Sateen kausittainen jakautuminen Guizhoun maakunnassa on epätasainen, keväällä ja kesällä sataa enemmän, mutta rapsin taimet ovat alttiita syksyn ja talven kuivuusstressille, mikä vaikuttaa vakavasti satoon. Sinappi on erityinen öljykasvi, jota viljellään pääasiassa Guizhoun maakunnassa. Sillä on vahva kuivuudensietokyky ja sitä voidaan kasvattaa vuoristoalueilla. Se on rikas kuivuutta kestävien geenien resurssi. Kuivuutta kestävien geenien löytäminen on ratkaisevan tärkeää sinappilajikkeiden parantamisen kannalta. ja innovointi ituplasmaresursseissa. GRF-perheellä on kriittinen rooli kasvien kasvussa ja kehityksessä sekä kuivuusstressiin reagoimisessa. Tällä hetkellä GRF-geenejä on löydetty Arabidopsis 2:sta, riisistä (Oryza sativa) 12, rapsista 13, puuvillasta (Gossypium hirsutum) 14, vehnästä (Triticum). aestivum)15, helmihirssi (Setaria italica)16 ja Brassica17, mutta sinapin GRF-geeneistä ei ole raportoitu. Tässä tutkimuksessa sinapin GRF-perheen geenit tunnistettiin genomin laajuisella tasolla ja analysoitiin niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, evoluutiosuhteet, homologia, konservoituneet motiivit, geenirakenne, geenien päällekkäisyydet, cis-elementit ja taimivaihe (nelilehtinen vaihe). Kuivuusstressin alaisia ilmentymismalleja analysoitiin kattavasti tieteellisen perustan luomiseksi lisätutkimuksille BjGRF-geenien mahdollisesta toiminnasta kuivuusvasteessa ja ehdokasgeenien tarjoamiseksi kuivuutta sietävän sinapin jalostukseen.
Kolmekymmentäneljä BjGRF-geeniä tunnistettiin Brassica juncean genomista käyttämällä kahta HMMER-hakua, jotka kaikki sisältävät QLQ- ja WRC-domeenit. Tunnistettujen BjGRF-geenien CDS-sekvenssit on esitetty lisätaulukossa S1. BjGRF01–BjGRF34 on nimetty niiden sijainnin perusteella kromosomissa. Tämän perheen fysikaalis-kemialliset ominaisuudet osoittavat, että aminohappopituus vaihtelee suuresti 261 aa:sta (BjGRF19) 905 aminohappoon (BjGRF28). BjGRF:n isoelektrinen piste vaihtelee välillä 6,19 (BjGRF02) - 9,35 (BjGRF03) keskiarvon ollessa 8,33, ja 88,24 % BjGRF:stä on emäksistä proteiinia. BjGRF:n ennustettu molekyylipainoalue on 29,82 kDa (BjGRF19) - 102,90 kDa (BjGRF28); BjGRF-proteiinien epästabiilisuusindeksi vaihtelee välillä 51,13 (BjGRF08) - 78,24 (BjGRF19), kaikki ovat suurempia kuin 40, mikä osoittaa, että rasvahappoindeksi vaihtelee välillä 43,65 (BjGRF01) - 78,78 (BjGRF22), keskimääräinen hydrofobisuusalue (GRAV1.07) (BjGRF31) - -0,45 (BjGRF22), kaikilla hydrofiilisillä BjGRF-proteiineilla on negatiiviset GRAVY-arvot, mikä saattaa johtua tähteiden aiheuttamasta hydrofobisuuden puutteesta. Subsellulaarisen lokalisoinnin ennuste osoitti, että 31 BjGRF:n koodaamaa proteiinia voitiin lokalisoida tumaan, BjGRF04 voi lokalisoitua peroksisomeihin, BjGRF25 voi olla lokalisoitunut sytoplasmaan ja BjGRF28 voi lokalisoitua kloroplasteihin (taulukko 1), mikä osoittaa, että Bj:n ja RF:n paikallinen rooli voi olla tärkeässä roolissa tumassa ja G:ssä. transkriptiotekijänä.
GRF-perheiden fylogeneettinen analyysi eri lajeissa voi auttaa tutkimaan geenien toimintoja. Siksi 35 rypsin, 16 nauris, 12 riisin, 10 hirssin ja 9 Arabidopsis GRF:n täyspitkät aminohapposekvenssit ladattiin ja fylogeneettinen puu konstruoitiin 34 tunnistetun BjGRF-geenin perusteella (kuvio 1). Kolmessa alaperheessä on eri määrä jäseniä; 116 GRF-TF:ää on jaettu kolmeen eri alaperheeseen (ryhmät A-C), jotka sisältävät 59 (50,86 %), 34 (29,31 %) ja 23 (19,83) % GRF:istä, vastaavasti. Heistä 34 BjGRF-perheen jäsentä on hajallaan kolmeen alaperheeseen: 13 jäsentä ryhmässä A (38,24 %), 12 jäsentä ryhmässä B (35,29 %) ja 9 jäsentä ryhmässä C (26,47 %). Sinapin polyploidisaatioprosessissa BjGRF-geenien lukumäärä eri alaperheissä on erilainen, ja geenien monistumista ja häviämistä on voinut tapahtua. On syytä huomata, että riisin ja hirssin GRF:itä ei ole jakautunut ryhmässä C, kun taas ryhmässä B on 2 riisin GRF:ää ja 1 hirssin GRF:ää, ja suurin osa riisin ja hirssin GRF:istä on ryhmitelty yhteen haaraan, mikä osoittaa, että BjGRF:t ovat läheistä sukua kaksisirkkaisille. Niistä syvällisimmät tutkimukset GRF:n toiminnasta Arabidopsis thalianassa tarjoavat perustan BjGRF:ien toiminnallisille tutkimuksille.
Fylogeneettinen sinappipuu, mukaan lukien Brassica napus, Brassica napus, riisi, hirssi ja Arabidopsis thaliana GRF -perheen jäsenet.
Sinapin GRF-perheen toistuvien geenien analyysi. Harmaa viiva taustalla edustaa synkronoitua lohkoa sinappigenomissa, punainen viiva edustaa BjGRF-geenin segmentoitujen toistojen paria;
BjGRF-geenin ilmentyminen kuivuusstressissä neljännessä lehtivaiheessa. qRT-PCR-tiedot on esitetty lisätaulukossa S5. Merkittävät erot tiedoissa on merkitty pienillä kirjaimilla.
Globaalin ilmaston muuttuessa edelleen kuumaksi tutkimusaiheeksi on tullut viljelykasvien kuivuusstressin selvittämisestä ja niiden sietokykymekanismien parantamisesta18. Kuivuuden jälkeen kasvien morfologinen rakenne, geenien ilmentyminen ja aineenvaihduntaprosessit muuttuvat, mikä voi johtaa fotosynteesin pysähtymiseen ja aineenvaihduntahäiriöihin, mikä vaikuttaa sadon saantoon ja laatuun19,20,21. Kun kasvit aistivat kuivuussignaaleja, ne tuottavat toisia lähettiläitä, kuten Ca2+:aa ja fosfatidyyli-inositolia, lisäävät solunsisäistä kalsiumionipitoisuutta ja aktivoivat proteiinien fosforylaatioreitin säätelyverkostoa22,23. Lopullinen kohdeproteiini osallistuu suoraan solun puolustukseen tai säätelee vastaavien stressigeenien ilmentymistä TF:ien kautta, mikä lisää kasvien stressinsietokykyä24,25. Siten TF:illä on ratkaiseva rooli kuivuusstressiin vastaamisessa. Kuivuusstressiin reagoivien TF:iden sekvenssin ja DNA:n sitoutumisominaisuuksien mukaan TF:t voidaan jakaa eri perheisiin, kuten GRF, ERF, MYB, WRKY ja muihin perheisiin26.
GRF-geeniperhe on kasvispesifisen TF:n tyyppi, jolla on tärkeitä rooleja useissa eri näkökohdissa, kuten kasvussa, kehityksessä, signaalinsiirrossa ja kasvin puolustusvasteissa27. Sen jälkeen kun ensimmäinen GRF-geeni tunnistettiin O. sativassa28, yhä useampia GRF-geenejä on tunnistettu monissa lajeissa ja niiden on osoitettu vaikuttavan kasvien kasvuun, kehitykseen ja stressivasteeseen8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncean genomisekvenssin julkaisemisen myötä BjGRF-geeniperheen tunnistaminen tuli mahdolliseksi33. Tässä tutkimuksessa 34 BjGRF-geeniä tunnistettiin koko sinappigenomista ja nimettiin BjGRF01-BjGRF34 niiden kromosomiaseman perusteella. Kaikki ne sisältävät erittäin konservoituneita QLQ- ja WRC-alueita. Fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien analyysi osoitti, että erot BjGRF-proteiinien (paitsi BjGRF28) aminohappomäärissä ja molekyylipainoissa eivät olleet merkittäviä, mikä osoittaa, että BjGRF-perheen jäsenillä voi olla samanlaisia toimintoja. Geenirakenneanalyysi osoitti, että 64,7 % BjGRF-geeneistä sisälsi 4 eksonia, mikä osoittaa, että BjGRF-geenirakenne on suhteellisen konservoitunut evoluutiossa, mutta eksonien lukumäärä BjGRF10-, BjGRF16-, BjGRP28- ja BjGRF29-geeneissä on suurempi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että eksonien tai intronien lisääminen tai poistaminen voi johtaa eroihin geenirakenteessa ja -toiminnassa, jolloin syntyy uusia geenejä34,35,36. Siksi spekuloimme, että BjGRF:n introni katosi evoluution aikana, mikä voi aiheuttaa muutoksia geenin toiminnassa. Yhdessä olemassa olevien tutkimusten kanssa havaitsimme myös, että intronien lukumäärä liittyi geeniekspressioon. Kun intronien määrä geenissä on suuri, geeni voi reagoida nopeasti erilaisiin epäsuotuisiin tekijöihin.
Geenien kaksinkertaistuminen on tärkeä tekijä genomisessa ja geneettisessä evoluutiossa37. Aiheeseen liittyvät tutkimukset ovat osoittaneet, että geenien päällekkäisyys ei ainoastaan lisää GRF-geenien määrää, vaan toimii myös keinona luoda uusia geenejä, jotka auttavat kasveja sopeutumaan erilaisiin haitallisiin ympäristöolosuhteisiin38. Tässä tutkimuksessa löydettiin yhteensä 48 kaksoisgeeniparia, jotka kaikki olivat segmentaalisia päällekkäisyyksiä, mikä osoittaa, että segmentaaliset päällekkäisyydet ovat tärkein mekanismi tämän perheen geenien määrän lisäämiseksi. Kirjallisuudessa on raportoitu, että segmentaalinen kaksinkertaistuminen voi tehokkaasti edistää GRF-geeniperheen jäsenten monistumista Arabidopsiksessa ja mansikassa, eikä tämän geeniperheen tandem-kaksoistumista löydetty missään lajissa27,39. Tämän tutkimuksen tulokset ovat yhdenmukaisia Arabidopsis thaliana- ja mansikkaperheitä koskevien olemassa olevien tutkimusten kanssa, mikä viittaa siihen, että GRF-perhe voi lisätä geenien määrää ja tuottaa uusia geenejä segmentaalisella päällekkäisyydellä eri kasveissa.
Tässä tutkimuksessa sinappista tunnistettiin yhteensä 34 BjGRF-geeniä, jotka jaettiin 3 alaperheeseen. Nämä geenit osoittivat samanlaisia konservoituneita motiiveja ja geenirakenteita. Kollineaarisuusanalyysi paljasti sinappissa 48 paria segmenttien päällekkäisyyksiä. BjGRF-promoottorialue sisältää cis-toimivia elementtejä, jotka liittyvät valovasteeseen, hormonaaliseen vasteeseen, ympäristön stressivasteeseen sekä kasvuun ja kehitykseen. 34 BjGRF-geenin ilmentyminen havaittiin sinapin taimivaiheessa (juuret, varret, lehdet) ja 10 BjGRF-geenin ilmentymismalli kuivuusolosuhteissa. Havaittiin, että BjGRF-geenien ilmentymismallit kuivuusstressissä olivat samanlaisia ja voivat olla samanlaisia. osallistuminen kuivuuteen Pakottaen sääntelyä. BjGRF03- ja BjGRF32-geeneillä voi olla positiivisia säätelyrooleja kuivuusstressissä, kun taas BjGRF06 ja BjGRF23 näyttelevät rooleja kuivuusstressissä miR396-kohdegeeneinä. Kaiken kaikkiaan tutkimuksemme tarjoaa biologisen perustan BjGRF-geenin toiminnan tulevalle löytämiselle Brassicaceae-kasveissa.
Tässä kokeessa käytetyt sinapinsiemenet toimitti Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Valitse kokonaiset siemenet ja istuta ne maaperään (substraatti: maa = 3:1) ja kerää juuret, varret ja lehdet nelilehtivaiheen jälkeen. Kasveja käsiteltiin 20 % PEG 6000:lla kuivuuden simuloimiseksi, ja lehdet kerättiin 0, 3, 6, 12 ja 24 tunnin kuluttua. Kaikki kasvinäytteet pakastettiin välittömästi nestetypessä ja säilytettiin sitten -80 °C pakastimessa seuraavaa testiä varten.
Kaikki tämän tutkimuksen aikana saadut tai analysoidut tiedot sisältyvät julkaistuun artikkeliin ja lisätietotiedostoihin.
Postitusaika: 22.1.2025