Shpërndarja sezonale e reshjeve në provincën Guizhou është e pabarabartë, me më shumë reshje në pranverë dhe verë, por fidanët e rapes janë të ndjeshëm ndaj stresit të thatësirës në vjeshtë dhe dimër, gjë që ndikon seriozisht në rendiment. Mustarda është një kulturë e veçantë e farave vajore e rritur kryesisht në provincën Guizhou. Ka një tolerancë të fortë ndaj thatësirës dhe mund të rritet në zonat malore. Është një burim i pasur i gjeneve rezistente ndaj thatësirës. Zbulimi i gjeneve rezistente ndaj thatësirës është i një rëndësie kritike për përmirësimin e varieteteve të mustardës. dhe inovacioni në burimet e germplazmës. Familja GRF luan një rol kritik në rritjen dhe zhvillimin e bimëve dhe në përgjigjen ndaj stresit të thatësirës. Aktualisht, gjenet GRF janë gjetur në Arabidopsis 2, oriz (Oryza sativa) 12, rapese 13, pambuk (Gossypium hirsutum) 14, grurë (Triticum). aestivum)15, meli perla (Setaria italica)16 dhe Brassica17, por nuk ka raporte të gjeneve GRF të zbuluara në mustardë. Në këtë studim, gjenet e familjes GRF të mustardës u identifikuan në nivelin e gjenomit dhe u analizuan karakteristikat e tyre fizike dhe kimike, marrëdhëniet evolucionare, homologjia, motivet e konservuara, struktura e gjeneve, dyfishimet e gjeneve, cis-elementet dhe faza e fidanëve (faza me katër fletë). Modelet e shprehjes nën stresin e thatësirës u analizuan në mënyrë gjithëpërfshirëse për të ofruar një bazë shkencore për studime të mëtejshme mbi funksionin e mundshëm të gjeneve BjGRF në përgjigjen ndaj thatësirës dhe për të ofruar gjenet kandidate për mbarështimin e mustardës tolerante ndaj thatësirës.
Tridhjetë e katër gjene BjGRF u identifikuan në gjenomin Brassica juncea duke përdorur dy kërkime HMMER, të cilat të gjitha përmbajnë domenet QLQ dhe WRC. Sekuencat CDS të gjeneve të identifikuara BjGRF janë paraqitur në Tabelën Suplementare S1. BjGRF01–BjGRF34 emërtohen në bazë të vendndodhjes së tyre në kromozom. Vetitë fiziko-kimike të kësaj familjeje tregojnë se gjatësia e aminoacideve është shumë e ndryshueshme, duke filluar nga 261 aa (BjGRF19) në 905 aa (BjGRF28). Pika izoelektrike e BjGRF varion nga 6.19 (BjGRF02) në 9.35 (BjGRF03) me një mesatare prej 8.33, dhe 88.24% e BjGRF është një proteinë bazë. Gama e parashikuar e peshës molekulare të BjGRF është nga 29,82 kDa (BjGRF19) në 102,90 kDa (BjGRF28); indeksi i paqëndrueshmërisë së proteinave BjGRF varion nga 51.13 (BjGRF08) në 78.24 (BjGRF19), të gjitha janë më të mëdha se 40, duke treguar se indeksi i acidit yndyror varion nga 43.65 (BjGRF01) në 78.78 (varg mesatarja e hidrocentralitetit BjGRFY10), (BjGRF31) deri në -0.45 (BjGRF22), të gjitha proteinat hidrofile BjGRF kanë vlera negative GRAVY, e cila mund të jetë për shkak të mungesës së hidrofobicitetit të shkaktuar nga mbetjet. Parashikimi i lokalizimit nënqelizor tregoi se 31 proteina të koduara BjGRF mund të lokalizoheshin në bërthamë, BjGRF04 mund të lokalizohej në peroksizome, BjGRF25 mund të lokalizohej në citoplazmë dhe BjGRF28 mund të lokalizohej në kloroplaste (Tabela 1), duke treguar se loja e rëndësishme dhe e rregulluar BGRF mund të jetë e rëndësishme rolin si faktor transkriptimi.
Analiza filogjenetike e familjeve GRF në specie të ndryshme mund të ndihmojë në studimin e funksioneve të gjeneve. Prandaj, sekuencat aminoacide me gjatësi të plotë të 35 farave të rapit, 16 rrepës, 12 orizit, 10 melit dhe 9 GRF-ve Arabidopsis u shkarkuan dhe u ndërtua një pemë filogjenetike bazuar në 34 gjenet e identifikuara BjGRF (Fig. 1). Të tre nënfamiljet përmbajnë numër të ndryshëm anëtarësh; 116 TF GRF ndahen në tre nënfamilje të ndryshme (grupet A~C), që përmbajnë përkatësisht 59 (50.86%), 34 (29.31%) dhe 23 (19.83)% të GRF-ve. Midis tyre, 34 anëtarë të familjes BjGRF janë të shpërndarë në 3 nënfamilje: 13 anëtarë në grupin A (38,24%), 12 anëtarë në grupin B (35,29%) dhe 9 anëtarë në grupin C (26,47%). Në procesin e poliploidizimit të mustardës, numri i gjeneve BjGRFs në nënfamilje të ndryshme është i ndryshëm dhe mund të ketë ndodhur amplifikimi dhe humbja e gjeneve. Vlen të theksohet se në grupin C nuk ka shpërndarje të GRF-ve të orizit dhe melit, ndërsa në grupin B ka 2 GRF-të e orizit dhe 1 GRF-të meli, dhe shumica e GRF-ve të orizit dhe melit janë të grupuara në një degë, gjë që tregon se BjGRF-të janë të lidhura ngushtë me dikot. Midis tyre, studimet më të thelluara mbi funksionin GRF në Arabidopsis thaliana ofrojnë një bazë për studime funksionale të BjGRF-ve.
Pema filogjenetike e mustardës duke përfshirë Brassica napus, Brassica napus, oriz, meli dhe anëtarë të familjes Arabidopsis thaliana GRF.
Analiza e gjeneve të përsëritura në familjen GRF të mustardës. Vija gri në sfond përfaqëson një bllok të sinkronizuar në gjenomën e mustardës, vija e kuqe përfaqëson një palë përsëritje të segmentuara të gjenit BjGRF;
Shprehja e gjenit BjGRF nën stresin e thatësirës në fazën e gjethes së katërt. Të dhënat e qRT-PCR tregohen në Tabelën Suplementare S5. Dallimet e rëndësishme në të dhëna tregohen me shkronja të vogla.
Ndërsa klima globale vazhdon të ndryshojë, studimi se si të korrat përballen me stresin e thatësirës dhe përmirësimi i mekanizmave të tyre të tolerancës është bërë një temë e nxehtë kërkimi18. Pas thatësirës, struktura morfologjike, shprehja e gjeneve dhe proceset metabolike të bimëve do të ndryshojnë, gjë që mund të çojë në ndërprerjen e fotosintezës dhe çrregullime metabolike, duke ndikuar në rendimentin dhe cilësinë e të korrave19,20,21. Kur bimët ndiejnë sinjalet e thatësirës, ato prodhojnë lajmëtarë të dytë si Ca2+ dhe fosfatidilinozitol, rrisin përqendrimin ndërqelizor të joneve të kalciumit dhe aktivizojnë rrjetin rregullator të rrugës së fosforilimit të proteinave22,23. Proteina e synuar përfundimtar është e përfshirë drejtpërdrejt në mbrojtjen qelizore ose rregullon shprehjen e gjeneve të stresit të lidhura nëpërmjet TF-ve, duke rritur tolerancën e bimëve ndaj stresit24,25. Kështu, TF-të luajnë një rol vendimtar në përgjigjen ndaj stresit të thatësirës. Sipas sekuencës dhe vetive lidhëse të ADN-së të TF-ve që reagojnë ndaj stresit të thatësirës, TF-të mund të ndahen në familje të ndryshme, si GRF, ERF, MYB, WRKY dhe familje të tjera26.
Familja e gjeneve GRF është një lloj TF specifik për bimët që luan role të rëndësishme në aspekte të ndryshme si rritja, zhvillimi, transduksioni i sinjalit dhe reagimet e mbrojtjes së bimëve27. Që kur gjeni i parë GRF u identifikua në O. sativa28, gjithnjë e më shumë gjene GRF janë identifikuar në shumë specie dhe janë treguar se ndikojnë në rritjen, zhvillimin dhe përgjigjen ndaj stresit të bimëve8, 29, 30,31,32. Me publikimin e sekuencës së gjenomit Brassica juncea, u bë i mundur identifikimi i familjes së gjeneve BjGRF33. Në këtë studim, 34 gjene BjGRF u identifikuan në të gjithë gjenomin e mustardës dhe u emëruan BjGRF01-BjGRF34 bazuar në pozicionin e tyre kromozomik. Të gjitha ato përmbajnë domene QLQ dhe WRC shumë të ruajtura. Analiza e vetive fiziko-kimike tregoi se ndryshimet në numrin e aminoacideve dhe peshën molekulare të proteinave BjGRF (përveç BjGRF28) nuk ishin domethënëse, duke treguar se anëtarët e familjes BjGRF mund të kenë funksione të ngjashme. Analiza e strukturës së gjeneve tregoi se 64.7% e gjeneve BjGRF përmbanin 4 ekzone, gjë që tregon se struktura e gjenit BjGRF është relativisht e ruajtur në evolucion, por numri i ekzoneve në gjenet BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 dhe BjGRF29 është më i madh. Studimet kanë treguar se shtimi ose fshirja e ekzoneve ose introneve mund të çojë në ndryshime në strukturën dhe funksionin e gjeneve, duke krijuar kështu gjene të reja34,35,36. Prandaj, ne spekulojmë se introni i BjGRF humbi gjatë evolucionit, gjë që mund të shkaktojë ndryshime në funksionin e gjeneve. Në përputhje me studimet ekzistuese, ne zbuluam gjithashtu se numri i introneve ishte i lidhur me shprehjen e gjeneve. Kur numri i introneve në një gjen është i madh, gjeni mund t'i përgjigjet shpejt faktorëve të ndryshëm të pafavorshëm.
Dyfishimi i gjeneve është një faktor kryesor në evolucionin gjenomik dhe gjenetik37. Studimet e lidhura kanë treguar se dyfishimi i gjeneve jo vetëm që rrit numrin e gjeneve GRF, por shërben gjithashtu si një mjet për gjenerimin e gjeneve të reja për të ndihmuar bimët të përshtaten me kushte të ndryshme të pafavorshme mjedisore38. Në këtë studim u gjetën gjithsej 48 çifte gjenesh të dyfishta, të cilat të gjitha ishin dyfishime segmentale, gjë që tregon se dyfishimet segmentale janë mekanizmi kryesor për rritjen e numrit të gjeneve në këtë familje. Është raportuar në literaturë se dyfishimi segmental mund të nxisë në mënyrë efektive amplifikimin e anëtarëve të familjes së gjenit GRF në Arabidopsis dhe luleshtrydhe dhe nuk u gjet asnjë dyfishim i dyfishtë i kësaj familjeje gjenesh në asnjë nga speciet27,39. Rezultatet e këtij studimi janë në përputhje me studimet ekzistuese mbi Arabidopsis thaliana dhe familjet e luleshtrydheve, duke sugjeruar që familja GRF mund të rrisë numrin e gjeneve dhe të gjenerojë gjene të reja përmes dyfishimit segmental në bimë të ndryshme.
Në këtë studim u identifikuan gjithsej 34 gjene BjGRF te mustarda, të cilat u ndanë në 3 nënfamilje. Këto gjene treguan motive të ngjashme të konservuara dhe struktura gjenesh. Analiza e kolinearitetit zbuloi 48 palë dyfishime segmentesh në mustardë. Rajoni i promotorit BjGRF përmban elementë që veprojnë cis të lidhur me përgjigjen ndaj dritës, përgjigjen hormonale, përgjigjen ndaj stresit mjedisor dhe rritjen dhe zhvillimin. Shprehja e 34 gjeneve BjGRF u zbulua në fazën e fidanëve të mustardës (rrënjët, kërcelli, gjethet) dhe modeli i shprehjes së 10 gjeneve BjGRF në kushte thatësire. U zbulua se modelet e shprehjes së gjeneve BjGRF nën stresin e thatësirës ishin të ngjashme dhe mund të jenë të ngjashme. përfshirja në thatësirë Rregullimi i detyruar. Gjenet BjGRF03 dhe BjGRF32 mund të luajnë role rregullatore pozitive në stresin e thatësirës, ndërsa BjGRF06 dhe BjGRF23 luajnë role në stresin e thatësirës si gjenet e synuara miR396. Në përgjithësi, studimi ynë ofron një bazë biologjike për zbulimin e ardhshëm të funksionit të gjenit BjGRF në bimët Brassicaceae.
Farat e mustardës të përdorura në këtë eksperiment u siguruan nga Instituti i Kërkimeve të Farave Vajore Guizhou, Akademia e Shkencave Bujqësore Guizhou. Përzgjidhni farat e plota dhe mbillni në tokë (substrati: tokë = 3:1) dhe mblidhni rrënjët, kërcejtë dhe gjethet pas fazës me katër gjethe. Bimët u trajtuan me 20% PEG 6000 për të simuluar thatësirën, dhe gjethet u mblodhën pas 0, 3, 6, 12 dhe 24 orësh. Të gjitha mostrat e bimëve u ngrinë menjëherë në azot të lëngshëm dhe më pas u ruajtën në një frigorifer -80°C për testin tjetër.
Të gjitha të dhënat e marra ose të analizuara gjatë këtij studimi janë përfshirë në artikullin e botuar dhe skedarët e informacionit plotësues.
Koha e postimit: Jan-22-2025