrkamerki framleiða þær önnur boðefni eins og Ca2+ og fosfatidýlínósítól, auka styrk kalsíumjóna innanfrumu og virkja stjórnunarnet próteinfosfórunarferilsins22,23. Loka markpróteinið tekur beinan þátt í frumuvörn eða stjórnar tjáningu tengdra streitugena í gegnum TFs, sem eykur þol plantna fyrir streitu24,25. Þannig gegna TFs mikilvægu hlutverki við að bregðast við þurrkaálagi. Samkvæmt röð og DNA-bindingareiginleikum TFs sem svara þurrkstreitu, má skipta TFs í mismunandi fjölskyldur, svo sem GRF, ERF, MYB, WRKY og aðrar fjölskyldur26.
GRF genafjölskyldan er tegund plöntusértækra TF sem gegnir mikilvægu hlutverki í ýmsum þáttum eins og vexti, þroska, merkjaflutningi og varnarviðbrögðum plantna27. Síðan fyrsta GRF genið var greint í O. sativa28 hafa fleiri og fleiri GRF gen verið auðkennd í mörgum tegundum og sýnt fram á að þau hafa áhrif á vöxt plantna, þroska og streituviðbrögð8, 29, 30,31,32. Með útgáfu Brassica juncea erfðamengisröðarinnar varð auðkenning á BjGRF genafjölskyldunni möguleg33. Í þessari rannsókn voru 34 BjGRF gen auðkennd í öllu sinnepserfðamengi og nefnd BjGRF01–BjGRF34 út frá litningastöðu þeirra. Öll þau innihalda mjög varðveitt QLQ og WRC lén. Greining á eðlisefnafræðilegum eiginleikum sýndi að munur á amínósýrufjölda og mólmassa BjGRF próteina (nema BjGRF28) var ekki marktækur, sem bendir til þess að BjGRF fjölskyldumeðlimir gætu haft svipaða virkni. Genbyggingargreining sýndi að 64,7% af BjGRF genunum innihéldu 4 exon, sem gefur til kynna að BjGRF genabyggingin sé tiltölulega varðveitt í þróun, en fjöldi exona í BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 og BjGRF29 genum er stærri. Rannsóknir hafa sýnt að viðbót eða eyðing á exonum eða introns getur leitt til mismunandi genabyggingar og virkni og þar með búið til ný gen34,35,36. Þess vegna veltum við því fyrir okkur að intron BjGRF hafi glatast við þróun, sem getur valdið breytingum á genavirkni. Í samræmi við núverandi rannsóknir komumst við einnig að því að fjöldi innrana tengdist genatjáningu. Þegar fjöldi innrana í geni er mikill getur genið fljótt brugðist við ýmsum óhagstæðum þáttum.
Genföldun er stór þáttur í erfðafræðilegri og erfðafræðilegri þróun37. Tengdar rannsóknir hafa sýnt að fjölföldun gena eykur ekki aðeins fjölda GRF gena heldur þjónar hún einnig sem leið til að búa til ný gen til að hjálpa plöntum að laga sig að ýmsum skaðlegum umhverfisaðstæðum38. Alls fundust 48 tvöföld genapör í þessari rannsókn, sem öll voru tvítekin tvítekningar, sem bendir til þess að tvítekin tvöföldun sé meginbúnaðurinn til að auka fjölda gena í þessari fjölskyldu. Greint hefur verið frá því í fræðiritum að tvítekin tvíverkun geti á áhrifaríkan hátt stuðlað að mögnun GRF genafjölskyldumeðlima í Arabidopsis og jarðarberjum, og engin samhliða tvíverkun þessarar genafjölskyldu fannst í neinni tegundanna27,39. Niðurstöður þessarar rannsóknar eru í samræmi við núverandi rannsóknir á Arabidopsis thaliana og jarðarberjafjölskyldum, sem benda til þess að GRF fjölskyldan geti aukið fjölda gena og myndað ný gen með hluta tvíverkunar í mismunandi plöntum.
Í þessari rannsókn fundust alls 34 BjGRF gen í sinnepi sem skiptust í 3 undirfjölskyldur. Þessi gen sýndu svipuð varðveitt mótíf og genabyggingu. Samlínugreining leiddi í ljós 48 pör af tvítekningum í sinnepi. BjGRF hvatasvæðið inniheldur cis-virkandi þætti sem tengjast ljóssvörun, hormónasvörun, umhverfisstreituviðbrögðum og vexti og þroska. Tjáning 34 BjGRF gena greindist á sinnepsplöntustigi (rætur, stilkar, lauf) og tjáningarmynstur 10 BjGRF gena við þurrkaskilyrði. Í ljós kom að tjáningarmynstur BjGRF gena undir þurrkaálagi var svipað og gæti verið svipað. þátttaka í þurrkaþvingunarreglugerð. BjGRF03 og BjGRF32 gen geta gegnt jákvæðu stjórnunarhlutverki í þurrkaálagi, en BjGRF06 og BjGRF23 gegna hlutverki í þurrkaálagi sem miR396 markgen. Á heildina litið veitir rannsókn okkar líffræðilegan grunn fyrir framtíðaruppgötvun BjGRF genavirkni í Brassicaceae plöntum.
Sinnepsfræin sem notuð voru í þessari tilraun voru veitt af Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Veldu heilu fræin og gróðursettu þau í jarðvegi (undirlag: jarðvegur = 3:1), og safnaðu rótum, stilkum og laufum eftir fjögurra blaða stigið. Plönturnar voru meðhöndlaðar með 20% PEG 6000 til að líkja eftir þurrki og blöðunum var safnað eftir 0, 3, 6, 12 og 24 klst. Öll plöntusýni voru strax fryst í fljótandi köfnunarefni og síðan geymd í -80°C frysti fyrir næstu prófun.
Öll gögn sem aflað er eða greind í þessari rannsókn eru innifalin í birtu greininni og viðbótarupplýsingaskrám.
Birtingartími: 22-jan-2025