Sezonski raspored padavina u provinciji Guizhou je neujednačen, sa više padavina u proleće i leto, ali su sadnice uljane repice podložne stresu suše u jesen i zimu, što ozbiljno utiče na prinos. Gorušica je posebna uljarica koja se uglavnom uzgaja u provinciji Guizhou. Ima jaku otpornost na sušu i može se uzgajati u planinskim područjima. To je bogat izvor gena otpornih na sušu. Otkrivanje gena otpornih na sušu je od kritične važnosti za unapređenje sorti gorušice. i inovacije u resursima germplazme. Porodica GRF igra ključnu ulogu u rastu i razvoju biljaka i odgovoru na stres od suše. Trenutno su GRF geni pronađeni u Arabidopsis 2, pirinču (Oryza sativa) 12, sjemenu uljane repice 13, pamuku (Gossypium hirsutum) 14, pšenici (Triticum). aestivum)15, biserno proso (Setaria italica)16 i Brassica17, ali nema izvještaja o GRF genima otkrivenim u senfu. U ovoj studiji geni GRF porodice gorušice su identifikovani na nivou genoma i analizirane su njihove fizičke i hemijske karakteristike, evolucioni odnosi, homologija, očuvani motivi, struktura gena, duplikacije gena, cis-elementi i stadij klijanja (faza četiri lista). Obrasci ekspresije pod stresom od suše su sveobuhvatno analizirani kako bi se pružila naučna osnova za dalja istraživanja o potencijalnoj funkciji BjGRF gena u odgovoru na sušu i da bi se obezbijedili geni kandidati za uzgoj senfa otpornog na sušu.
Trideset četiri BjGRF gena su identifikovana u genomu Brassica juncea pomoću dva HMMER pretraživanja, od kojih svi sadrže QLQ i WRC domene. CDS sekvence identificiranih gena BjGRF predstavljene su u Dodatnoj tabeli S1. BjGRF01–BjGRF34 se nazivaju na osnovu njihove lokacije na hromozomu. Fizičko-hemijska svojstva ove porodice ukazuju na to da je dužina aminokiselina veoma varijabilna, u rasponu od 261 aa (BjGRF19) do 905 aa (BjGRF28). Izoelektrična tačka BjGRF se kreće od 6,19 (BjGRF02) do 9,35 (BjGRF03) sa prosekom od 8,33, a 88,24% BjGRF je osnovni protein. Predviđeni raspon molekularne težine BjGRF je od 29,82 kDa (BjGRF19) do 102,90 kDa (BjGRF28); indeks nestabilnosti BjGRF proteina kreće se od 51,13 (BjGRF08) do 78,24 (BjGRF19), svi su veći od 40, što ukazuje da se indeks masnih kiselina kreće od 43,65 (BjGRF01) do 78,78 (BjGRF08) (BjGRF19) (prosječni raspon hidrofilnosti -7VGRF22). (BjGRF31) do -0,45 (BjGRF22), svi hidrofilni BjGRF proteini imaju negativne GRAVY vrijednosti, što može biti zbog nedostatka hidrofobnosti uzrokovane ostacima. Predviđanje subcelularne lokalizacije pokazalo je da 31 protein kodiran BjGRF može biti lokaliziran u jezgru, BjGRF04 može biti lokaliziran u peroksizomima, BjGRF25 može biti lokaliziran u citoplazmi, a BjGRF28 može biti lokaliziran u hloroplastima (Tablica 1), što ukazuje da je važan lokalni regulator BjGRF u ulogu transkripcionog faktora.
Filogenetska analiza GRF porodica u različitim vrstama može pomoći u proučavanju funkcija gena. Stoga su aminokiselinske sekvence pune dužine 35 sjemenki uljane repice, 16 repa, 12 pirinča, 10 prosa i 9 GRF-ova Arabidopsis preuzete i konstruirano je filogenetsko stablo na osnovu 34 identificirana BjGRF gena (slika 1). Tri potfamilije sadrže različit broj članova; 116 GRF TF-ova podijeljeno je u tri različite podfamilije (grupe A~C), koje sadrže 59 (50,86%), 34 (29,31%) i 23 (19,83)% GRF-ova, respektivno. Među njima, 34 člana porodice BjGRF raspoređena su u 3 potporodice: 13 članova u grupi A (38,24%), 12 članova u grupi B (35,29%) i 9 članova u grupi C (26,47%). U procesu poliploidizacije senfa, broj gena BjGRF u različitim potfamilijama je različit, a moglo je doći i do amplifikacije i gubitka gena. Vrijedi napomenuti da u grupi C nema distribucije GRF-a pirinča i prosa, dok su u grupi B 2 GRF-a pirinča i 1 GRF-ovi prosa, a većina GRF-a pirinča i prosa grupirana je u jednu granu, što ukazuje da su BjGRF-ovi usko povezani sa dvosupnicama. Među njima, najdublje studije o funkciji GRF-a kod Arabidopsis thaliana daju osnovu za funkcionalne studije BjGRF-a.
Filogenetsko drvo senfa uključujući Brassica napus, Brassica napus, pirinač, proso i članove porodice Arabidopsis thaliana GRF.
Analiza repetitivnih gena u porodici senfa GRF. Siva linija u pozadini predstavlja sinhronizovani blok u genomu senfa, crvena linija predstavlja par segmentiranih ponavljanja gena BjGRF;
Ekspresija gena BjGRF pod stresom od suše u fazi četvrtog lista. qRT-PCR podaci prikazani su u dodatnoj tabeli S5. Značajne razlike u podacima označene su malim slovima.
Kako se globalna klima nastavlja da se mijenja, proučavanje načina na koji se usjevi nose sa stresom od suše i poboljšanje njihovih mehanizama tolerancije postalo je vruća tema istraživanja18. Nakon suše će se promijeniti morfološka struktura, ekspresija gena i metabolički procesi biljaka, što može dovesti do prestanka fotosinteze i metaboličkih poremećaja, što utiče na prinos i kvalitet usjeva19,20,21. Kada biljke osjete signale suše, proizvode sekundarne glasnike kao što su Ca2+ i fosfatidilinozitol, povećavaju koncentraciju intracelularnih kalcijevih jona i aktiviraju regulatornu mrežu puta fosforilacije proteina22,23. Konačni ciljni protein je direktno uključen u staničnu odbranu ili reguliše ekspresiju srodnih gena za stres putem TF-a, povećavajući toleranciju biljaka na stres24,25. Stoga, TF igraju ključnu ulogu u odgovoru na stres od suše. Prema sekvenci i svojstvima vezivanja DNK TF-ova koji reaguju na stres na sušu, TF se mogu podijeliti u različite porodice, kao što su GRF, ERF, MYB, WRKY i druge porodice26.
Porodica GRF gena je tip biljno-specifičnog TF-a koji igra važnu ulogu u različitim aspektima kao što su rast, razvoj, transdukcija signala i odbrambeni odgovori biljaka27. Otkako je prvi GRF gen identificiran u O. sativa28, sve više i više GRF gena je identificirano u mnogim vrstama i pokazalo se da utječu na rast, razvoj i odgovor na stres8, 29, 30,31,32. Objavljivanjem sekvence genoma Brassica juncea, identifikacija porodice gena BjGRF postala je moguća33. U ovoj studiji, 34 BjGRF gena su identifikovana u celom genomu infa i nazvana BjGRF01–BjGRF34 na osnovu njihovog hromozomskog položaja. Svi oni sadrže visoko očuvane QLQ i WRC domene. Analiza fizičko-hemijskih svojstava pokazala je da razlike u broju aminokiselina i molekularnoj težini BjGRF proteina (osim BjGRF28) nisu značajne, što ukazuje da članovi porodice BjGRF mogu imati slične funkcije. Analiza strukture gena je pokazala da 64,7% gena BjGRF sadrži 4 egzona, što ukazuje da je struktura gena BjGRF relativno očuvana u evoluciji, ali je broj egzona u genima BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 i BjGRF29 veći. Studije su pokazale da dodavanje ili brisanje egzona ili introna može dovesti do razlika u strukturi i funkciji gena, stvarajući tako nove gene34,35,36. Stoga spekulišemo da je intron BjGRF izgubljen tokom evolucije, što može uzrokovati promjene u funkciji gena. U skladu sa postojećim studijama, takođe smo otkrili da je broj introna povezan sa ekspresijom gena. Kada je broj introna u genu veliki, gen može brzo reagovati na različite nepovoljne faktore.
Duplikacija gena je glavni faktor u genomskoj i genetskoj evoluciji37. Povezane studije su pokazale da umnožavanje gena ne samo da povećava broj GRF gena, već služi i kao sredstvo za generiranje novih gena koji pomažu biljkama da se prilagode različitim nepovoljnim uvjetima okoline38. U ovoj studiji je pronađeno ukupno 48 duplih parova gena, od kojih su svi bili segmentni duplikati, što ukazuje da su segmentne duplikacije glavni mehanizam za povećanje broja gena u ovoj porodici. U literaturi je objavljeno da segmentna duplikacija može djelotvorno promovirati amplifikaciju članova porodice gena GRF kod Arabidopsis i jagode, a tandemska duplikacija ove porodice gena nije pronađena ni u jednoj vrsti27,39. Rezultati ove studije su u skladu s postojećim studijama o porodicama Arabidopsis thaliana i jagoda, što sugerira da porodica GRF može povećati broj gena i generirati nove gene kroz segmentno umnožavanje u različitim biljkama.
U ovoj studiji, u senfu su identifikovana ukupno 34 BjGRF gena, koji su podeljeni u 3 podfamilije. Ovi geni su pokazali slične očuvane motive i strukture gena. Analiza kolinearnosti otkrila je 48 parova duplikacija segmenata u senfu. BjGRF promotorska regija sadrži cis-djelujuće elemente povezane sa svjetlosnim odgovorom, hormonskim odgovorom, odgovorom na stres iz okoline i rastom i razvojem. Ekspresija 34 BjGRF gena je otkrivena u fazi klijanja gorušice (korijen, stabljika, listovi), a obrazac ekspresije 10 BjGRF gena u uslovima suše. Utvrđeno je da su obrasci ekspresije gena BjGRF pod stresom od suše slični i mogu biti slični. učešće u regulaciji izazivanja suše. BjGRF03 i BjGRF32 geni mogu igrati pozitivne regulatorne uloge u stresu od suše, dok BjGRF06 i BjGRF23 igraju ulogu u stresu od suše kao miR396 ciljni geni. Sve u svemu, naša studija pruža biološku osnovu za buduće otkrivanje funkcije gena BjGRF u biljkama Brassicaceae.
Sjemenke gorušice korištene u ovom eksperimentu obezbijedio je Institut za istraživanje uljanog sjemena Guizhou, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Odaberite cijele sjemenke i posadite ih u zemlju (supstrat: zemlja = 3:1), a korijenje, stabljike i listove pokupite nakon faze četiri lista. Biljke su tretirane sa 20% PEG 6000 kako bi se simulirala suša, a listovi su sakupljeni nakon 0, 3, 6, 12 i 24 sata. Svi biljni uzorci su odmah zamrznuti u tečnom dušiku, a zatim pohranjeni u zamrzivaču na -80°C za sljedeći test.
Svi podaci dobijeni ili analizirani tokom ovog istraživanja uključeni su u objavljeni članak i datoteke sa dodatnim informacijama.
Vrijeme objave: Jan-22-2025