La laŭsezona distribuado de precipitaĵo en la provinco Gujĝoŭo estas malegala, kun pli da precipitaĵo printempe kaj somere, sed la kolzaj plantidoj estas sentemaj al sekeco aŭtune kaj vintre, kio grave influas la rikolton. Mustardo estas speciala olesema kultivaĵo ĉefe kultivata en la provinco Gujĝoŭo. Ĝi havas fortan sekecelevitemon kaj povas esti kultivata en montaraj regionoj. Ĝi estas riĉa rimedo de sekecorezistaj genoj. La malkovro de sekecorezistaj genoj estas de kritika graveco por la plibonigo de mustardaj variaĵoj kaj novigado en ĝermoplasmaj rimedoj. La GRF-familio ludas kritikan rolon en plantkresko kaj disvolviĝo kaj la respondo al sekeco. Nuntempe, GRF-genoj estis trovitaj en Arabidopsis 2, rizo (Oryza sativa) 12, kolzo 13, kotono (Gossypium hirsutum) 14, tritiko (Triticum aestivum) 15, perlomilio (Setaria italica) 16 kaj Brassica 17, sed ne estas raportoj pri GRF-genoj detektitaj en mustardo. En ĉi tiu studo, la GRF-familiaj genoj de mustardo estis identigitaj je la tutgenoma nivelo kaj iliaj fizikaj kaj kemiaj karakterizaĵoj, evoluaj rilatoj, homologio, konservitaj motivoj, genstrukturo, genduplikatoj, cis-elementoj kaj plantidstadio (kvarfolia stadio) estis analizitaj. La esprimaj padronoj sub sekeco estis amplekse analizitaj por provizi sciencan bazon por pliaj studoj pri la ebla funkcio de BjGRF-genoj en respondo al sekeco kaj por provizi kandidatgenojn por bredado de sekeco-tolerema mustardo.
Tridek kvar BjGRF-genoj estis identigitaj en la genaro de Brassica juncea uzante du HMMER-serĉojn, kiuj ĉiuj enhavas la domajnojn QLQ kaj WRC. La CDS-sekvencoj de la identigitaj BjGRF-genoj estas prezentitaj en Aldona Tabelo S1. BjGRF01–BjGRF34 estas nomitaj laŭ sia loko sur la kromosomo. La fizik-kemiaj ecoj de ĉi tiu familio indikas, ke la aminoacida longo estas tre varia, variante de 261 aa (BjGRF19) ĝis 905 aa (BjGRF28). La izoelektra punkto de BjGRF varias de 6,19 (BjGRF02) ĝis 9,35 (BjGRF03) kun averaĝo de 8,33, kaj 88,24% de BjGRF estas baza proteino. La antaŭdirita molekulpeza intervalo de BjGRF estas de 29,82 kDa (BjGRF19) ĝis 102,90 kDa (BjGRF28); La malstabileca indekso de BjGRF-proteinoj varias de 51.13 (BjGRF08) ĝis 78.24 (BjGRF19), ĉiuj estas pli grandaj ol 40, indikante ke la grasacida indekso varias de 43.65 (BjGRF01) ĝis 78.78 (BjGRF22), la meza hidrofileco (GRAVY) varias de -1.07 (BjGRF31) ĝis -0.45 (BjGRF22), ĉiuj hidrofilaj BjGRF-proteinoj havas negativajn GRAVY-valorojn, kio povas ŝuldiĝi al la manko de hidrofobeco kaŭzita de la restaĵoj. Subĉela lokaliza prognozo montris, ke 31 BjGRF-ĉifritaj proteinoj povus esti lokigitaj en la nukleo, BjGRF04 povus esti lokigita en peroksisomoj, BjGRF25 povus esti lokigita en la citoplasmo, kaj BjGRF28 povus esti lokigita en kloroplastoj (Tabelo 1), indikante, ke BjGRF-oj povus esti lokigitaj en la nukleo kaj ludi gravan reguligan rolon kiel transkripcifaktoro.
Filogenetika analizo de GRF-familioj en malsamaj specioj povas helpi studi genajn funkciojn. Tial, la plenlongaj aminoacidaj sekvencoj de 35 GRF-oj de kolzo, 16 de rapo, 12 de rizo, 10 de milio kaj 9 de Arabidopsis estis elŝutitaj kaj filogenetika arbo estis konstruita surbaze de 34 identigitaj BjGRF-genoj (Fig. 1). La tri subfamilioj enhavas malsamajn nombrojn da membroj; 116 GRF-TF-oj estas dividitaj en tri malsamajn subfamiliojn (grupoj A~C), enhavantajn 59 (50.86%), 34 (29.31%) kaj 23 (19.83)% de la GRF-oj, respektive. Inter ili, 34 membroj de la BjGRF-familio estas disigitaj tra 3 subfamilioj: 13 membroj en grupo A (38.24%), 12 membroj en grupo B (35.29%) kaj 9 membroj en grupo C (26.47%). En la procezo de mustarda poliploidiĝo, la nombro de BjGRF-genoj en malsamaj subfamilioj estas malsama, kaj gena amplifikado kaj perdo eble okazis. Indas rimarki, ke ne ekzistas distribuo de rizaj kaj miliaj GRF-oj en grupo C, dum estas 2 rizaj GRF-oj kaj 1 milia GRF en grupo B, kaj la plej multaj el la rizaj kaj miliaj GRF-oj estas grupigitaj en unu branĉo, indikante ke BjGRF-oj estas proksime rilataj al dukotiledonoj. Inter ili, la plej profundaj studoj pri la GRF-funkcio en Arabidopsis thaliana provizas bazon por funkciaj studoj de BjGRF-oj.
Filogenetika arbo de mustardo inkluzive de Brassica napus, Brassica napus, rizo, milio kaj membroj de la Arabidopsis thaliana GRF-familio.
Analizo de ripetaj genoj en la mustarda GRF-familio. La griza linio en la fono reprezentas sinkronigitan blokon en la mustarda genaro, la ruĝa linio reprezentas paron de segmentitaj ripetoj de la BjGRF-geno;
Esprimo de la geno BjGRF sub sekeco-streso ĉe la kvara folio-stadio. Datumoj de qRT-PCR estas montritaj en Aldona Tabelo S5. Signifaj diferencoj en la datumoj estas indikitaj per minusklaj literoj.
Dum la tutmonda klimato daŭre ŝanĝiĝas, la studado de kiel kultivaĵoj traktas sekecon kaj la plibonigo de iliaj toleremaj mekanismoj fariĝis varmega esplortemo18. Post sekeco, la morfologia strukturo, gena esprimo kaj metabolaj procezoj de plantoj ŝanĝiĝas, kio povas konduki al la ĉeso de fotosintezo kaj metabola perturbo, influante la rendimenton kaj kvaliton de kultivaĵoj19,20,21. Kiam plantoj sentas sekecajn signalojn, ili produktas duajn mesaĝistojn kiel Ca2+ kaj fosfatidilinozitolo, pliigas la intraĉelan kalcian jonan koncentriĝon kaj aktivigas la reguligan reton de proteina fosforiliga vojo22,23. La fina cela proteino estas rekte implikita en ĉela defendo aŭ reguligas la esprimon de rilataj stresgenoj per TF-oj, pliigante la toleremon de plantoj al streso24,25. Tiel, TF-oj ludas gravan rolon en respondo al sekeco. Laŭ la sekvenco kaj DNA-ligaj ecoj de TF-oj respondemaj al sekeco, TF-oj povas esti dividitaj en malsamajn familiojn, kiel GRF, ERF, MYB, WRKY kaj aliaj familioj26.
La familio de GRF-genoj estas tipo de plant-specifa TF, kiu ludas gravajn rolojn en diversaj aspektoj kiel kresko, disvolviĝo, signal-transdukto kaj plantaj defendaj respondoj27. De kiam la unua GRF-geno estis identigita en O. sativa28, pli kaj pli da GRF-genoj estis identigitaj en multaj specioj kaj montritaj influi plantkreskon, disvolviĝon kaj stresrespondon8, 29, 30,31,32. Kun la publikigo de la genoma sekvenco de Brassica juncea, la identigo de la familio de BjGRF-genoj fariĝis ebla33. En ĉi tiu studo, 34 BjGRF-genoj estis identigitaj en la tuta mustarda genaro kaj nomitaj BjGRF01-BjGRF34 surbaze de ilia kromosoma pozicio. Ĉiuj el ili enhavas tre konservitajn QLQ kaj WRC-domajnojn. Analizo de la fizik-kemiaj ecoj montris, ke la diferencoj en la aminoacidaj nombroj kaj molekulpezoj de la BjGRF-proteinoj (krom BjGRF28) ne estis signifaj, indikante, ke la membroj de la BjGRF-familiano eble havas similajn funkciojn. Analizo de genstrukturo montris, ke 64.7% de la BjGRF-genoj enhavis 4 eksonojn, indikante, ke la BjGRF-gena strukturo estas relative konservita dum evolucio, sed la nombro da eksonoj en la BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 kaj BjGRF29 genoj estas pli granda. Studoj montris, ke la aldono aŭ forigo de eksonoj aŭ intronoj povas konduki al diferencoj en genstrukturo kaj funkcio, tiel kreante novajn genojn34,35,36. Tial, ni konjektas, ke la introno de BjGRF perdiĝis dum evolucio, kio povas kaŭzi ŝanĝojn en genfunkcio. Konforme al ekzistantaj studoj, ni ankaŭ trovis, ke la nombro da intronoj estis asociita kun genekspresio. Kiam la nombro da intronoj en geno estas granda, la geno povas rapide respondi al diversaj malfavoraj faktoroj.
Gena multobligo estas grava faktoro en genomika kaj genetika evoluo37. Rilataj studoj montris, ke gena multobligo ne nur pliigas la nombron de GRF-genoj, sed ankaŭ servas kiel rimedo por generi novajn genojn por helpi plantojn adaptiĝi al diversaj malfavoraj mediaj kondiĉoj38. Entute 48 duobligitaj genparoj estis trovitaj en ĉi tiu studo, ĉiuj el kiuj estis segmentaj multobligoj, indikante ke segmentaj multobligoj estas la ĉefa mekanismo por pliigi la nombron de genoj en ĉi tiu familio. Estis raportite en la literaturo, ke segmenta multobligo povas efike antaŭenigi la amplifikadon de GRF-genfamilianoj en Arabidopsis kaj frago, kaj neniu tandema multobligo de ĉi tiu genfamilio estis trovita en iu ajn el la specioj27,39. La rezultoj de ĉi tiu studo kongruas kun ekzistantaj studoj pri Arabidopsis thaliana kaj fragofamilioj, sugestante, ke la GRF-familio povas pliigi la nombron de genoj kaj generi novajn genojn per segmenta multobligo en malsamaj plantoj.
En ĉi tiu studo, entute 34 BjGRF-genoj estis identigitaj en mustardo, kiuj estis dividitaj en 3 subfamiliojn. Ĉi tiuj genoj montris similajn konservitajn motivojn kaj genstrukturojn. Analizo de kolineareco rivelis 48 parojn da segmentaj duobligoj en mustardo. La BjGRF-promotora regiono enhavas cis-agantajn elementojn asociitajn kun lumrespondo, hormona respondo, media stresrespondo, kaj kresko kaj disvolviĝo. La esprimo de 34 BjGRF-genoj estis detektita ĉe la mustarda plantida stadio (radikoj, tigoj, folioj), kaj la esprima padrono de 10 BjGRF-genoj sub aridkondiĉoj estis similaj. Oni trovis, ke la esprima padronoj de BjGRF-genoj sub aridstreso estis similaj kaj eble similas. implikiĝo en reguligo de devigado de aridiĝo. La genoj BjGRF03 kaj BjGRF32 povas ludi pozitivajn reguligajn rolojn en aridstreso, dum BjGRF06 kaj BjGRF23 ludas rolojn en aridstreso kiel celgenoj miR396. Ĝenerale, nia studo provizas biologian bazon por estonta malkovro de la funkcio de la BjGRF-genaro en plantoj de Brassicaces.
La sinapaj semoj uzitaj en ĉi tiu eksperimento estis provizitaj de la Gujĝoŭa Oleosema Esplorinstituto, Gujĝoŭa Akademio de Agrikulturaj Sciencoj. Elektu la tutajn semojn kaj plantu ilin en grundo (substrato: grundo = 3:1), kaj kolektigu la radikojn, tigojn kaj foliojn post la kvarfolia stadio. La plantoj estis traktitaj per 20% PEG 6000 por simuli sekecon, kaj la folioj estis kolektitaj post 0, 3, 6, 12 kaj 24 horoj. Ĉiuj plantospecimenoj estis tuj frostigitaj en likva nitrogeno kaj poste konservitaj en -80°C frostujo por la sekva testo.
Ĉiuj datumoj akiritaj aŭ analizitaj dum ĉi tiu studo estas inkluzivitaj en la publikigita artikolo kaj suplementaj informdosieroj.
Afiŝtempo: 22-a de januaro 2025