Гуйчжоу провинциясындағы жауын-шашынның маусымдық таралуы біркелкі емес, көктемде және жазда жауын-шашын көбірек, бірақ рапс көшеттері күзде және қыста құрғақшылық күйзелісіне ұшырайды, бұл өнімділікке айтарлықтай әсер етеді. Қыша – негізінен Гуйчжоу провинциясында өсірілетін ерекше майлы дақыл. Ол құрғақшылыққа төзімді және таулы аймақтарда өсіруге болады. Бұл құрғақшылыққа төзімді гендердің бай ресурсы. Құрғақшылыққа төзімді гендердің ашылуы қыша сорттарын жақсарту үшін өте маңызды. және гермоплазма ресурстарындағы инновациялар. GRF отбасы өсімдіктердің өсуі мен дамуында және құрғақшылық стресіне жауап беруде маңызды рөл атқарады. Қазіргі уақытта GRF гендері Arabidopsis 2, күріште (Oryza sativa) 12, рапс тұқымында 13, мақтада (Gossypium hirsutum) 14, бидайда (Triticum) табылған. aestivum)15, інжу тары (Setaria italica)16 және Brassica17, бірақ қышада анықталған GRF гендері туралы есеп жоқ. Бұл зерттеуде қышаның GRF отбасылық гендері геномдық деңгейде анықталды және олардың физикалық және химиялық сипаттамалары, эволюциялық байланыстары, гомологиясы, сақталған мотивтері, гендік құрылымы, гендердің қайталануы, cis-элементтері және өскін кезеңі (төрт жапырақты кезең) талданды. Құрғақшылыққа жауап берудегі BjGRF гендерінің әлеуетті функциясы туралы әрі қарайғы зерттеулерге ғылыми негізді қамтамасыз ету және құрғақшылыққа төзімді қыша өсіру үшін кандидат гендермен қамтамасыз ету үшін құрғақшылық стрессіндегі экспрессия үлгілері жан-жақты талданды.
Brassica juncea геномында екі HMMER іздеуі арқылы отыз төрт BjGRF гені анықталды, олардың барлығында QLQ және WRC домендері бар. Анықталған BjGRF гендерінің CDS тізбегі S1 қосымша кестесінде берілген. BjGRF01–BjGRF34 хромосомадағы орналасуына байланысты аталған. Бұл отбасының физика-химиялық қасиеттері аминқышқылдарының ұзындығы 261 аа (BjGRF19) пен 905 аа (BjGRF28) аралығындағы өте өзгермелі екенін көрсетеді. BjGRF изоэлектрлік нүктесі 6,19 (BjGRF02) - 9,35 (BjGRF03) аралығында орташа 8,33 және BjGRF 88,24% негізгі ақуыз болып табылады. BjGRF болжамды молекулалық салмағы диапазоны 29,82 кДа (BjGRF19) - 102,90 кДа (BjGRF28); BjGRF ақуыздарының тұрақсыздық индексі 51,13 (BjGRF08) пен 78,24 (BjGRF19) аралығында, барлығы 40-тан жоғары, бұл май қышқылдарының индексі 43,65 (BjGRF01) пен 78,78 (BjGRF22) орташа гидрофильділік диапазонында екенін көрсетеді. -1,07 (BjGRF31) -0,45 (BjGRF22) аралығында, барлық гидрофильді BjGRF ақуыздарының теріс GRAVY мәндері бар, бұл қалдықтардан туындаған гидрофобтылықтың болмауына байланысты болуы мүмкін. Субклеткалық локализацияның болжамы 31 BjGRF кодталған ақуыздың ядрода локализациялануы мүмкін екенін көрсетті, BjGRF04 пероксисомаларда, BjGRF25 цитоплазмада және BjGRF28 хлоропластарда локализациялануы мүмкін (1-кесте), бұл BjGRF локализациясында маңызды рөл атқаруы мүмкін. транскрипция факторы.
Әртүрлі түрлердегі GRF тұқымдастарының филогенетикалық талдауы гендік функцияларды зерттеуге көмектеседі. Сондықтан 35 рапс, 16 шалқан, 12 күріш, 10 тары және 9 Arabidopsis GRF толық ұзындықтағы аминқышқылдарының тізбегі жүктеліп, 34 анықталған BjGRF гендерінің негізінде филогенетикалық ағаш құрастырылды (1-сурет). Үш топшада мүшелердің әртүрлі саны бар; 116 GRF TF тиісінше 59 (50,86%), 34 (29,31%) және 23 (19,83)% GRF құрайтын үш түрлі топшаға (A~C топтары) бөлінген. Олардың ішінде 34 BjGRF отбасы мүшелері 3 топшаға шашыраңқы: А тобында 13 мүше (38,24%), В тобында 12 мүше (35,29%) және С тобында 9 мүше (26,47%). Қыша полиплоидизациясы процесінде әртүрлі субфамилиялардағы BjGRF гендерінің саны әртүрлі және геннің күшеюі мен жоғалуы орын алған болуы мүмкін. Айта кету керек, С тобында күріш пен тары ГРФ таралмаған, ал В тобында 2 күріш және 1 тары ГРФ болса, күріш пен тары ГРФ-ның көпшілігі бір тармақта топтастырылған, бұл BjGRF-тің қос тұқымдылармен тығыз байланысты екенін көрсетеді. Олардың ішінде Arabidopsis thaliana-дағы GRF функциясының ең терең зерттеулері BjGRF-тің функционалдық зерттеулеріне негіз болады.
Қышаның филогенетикалық ағашы, оның ішінде Brassica napus, Brassica napus, күріш, тары және Arabidopsis thaliana GRF тұқымдасының мүшелері.
Қыша GRF отбасындағы қайталанатын гендердің талдауы. Фондағы сұр сызық қыша геномындағы синхрондалған блокты, қызыл сызық BjGRF генінің сегменттелген қайталануларының жұбын білдіреді;
BjGRF генінің төртінші жапырақ сатысындағы құрғақшылық стрессіндегі экспрессиясы. qRT-ПТР деректері S5 қосымша кестесінде көрсетілген. Деректердегі елеулі айырмашылықтар кіші әріптермен белгіленеді.
Жаһандық климаттың өзгеруі жалғасып жатқандықтан, дақылдардың құрғақшылық күйзелісімен қалай күресетінін зерттеу және олардың төзімділік тетіктерін жақсарту өзекті зерттеу тақырыбына айналды18. Құрғақшылықтан кейін өсімдіктердің морфологиялық құрылымы, гендік экспрессиясы және зат алмасу процестері өзгереді, бұл фотосинтездің тоқтап, зат алмасуының бұзылуына әкелуі мүмкін, дақылдардың өнімділігі мен сапасына әсер етеді19,20,21. Өсімдіктер құрғақшылық сигналдарын сезінгенде, олар Ca2+ және фосфатидилинозит сияқты екінші хабаршыларды шығарады, жасушаішілік кальций ионының концентрациясын арттырады және ақуыздың фосфорлану жолының реттеуші желісін белсендіреді22,23. Соңғы мақсатты ақуыз жасушалық қорғанысқа тікелей қатысады немесе TF арқылы байланысты стресс гендерінің экспрессиясын реттейді, өсімдіктердің стресске төзімділігін арттырады24,25. Осылайша, ТФ құрғақшылық стрессіне жауап беруде шешуші рөл атқарады. Құрғақшылық стресіне жауап беретін ТФ-ның реттілігі мен ДНҚ-ны байланыстыру қасиеттеріне сәйкес ТФ-ны GRF, ERF, MYB, WRKY және басқа да отбасылар сияқты әртүрлі тұқымдастарға бөлуге болады26.
GRF гендер тобы өсу, даму, сигнал беру және өсімдік қорғаныс реакциялары сияқты әртүрлі аспектілерде маңызды рөл атқаратын өсімдікке тән ТФ түрі болып табылады27. Бірінші GRF гені O. sativa28-де анықталғаннан бері көптеген түрлерде GRF гендерінің көбеюі анықталды және өсімдіктердің өсуіне, дамуына және стресске жауап беруіне әсер етеді8, 29, 30,31,32. Brassica juncea геномының тізбегінің жариялануымен BjGRF гендік отбасын анықтау мүмкін болды33. Бұл зерттеуде бүкіл қыша геномында 34 BjGRF гені анықталды және олардың хромосомалық орналасуына қарай BjGRF01–BjGRF34 деп аталды. Олардың барлығында жоғары сақталған QLQ және WRC домендері бар. Физика-химиялық қасиеттерді талдау BjGRF ақуыздарының (BjGRF28 қоспағанда) аминқышқылдарының санындағы және молекулалық салмағындағы айырмашылықтар маңызды емес екенін көрсетті, бұл BjGRF отбасы мүшелерінің ұқсас функцияларға ие болуы мүмкін екенін көрсетеді. Гендік құрылымды талдау BjGRF гендерінің 64,7% 4 экзоннан тұратынын көрсетті, бұл BjGRF ген құрылымының эволюцияда салыстырмалы түрде сақталғанын көрсетеді, бірақ BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 және BjGRF29 гендеріндегі экзондар саны көбірек. Зерттеулер көрсеткендей, экзондарды немесе интрондарды қосу немесе жою гендердің құрылымы мен қызметіндегі айырмашылықтарға әкелуі мүмкін, осылайша жаңа гендер пайда болады34,35,36. Сондықтан, біз BjGRF интроны эволюция кезінде жоғалған деп болжаймыз, бұл гендік функцияның өзгеруіне әкелуі мүмкін. Қолданыстағы зерттеулерге сәйкес, біз сондай-ақ интрондардың саны ген экспрессиясымен байланысты екенін анықтадық. Гендегі интрондардың саны көп болса, ген әртүрлі қолайсыз факторларға тез жауап бере алады.
Гендердің қайталануы геномдық және генетикалық эволюцияның негізгі факторы болып табылады37. Қатысты зерттеулер көрсеткендей, гендердің қайталануы GRF гендерінің санын көбейтіп қана қоймайды, сонымен қатар өсімдіктерге қоршаған ортаның әртүрлі қолайсыз жағдайларына бейімделуге көмектесетін жаңа гендерді генерациялау құралы ретінде қызмет етеді38. Осы зерттеуде барлығы 48 қайталанатын ген жұбы табылды, олардың барлығы сегменттік қайталанулар болды, бұл сегменттік қайталанулар осы отбасыдағы гендер санын көбейтудің негізгі механизмі екенін көрсетеді. Әдебиеттерде сегменттік дупликация Арабидопсис пен құлпынайдағы GRF гендерінің отбасы мүшелерінің күшейтілуіне тиімді ықпал ете алатыны туралы хабарланған және осы гендік отбасының тандемдік қайталануы ешбір түрде табылған жоқ27,39. Бұл зерттеудің нәтижелері Arabidopsis thaliana және құлпынай тұқымдастары бойынша бар зерттеулермен сәйкес келеді, бұл GRF отбасы гендердің санын көбейте алады және әртүрлі өсімдіктерде сегменттік қайталану арқылы жаңа гендер жасай алады.
Бұл зерттеуде қышадағы барлығы 34 BjGRF гені анықталды, олар 3 субфамилияға бөлінген. Бұл гендер ұқсас сақталған мотивтер мен гендік құрылымдарды көрсетті. Коллинеарлық талдау қышадағы 48 жұп сегментті қайталауды анықтады. BjGRF промоутер аймағында жарық реакциясымен, гормондық реакциямен, қоршаған ортаның стресстік реакциясымен және өсу мен дамумен байланысты cis әрекет ететін элементтер бар. 34 BjGRF гендерінің экспрессиясы қыша көшетінің (тамырлары, сабақтары, жапырақтары) кезеңінде және құрғақшылық жағдайында 10 BjGRF гендерінің экспрессия үлгісі анықталды. Құрғақшылық стресс жағдайында BjGRF гендерінің экспрессиялық үлгілері ұқсас және ұқсас болуы мүмкін екендігі анықталды. құрғақшылыққа қатысу. Күшті реттеу. BjGRF03 және BjGRF32 гендері құрғақшылық стресінде оң реттеуші рөл атқаруы мүмкін, ал BjGRF06 және BjGRF23 құрғақшылық стрессінде miR396 мақсатты гендер ретінде рөл атқарады. Жалпы, біздің зерттеуіміз Brassicaceae өсімдіктерінде BjGRF генінің функциясын болашақта ашу үшін биологиялық негіз береді.
Бұл тәжірибеде пайдаланылған қыша тұқымдарын Гуйчжоу ауылшаруашылық ғылымдары академиясы Гуйчжоу майлы тұқымдар ғылыми-зерттеу институты қамтамасыз етті. Тұқымдарды толығымен таңдап, оларды топыраққа отырғызыңыз (субстрат: топырақ = 3: 1), төрт жапырақты кезеңнен кейін тамырларды, сабақтарды және жапырақтарды жинаңыз. Өсімдіктер құрғақшылықты имитациялау үшін 20% PEG 6000-мен өңделді, ал жапырақтары 0, 3, 6, 12 және 24 сағаттан кейін жиналды. Барлық өсімдік үлгілері бірден сұйық азотта мұздатылған, содан кейін келесі сынақ үшін -80°C мұздатқышта сақталды.
Осы зерттеу барысында алынған немесе талданған барлық деректер жарияланған мақалаға және қосымша ақпарат файлдарына енгізілген.
Жіберу уақыты: 22 қаңтар-2025 ж