Сезоннае размеркаванне ападкаў у правінцыі Гуйчжоу нераўнамернае, больш ападкаў выпадае вясной і летам, але ўсходы рапсу восенню і зімой успрымальныя да стрэсу ад засухі, што сур'ёзна ўплывае на ўраджайнасць. Гарчыца - спецыяльная алейная культура, якая ў асноўным вырошчваецца ў правінцыі Гуйчжоу. Ён добра пераносіць засуху і можа вырошчвацца ў горных раёнах. Гэта багаты рэсурс генаў засухаўстойлівасці. Адкрыццё генаў засухаўстойлівасці мае вырашальнае значэнне для паляпшэння гатункаў гарчыцы. і інавацыі ў рэсурсах зародкавай плазмы. Сямейства GRF адыгрывае важную ролю ў росце і развіцці раслін і ў рэакцыі на стрэс ад засухі. У цяперашні час гены GRF знойдзены ў Arabidopsis 2, рысу (Oryza sativa) 12, рапсу 13, бавоўніка (Gossypium hirsutum) 14, пшаніцы (Triticum). aestivum) 15, пярлоўка (Setaria italica) 16 і Brassica 17, але няма паведамленняў аб выяўленні генаў GRF у гарчыцы. У гэтым даследаванні гены сямейства GRF гарчыцы былі ідэнтыфікаваныя на ўзроўні ўсяго геному і прааналізаваны іх фізічныя і хімічныя характарыстыкі, эвалюцыйныя ўзаемасувязі, гамалогія, кансерватыўныя матывы, структура генаў, дублікацыі генаў, цыс-элементы і стадыя расады (стадыя чатырох лістоў). Патэрны экспрэсіі ва ўмовах стрэсу ад засухі былі ўсебакова прааналізаваны, каб забяспечыць навуковую аснову для далейшых даследаванняў патэнцыйнай функцыі генаў BjGRF у рэакцыі на засуху і для атрымання генаў-кандыдатаў для гадоўлі засухаўстойлівай гарчыцы.
Трыццаць чатыры гены BjGRF былі ідэнтыфікаваныя ў геноме Brassica juncea з дапамогай двух пошукавых запытаў HMMER, усе з якіх утрымліваюць дамены QLQ і WRC. Паслядоўнасці CDS ідэнтыфікаваных генаў BjGRF прадстаўлены ў дадатковай табліцы S1. BjGRF01–BjGRF34 названы ў залежнасці ад іх размяшчэння ў храмасоме. Фізіка-хімічныя ўласцівасці гэтага сямейства паказваюць на тое, што даўжыня амінакіслот моцна вар'іруецца і складае ад 261 аа (BjGRF19) да 905 аа (BjGRF28). Ізаэлектрычная кропка BjGRF вагаецца ад 6,19 (BjGRF02) да 9,35 (BjGRF03) з сярэднім значэннем 8,33, і 88,24% BjGRF з'яўляецца асноўным бялком. Прагназуемы дыяпазон малекулярнай масы BjGRF складае ад 29,82 кДа (BjGRF19) да 102,90 кДа (BjGRF28); індэкс нестабільнасці бялкоў BjGRF вагаецца ад 51,13 (BjGRF08) да 78,24 (BjGRF19), усе яны больш за 40, што паказвае на тое, што індэкс тоўстых кіслот вагаецца ад 43,65 (BjGRF01) да 78,78 (BjGRF22), сярэдняя гідрафільнасць (GRAVY) вагаецца ад -1,07 (BjGRF31) да -0,45 (BjGRF22), усе гідрафільныя бялкі BjGRF маюць адмоўныя значэнні GRAVY, што можа быць звязана з адсутнасцю гідрафобнасці, выкліканай рэшткамі. Прадказанне субклеткавай лакалізацыі паказала, што 31 бялок, закадаваны BjGRF, можа быць лакалізаваны ў ядры, BjGRF04 можа быць лакалізаваны ў пераксісомах, BjGRF25 можа быць лакалізаваны ў цытаплазме, а BjGRF28 можа быць лакалізаваны ў хларапластах (табліца 1), што паказвае на тое, што BjGRF могуць быць лакалізаваны ў ядры і гуляць ролю важная рэгулятарная роля фактару транскрыпцыі.
Філагенетычны аналіз сем'яў GRF у розных відаў можа дапамагчы ў вывучэнні функцый генаў. Такім чынам, поўнаметражныя амінакіслотныя паслядоўнасці 35 GRF насення рапсу, 16 рэпы, 12 рысу, 10 проса і 9 Arabidopsis былі загружаны і філагенетычнае дрэва было пабудавана на аснове 34 ідэнтыфікаваных генаў BjGRF (мал. 1). Тры падсям'і ўтрымліваюць розную колькасць членаў; 116 GRF TF падзелены на тры розныя падсямейства (групы A~C), якія змяшчаюць 59 (50,86%), 34 (29,31%) і 23 (19,83)% GRF адпаведна. Сярод іх 34 члена сямейства BjGRF раскіданыя па 3 падсямействах: 13 членаў у групе A (38,24%), 12 членаў у групе B (35,29%) і 9 членаў у групе C (26,47%). У працэсе поліплоідызацыі гарчыцы колькасць генаў BjGRFs у розных падсямействах адрозніваецца, і магла адбыцца ампліфікацыя і страта гена. Варта адзначыць, што ў групе C няма размеркавання GRF рысу і проса, у той час як у групе B ёсць 2 GRF рысу і 1 GRF проса, і большасць GRF рысу і проса згрупаваны ў адну галіну, што паказвае на тое, што BjGRF цесна звязаны з двудольнымі. Сярод іх найбольш глыбокія даследаванні функцыі GRF у Arabidopsis thaliana забяспечваюць аснову для функцыянальных даследаванняў BjGRF.
Філагенетычнае дрэва гарчыцы, уключаючы Brassica napus, Brassica napus, рыс, проса і членаў сям'і Arabidopsis thaliana GRF.
Аналіз паўтаральных генаў у сямействе гарчыцы GRF. Шэрая лінія на заднім плане ўяўляе сінхранізаваны блок у геноме гарчыцы, чырвоная лінія ўяўляе пару сегментаваных паўтораў гена BjGRF;
Экспрэсія гена BjGRF ва ўмовах засухі на стадыі чацвёртага ліста. Дадзеныя qRT-PCR паказаны ў дадатковай табліцы S5. Істотныя адрозненні ў дадзеных абазначаюцца малымі літарамі.
Паколькі глабальны клімат працягвае змяняцца, вывучэнне таго, як сельскагаспадарчыя культуры спраўляюцца са стрэсам ад засухі і паляпшэнне іх механізмаў пераноснасці, стала актуальнай тэмай даследаванняў18. Пасля засухі марфалагічная структура, экспрэсія генаў і метабалічныя працэсы раслін зменяцца, што можа прывесці да спынення фотасінтэзу і метабалічных парушэнняў, што паўплывае на ўраджайнасць і якасць культур19,20,21. Калі расліны адчуваюць сігналы засухі, яны выпрацоўваюць другасныя мессенджеры, такія як Са2+ і фасфатыдыліназіт, павялічваюць канцэнтрацыю ўнутрыклеткавых іёнаў кальцыя і актывуюць рэгулятарную сетку шляху фасфаралявання бялкоў22,23. Канчатковы бялок-мішэнь непасрэдна ўдзельнічае ў клеткавай абароне або рэгулюе экспрэсію звязаных генаў стрэсу праз TF, павышаючы ўстойлівасць раслін да стрэсу24,25. Такім чынам, TF гуляюць вырашальную ролю ў рэагаванні на стрэс ад засухі. У адпаведнасці з паслядоўнасцю і ўласцівасцямі звязвання ДНК TF, якія рэагуюць на стрэс ад засухі, TF можна падзяліць на розныя сямействы, такія як GRF, ERF, MYB, WRKY і іншыя сямействы26.
Сямейства генаў GRF - гэта тып спецыфічнага для раслін TF, які гуляе важную ролю ў розных аспектах, такіх як рост, развіццё, перадача сігналаў і ахоўныя рэакцыі раслін27. З таго часу, як першы ген GRF быў ідэнтыфікаваны ў O. sativa28, у многіх відах было выяўлена ўсё больш і больш генаў GRF, якія ўплывалі на рост, развіццё і рэакцыю на стрэс8, 29, 30, 31, 32. З публікацыяй паслядоўнасці геному Brassica juncea стала магчымай ідэнтыфікацыя сямейства генаў BjGRF33. У гэтым даследаванні 34 гена BjGRF былі ідэнтыфікаваныя ва ўсім геноме гарчыцы і названыя BjGRF01–BjGRF34 на аснове іх храмасомнага становішча. Усе яны ўтрымліваюць дамены QLQ і WRC з высокай захаванасцю. Аналіз фізіка-хімічных уласцівасцей паказаў, што адрозненні ў колькасці амінакіслот і малекулярнай масе бялкоў BjGRF (за выключэннем BjGRF28) не былі значнымі, што паказвае на тое, што члены сямейства BjGRF могуць мець падобныя функцыі. Аналіз структуры генаў паказаў, што 64,7 % генаў BjGRF утрымліваюць 4 экзоны, што паказвае на тое, што структура гена BjGRF адносна захавалася ў эвалюцыі, але колькасць экзонаў у генах BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 і BjGRF29 большая. Даследаванні паказалі, што даданне або выдаленне экзонаў або інтронаў можа прывесці да адрозненняў у структуры і функцыях генаў, тым самым ствараючы новыя гены34,35,36. Такім чынам, мы мяркуем, што інтрон BjGRF быў страчаны падчас эвалюцыі, што можа выклікаць змены ў функцыі гена. У адпаведнасці з існуючымі даследаваннямі мы таксама выявілі, што колькасць інтронаў звязана з экспрэсіяй генаў. Калі колькасць інтронаў ў гене вялікая, ген можа хутка рэагаваць на розныя неспрыяльныя фактары.
Дуплікацыя генаў з'яўляецца галоўным фактарам геномнай і генетычнай эвалюцыі37. Адпаведныя даследаванні паказалі, што дубляванне генаў не толькі павялічвае колькасць генаў GRF, але таксама служыць сродкам генерацыі новых генаў, якія дапамагаюць раслінам адаптавацца да розных неспрыяльных умоў навакольнага асяроддзя38. Усяго ў гэтым даследаванні было знойдзена 48 пар дублікатаў генаў, усе з якіх былі сегментарнымі дуплікацыямі, што паказвае на тое, што сегментарныя дуплікацыі з'яўляюцца асноўным механізмам павелічэння колькасці генаў у гэтай сям'і. У літаратуры паведамлялася, што сегментарная дуплікацыя можа эфектыўна спрыяць ампліфікацыі членаў сямейства генаў GRF у Arabidopsis і трускаўкі, і ні ў адным з відаў не было выяўлена дубліравання тандэму гэтага сямейства генаў27,39. Вынікі гэтага даследавання супадаюць з існуючымі даследаваннямі сямействаў Arabidopsis thaliana і клубнічных, мяркуючы, што сямейства GRF можа павялічваць колькасць генаў і ствараць новыя гены праз сегментарнае дубліраванне ў розных раслінах.
У гэтым даследаванні ў гарчыцы было ідэнтыфікавана 34 гена BjGRF, якія былі падзелены на 3 падсямейства. Гэтыя гены дэманстравалі падобныя кансерватыўныя матывы і генныя структуры. Аналіз коллинеарности выявіў 48 пар дублявання сегментаў у гарчыцы. Рэгіён промотора BjGRF змяшчае цыс-дзеючыя элементы, звязаныя з рэакцыяй на святло, гарманальнай рэакцыяй, рэакцыяй на стрэс навакольнага асяроддзя і ростам і развіццём. Выяўлена экспрэсія 34 генаў BjGRF на стадыі ўсходаў гарчыцы (карані, сцеблы, лісце), а ва ўмовах засухі — 10 генаў BjGRF. Аказалася, што схемы экспрэсіі генаў BjGRF пры стрэсе ад засухі былі падобныя і могуць быць падобнымі. удзел у рэгуляванні засухі. Гены BjGRF03 і BjGRF32 могуць адыгрываць станоўчую рэгуляторную ролю ў стрэсе ад засухі, у той час як BjGRF06 і BjGRF23 адыгрываюць ролю ў стрэсе ад засухі як гены-мішэні miR396. У цэлым наша даследаванне забяспечвае біялагічную аснову для будучага адкрыцця функцыі гена BjGRF у раслін Brassicaceae.
Насенне гарчыцы, выкарыстанае ў гэтым эксперыменце, было прадастаўлена Навукова-даследчым інстытутам насення алейных культур Гуйчжоу Акадэміі сельскагаспадарчых навук Гуйчжоу. Выберыце цэлыя насенне і пасадзіце іх у глебу (субстрат: глеба = 3:1), а карані, сцеблы і лісце збярыце пасля фазы чатырох лістоў. Расліны апрацоўвалі 20% PEG 6000 для імітацыі засухі, а лісце збіралі праз 0, 3, 6, 12 і 24 гадзіны. Усе ўзоры раслін неадкладна замарозілі ў вадкім азоце, а затым захавалі ў маразільнай камеры пры -80°C для наступнага тэсту.
Усе дадзеныя, атрыманыя або прааналізаваныя падчас гэтага даследавання, уключаны ў апублікаваны артыкул і файлы дадатковай інфармацыі.
Час публікацыі: 22 студзеня 2025 г