Ang pana-panahong distribusyon ng ulan sa Lalawigan ng Guizhou ay hindi pantay, na may mas maraming pag-ulan sa tagsibol at tag-araw, ngunit ang mga punla ng rapeseed ay madaling kapitan ng tagtuyot sa taglagas at taglamig, na seryosong nakakaapekto sa ani. Ang mustasa ay isang espesyal na pananim na oilseed na pangunahing itinanim sa Lalawigan ng Guizhou. Ito ay may malakas na pagpaparaya sa tagtuyot at maaaring itanim sa mga bulubunduking lugar. Ito ay isang mayamang mapagkukunan ng mga gene na lumalaban sa tagtuyot. Ang pagtuklas ng mga gene na lumalaban sa tagtuyot ay napakahalaga para sa pagpapabuti ng mga varieties ng mustasa. at pagbabago sa mga mapagkukunan ng germplasm. Ang pamilya ng GRF ay gumaganap ng isang kritikal na papel sa paglago at pag-unlad ng halaman at ang pagtugon sa stress sa tagtuyot. Sa kasalukuyan, ang mga gene ng GRF ay natagpuan sa Arabidopsis 2, bigas (Oryza sativa) 12, rapeseed 13, cotton (Gossypium hirsutum) 14, trigo (Triticum). aestivum)15, pearl millet (Setaria italica)16 at Brassica17, ngunit walang mga ulat ng GRF genes na nakita sa mustasa. Sa pag-aaral na ito, ang GRF family genes ng mustasa ay nakilala sa genome-wide level at ang kanilang pisikal at kemikal na mga katangian, ebolusyonaryong relasyon, homology, conserved motifs, gene structure, gene duplications, cis-element at seedling stage (four-leaf stage) ay nasuri. Ang mga pattern ng expression sa ilalim ng stress ng tagtuyot ay komprehensibong nasuri upang magbigay ng siyentipikong batayan para sa karagdagang pag-aaral sa potensyal na paggana ng mga BjGRF genes sa pagtugon sa tagtuyot at upang magbigay ng mga gen ng kandidato para sa pagpaparami ng drought-tolerant na mustasa.
Tatlumpu't apat na BjGRF gen ang nakilala sa Brassica juncea genome gamit ang dalawang paghahanap sa HMMER, na lahat ay naglalaman ng mga domain ng QLQ at WRC. Ang mga pagkakasunud-sunod ng CDS ng mga natukoy na BjGRF gen ay ipinakita sa Karagdagang Talaan S1. Ang BjGRF01–BjGRF34 ay pinangalanan batay sa kanilang lokasyon sa chromosome. Ang mga katangian ng physicochemical ng pamilyang ito ay nagpapahiwatig na ang haba ng amino acid ay lubos na nagbabago, mula 261 aa (BjGRF19) hanggang 905 aa (BjGRF28). Ang isoelectric point ng BjGRF ay mula 6.19 (BjGRF02) hanggang 9.35 (BjGRF03) na may average na 8.33, at 88.24% ng BjGRF ay isang pangunahing protina. Ang hinulaang molecular weight range ng BjGRF ay mula 29.82 kDa (BjGRF19) hanggang 102.90 kDa (BjGRF28); ang instability index ng BjGRF proteins ay mula 51.13 (BjGRF08) hanggang 78.24 (BjGRF19), lahat ay mas malaki sa 40, na nagpapahiwatig na ang fatty acid index ay mula 43.65 (BjGRF01) hanggang 78.78 (BjGRF22) na saklaw, ang average na hydrophilicity. (BjGRF31) hanggang -0.45 (BjGRF22), lahat ng hydrophilic BjGRF na protina ay may mga negatibong halaga ng GRAVY, na maaaring dahil sa kakulangan ng hydrophobicity na dulot ng mga nalalabi. Ang hula ng subcellular localization ay nagpakita na ang 31 BjGRF na naka-encode na protina ay maaaring ma-localize sa nucleus, ang BjGRF04 ay maaaring ma-localize sa peroxisomes, ang BjGRF25 ay maaaring ma-localize sa cytoplasm, at ang BjGRF28 ay maaaring ma-localize sa chloroplasts (Talahanayan 1), na nagpapahiwatig na ang BjGRFs ay gumaganap ng isang mahalagang trancleus factor sa isang nucleus factor.
Ang pagsusuri ng phylogenetic ng mga pamilya ng GRF sa iba't ibang mga species ay makakatulong upang pag-aralan ang mga function ng gene. Samakatuwid, ang buong-haba na mga pagkakasunud-sunod ng amino acid ng 35 rapeseed, 16 singkamas, 12 kanin, 10 millet at 9 Arabidopsis GRFs ay na-download at isang phylogenetic tree ay itinayo batay sa 34 na natukoy na BjGRF genes (Fig. 1). Ang tatlong subfamily ay naglalaman ng iba't ibang bilang ng mga miyembro; Ang 116 GRF TF ay nahahati sa tatlong magkakaibang subfamily (mga pangkat A~C), na naglalaman ng 59 (50.86%), 34 (29.31%) at 23 (19.83)% ng mga GRF, ayon sa pagkakabanggit. Kabilang sa mga ito, 34 na miyembro ng pamilya ng BjGRF ang nakakalat sa 3 subfamily: 13 miyembro sa grupo A (38.24%), 12 miyembro sa grupo B (35.29%) at 9 na miyembro sa grupo C (26.47%). Sa proseso ng polyploidization ng mustasa, ang bilang ng mga gene ng BjGRF sa iba't ibang mga subfamily ay iba, at maaaring naganap ang pagpapalakas at pagkawala ng gene. Kapansin-pansin na walang distribusyon ng mga bigas at millet GRF sa grupo C, habang mayroong 2 rice GRF at 1 millet GRF sa grupo B, at karamihan sa mga bigas at millet GRF ay nakapangkat sa isang sangay, na nagpapahiwatig na ang mga BjGRF ay malapit na nauugnay sa mga dicot. Kabilang sa mga ito, ang pinaka-malalim na pag-aaral sa GRF function sa Arabidopsis thaliana ay nagbibigay ng batayan para sa mga functional na pag-aaral ng BjGRFs.
Phylogenetic tree ng mustasa kabilang ang Brassica napus, Brassica napus, bigas, dawa at mga miyembro ng Arabidopsis thaliana GRF family.
Pagsusuri ng mga paulit-ulit na gene sa pamilya ng mustasa GRF. Ang kulay abong linya sa background ay kumakatawan sa isang naka-synchronize na bloke sa mustard genome, ang pulang linya ay kumakatawan sa isang pares ng naka-segment na pag-uulit ng BjGRF gene;
BjGRF gene expression sa ilalim ng drought stress sa ikaapat na yugto ng dahon. Ang data ng qRT-PCR ay ipinapakita sa Karagdagang Talahanayan S5. Ang mga makabuluhang pagkakaiba sa data ay ipinapahiwatig ng maliliit na titik.
Habang patuloy na nagbabago ang klima sa daigdig, naging mainit na paksa ng pananaliksik ang pag-aaral kung paano nakayanan ng mga pananim ang stress sa tagtuyot at pagpapabuti ng kanilang mga mekanismo sa pagpapaubaya. Pagkatapos ng tagtuyot, magbabago ang morphological structure, gene expression at metabolic process ng mga halaman, na maaaring humantong sa pagtigil ng photosynthesis at metabolic disturbance, na makakaapekto sa ani at kalidad ng mga pananim19,20,21. Kapag naramdaman ng mga halaman ang mga senyales ng tagtuyot, gumagawa sila ng mga pangalawang mensahero tulad ng Ca2+ at phosphatidylinositol, pinapataas ang intracellular calcium ion concentration at i-activate ang regulatory network ng protein phosphorylation pathway22,23. Ang panghuling target na protina ay direktang kasangkot sa cellular defense o kinokontrol ang pagpapahayag ng mga nauugnay na stress genes sa pamamagitan ng mga TF, pagpapahusay ng pagpapaubaya ng halaman sa stress24,25. Kaya, ang mga TF ay may mahalagang papel sa pagtugon sa stress ng tagtuyot. Ayon sa sequence at DNA binding properties ng drought stress responsive TFs, ang mga TF ay maaaring hatiin sa iba't ibang pamilya, tulad ng GRF, ERF, MYB, WRKY at iba pang pamilya26.
Ang pamilya ng gene ng GRF ay isang uri ng TF na partikular sa halaman na gumaganap ng mahahalagang tungkulin sa iba't ibang aspeto tulad ng paglaki, pag-unlad, signal transduction at mga tugon sa pagtatanggol ng halaman27. Dahil ang unang GRF gene ay nakilala sa O. sativa28, parami nang parami ang GRF genes na natukoy sa maraming species at ipinakitang nakakaapekto sa paglaki ng halaman, pag-unlad at pagtugon sa stress8, 29, 30,31,32. Sa paglalathala ng Brassica juncea genome sequence, naging posible ang pagkakakilanlan ng BjGRF gene family33. Sa pag-aaral na ito, 34 na BjGRF gen ang nakilala sa buong genome ng mustasa at pinangalanang BjGRF01-BjGRF34 batay sa kanilang chromosomal na posisyon. Lahat ng mga ito ay naglalaman ng lubos na natipid na mga domain ng QLQ at WRC. Ang pagsusuri sa mga katangian ng physicochemical ay nagpakita na ang mga pagkakaiba sa mga numero ng amino acid at molekular na timbang ng mga protina ng BjGRF (maliban sa BjGRF28) ay hindi makabuluhan, na nagpapahiwatig na ang mga miyembro ng pamilya ng BjGRF ay maaaring may mga katulad na pag-andar. Ang pagsusuri sa istruktura ng gene ay nagpakita na ang 64.7% ng mga BjGRF gen ay naglalaman ng 4 na exon, na nagpapahiwatig na ang BjGRF gene structure ay medyo natipid sa ebolusyon, ngunit ang bilang ng mga exon sa BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 at BjGRF29 na mga gene ay mas malaki. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang pagdaragdag o pagtanggal ng mga exon o intron ay maaaring humantong sa mga pagkakaiba sa istraktura at paggana ng gene, sa gayon ay lumilikha ng mga bagong gene34,35,36. Samakatuwid, iniisip namin na ang intron ng BjGRF ay nawala sa panahon ng ebolusyon, na maaaring magdulot ng mga pagbabago sa pag-andar ng gene. Alinsunod sa mga umiiral na pag-aaral, nalaman din namin na ang bilang ng mga intron ay nauugnay sa pagpapahayag ng gene. Kapag ang bilang ng mga intron sa isang gene ay malaki, ang gene ay maaaring mabilis na tumugon sa iba't ibang hindi kanais-nais na mga kadahilanan.
Ang pagdoble ng gene ay isang pangunahing salik sa genomic at genetic evolution37. Ipinakita ng mga kaugnay na pag-aaral na ang pagdoble ng gene ay hindi lamang nagpapataas ng bilang ng mga gene ng GRF, ngunit nagsisilbi rin bilang isang paraan ng pagbuo ng mga bagong gene upang matulungan ang mga halaman na umangkop sa iba't ibang masamang kondisyon sa kapaligiran38. Isang kabuuan ng 48 na mga duplicate na pares ng gene ang natagpuan sa pag-aaral na ito, na lahat ay mga segmental na duplikasyon, na nagpapahiwatig na ang mga segmental na duplikasyon ay ang pangunahing mekanismo para sa pagtaas ng bilang ng mga gene sa pamilyang ito. Naiulat sa panitikan na ang segmental na pagdoble ay maaaring epektibong maisulong ang pagpapalakas ng mga miyembro ng pamilya ng GRF gene sa Arabidopsis at strawberry, at walang tandem na pagdoble ng pamilya ng gene na ito ay natagpuan sa alinman sa mga species27, 39. Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay pare-pareho sa mga umiiral na pag-aaral sa Arabidopsis thaliana at mga strawberry na pamilya, na nagmumungkahi na ang pamilya ng GRF ay maaaring dagdagan ang bilang ng mga gene at makabuo ng mga bagong gene sa pamamagitan ng segmental na pagdoble sa iba't ibang mga halaman.
Sa pag-aaral na ito, kabuuang 34 na BjGRF genes ang natukoy sa mustasa, na hinati sa 3 subfamilies. Ang mga gene na ito ay nagpakita ng magkatulad na conserved motifs at gene structures. Ang pagtatasa ng collinearity ay nagsiwalat ng 48 pares ng mga duplikasyon ng segment sa mustasa. Ang rehiyon ng promoter ng BjGRF ay naglalaman ng mga elementong kumikilos ng cis na nauugnay sa magaan na pagtugon, pagtugon sa hormonal, pagtugon sa stress sa kapaligiran, at paglago at pag-unlad. Ang pagpapahayag ng 34 na BjGRF gen ay nakita sa yugto ng punla ng mustasa (mga ugat, tangkay, dahon), at ang pattern ng pagpapahayag ng 10 BjGRF gen sa ilalim ng mga kondisyon ng tagtuyot. Napag-alaman na ang mga pattern ng pagpapahayag ng mga gene ng BjGRF sa ilalim ng stress ng tagtuyot ay magkatulad at maaaring magkatulad. paglahok sa tagtuyot Pagpipilit sa regulasyon. Ang mga BjGRF03 at BjGRF32 na mga gene ay maaaring gumanap ng mga positibong tungkulin sa regulasyon sa drought stress, habang ang BjGRF06 at BjGRF23 ay gumaganap ng mga papel sa drought stress bilang miR396 target genes. Sa pangkalahatan, ang aming pag-aaral ay nagbibigay ng biological na batayan para sa hinaharap na pagtuklas ng BjGRF gene function sa mga halaman ng Brassicaceae.
Ang mga buto ng mustasa na ginamit sa eksperimentong ito ay ibinigay ng Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Piliin ang buong buto at itanim ang mga ito sa lupa (substrate: lupa = 3:1), at kolektahin ang mga ugat, tangkay at dahon pagkatapos ng yugto ng apat na dahon. Ang mga halaman ay ginagamot ng 20% PEG 6000 upang gayahin ang tagtuyot, at ang mga dahon ay nakolekta pagkatapos ng 0, 3, 6, 12 at 24 na oras. Ang lahat ng mga sample ng halaman ay agad na nagyelo sa likidong nitrogen at pagkatapos ay inimbak sa isang -80°C na freezer para sa susunod na pagsubok.
Ang lahat ng data na nakuha o nasuri sa panahon ng pag-aaral na ito ay kasama sa nai-publish na artikulo at mga karagdagang file ng impormasyon.
Oras ng post: Ene-22-2025