Гуйчжоу провинциясындағы жауын-шашынның маусымдық таралуы біркелкі емес, көктем мен жазда жауын-шашын көбірек болады, бірақ рапс көшеттері күз бен қыста құрғақшылық стрессіне ұшырайды, бұл өнімділікке айтарлықтай әсер етеді. Қыша - негізінен Гуйчжоу провинциясында өсірілетін арнайы майлы дақыл. Ол құрғақшылыққа төзімді және таулы аймақтарда өсіруге болады. Бұл құрғақшылыққа төзімді гендердің бай қоры. Құрғақшылыққа төзімді гендердің ашылуы қыша сорттарын жақсарту және гермоплазма ресурстарындағы инновациялар үшін өте маңызды. GRF тұқымдасы өсімдіктердің өсуі мен дамуында және құрғақшылық стрессіне жауап беруде маңызды рөл атқарады. Қазіргі уақытта GRF гендері Arabidopsis 2, күріш (Oryza sativa) 12, рапс 13, мақта (Gossypium hirsutum) 14, бидай (Triticum) 15, інжу тары (Setaria italica) 16 және Brassica17-де табылған, бірақ қышада GRF гендері анықталғаны туралы ешқандай хабарламалар жоқ. Бұл зерттеуде қышаның GRF тұқымдас гендерінің геном деңгейінде анықталды және олардың физикалық және химиялық сипаттамалары, эволюциялық байланыстары, гомологиясы, сақталған мотивтері, ген құрылымы, гендердің дупликациясы, цис-элементтері және көшет сатысы (төрт жапырақты сатысы) талданды. BjGRF гендерінің құрғақшылыққа жауап ретіндегі әлеуетті функциясын одан әрі зерттеу үшін ғылыми негіз беру және құрғақшылыққа төзімді қышаны өсіруге арналған кандидат гендер ұсыну үшін құрғақшылық стрессі жағдайындағы экспрессия үлгілері жан-жақты талданды.
Brassica juncea геномында екі HMMER іздеуін қолдану арқылы отыз төрт BjGRF гені анықталды, олардың барлығында QLQ және WRC домендері бар. Анықталған BjGRF гендерінің CDS тізбектері S1 қосымша кестесінде келтірілген. BjGRF01–BjGRF34 хромосомадағы орналасуына байланысты аталған. Бұл тұқымдастың физика-химиялық қасиеттері аминқышқылының ұзындығының өте өзгергіш екенін, 261 aa (BjGRF19)-дан 905 aa (BjGRF28)-ге дейін екенін көрсетеді. BjGRF изоэлектрлік нүктесі 6,19 (BjGRF02)-дан 9,35 (BjGRF03)-ге дейін, орташа есеппен 8,33 құрайды, ал BjGRF-тің 88,24%-ы негізгі ақуыз болып табылады. BjGRF-тің болжамды молекулалық салмақ диапазоны 29,82 кДа (BjGRF19)-дан 102,90 кДа (BjGRF28)-ге дейін; BjGRF ақуыздарының тұрақсыздық индексі 51,13 (BjGRF08)-дан 78,24 (BjGRF19)-ға дейін, барлығы 40-тан жоғары, бұл май қышқылдарының индексі 43,65 (BjGRF01)-дан 78,78 (BjGRF22)-ға дейін, орташа гидрофильділік (GRAVY) -1,07 (BjGRF31)-дан -0,45 (BjGRF22)-ға дейін екенін көрсетеді, барлық гидрофильді BjGRF ақуыздарының GRAVY мәндері теріс, бұл қалдықтардан туындаған гидрофобтықтың болмауына байланысты болуы мүмкін. Жасушаішілік локализацияны болжау BjGRF кодтаған 31 ақуыздың ядрода, BjGRF04 пероксисомаларда, BjGRF25 цитоплазмада және BjGRF28 хлоропласттарда орналасуы мүмкін екенін көрсетті (1-кесте), бұл BjGRF ядрода орналасуы және транскрипция факторы ретінде маңызды реттеуші рөл атқаруы мүмкін екенін көрсетеді.
Әртүрлі түрлердегі GRF тұқымдастарының филогенетикалық талдауы ген функцияларын зерттеуге көмектеседі. Сондықтан 35 рапс, 16 шалқан, 12 күріш, 10 тары және 9 Arabidopsis GRF-терінің толық ұзындықтағы аминқышқылдық тізбектері жүктеліп алынды және 34 анықталған BjGRF геніне негізделген филогенетикалық ағаш құрылды (1-сурет). Үш кіші тұқымдаста мүшелердің саны әртүрлі; 116 GRF TF үш түрлі кіші тұқымдасқа (A~C топтары) бөлінеді, олар GRF-тердің сәйкесінше 59 (50,86%), 34 (29,31%) және 23 (19,83)%-ын құрайды. Олардың ішінде 34 BjGRF тұқымдас мүшесі 3 кіші тұқымдасқа шашыраңқы орналасқан: А тобындағы 13 мүше (38,24%), В тобындағы 12 мүше (35,29%) және С тобындағы 9 мүше (26,47%). Қыша полиплоидизациясы процесінде әртүрлі субтұқымдастардағы BjGRF гендерінің саны әртүрлі болады, сондықтан гендердің амплификациясы мен жоғалуы орын алған болуы мүмкін. Айта кету керек, С тобында күріш пен тары GRF таралмаған, ал В тобында 2 күріш GRF және 1 тары GRF бар, ал күріш пен тары GRF-терінің көпшілігі бір тармаққа топтастырылған, бұл BjGRF-тердің қосжарнақтылармен тығыз байланысты екенін көрсетеді. Олардың ішінде Arabidopsis thaliana-дағы GRF функциясы бойынша ең терең зерттеулер BjGRF-терді функционалды зерттеуге негіз болады.
Қыша филогенетикалық ағашына Brassica napus, Brassica napus, күріш, тары және Arabidopsis thaliana GRF тұқымдасының мүшелері кіреді.
Қыша GRF тұқымдасындағы қайталанатын гендерді талдау. Фондағы сұр сызық қыша геномындағы синхрондалған блокты, қызыл сызық BjGRF генінің сегменттелген қайталану жұбын білдіреді;
Төртінші жапырақ сатысындағы құрғақшылық стрессі кезіндегі BjGRF генінің экспрессиясы. qRT-PCR деректері S5 қосымша кестесінде көрсетілген. Деректердегі маңызды айырмашылықтар кіші әріптермен көрсетілген.
Әлемдік климаттың өзгеруі жалғасып жатқандықтан, дақылдардың құрғақшылық стрессіне қалай төтеп беретінін зерттеу және олардың төзімділік механизмдерін жақсарту өзекті зерттеу тақырыбына айналды18. Құрғақшылықтан кейін өсімдіктердің морфологиялық құрылымы, ген экспрессиясы және метаболикалық процестері өзгереді, бұл фотосинтездің тоқтауына және метаболикалық бұзылуларға әкелуі мүмкін, бұл дақылдардың өнімділігі мен сапасына әсер етеді19,20,21. Өсімдіктер құрғақшылық сигналдарын сезген кезде, олар Ca2+ және фосфатидилинозитол сияқты екінші хабаршыларды шығарады, жасушаішілік кальций иондарының концентрациясын арттырады және ақуыз фосфорлану жолының реттеуші желісін белсендіреді22,23. Соңғы нысана ақуызы жасушалық қорғанысқа тікелей қатысады немесе TF арқылы байланысты стресс гендерінің экспрессиясын реттейді, бұл өсімдіктердің стресске төзімділігін арттырады24,25. Осылайша, TF құрғақшылық стрессіне жауап беруде маңызды рөл атқарады. Құрғақшылық стрессіне жауап беретін TF-тердің тізбегі мен ДНҚ байланыстыру қасиеттеріне сәйкес, TF-терді GRF, ERF, MYB, WRKY және басқа да отбасылар сияқты әртүрлі тұқымдастарға бөлуге болады26.
GRF ген тұқымдасы - өсу, даму, сигнал трансдукциясы және өсімдік қорғаныс реакциялары сияқты әртүрлі аспектілерде маңызды рөл атқаратын өсімдікке тән TF түрі27. Алғашқы GRF гені O. sativa28-де анықталғаннан бері көптеген түрлерде GRF гендері көбірек анықталды және өсімдіктердің өсуіне, дамуына және стресстік реакцияға әсер ететіні дәлелденді8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncea геномының тізбегі жарияланғаннан кейін BjGRF ген тұқымдасын анықтау мүмкін болды33. Бұл зерттеуде қыша геномының барлығында 34 BjGRF гені анықталды және олардың хромосомалық орналасуына байланысты BjGRF01–BjGRF34 деп аталды. Олардың барлығында жоғары деңгейде сақталған QLQ және WRC домендері бар. Физика-химиялық қасиеттерді талдау BjGRF ақуыздарының (BjGRF28-ден басқа) аминқышқылдарының саны мен молекулалық салмағындағы айырмашылықтар маңызды емес екенін көрсетті, бұл BjGRF тұқымдасының мүшелерінің ұқсас функциялары болуы мүмкін екенін көрсетеді. Ген құрылымын талдау BjGRF гендерінің 64,7%-ында 4 экзон бар екенін көрсетті, бұл BjGRF генінің құрылымы эволюцияда салыстырмалы түрде сақталғанын көрсетеді, бірақ BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 және BjGRF29 гендеріндегі экзондар саны көбірек. Зерттеулер экзондардың немесе интрондардың қосылуы немесе жойылуы ген құрылымы мен функциясындағы айырмашылықтарға әкелуі мүмкін екенін, осылайша жаңа гендердің пайда болуы мүмкін екенін көрсетті34,35,36. Сондықтан біз BjGRF интронының эволюция кезінде жоғалғанын, бұл ген функциясында өзгерістер тудыруы мүмкін деп болжаймыз. Бар зерттеулерге сәйкес, біз интрондар санының ген экспрессиясымен байланысты екенін де анықтадық. Гендегі интрондар саны көп болған кезде, ген әртүрлі қолайсыз факторларға тез жауап бере алады.
Гендердің дупликациясы геномдық және генетикалық эволюцияның негізгі факторы болып табылады37. Байланысты зерттеулер гендердің дупликациясы GRF гендерінің санын арттырып қана қоймай, сонымен қатар өсімдіктердің әртүрлі қолайсыз қоршаған орта жағдайларына бейімделуіне көмектесетін жаңа гендерді жасау құралы ретінде қызмет ететінін көрсетті38. Бұл зерттеуде барлығы 48 дупликацияланған ген жұбы табылды, олардың барлығы сегменттік дупликациялар болды, бұл сегменттік дупликациялардың осы тұқымдастағы гендер санын көбейтудің негізгі механизмі екенін көрсетеді. Әдебиеттерде сегменттік дупликация Arabidopsis пен құлпынайдағы GRF ген тұқымдастарының мүшелерінің амплификациясын тиімді түрде арттыра алатыны туралы хабарланған, және бұл ген тұқымдасының ешбір түрінде тандемдік дупликациясы табылған жоқ27,39. Бұл зерттеудің нәтижелері Arabidopsis thaliana және құлпынай тұқымдастары бойынша жүргізілген зерттеулермен сәйкес келеді, бұл GRF тұқымдасы әртүрлі өсімдіктерде сегменттік дупликация арқылы гендер санын көбейтіп, жаңа гендер жасай алатынын көрсетеді.
Бұл зерттеуде қышада барлығы 34 BjGRF гені анықталды, олар 3 субтуыстастыққа бөлінді. Бұл гендер ұқсас сақталған мотивтер мен ген құрылымдарын көрсетті. Коллинеарлық талдау қышада 48 жұп сегменттік дупликацияны анықтады. BjGRF промотор аймағында жарық реакциясымен, гормоналды реакциямен, қоршаған ортаның стресстік реакциясымен және өсу мен дамумен байланысты цис-әсер ететін элементтер бар. Қыша көшет сатысында (тамыр, сабақ, жапырақ) 34 BjGRF генінің экспрессиясы және құрғақшылық жағдайында 10 BjGRF генінің экспрессия үлгісі анықталды. Құрғақшылық стрессі жағдайындағы BjGRF генінің экспрессия үлгілері ұқсас және ұқсас болуы мүмкін екендігі анықталды. Құрғақшылықты мәжбүрлеуді реттеуге қатысу. BjGRF03 және BjGRF32 гендері құрғақшылық стрессінде оң реттеуші рөл атқаруы мүмкін, ал BjGRF06 және BjGRF23 құрғақшылық стрессінде miR396 нысана гендер ретінде рөл атқарады. Жалпы алғанда, біздің зерттеуіміз Brassicaceae өсімдіктерінде BjGRF генінің функциясын болашақта ашу үшін биологиялық негіз береді.
Бұл тәжірибеде қолданылған қыша тұқымдарын Гуйчжоу ауыл шаруашылығы ғылымдары академиясының Гуйчжоу май тұқымын зерттеу институты ұсынды. Тұтас тұқымдарды таңдап, топыраққа отырғызыңыз (субстрат: топырақ = 3:1) және төрт жапырақты кезеңнен кейін тамырларды, сабақтарды және жапырақтарды жинаңыз. Құрғақшылықты модельдеу үшін өсімдіктер 20% PEG 6000-мен өңделді, ал жапырақтар 0, 3, 6, 12 және 24 сағаттан кейін жиналды. Барлық өсімдік үлгілері бірден сұйық азотта мұздатылып, келесі сынақ үшін -80°C мұздатқышта сақталды.
Осы зерттеу барысында алынған немесе талданған барлық деректер жарияланған мақалаға және қосымша ақпараттық файлдарға енгізілген.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 22 қаңтар