Сезонска расподела падавина у провинцији Гуиџоу је неуједначена, са више падавина у пролеће и лето, али су саднице уљане репице подложне стресу суше у јесен и зиму, што озбиљно утиче на принос. Сенф је посебна уљарица која се углавном узгаја у провинцији Гуиџоу. Има јаку отпорност на сушу и може се узгајати у планинским пределима. То је богат ресурс гена отпорних на сушу. Откривање гена отпорних на сушу је од критичног значаја за унапређење сорти горушице. и иновације у ресурсима гермплазме. Породица ГРФ игра кључну улогу у расту и развоју биљака и одговору на стрес од суше. Тренутно су ГРФ гени пронађени у Арабидопсис 2, пиринчу (Ориза сатива) 12, семену уљане репице 13, памуку (Госсипиум хирсутум) 14, пшеници (Тритицум). аестивум)15, бисерно просо (Сетариа италица)16 и Брассица17, али нема извештаја о ГРФ генима откривеним у сенфу. У овој студији, гени ГРФ породице горушице су идентификовани на нивоу генома и анализиране су њихове физичко-хемијске карактеристике, еволуциони односи, хомологија, очувани мотиви, структура гена, дупликације гена, цис-елементи и фаза клијања (фаза четири листа). Обрасци експресије под стресом од суше су свеобухватно анализирани како би се обезбедила научна основа за даље студије о потенцијалној функцији БјГРФ гена у одговору на сушу и да би се обезбедили гени кандидати за узгој сенфа отпорног на сушу.
Тридесет четири БјГРФ гена су идентификована у геному Брассица јунцеа коришћењем две ХММЕР претраге, од којих сви садрже КЛК и ВРЦ домене. ЦДС секвенце идентификованих гена БјГРФ представљене су у додатној табели С1. БјГРФ01–БјГРФ34 су именовани на основу њихове локације на хромозому. Физичко-хемијска својства ове породице указују на то да је дужина аминокиселина веома варијабилна, у распону од 261 аа (БјГРФ19) до 905 аа (БјГРФ28). Изоелектрична тачка БјГРФ се креће од 6,19 (БјГРФ02) до 9,35 (БјГРФ03) са просеком од 8,33, а 88,24% БјГРФ је основни протеин. Предвиђени опсег молекулске тежине БјГРФ је од 29,82 кДа (БјГРФ19) до 102,90 кДа (БјГРФ28); индекс нестабилности БјГРФ протеина креће се од 51,13 (БјГРФ08) до 78,24 (БјГРФ19), сви су већи од 40, што указује на то да се индекс масних киселина креће од 43,65 (БјГРФ01) до 78,78 (БјГРФ08) (БјГРФ19) (просечан распон хидрофилности -7). (БјГРФ31) до -0,45 (БјГРФ22), сви хидрофилни БјГРФ протеини имају негативне ГРАВИ вредности, што може бити последица недостатка хидрофобности изазване остацима. Предвиђање субћелијске локализације показало је да 31 протеин кодиран БјГРФ може бити локализован у језгру, БјГРФ04 може бити локализован у пероксизомима, БјГРФ25 може бити локализован у цитоплазми, а БјГРФ28 може бити локализован у хлоропластима (Табела 1), што указује да је важан локални регулатор БјГРФ. улогу транскрипционог фактора.
Филогенетска анализа ГРФ породица у различитим врстама може помоћи у проучавању функција гена. Због тога су преузете аминокиселинске секвенце пуне дужине 35 семена уљане репице, 16 репа, 12 пиринча, 10 проса и 9 ГРФ-ова Арабидопсис и конструисано је филогенетско стабло на основу 34 идентификована гена БјГРФ (слика 1). Три потфамилије садрже различит број чланова; 116 ГРФ ТФ-ова је подељено у три различите подфамилије (групе А~Ц), које садрже 59 (50,86%), 34 (29,31%) и 23 (19,83)% ГРФ-ова, респективно. Међу њима, 34 члана породице БјГРФ су распоређени у 3 потпородице: 13 чланова у групи А (38,24%), 12 чланова у групи Б (35,29%) и 9 чланова у групи Ц (26,47%). У процесу полиплоидизације сенфа, број гена БјГРФ у различитим потфамилијама је различит, а можда је дошло и до амплификације и губитка гена. Вреди напоменути да не постоји дистрибуција ГРФ-а пиринча и проса у групи Ц, док постоје 2 ГРФ-а пиринча и 1 ГРФ-а проса у групи Б, а већина ГРФ-ова пиринча и проса је груписана у једну грану, што указује да су БјГРФ-ови блиско повезани са дикотама. Међу њима, најдубље студије о функцији ГРФ-а у Арабидопсис тхалиана пружају основу за функционалне студије БјГРФ-а.
Филогенетско дрво сенфа укључујући Брассица напус, Брассица напус, пиринач, просо и чланове породице Арабидопсис тхалиана ГРФ.
Анализа репетитивних гена у породици сенфа ГРФ. Сива линија у позадини представља синхронизовани блок у геному сенфа, црвена линија представља пар сегментираних понављања БјГРФ гена;
Експресија гена БјГРФ под стресом од суше у фази четвртог листа. кРТ-ПЦР подаци приказани су у додатној табели С5. Значајне разлике у подацима означене су малим словима.
Како глобална клима наставља да се мења, проучавање начина на који се усеви носе са стресом од суше и побољшање њихових механизама толеранције постало је врућа тема истраживања18. Након суше ће се променити морфолошка структура, експресија гена и метаболички процеси биљака, што може довести до престанка фотосинтезе и метаболичких поремећаја, што утиче на принос и квалитет усева19,20,21. Када биљке осете сигнале суше, оне производе секундарне гласнике као што су Ца2+ и фосфатидилинозитол, повећавају концентрацију интрацелуларних јона калцијума и активирају регулаторну мрежу пута фосфорилације протеина22,23. Коначни циљни протеин је директно укључен у ћелијску одбрану или регулише експресију сродних гена за стрес преко ТФ-а, повећавајући толеранцију биљака на стрес24,25. Стога, ТФ играју кључну улогу у реаговању на стрес од суше. Према секвенци и својствима везивања ДНК ТФ-ова који реагују на стрес на сушу, ТФ се могу поделити у различите породице, као што су ГРФ, ЕРФ, МИБ, ВРКИ и друге породице26.
Породица ГРФ гена је тип ТФ-а специфичног за биљке који игра важну улогу у различитим аспектима као што су раст, развој, трансдукција сигнала и одбрамбени одговори биљака27. Откако је први ГРФ ген идентификован у О. сатива28, све више и више ГРФ гена је идентификовано у многим врстама и показало се да утичу на раст, развој и одговор на стрес8, 29, 30,31,32. Објављивањем секвенце генома Брассица јунцеа, идентификација породице гена БјГРФ постала је могућа33. У овој студији, 34 БјГРФ гена су идентификована у целом геному сенфа и названа БјГРФ01–БјГРФ34 на основу њиховог хромозомског положаја. Сви они садрже високо очуване КЛК и ВРЦ домене. Анализа физичко-хемијских својстава показала је да разлике у броју аминокиселина и молекуларној тежини БјГРФ протеина (осим БјГРФ28) нису значајне, што указује да чланови породице БјГРФ могу имати сличне функције. Анализа структуре гена је показала да 64,7% гена БјГРФ садржи 4 егзона, што указује да је структура гена БјГРФ релативно очувана у еволуцији, али је број егзона у генима БјГРФ10, БјГРФ16, БјГРП28 и БјГРФ29 већи. Студије су показале да додавање или брисање егзона или интрона може довести до разлика у структури и функцији гена, стварајући тако нове гене34,35,36. Стога спекулишемо да је интрон БјГРФ-а изгубљен током еволуције, што може изазвати промене у функцији гена. У складу са постојећим студијама, такође смо открили да је број интрона повезан са експресијом гена. Када је број интрона у гену велики, ген може брзо да реагује на различите неповољне факторе.
Дупликација гена је главни фактор у геномској и генетској еволуцији37. Сродне студије су показале да дупликација гена не само да повећава број ГРФ гена, већ служи и као средство за генерисање нових гена који помажу биљкама да се прилагоде различитим неповољним условима животне средине38. У овој студији је пронађено укупно 48 дуплих парова гена, од којих су сви били сегментни дупликати, што указује да су сегментне дупликације главни механизам за повећање броја гена у овој породици. У литератури је објављено да сегментна дупликација може ефикасно промовисати амплификацију чланова породице гена ГРФ код Арабидопсис и јагоде, и није пронађена тандемска дупликација ове породице гена ни у једној врсти27,39. Резултати ове студије су у складу са постојећим студијама о породицама Арабидопсис тхалиана и јагода, што сугерише да породица ГРФ може повећати број гена и генерисати нове гене кроз сегментно умножавање у различитим биљкама.
У овој студији, у сенфу су идентификована укупно 34 БјГРФ гена, који су подељени у 3 подфамилије. Ови гени су показали сличне очуване мотиве и структуре гена. Анализа колинеарности је открила 48 парова дупликата сегмената у сенфу. БјГРФ промоторски регион садржи цис делујуће елементе повезане са светлосним одговором, хормонским одговором, одговором на стрес околине и растом и развојем. Експресија 34 БјГРФ гена је откривена у фази клијања горушице (корен, стабљика, лишће), а образац експресије 10 БјГРФ гена у условима суше. Утврђено је да су обрасци експресије БјГРФ гена под стресом од суше слични и да могу бити слични. укљученост у регулацију изазивања суше. БјГРФ03 и БјГРФ32 гени могу играти позитивне регулаторне улоге у стресу од суше, док БјГРФ06 и БјГРФ23 играју улоге у стресу од суше као миР396 циљни гени. Све у свему, наша студија пружа биолошку основу за будуће откривање функције гена БјГРФ у биљкама Брассицацеае.
Семе горушице коришћено у овом експерименту обезбедио је Институт за истраживање уљаног семена Гуизхоу, Академија пољопривредних наука Гуизхоу. Одабрати цела семена и посадити их у земљу (супстрат: земља = 3:1), а корење, стабљике и листове сакупити након фазе четири листа. Биљке су третиране са 20% ПЕГ 6000 да би се симулирала суша, а листови су сакупљени након 0, 3, 6, 12 и 24 сата. Сви биљни узорци су одмах замрзнути у течном азоту, а затим ускладиштени у замрзивачу на -80°Ц за следећи тест.
Сви подаци добијени или анализирани током ове студије укључени су у објављени чланак и датотеке са додатним информацијама.
Време поста: Јан-22-2025