Shpërndarja sezonale e reshjeve në Provincën Guizhou është e pabarabartë, me më shumë reshje në pranverë dhe verë, por fidanët e rapsit janë të ndjeshëm ndaj stresit të thatësirës në vjeshtë dhe dimër, gjë që ndikon seriozisht në rendiment. Mustarda është një kulturë e veçantë vajore që rritet kryesisht në Provincën Guizhou. Ka tolerancë të fortë ndaj thatësirës dhe mund të rritet në zona malore. Është një burim i pasur i gjeneve rezistente ndaj thatësirës. Zbulimi i gjeneve rezistente ndaj thatësirës është me rëndësi kritike për përmirësimin e varieteteve të mustardës dhe inovacionin në burimet e germoplazmës. 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, rapse 13, pambuk (Gossypium hirsutum) 14, grurë (Triticum) 15, mel margaritar (Setaria italica) 16 dhe Brassica 17, por nuk ka raportime për gjenet GRF të zbuluara në mustardë. Në këtë studim, gjenet e familjes GRF të mustardës u identifikuan në nivelin e të gjithë gjenomit dhe u analizuan karakteristikat e tyre fizike dhe kimike, marrëdhëniet evolucionare, homologjia, motivet e konservuara, struktura e gjeneve, dublikimet e gjeneve, elementët cis dhe faza e fidanëve (faza me katër gjethe). 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 reagimin ndaj thatësirës dhe për të ofruar gjene kandidate për kultivimin e mustardës tolerante ndaj thatësirës.
Tridhjetë e katër gjene BjGRF u identifikuan në gjenomën 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 Plotësuese S1. BjGRF01–BjGRF34 emërtohen bazuar në vendndodhjen e tyre në kromozom. Vetitë fiziko-kimike të kësaj familjeje tregojnë se gjatësia e aminoacideve është shumë e ndryshueshme, duke filluar nga 261 aa (BjGRF19) deri në 905 aa (BjGRF28). Pika izoelektrike e BjGRF varion nga 6.19 (BjGRF02) deri në 9.35 (BjGRF03) me një mesatare prej 8.33, dhe 88.24% e BjGRF është një proteinë bazike. Diapazoni i parashikuar i peshës molekulare të BjGRF është nga 29.82 kDa (BjGRF19) deri 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 acideve yndyrore varion nga 43.65 (BjGRF01) në 78.78 (BjGRF22), hidrofiliteti mesatar (GRAVY) varion nga -1.07 (BjGRF31) në -0.45 (BjGRF22), të gjitha proteinat hidrofile BjGRF kanë vlera negative GRAVY, të cilat mund të jenë për shkak të mungesës së hidrofobicitetit të shkaktuar nga mbetjet. Parashikimi i lokalizimit subqelizor tregoi se 31 proteina të koduara nga BjGRF mund të lokalizohen në bërthamë, BjGRF04 mund të lokalizohet në peroksizome, BjGRF25 mund të lokalizohet në citoplazmë dhe BjGRF28 mund të lokalizohet në kloroplaste (Tabela 1), duke treguar se BjGRF-të mund të lokalizohen në bërthamë dhe të luajnë një rol të rëndësishëm rregullator si një faktor transkriptimi.
Analiza filogjenetike e familjeve GRF në specie të ndryshme mund të ndihmojë në studimin e funksioneve të gjeneve. Prandaj, u shkarkuan sekuencat e aminoacideve me gjatësi të plotë të 35 GRF-ve të farës së repës, 16 rrepës, 12 orizit, 10 melit dhe 9 Arabidopsis dhe u ndërtua një pemë filogjenetike bazuar në 34 gjene BjGRF të identifikuara (Fig. 1). Tre nënfamiljet përmbajnë numra të ndryshëm anëtarësh; 116 TF-të 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 BjGRF në nënfamilje të ndryshme është i ndryshëm, dhe mund të ketë ndodhur amplifikimi dhe humbja e gjeneve. Vlen të përmendet se nuk ka shpërndarje të GRF-ve të orizit dhe melit në grupin C, ndërsa ka 2 GRF të orizit dhe 1 GRF të melit në grupin B, dhe shumica e GRF-ve të orizit dhe melit janë grupuar në një degë, duke treguar se BjGRF-të janë të lidhura ngushtë me dikotet. Midis tyre, studimet më të thelluara mbi funksionin e GRF në Arabidopsis thaliana ofrojnë një bazë për studime funksionale të BjGRF-ve.
Pema filogjenetike e sinapit që përfshin Brassica napus, Brassica napus, orizin, melin dhe anëtarët e familjes Arabidopsis thaliana GRF.
Analiza e gjeneve përsëritëse në familjen GRF të mustardës. Vija gri në sfond përfaqëson një bllok të sinkronizuar në gjenomën e mustardës, vija e kuqe përfaqëson një palë përsëritjesh të segmentuara të gjenit BjGRF;
Shprehja e gjenit BjGRF nën stresin e thatësirës në fazën e gjethes së katërt. Të dhënat qRT-PCR tregohen në Tabelën Plotësuese 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 kërkimore18. 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 çrregullimin metabolik, duke ndikuar në rendimentin dhe cilësinë e të korrave19,20,21. Kur bimët ndiejnë sinjale të thatësirës, ato prodhojnë lajmëtarë të dytë si Ca2+ dhe fosfatidilinozitoli, rrisin përqendrimin e joneve të kalciumit intraqelizor dhe aktivizojnë rrjetin rregullator të rrugës së fosforilimit të proteinave22,23. Proteina përfundimtare e synuar është e përfshirë drejtpërdrejt në mbrojtjen qelizore ose rregullon shprehjen e gjeneve të stresit të lidhura përmes TF-ve, duke rritur tolerancën e bimëve ndaj stresit24,25. Kështu, TF-të luajnë një rol vendimtar në reagimin ndaj stresit të thatësirës. Sipas sekuencës dhe vetive të lidhjes së ADN-së të TF-ve që i përgjigjen stresit të thatësirës, TF-të mund të ndahen në familje të ndryshme, të tilla si GRF, ERF, MYB, WRKY dhe familje të tjera26.
Familja e gjeneve GRF është një lloj TF specifik për bimën që luan role të rëndësishme në aspekte të ndryshme si rritja, zhvillimi, transduksioni i sinjalit dhe përgjigjet mbrojtëse të bimëve27. Që kur gjeni i parë GRF u identifikua në O. sativa28, gjithnjë e më shumë gjene GRF janë identifikuar në shumë specie dhe është treguar se ndikojnë në rritjen, zhvillimin dhe përgjigjen ndaj stresit të bimëve8, 29, 30,31,32. Me publikimin e sekuencës së gjenomit Brassica juncea, identifikimi i familjes së gjeneve BjGRF u bë i mundur33. Në këtë studim, 34 gjene BjGRF u identifikuan në të gjithë gjenomën e mustardës dhe u emëruan BjGRF01–BjGRF34 bazuar në pozicionin e tyre kromozomal. Të gjitha përmbajnë domene QLQ dhe WRC shumë të konservuara. Analiza e vetive fiziko-kimike tregoi se ndryshimet në numrin e aminoacideve dhe peshat molekulare të proteinave BjGRF (përveç BjGRF28) nuk ishin të rëndësishme, duke treguar se anëtarët e familjes BjGRF mund të kenë funksione të ngjashme. Analiza e strukturës së gjenit tregoi se 64.7% e gjeneve BjGRF përmbanin 4 eksone, duke treguar se struktura e gjenit BjGRF është relativisht e ruajtur në evolucion, por numri i eksoneve në gjenet BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 dhe BjGRF29 është më i madh. Studimet kanë treguar se shtimi ose fshirja e eksoneve ose introneve mund të çojë në ndryshime në strukturën dhe funksionin e gjenit, duke krijuar kështu gjene të reja34,35,36. Prandaj, ne spekulojmë se introni i BjGRF është humbur gjatë evolucionit, gjë që mund të shkaktojë ndryshime në funksionin e gjenit. Në përputhje me studimet ekzistuese, ne gjithashtu zbuluam se numri i introneve ishte i lidhur me shprehjen e gjenit. Kur numri i introneve në një gjen është i madh, gjeni mund të përgjigjet shpejt ndaj faktorëve të ndryshëm të pafavorshëm.
Dublikimi i gjeneve është një faktor kryesor në evolucionin gjenomik dhe gjenetik37. Studime të ngjashme kanë treguar se dublikimi i gjeneve jo vetëm që rrit numrin e gjeneve GRF, por shërben edhe 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, duke treguar se dyfishimet segmentale janë mekanizmi kryesor për rritjen e numrit të gjeneve në këtë familje. Në literaturë është raportuar se dyfishimi segmental mund të nxisë në mënyrë efektive amplifikimin e anëtarëve të familjes së gjeneve GRF në Arabidopsis dhe luleshtrydhe, dhe nuk u gjet asnjë dyfishim në tandem i kësaj familjeje gjenesh në asnjë nga speciet27,39. Rezultatet e këtij studimi janë në përputhje me studimet ekzistuese mbi familjet Arabidopsis thaliana dhe luleshtrydhe, 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 në mustardë, të cilat u ndanë në 3 nënfamilje. Këto gjene treguan motive dhe struktura gjenesh të ngjashme të ruajtura. Analiza e kolinearitetit zbuloi 48 palë dublikimesh segmentesh në mustardë. Rajoni i promotorit BjGRF përmban elementë cis-veprues të shoqëruar 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 (rrënjë, kërcell, gjethe) 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. përfshirje në rregullimin e detyrimit të thatësirës. 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 sinapit të përdorura në këtë eksperiment u siguruan nga Instituti i Kërkimit të Farave të Vajit Guizhou, Akademia e Shkencave Bujqësore Guizhou. Zgjidhni farat e plota dhe mbillini ato në tokë (substrat: 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 në -80°C për testin tjetër.
Të gjitha të dhënat e marra ose të analizuara gjatë këtij studimi janë përfshirë në artikullin e botuar dhe në skedarët shtesë të informacionit.
Koha e postimit: 22 janar 2025