Déi saisonal Verdeelung vum Nidderschlag an der Provënz Guizhou ass ongläichméisseg, mat méi Nidderschlag am Fréijoer a Summer, awer d'Rapsseeplanzen si ufälleg fir Dréchentstress am Hierscht a Wanter, wat den Ertrag eescht beaflosst. Moschter ass eng speziell Uelegkultur, déi haaptsächlech an der Provënz Guizhou ugebaut gëtt. En huet eng staark Dréchentoleranz a kann a Biergregiounen ugebaut ginn. Et ass eng räich Ressource vun dréchentresistente Genen. D'Entdeckung vun dréchentresistente Genen ass vu kritescher Bedeitung fir d'Verbesserung vu Moschterzorten an Innovatioun an de Keimplasma-Ressourcen. D'GRF-Famill spillt eng entscheedend Roll beim Planzewuesstum an der Entwécklung an der Reaktioun op Dréchentstress. De Moment goufen GRF-Genen an Arabidopsis 2, Räis (Oryza sativa) 12, Raps 13, Kotteng (Gossypium hirsutum) 14, Weess (Triticum aestivum) 15, Perlhirse (Setaria italica) 16 a Brassica 17 fonnt, awer et gëtt keng Berichter iwwer GRF-Genen, déi am Moschter entdeckt goufen. An dëser Studie goufen d'GRF-Familljengenen vum Moschter op genomwäiten Niveau identifizéiert an hir physikalesch a chemesch Charakteristiken, evolutiv Bezéiungen, Homologie, konservéiert Motiver, Genstruktur, Genduplikatiounen, Cis-Elementer a Keimlingstadium (Véierblattstadium) goufen analyséiert. D'Expressiounsmuster ënner Dréchentstress goufen ëmfaassend analyséiert fir eng wëssenschaftlech Basis fir weider Studien iwwer déi potenziell Funktioun vu BjGRF-Genen an der Dréchentreaktioun ze bidden a fir Kandidatengenen fir d'Zucht vun dréchentolerante Moschter ze liwweren.
Véieranzwanzeg BjGRF-Genen goufen am Brassica juncea-Genom mat Hëllef vun zwou HMMER-Recherchen identifizéiert, déi all d'QLQ- an WRC-Domänen enthalen. D'CDS-Sequenze vun den identifizéierten BjGRF-Genen sinn an der Ergänzungstabell S1 presentéiert. BjGRF01–BjGRF34 gi baséiert op hirer Positioun um Chromosom benannt. Déi physikochemesch Eegeschafte vun dëser Famill weisen drop hin, datt d'Aminosaierlängt héich variabel ass, a vun 261 AA (BjGRF19) bis 905 AA (BjGRF28) reecht. Den isoelektresche Punkt vu BjGRF reecht vun 6,19 (BjGRF02) bis 9,35 (BjGRF03) mat engem Duerchschnëtt vun 8,33, an 88,24% vu BjGRF ass e basisch Protein. De virausgesoten Molekulargewiichtsberäich vu BjGRF ass vun 29,82 kDa (BjGRF19) bis 102,90 kDa (BjGRF28); Den Instabilitéitsindex vu BjGRF-Proteine läit tëscht 51,13 (BjGRF08) an 78,24 (BjGRF19), all si méi grouss wéi 40, wat drop hiweist, datt de Fettsäureindex tëscht 43,65 (BjGRF01) an 78,78 (BjGRF22) läit, déi duerchschnëttlech Hydrophilizitéit (GRAVY) läit tëscht -1,07 (BjGRF31) an -0,45 (BjGRF22), an all déi hydrophil BjGRF-Proteine hunn negativ GRAVY-Wäerter, déi eventuell op de Manktem un Hydrophobizitéit zeréckzeféiere sinn, déi duerch d'Reschter verursaacht gëtt. D'Prognose vun der subzellulärer Lokalisatioun huet gewisen, datt 31 BjGRF-codéiert Proteinen am Zellkär lokaliséiert kéinte sinn, BjGRF04 a Peroxisomen, BjGRF25 am Zytoplasma a BjGRF28 a Chloroplasten (Tabell 1), wat drop hiweist, datt BjGRFe am Zellkär lokaliséiert kéinte sinn a eng wichteg regulatoresch Roll als Transkriptiounsfaktor spillen.
Phylogenetesch Analysen vu GRF-Familljen a verschiddenen Aarte kënnen hëllefen, d'Genfunktiounen ze studéieren. Dofir goufen déi vollstänneg Aminosaiersequenze vun 35 Raps-, 16 Rëbs-, 12 Räis-, 10 Hirse- an 9 Arabidopsis-GRFs erofgelueden an e phylogenetesche Bam gouf op Basis vun 34 identifizéierte BjGRF-Genen konstruéiert (Fig. 1). Déi dräi Ënnerfamilljen enthalen ënnerschiddlech Zuelen u Memberen; 116 GRF TFs sinn an dräi verschidden Ënnerfamilljen (Gruppen A~C) opgedeelt, déi 59 (50,86%), 34 (29,31%) an 23 (19,83)% vun de GRFs enthalen. Dorënner sinn 34 BjGRF-Familljememberen iwwer 3 Ënnerfamilljen verdeelt: 13 Memberen an der Grupp A (38,24%), 12 Memberen an der Grupp B (35,29%) an 9 Memberen an der Grupp C (26,47%). Am Prozess vun der Moschterpolyploidiséierung ass d'Zuel vun de BjGRFs-Genen an de verschiddenen Ënnerfamilljen ënnerschiddlech, an et kann zu Genamplifikatioun a -verloscht komm sinn. Et ass derwäert ze bemierken, datt et keng Verdeelung vu Räis- a Hirse-GRFs an der Grupp C gëtt, während et 2 Räis-GRFs an 1 Hirse-GRF an der Grupp B gëtt, an déi meescht Räis- a Hirse-GRFs an enger Branche gruppéiert sinn, wat drop hiweist, datt BjGRFs enk mat Dikotyledonen verwandt sinn. Dorënner bidden déi detailléiertst Studien iwwer d'GRF-Funktioun an Arabidopsis thaliana eng Basis fir funktionell Studien vu BjGRFs.
Phylogenetesche Bam vum Moschter, dorënner Brassica napus, Brassica napus, Räis, Hirse a Memberen vun der Arabidopsis thaliana GRF Famill.
Analyse vu repetitive Genen an der Moschter-GRF-Famill. Déi gro Linn am Hannergrond stellt e synchroniséierte Block am Moschtergenom duer, déi rout Linn stellt e puer segmentéiert Widderhuelunge vum BjGRF-Gen duer;
D'BjGRF-Genexpressioun ënner Dréchentstress am véierte Blatstadium. D'qRT-PCR-Donnéeë ginn an der Ergänzungstabell S5 gewisen. Signifikant Ënnerscheeder an den Donnéeë ginn duerch kleng Buschtawen uginn.
Well de globale Klima sech weider ännert, ass d'Studie vun der Ëmgang mat Dréchentstress zu engem aktuellen Fuerschungsthema ginn18. Nom Dréchent änneren sech déi morphologesch Struktur, d'Genexpression an d'Stoffwiesselprozesser vu Planzen, wat zu engem Ophiewe vun der Fotosynthese a Stoffwiesselstéierunge féiere kann, wat den Ertrag an d'Qualitéit vun de Kulturen beaflosst19,20,21. Wann Planzen Dréchensignaler spieren, produzéiere si zweet Messenger wéi Ca2+ a Phosphatidylinositol, erhéijen d'intrazellulär Kalziumionenkonzentratioun an aktivéieren dat reguléierend Netzwierk vum Proteinphosphoryléierungswee22,23. Dat lescht Zilprotein ass direkt un der zellulärer Ofwier bedeelegt oder reguléiert d'Expressioun vu verwandte Stressgenen duerch TFs, wouduerch d'Planzetoleranz géint Stress verbessert24,25. Dofir spillen TFs eng entscheedend Roll bei der Reaktioun op Dréchentstress. Jee no der Sequenz an den DNA-Bindungseigenschaften vun den op Dréchentstress reagéierenden TFs kënnen TFs a verschidde Familljen opgedeelt ginn, wéi GRF, ERF, MYB, WRKY an aner Familljen26.
D'GRF-Genfamill ass eng Zort vu planzespezifeschen TF, deen eng wichteg Roll a verschiddenen Aspekter spillt, wéi Wuesstem, Entwécklung, Signaltransduktioun a Planzeverteidegungsreaktiounen27. Zënter datt dat éischt GRF-Gen an O. sativa28 identifizéiert gouf, goufen ëmmer méi GRF-Genen a ville Spezies identifizéiert a gewisen, datt se de Planzenwuesstem, d'Entwécklung an d'Stressreaktioun beaflossen8, 29, 30,31,32. Mat der Verëffentlechung vun der Brassica juncea-Genomsequenz gouf d'Identifikatioun vun der BjGRF-Genfamill méiglech33. An dëser Studie goufen 34 BjGRF-Genen am ganze Moschtergenom identifizéiert a baséiert op hirer chromosomaler Positioun BjGRF01-BjGRF34 genannt. Si all enthalen héichkonservéiert QLQ- an WRC-Domänen. D'Analyse vun de physikochemesche Eegeschafte huet gewisen, datt d'Ënnerscheeder an der Aminosäurezuel an de Molekulargewichte vun de BjGRF-Proteinen (ausser BjGRF28) net signifikant waren, wat drop hiweist, datt d'Membere vun der BjGRF-Famill ähnlech Funktiounen hunn kënnen. D'Analyse vun der Genstruktur huet gewisen, datt 64,7% vun de BjGRF-Genen 4 Exonen enthalen hunn, wat drop hiweist, datt d'BjGRF-Genstruktur an der Evolutioun relativ erhale bleift, awer d'Zuel vun den Exonen an de BjGRF10-, BjGRF16-, BjGRP28- a BjGRF29-Genen méi grouss ass. Studien hunn gewisen, datt d'Zousätzlech oder d'Läschung vun Exonen oder Intronen zu Ënnerscheeder an der Genstruktur a Funktioun féiere kann, wouduerch nei Genen entstinn34,35,36. Dofir spekuléiere mir, datt den Intron vum BjGRF während der Evolutioun verluer gaangen ass, wat Ännerungen an der Genfunktioun verursaache kann. Am Aklang mat existente Studien hu mir och festgestallt, datt d'Zuel vun den Intronen mat der Genexpression assoziéiert war. Wann d'Zuel vun den Intronen an engem Gen grouss ass, kann de Gen séier op verschidde ongënschteg Faktoren reagéieren.
Genduplikatioun ass e wichtege Faktor an der genomischer a genetescher Evolutioun37. Verwandt Studien hunn gewisen, datt Genduplikatioun net nëmmen d'Zuel vun de GRF-Genen erhéicht, mä och als Mëttel déngt fir nei Genen ze generéieren, déi Planzen hëllefen, sech un verschidden negativ Ëmweltbedingungen unzepassen38. Insgesamt goufen 48 duebel Genpaarte an dëser Studie fonnt, all segmental Duplikatiounen, wat drop hiweist, datt segmental Duplikatiounen den Haaptmechanismus fir d'Erhéijung vun der Zuel vun de Genen an dëser Famill sinn. An der Literatur gouf bericht, datt segmental Duplikatioun effektiv d'Amplifikatioun vu GRF-Genfamilljememberen an Arabidopsis an Äerdbier förderen kann, an et gouf keng Tandem Duplikatioun vun dëser Genfamill an enger vun den Aarte fonnt27,39. D'Resultater vun dëser Studie sinn am Aklang mat existente Studien iwwer Arabidopsis thaliana an Äerdbierfamilljen, wat drop hiweist, datt d'GRF-Famill d'Zuel vun de Genen erhéije kann an nei Genen duerch segmental Duplikatioun a verschiddene Planzen generéiere kann.
An dëser Studie goufen insgesamt 34 BjGRF-Genen am Moschter identifizéiert, déi an 3 Ënnerfamilljen opgedeelt goufen. Dës Genen hunn ähnlech konservéiert Motiver a Genstrukturen gewisen. D'Kollinearitéitsanalyse huet 48 Puer vu Segmentduplikatiounen am Moschter opgedeckt. D'BjGRF-Promotoregioun enthält cis-wierkend Elementer, déi mat Liichtreaktioun, hormoneller Reaktioun, Ëmweltstressreaktioun, Wuesstum an Entwécklung assoziéiert sinn. D'Expressioun vun 34 BjGRF-Genen gouf am Moschterkeimlingstadium (Wuerzelen, Stengelen, Blieder) an den Expressiounsmuster vun 10 BjGRF-Genen ënner Dréchentbedingungen detektéiert. Et gouf festgestallt, datt d'Expressiounsmuster vu BjGRF-Genen ënner Dréchentstress ähnlech waren a kéinten ähnlech sinn. D'Bedeelegung un der Dréchentforcementreguléierung. D'BjGRF03- an d'BjGRF32-Genen kéinten eng positiv regulatoresch Roll bei Dréchentstress spillen, während BjGRF06 an BjGRF23 eng Roll bei Dréchentstress als miR396-Zilgenen spillen. Am Allgemengen liwwert eis Studie eng biologesch Basis fir zukünfteg Entdeckung vun der BjGRF-Genfunktioun a Brassicaceae-Planzen.
D'Moschterkären, déi an dësem Experiment benotzt goufen, goufe vum Guizhou Oil Seed Research Institute vun der Guizhou Academy of Agricultural Sciences zur Verfügung gestallt. Wielt déi ganz Kären aus a planzt se an der Äerd (Substrat: Buedem = 3:1), a sammelt d'Wuerzelen, d'Stämm an d'Blieder nom Véierblattstadium. D'Planze goufen mat 20% PEG 6000 behandelt fir Dréchent ze simuléieren, an d'Blieder goufen no 0, 3, 6, 12 an 24 Stonnen gesammelt. All Planzeproben goufen direkt a flëssegem Stéckstoff agefruer an dann an engem -80°C Gefrierschrank fir den nächsten Test gelagert.
All Donnéeën, déi am Laf vun dëser Studie gesammelt oder analyséiert goufen, sinn am publizéierten Artikel an den zousätzlechen Informatiounsdateien abegraff.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. Januar 2025