Hindi pantay ang pana-panahong distribusyon ng presipitasyon sa Lalawigan ng Guizhou, na may mas maraming presipitasyon sa tagsibol at tag-araw, ngunit ang mga punla ng rapeseed ay madaling kapitan ng stress sa tagtuyot sa taglagas at taglamig, na lubhang nakakaapekto sa ani. Ang mustasa ay isang espesyal na pananim na oilseed na pangunahing itinatanim sa Lalawigan ng Guizhou. Ito ay may malakas na drought tolerance 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 uri ng mustasa, at inobasyon sa mga mapagkukunan ng germplasm. Ang pamilya ng GRF ay gumaganap ng isang kritikal na papel sa paglaki at pag-unlad ng halaman at ang tugon sa stress sa tagtuyot. Sa kasalukuyan, ang mga gene ng GRF ay natagpuan sa Arabidopsis 2, palay (Oryza sativa) 12, rapeseed 13, bulak (Gossypium hirsutum) 14, trigo (Triticum), aestivum)15, pearl millet (Setaria italica)16 at Brassica17, ngunit walang mga ulat ng mga gene ng GRF na nakita sa mustasa. Sa pag-aaral na ito, ang mga gene ng mustasa na may pamilyang GRF ay natukoy sa antas ng genome-wide at sinuri ang kanilang mga pisikal at kemikal na katangian, mga ugnayang ebolusyonaryo, homology, mga conserved motif, istruktura ng gene, mga duplikasyon ng gene, mga cis-element at yugto ng punla (yugto ng apat na dahon). Ang mga pattern ng ekspresyon sa ilalim ng stress ng tagtuyot ay komprehensibong sinuri upang magbigay ng siyentipikong batayan para sa karagdagang mga pag-aaral sa potensyal na tungkulin ng mga gene ng BjGRF sa tugon sa tagtuyot at upang magbigay ng mga kandidatong gene para sa pagpaparami ng mustasa na matibay sa tagtuyot.
Tatlumpu't apat na gene ng BjGRF ang natukoy sa genome ng Brassica juncea gamit ang dalawang paghahanap ng HMMER, na pawang naglalaman ng mga domain na QLQ at WRC. Ang mga sequence ng CDS ng mga natukoy na gene ng BjGRF ay ipinapakita sa Supplementary Table S1. Ang mga katangiang physicochemical ng pamilyang ito ay nagpapahiwatig na ang haba ng amino acid ay lubos na pabagu-bago, 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 basic protein. Ang hinulaang saklaw ng molecular weight ng BjGRF ay mula 29.82 kDa (BjGRF19) hanggang 102.90 kDa (BjGRF28); Ang instability index ng mga protina ng BjGRF ay mula 51.13 (BjGRF08) hanggang 78.24 (BjGRF19), lahat ay higit sa 40, na nagpapahiwatig na ang fatty acid index ay mula 43.65 (BjGRF01) hanggang 78.78 (BjGRF22), ang average hydrophilicity (GRAVY) ay mula -1.07 (BjGRF31) hanggang -0.45 (BjGRF22), lahat ng hydrophilic na protina ng BjGRF ay may mga negatibong halaga ng GRAVY, na maaaring dahil sa kakulangan ng hydrophobicity na dulot ng mga residue. Ipinakita ng prediksyon sa lokalisasyon ng subcellular na 31 protina na naka-encode ng BjGRF ay maaaring ma-localize sa nucleus, ang BjGRF04 ay maaaring ma-localize sa mga peroxisome, ang BjGRF25 ay maaaring ma-localize sa cytoplasm, at ang BjGRF28 ay maaaring ma-localize sa mga chloroplast (Talahanayan 1), na nagpapahiwatig na ang mga BjGRF ay maaaring ma-localize sa nucleus at gumaganap ng isang mahalagang papel sa regulasyon bilang isang transcription factor.
Ang pagsusuring pilohenetiko ng mga pamilya ng GRF sa iba't ibang uri ng hayop ay makakatulong upang pag-aralan ang mga tungkulin ng gene. Samakatuwid, ang mga full-length amino acid sequence ng 35 rapeseed, 16 singkamas, 12 palay, 10 millet at 9 na Arabidopsis GRF ay na-download at isang phylogenetic tree ang binuo batay sa 34 na natukoy na BjGRF genes (Larawan 1). Ang tatlong subfamily ay naglalaman ng iba't ibang bilang ng mga miyembro; 116 na GRF TF ay nahahati sa tatlong magkakaibang subfamily (mga grupo A~C), na naglalaman ng 59 (50.86%), 34 (29.31%) at 23 (19.83)% ng mga GRF, ayon sa pagkakabanggit. 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 mustard polyploidization, ang bilang ng mga gene ng BjGRF sa iba't ibang subfamily ay magkakaiba, at maaaring naganap ang amplification at pagkawala ng gene. Mahalagang tandaan na walang distribusyon ng mga GRF ng bigas at millet sa group C, habang mayroong 2 GRF ng bigas at 1 GRF ng millet sa group B, at karamihan sa mga GRF ng bigas at millet ay nakapangkat sa isang sangay, na nagpapahiwatig na ang mga BjGRF ay malapit na nauugnay sa mga dicot. Sa mga ito, ang pinakamalalim na pag-aaral sa tungkulin ng GRF sa Arabidopsis thaliana ay nagbibigay ng batayan para sa mga functional na pag-aaral ng mga BjGRF.
Pilohenetikong punong mustasa kabilang ang Brassica napus, Brassica napus, palay, dawa at mga miyembro ng pamilyang Arabidopsis thaliana GRF.
Pagsusuri ng mga paulit-ulit na gene sa pamilya ng mustard GRF. Ang kulay abong linya sa likuran ay kumakatawan sa isang naka-synchronize na bloke sa genome ng mustard, ang pulang linya ay kumakatawan sa isang pares ng mga segmented repeat ng gene na BjGRF;
Ekspresyon ng gene na BjGRF sa ilalim ng stress ng tagtuyot sa ikaapat na yugto ng dahon. Ang datos ng qRT-PCR ay ipinapakita sa Karagdagang Talahanayan S5. Ang mga makabuluhang pagkakaiba sa datos ay ipinahiwatig ng maliliit na titik.
Habang patuloy na nagbabago ang pandaigdigang klima, ang pag-aaral kung paano nakakayanan ng mga pananim ang stress ng tagtuyot at pagpapabuti ng kanilang mga mekanismo ng pagpapaubaya ay naging isang mainit na paksa ng pananaliksik18. Pagkatapos ng tagtuyot, ang istrukturang morpolohikal, ekspresyon ng gene at mga proseso ng metabolismo ng mga halaman ay magbabago, na maaaring humantong sa paghinto ng photosynthesis at metabolic disturbance, na nakakaapekto sa ani at kalidad ng mga pananim19,20,21. Kapag nakakaramdam ang mga halaman ng mga signal ng tagtuyot, gumagawa sila ng mga pangalawang mensahero tulad ng Ca2+ at phosphatidylinositol, pinapataas ang intracellular calcium ion concentration at pinapagana ang regulatory network ng protein phosphorylation pathway22,23. Ang panghuling target na protina ay direktang kasangkot sa cellular defense o kinokontrol ang ekspresyon ng mga kaugnay na stress gene sa pamamagitan ng mga TF, na nagpapahusay sa tolerance ng halaman sa stress24,25. Kaya, ang mga TF ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagtugon sa stress ng tagtuyot. Ayon sa pagkakasunod-sunod at mga katangian ng pagbubuklod ng DNA ng mga TF na tumutugon sa stress ng tagtuyot, ang mga TF ay maaaring hatiin sa iba't ibang pamilya, tulad ng GRF, ERF, MYB, WRKY at iba pang mga pamilya26.
Ang pamilya ng gene na GRF ay isang uri ng plant-specific TF na gumaganap ng mahahalagang papel sa iba't ibang aspeto tulad ng paglaki, pag-unlad, signal transduction at mga tugon sa depensa ng halaman27. Simula nang matukoy ang unang gene na GRF sa O. sativa28, parami nang parami ang mga gene na GRF na natukoy sa maraming uri ng hayop at ipinakitang nakakaapekto sa paglaki, pag-unlad, at tugon sa stress ng halaman8, 29, 30,31,32. Sa paglalathala ng Brassica juncea genome sequence, naging posible ang pagkilala sa pamilya ng gene na BjGRF33. Sa pag-aaral na ito, 34 na gene na BjGRF ang natukoy sa buong genome ng mustasa at pinangalanang BjGRF01–BjGRF34 batay sa kanilang posisyon sa chromosome. Lahat ng mga ito ay naglalaman ng mga highly conserved QLQ at WRC domain. Ipinakita ng pagsusuri sa mga katangiang physicochemical na ang mga pagkakaiba sa mga numero ng amino acid at molecular weight ng mga protina na BjGRF (maliban sa BjGRF28) ay hindi makabuluhan, na nagpapahiwatig na ang mga miyembro ng pamilyang BjGRF ay maaaring may magkatulad na mga tungkulin. Ipinakita ng pagsusuri sa istruktura ng gene na 64.7% ng mga gene na BjGRF ay naglalaman ng 4 na exon, na nagpapahiwatig na ang istruktura ng gene na BjGRF ay medyo napanatili sa ebolusyon, ngunit ang bilang ng mga exon sa mga gene na BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 at BjGRF29 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 istruktura at tungkulin ng gene, sa gayon ay lumilikha ng mga bagong gene34,35,36. Samakatuwid, pinaghihinalaan namin na ang intron ng BjGRF ay nawala sa panahon ng ebolusyon, na maaaring magdulot ng mga pagbabago sa tungkulin ng gene. Alinsunod sa mga umiiral na pag-aaral, natuklasan din namin na ang bilang ng mga intron ay nauugnay sa ekspresyon ng gene. Kapag malaki ang bilang ng mga intron sa isang gene, ang gene ay maaaring mabilis na tumugon sa iba't ibang hindi kanais-nais na mga salik.
Ang pagdoble ng gene ay isang pangunahing salik sa ebolusyon ng genomic at genetic37. Ipinakita ng mga kaugnay na pag-aaral na ang pagdoble ng gene ay hindi lamang nagpapataas ng bilang ng mga gene ng GRF, kundi nagsisilbi rin itong paraan ng pagbuo ng mga bagong gene upang matulungan ang mga halaman na umangkop sa iba't ibang masamang kondisyon sa kapaligiran38. Isang kabuuang 48 na dobleng pares ng gene ang natagpuan sa pag-aaral na ito, na pawang mga segmental na duplikasyon, na nagpapahiwatig na ang mga segmental na duplikasyon ang pangunahing mekanismo para sa pagtaas ng bilang ng mga gene sa pamilyang ito. Naiulat sa literatura na ang segmental na duplikasyon ay maaaring epektibong magsulong ng amplipikasyon ng mga miyembro ng pamilya ng gene ng GRF sa Arabidopsis at strawberry, at walang tandem na duplikasyon ng pamilya ng gene na ito ang natagpuan sa alinman sa mga species27,39. Ang mga resulta ng pag-aaral na ito ay naaayon sa mga umiiral na pag-aaral sa mga pamilya ng Arabidopsis thaliana at strawberry, na nagmumungkahi na ang pamilya ng GRF ay maaaring magpataas ng bilang ng mga gene at makabuo ng mga bagong gene sa pamamagitan ng segmental na duplikasyon sa iba't ibang halaman.
Sa pag-aaral na ito, isang kabuuang 34 na gene ng BjGRF ang natukoy sa mustasa, na hinati sa 3 subfamily. Ang mga gene na ito ay nagpakita ng magkakatulad na conserved motifs at gene structures. Ang collinearity analysis ay nagsiwalat ng 48 pares ng segment duplications sa mustasa. Ang BjGRF promoter region ay naglalaman ng mga cis-acting elements na nauugnay sa light response, hormonal response, environmental stress response, at paglago at pag-unlad. Ang ekspresyon ng 34 na gene ng BjGRF ay natukoy sa yugto ng punla ng mustasa (mga ugat, tangkay, dahon), at ang expression pattern ng 10 gene ng BjGRF sa ilalim ng mga kondisyon ng tagtuyot. Natuklasan na ang mga expression pattern ng mga gene ng BjGRF sa ilalim ng drought stress ay magkatulad at maaaring magkapareho. Ang pagkakasangkot sa regulasyon ng drought Forcing. Ang mga gene ng BjGRF03 at BjGRF32 ay maaaring gumanap ng mga positibong regulatory role sa drought stress, habang ang BjGRF06 at BjGRF23 ay gumaganap ng mga papel sa drought stress bilang mga target gene ng miR396. Sa pangkalahatan, ang aming pag-aaral ay nagbibigay ng biological na batayan para sa pagtuklas sa hinaharap ng function ng gene ng BjGRF 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 ginamot gamit ang 20% PEG 6000 upang gayahin ang tagtuyot, at ang mga dahon ay kinolekta pagkatapos ng 0, 3, 6, 12 at 24 na oras. Lahat ng sample ng halaman ay agad na pinalamig sa likidong nitroheno at pagkatapos ay iniimbak sa isang -80°C freezer para sa susunod na pagsubok.
Ang lahat ng datos na nakuha o sinuri sa pag-aaral na ito ay kasama sa nailathalang artikulo at mga karagdagang impormasyon.
Oras ng pag-post: Enero 22, 2025