Гуйчжоу провинциясында жаан-чачындын сезондук бөлүштүрүлүшү бирдей эмес, жазында жана жайында жаан-чачын көп болот, бирок рапс көчөттөрү күзүндө жана кышында кургакчылык стрессине дуушар болот, бул түшүмдүүлүккө олуттуу таасирин тийгизет. Горчица - негизинен Гуйчжоу провинциясында өстүрүлүүчү атайын майлуу өсүмдүк. Ал кургакчылыкка туруктуу жана тоолуу аймактарда өстүрүлүшү мүмкүн. Ал кургакчылыкка туруктуу гендердин бай ресурсу болуп саналат. Кургакчылыкка туруктуу гендердин ачылышы горчицанын сортторун жакшыртуу жана гермоплазма ресурстарын жаңыртуу үчүн абдан маанилүү. GRF тукуму өсүмдүктөрдүн өсүшүндө жана өнүгүшүндө жана кургакчылык стрессине жооп кайтарууда маанилүү ролду ойнойт. Учурда GRF гендери Arabidopsis 2, күрүч (Oryza sativa) 12, рапс 13, пахта (Gossypium hirsutum) 14, буудайда (Triticum) 15, бермет тарууда (Setaria italica) 16 жана Brassica17де табылган, бирок горчицада GRF гендеринин табылгандыгы жөнүндө маалыматтар жок. Бул изилдөөдө горчицанын GRF үй-бүлө гендери геномдун кеңири деңгээлинде аныкталып, алардын физикалык жана химиялык мүнөздөмөлөрү, эволюциялык байланыштары, гомологиясы, сакталган мотивдери, гендин түзүлүшү, гендердин дубликациялары, цис-элементтери жана көчөт стадиясы (төрт жалбырактуу стадия) талданган. Кургакчылык стрессинин астындагы экспрессия үлгүлөрү BjGRF гендеринин кургакчылыкка жооп кайтаруудагы потенциалдуу функциясын андан ары изилдөө үчүн илимий негиз түзүү жана кургакчылыкка чыдамдуу горчицаны өстүрүү үчүн кандидат гендерди камсыз кылуу максатында комплекстүү талданган.
Brassica juncea геномунда эки HMMER издөөсүн колдонуу менен отуз төрт BjGRF гени аныкталган, алардын бардыгында QLQ жана WRC домендери камтылган. Аныкталган BjGRF гендеринин CDS ырааттуулугу S1 кошумча таблицасында келтирилген. BjGRF01–BjGRF34 хромосомадагы жайгашкан жерине жараша аталган. Бул үй-бүлөнүн физикалык-химиялык касиеттери аминокислоталардын узундугу өтө өзгөрмөлүү экенин, 261 aa (BjGRF19) дан 905 aa (BjGRF28) га чейин экенин көрсөтүп турат. BjGRFтин изоэлектрдик чекити 6,19дан (BjGRF02) 9,35ке (BjGRF03) чейин, орточо эсеп менен 8,33 түзөт жана BjGRFтин 88,24% негизги белок болуп саналат. BjGRFтин болжолдонгон молекулярдык салмак диапазону 29,82 кДадан (BjGRF19) 102,90 кДага (BjGRF28) чейин; BjGRF белокторунун туруксуздук индекси 51,13төн (BjGRF08) 78,24кө (BjGRF19) чейин, баары 40тан жогору, бул май кислотасынын индекси 43,65тен (BjGRF01) 78,78ге (BjGRF22) чейин, орточо гидрофилдүүлүк (GRAVY) -1,07ден (BjGRF31) -0,45ке (BjGRF22) чейин, бардык гидрофилдүү BjGRF белоктору терс GRAVY маанилерине ээ, бул калдыктардан келип чыккан гидрофобдуктун жоктугунан болушу мүмкүн. Субклеткалык локализацияны алдын ала айтуу BjGRF коддолгон 31 белок ядродо, BjGRF04 пероксисомаларда, BjGRF25 цитоплазмада жана BjGRF28 хлоропласттарда локалдаша аларын көрсөттү (1-таблица), бул BjGRFтер ядродо локалдаша аларын жана транскрипция фактору катары маанилүү жөнгө салуучу ролду ойной аларын көрсөтүп турат.
Ар кандай түрлөрдөгү GRF үй-бүлөлөрүнүн филогенетикалык анализи гендердин функцияларын изилдөөгө жардам берет. Ошондуктан, 35 рапс уругунун, 16 шалгамдын, 12 күрүчтүн, 10 таруусунун жана 9 Arabidopsis GRFтеринин толук узундуктагы аминокислота ырааттуулугу жүктөлүп алынып, 34 аныкталган BjGRF генинин негизинде филогенетикалык дарак түзүлгөн (1-сүрөт). Үч субтукумча ар кандай сандагы мүчөлөрдү камтыйт; 116 GRF TFтери үч башка субтукумчага (A~C топтору) бөлүнөт, алар тиешелүүлүгүнө жараша GRFтердин 59 (50,86%), 34 (29,31%) жана 23 (19,83)% камтыйт. Алардын арасында BjGRF үй-бүлөсүнүн 34 мүчөсү 3 субтукумчага чачырап кеткен: А тобундагы 13 мүчө (38,24%), В тобундагы 12 мүчө (35,29%) жана С тобундагы 9 мүчө (26,47%). Горчица полиплоидизациясы процессинде ар кандай субтукумчалардагы BjGRF гендеринин саны ар кандай болот жана гендердин амплификациясы жана жоголушу болушу мүмкүн. Белгилей кетүүчү нерсе, С тобунда күрүч жана таруу GRFтеринин бөлүштүрүлүшү жок, ал эми В тобунда 2 күрүч GRF жана 1 таруу GRF бар, ал эми күрүч жана таруу GRFтеринин көпчүлүгү бир бутакта топтолгон, бул BjGRFтер кош муундуу өсүмдүктөр менен тыгыз байланышта экенин көрсөтүп турат. Алардын ичинен Arabidopsis thalianaдагы GRF функциясы боюнча эң терең изилдөөлөр BjGRFтерди функционалдык изилдөө үчүн негиз болуп берет.
Brassica napus, Brassica napus, күрүч, таруу жана Arabidopsis thaliana GRF тукумунун мүчөлөрүн камтыган горчицанын филогенетикалык дарагы.
Горчица GRF үй-бүлөсүндөгү кайталануучу гендерди талдоо. Фондогу боз сызык горчица геномундагы синхрондолгон блокту, кызыл сызык BjGRF генинин сегменттелген кайталанууларынын жубун билдирет;
Төртүнчү жалбырак стадиясындагы кургакчылык стрессинин шартында BjGRF генинин экспрессиясы. qRT-PCR маалыматтары S5 кошумча таблицасында көрсөтүлгөн. Маалыматтардагы олуттуу айырмачылыктар кичине тамгалар менен көрсөтүлгөн.
Дүйнөлүк климаттын өзгөрүшү уланып жаткандыктан, өсүмдүктөрдүн кургакчылык стрессине кантип туруштук берерин изилдөө жана алардын чыдамкайлык механизмдерин жакшыртуу эң актуалдуу изилдөө темасына айланды18. Кургакчылыктан кийин өсүмдүктөрдүн морфологиялык түзүлүшү, ген экспрессиясы жана зат алмашуу процесстери өзгөрөт, бул фотосинтездин токтошуна жана зат алмашуунун бузулушуна алып келип, түшүмдүүлүккө жана түшүмдүн сапатына таасир этиши мүмкүн19,20,21. Өсүмдүктөр кургакчылык сигналдарын сезгенде, алар Ca2+ жана фосфатидилинозитол сыяктуу экинчи кабарчыларды өндүрүп, клетка ичиндеги кальций ионунун концентрациясын жогорулатып, белок фосфорлануу жолунун жөнгө салуучу тармагын активдештирет22,23. Акыркы максаттуу белок клеткалык коргонууга түздөн-түз катышат же TF аркылуу байланышкан стресс гендеринин экспрессиясын жөнгө салат, өсүмдүктөрдүн стресске чыдамкайлыгын жогорулатат24,25. Ошентип, TFтер кургакчылык стрессине жооп кайтарууда чечүүчү ролду ойнойт. Кургакчылык стрессине жооп берүүчү TFтердин ырааттуулугуна жана ДНК байланыш касиеттерине ылайык, TFтерди GRF, ERF, MYB, WRKY жана башка үй-бүлөлөр26 сыяктуу ар кандай үй-бүлөлөргө бөлүүгө болот.
GRF ген үй-бүлөсү - бул өсүмдүккө мүнөздүү TFтин бир түрү, ал өсүү, өнүгүү, сигнал трансдукциясы жана өсүмдүктөрдүн коргонуу реакциялары сыяктуу ар кандай аспектилерде маанилүү ролду ойнойт27. Биринчи GRF гени O. sativaда аныкталгандан бери28, көптөгөн түрлөрдө барган сайын көбүрөөк GRF гендери аныкталып, өсүмдүктөрдүн өсүшүнө, өнүгүүсүнө жана стресске болгон реакциясына таасир этери көрсөтүлдү8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncea геномунун ырааттуулугу жарыялангандан кийин, BjGRF ген үй-бүлөсүн аныктоо мүмкүн болду33. Бул изилдөөдө горчицанын бүтүндөй геномунда 34 BjGRF гени аныкталып, хромосомалык абалына жараша BjGRF01–BjGRF34 деп аталды. Алардын бардыгында жогорку деңгээлде сакталган QLQ жана WRC домендери бар. Физика-химиялык касиеттерди талдоо BjGRF белокторунун (BjGRF28ден тышкары) аминокислоталардын саны менен молекулярдык салмагындагы айырмачылыктар маанилүү эмес экенин көрсөттү, бул BjGRF үй-бүлө мүчөлөрүнүн окшош функциялары болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат. Гендин түзүлүшүн талдоо BjGRF гендеринин 64,7%ында 4 экзон бар экенин көрсөттү, бул BjGRF генинин түзүлүшү эволюцияда салыштырмалуу сакталып калганын көрсөтүп турат, бирок BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 жана BjGRF29 гендериндеги экзондордун саны көбүрөөк. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, экзондордун же интрондордун кошулушу же алынып салынышы гендин түзүлүшүндөгү жана функциясындагы айырмачылыктарга алып келиши мүмкүн, ошону менен жаңы гендерди пайда кылат34,35,36. Ошондуктан, биз BjGRF интронунун эволюция учурунда жоголгонун, бул гендин функциясында өзгөрүүлөргө алып келиши мүмкүн деп божомолдойбуз. Бар болгон изилдөөлөргө ылайык, биз интрондордун саны гендин экспрессиясы менен байланыштуу экенин да аныктадык. Гендеги интрондордун саны көп болгондо, ген ар кандай жагымсыз факторлорго тез жооп бере алат.
Гендердин дубликациясы геномдук жана генетикалык эволюциянын негизги фактору болуп саналат37. Байланыштуу изилдөөлөр гендердин дубликациясы GRF гендеринин санын гана көбөйтпөстөн, өсүмдүктөрдүн ар кандай жагымсыз экологиялык шарттарга ыңгайлашуусуна жардам берүүчү жаңы гендерди түзүү каражаты катары кызмат кылаарын көрсөттү38. Бул изилдөөдө жалпысынан 48 дубликат ген жубу табылган, алардын баары сегменттик дубликациялар болгон, бул сегменттик дубликациялар бул үй-бүлөдөгү гендердин санын көбөйтүүнүн негизги механизми экенин көрсөтүп турат. Адабияттарда сегменттик дубликация Arabidopsis жана кулпунайда GRF ген үй-бүлө мүчөлөрүнүн көбөйүшүнө натыйжалуу өбөлгө түзө ала тургандыгы жана бул ген үй-бүлөсүнүн тандемдик дубликациясы эч бир түрдө табылган эмес27,39. Бул изилдөөнүн жыйынтыктары Arabidopsis thaliana жана кулпунай үй-бүлөлөрү боюнча жүргүзүлгөн изилдөөлөргө дал келет, бул GRF үй-бүлөсү ар кандай өсүмдүктөрдө сегменттик дубликация аркылуу гендердин санын көбөйтүп, жаңы гендерди түзө аларын көрсөтүп турат.
Бул изилдөөдө горчицада жалпысынан 34 BjGRF гени аныкталган, алар 3 субтукумга бөлүнгөн. Бул гендер окшош сакталган мотивдерди жана ген структураларын көрсөттү. Коллинеардык анализ горчицада 48 жуп сегменттик дупликацияларды аныктады. BjGRF промотор аймагында жарыкка реакция, гормоналдык реакция, айлана-чөйрөнүн стресстик реакциясы жана өсүү жана өнүгүү менен байланышкан цис-аракет кылуучу элементтер бар. Горчицанын көчөт стадиясында (тамырлары, сабактары, жалбырактары) 34 BjGRF генинин экспрессиясы жана кургакчылык шарттарында 10 BjGRF генинин экспрессия үлгүсү аныкталган. Кургакчылык стрессинин астында BjGRF генинин экспрессия үлгүлөрү окшош экени жана окшош болушу мүмкүн экени аныкталган. Кургакчылыкты мажбурлоочу жөнгө салууга катышуу. BjGRF03 жана BjGRF32 гендери кургакчылык стрессинде оң жөнгө салуучу ролду ойношу мүмкүн, ал эми BjGRF06 жана BjGRF23 кургакчылык стрессинде miR396 максаттуу гендери катары ролду ойнойт. Жалпысынан алганда, биздин изилдөө Brassicaceae өсүмдүктөрүндө BjGRF генинин функциясын келечекте ачуу үчүн биологиялык негиз берет.
Бул экспериментте колдонулган горчица уруктары Гуйчжоу айыл чарба илимдери академиясынын Гуйчжоу май үрөндөрүн изилдөө институту тарабынан берилген. Бүтүндөй уруктарды тандап, топуракка отургузуп (субстрат: топурак = 3:1), төрт жалбырактуу стадиядан кийин тамырларын, сабактарын жана жалбырактарын чогултуп алышкан. Кургакчылыкты симуляциялоо үчүн өсүмдүктөр 20% PEG 6000 менен иштетилген, ал эми жалбырактары 0, 3, 6, 12 жана 24 сааттан кийин чогултулган. Бардык өсүмдүк үлгүлөрү дароо суюк азотто тоңдурулуп, андан кийин кийинки сыноо үчүн -80°C тоңдургучта сакталган.
Бул изилдөөнүн жүрүшүндө алынган же талданган бардык маалыматтар жарыяланган макалага жана кошумча маалымат файлдарына киргизилген.
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 22-январы