Id-distribuzzjoni staġjonali tal-preċipitazzjoni fil-Provinċja ta' Guizhou mhijiex uniformi, b'aktar preċipitazzjoni fir-rebbiegħa u fis-sajf, iżda n-nebbieta taż-żerriegħa tal-kolza huma suxxettibbli għall-istress tan-nixfa fil-ħarifa u fix-xitwa, li jaffettwa serjament ir-rendiment. Il-mustarda hija wiċċ tar-raba' speċjali taż-żerriegħa taż-żejt li jitkabbar l-aktar fil-Provinċja ta' Guizhou. Għandha tolleranza qawwija għan-nixfa u tista' titkabbar f'żoni muntanjużi. Hija riżorsa rikka ta' ġeni reżistenti għan-nixfa. L-iskoperta ta' ġeni reżistenti għan-nixfa hija ta' importanza kritika għat-titjib tal-varjetajiet tal-mustarda u l-innovazzjoni fir-riżorsi tal-ġermplażma. Il-familja GRF għandha rwol kritiku fit-tkabbir u l-iżvilupp tal-pjanti u r-rispons għall-istress tan-nixfa. Fil-preżent, instabu ġeni GRF f'Arabidopsis 2, ross (Oryza sativa) 12, żerriegħa tal-kolza 13, qoton (Gossypium hirsutum) 14, qamħ (Triticum aestivum) 15, millieġ tal-perla (Setaria italica) 16 u Brassica 17, iżda m'hemm l-ebda rapport ta' ġeni GRF skoperti fil-mustarda. F'dan l-istudju, il-ġeni tal-familja GRF tal-mustarda ġew identifikati fil-livell tal-ġenoma kollu u ġew analizzati l-karatteristiċi fiżiċi u kimiċi tagħhom, ir-relazzjonijiet evoluzzjonarji, l-omoloġija, il-motivi konservati, l-istruttura tal-ġeni, id-duplikazzjonijiet tal-ġeni, iċ-cis-elementi u l-istadju tan-nebbieta (stadju ta' erba' weraq). Ix-xejriet ta' espressjoni taħt stress tan-nixfa ġew analizzati b'mod komprensiv biex jipprovdu bażi xjentifika għal aktar studji dwar il-funzjoni potenzjali tal-ġeni BjGRF fir-rispons għan-nixfa u biex jipprovdu ġeni kandidati għat-tnissil tal-mustarda tolleranti għan-nixfa.
Erbgħa u tletin ġene BjGRF ġew identifikati fil-ġenoma tal-Brassica juncea bl-użu ta' żewġ tfittxijiet HMMER, li kollha fihom id-dominji QLQ u WRC. Is-sekwenzi CDS tal-ġeni BjGRF identifikati huma ppreżentati fit-Tabella Supplimentari S1. BjGRF01–BjGRF34 huma msemmija abbażi tal-post tagħhom fuq il-kromożoma. Il-proprjetajiet fiżikokimiċi ta' din il-familja jindikaw li t-tul tal-aċidu amminiku huwa varjabbli ħafna, li jvarja minn 261 aa (BjGRF19) sa 905 aa (BjGRF28). Il-punt iżoelettriku ta' BjGRF ivarja minn 6.19 (BjGRF02) sa 9.35 (BjGRF03) b'medja ta' 8.33, u 88.24% ta' BjGRF hija proteina bażika. Il-medda mbassra tal-piż molekulari ta' BjGRF hija minn 29.82 kDa (BjGRF19) sa 102.90 kDa (BjGRF28); L-indiċi tal-instabbiltà tal-proteini BjGRF ivarja minn 51.13 (BjGRF08) sa 78.24 (BjGRF19), kollha huma akbar minn 40, li jindika li l-indiċi tal-aċidi grassi jvarja minn 43.65 (BjGRF01) sa 78.78 (BjGRF22), l-idrofiliċità medja (GRAVY) tvarja minn -1.07 (BjGRF31) sa -0.45 (BjGRF22), il-proteini BjGRF idrofiliċi kollha għandhom valuri GRAVY negattivi, li jistgħu jkunu dovuti għan-nuqqas ta' idrofobiċità kkawżata mir-residwi. It-tbassir tal-lokalizzazzjoni subċellulari wera li 31 proteina kkodifikata minn BjGRF setgħu jiġu lokalizzati fin-nukleu, BjGRF04 setgħet tiġi lokalizzata fil-perosissomi, BjGRF25 setgħet tiġi lokalizzata fiċ-ċitoplasma, u BjGRF28 setgħet tiġi lokalizzata fil-kloroplasti (Tabella 1), li jindika li l-BjGRFs jistgħu jiġu lokalizzati fin-nukleu u għandhom rwol regolatorju importanti bħala fattur ta' traskrizzjoni.
L-analiżi filoġenetika tal-familji GRF fi speċi differenti tista' tgħin fl-istudju tal-funzjonijiet tal-ġeni. Għalhekk, is-sekwenzi sħaħ tal-amino acidi ta' 35 GRF taż-żerriegħa tal-kolza, 16 tan-nevew, 12 tar-ross, 10 tal-millieġ u 9 tal-Arabidopsis ġew imniżżla u nbniet siġra filoġenetika bbażata fuq 34 ġene BjGRF identifikati (Fig. 1). It-tliet sottofamilji fihom numri differenti ta' membri; 116-il TF GRF huma maqsuma fi tliet sottofamilji differenti (gruppi A~C), li fihom 59 (50.86%), 34 (29.31%) u 23 (19.83)% tal-GRFs, rispettivament. Fosthom, 34 membru tal-familja BjGRF huma mxerrda fi 3 sottofamilji: 13-il membru fil-grupp A (38.24%), 12-il membru fil-grupp B (35.29%) u 9 membri fil-grupp C (26.47%). Fil-proċess tal-poliplojdizzazzjoni tal-mustarda, in-numru ta' ġeni BjGRFs f'subfamilji differenti huwa differenti, u setgħu seħħew amplifikazzjoni u telf ta' ġeni. Ta' min jinnota li m'hemm l-ebda distribuzzjoni ta' GRFs tar-ross u tal-millieġ fil-grupp C, filwaqt li hemm 2 GRFs tar-ross u GRF wieħed tal-millieġ fil-grupp B, u l-biċċa l-kbira tal-GRFs tar-ross u tal-millieġ huma miġbura f'fergħa waħda, li jindika li l-BjGRFs huma relatati mill-qrib mad-dicot. Fost dawn, l-aktar studji fil-fond dwar il-funzjoni tal-GRF f'Arabidopsis thaliana jipprovdu bażi għal studji funzjonali tal-BjGRFs.
Siġra filogenetika tal-mustarda li tinkludi Brassica napus, Brassica napus, ross, millieġ u membri tal-familja Arabidopsis thaliana GRF.
Analiżi ta' ġeni ripetittivi fil-familja GRF tal-mustarda. Il-linja griża fl-isfond tirrappreżenta blokk sinkronizzat fil-ġenoma tal-mustarda, il-linja ħamra tirrappreżenta par ta' ripetizzjonijiet segmentati tal-ġene BjGRF;
Espressjoni tal-ġene BjGRF taħt stress tan-nixfa fl-istadju tar-raba' werqa. Id-dejta tal-qRT-PCR hija murija fit-Tabella Supplimentari S5. Differenzi sinifikanti fid-dejta huma indikati b'ittri żgħar.
Hekk kif il-klima globali tkompli tinbidel, l-istudju ta’ kif l-uċuħ tar-raba’ jkampaw mal-istress tan-nixfa u t-titjib tal-mekkaniżmi ta’ tolleranza tagħhom sar suġġett ta’ riċerka jaħraq18. Wara n-nixfa, l-istruttura morfoloġika, l-espressjoni tal-ġeni u l-proċessi metaboliċi tal-pjanti jinbidlu, u dan jista’ jwassal għall-waqfien tal-fotosintesi u disturbi metaboliċi, u jaffettwa r-rendiment u l-kwalità tal-uċuħ tar-raba’19,20,21. Meta l-pjanti jħossu sinjali ta’ nixfa, jipproduċu messaġġiera sekondarji bħal Ca2+ u fosfatidilinositol, iżidu l-konċentrazzjoni tal-jone tal-kalċju intraċellulari u jattivaw in-netwerk regolatorju tal-mogħdija tal-fosforilazzjoni tal-proteini22,23. Il-proteina fil-mira finali hija involuta direttament fid-difiża ċellulari jew tirregola l-espressjoni ta’ ġeni tal-istress relatati permezz tat-TFs, u b’hekk ittejjeb it-tolleranza tal-pjanti għall-istress24,25. Għalhekk, it-TFs għandhom rwol kruċjali fir-rispons għall-istress tan-nixfa. Skont is-sekwenza u l-proprjetajiet ta’ rbit tad-DNA tat-TFs li jirrispondu għall-istress tan-nixfa, it-TFs jistgħu jinqasmu f’familji differenti, bħal GRF, ERF, MYB, WRKY u familji oħra26.
Il-familja tal-ġeni GRF hija tip ta' TF speċifiku għall-pjanti li għandu rwoli importanti f'diversi aspetti bħat-tkabbir, l-iżvilupp, it-trasduzzjoni tas-sinjali u r-risponsi tad-difiża tal-pjanti27. Minn meta l-ewwel ġene GRF ġie identifikat f'O. sativa28, aktar u aktar ġeni GRF ġew identifikati f'ħafna speċi u ntwera li jaffettwaw it-tkabbir, l-iżvilupp u r-rispons għall-istress tal-pjanti8, 29, 30,31,32. Bil-pubblikazzjoni tas-sekwenza tal-ġenoma tal-Brassica juncea, l-identifikazzjoni tal-familja tal-ġeni BjGRF saret possibbli33. F'dan l-istudju, 34 ġene BjGRF ġew identifikati fil-ġenoma kollu tal-mustarda u msemmija BjGRF01–BjGRF34 abbażi tal-pożizzjoni kromosomali tagħhom. Kollha kemm huma fihom dominji QLQ u WRC konservati ħafna. L-analiżi tal-proprjetajiet fiżikokimiċi wriet li d-differenzi fin-numri tal-aċidi amminiċi u l-piżijiet molekulari tal-proteini BjGRF (ħlief BjGRF28) ma kinux sinifikanti, u dan jindika li l-membri tal-familja BjGRF jista' jkollhom funzjonijiet simili. L-analiżi tal-istruttura tal-ġeni wriet li 64.7% tal-ġeni BjGRF kien fihom 4 exons, li jindika li l-istruttura tal-ġene BjGRF hija relattivament ikkonservata fl-evoluzzjoni, iżda n-numru ta' exons fil-ġeni BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 u BjGRF29 huwa akbar. Studji wrew li ż-żieda jew it-tħassir ta' exons jew introns jistgħu jwasslu għal differenzi fl-istruttura u l-funzjoni tal-ġeni, u b'hekk jinħolqu ġeni ġodda34,35,36. Għalhekk, nissuspettaw li l-intron ta' BjGRF intilef matul l-evoluzzjoni, li jista' jikkawża bidliet fil-funzjoni tal-ġeni. Konsistenti ma' studji eżistenti, sibna wkoll li n-numru ta' introns kien assoċjat mal-espressjoni tal-ġeni. Meta n-numru ta' introns f'ġene jkun kbir, il-ġene jista' jirrispondi malajr għal diversi fatturi sfavorevoli.
Id-duplikazzjoni tal-ġeni hija fattur ewlieni fl-evoluzzjoni ġenomika u ġenetika37. Studji relatati wrew li d-duplikazzjoni tal-ġeni mhux biss iżżid in-numru ta' ġeni GRF, iżda sservi wkoll bħala mezz biex jiġu ġġenerati ġeni ġodda biex tgħin lill-pjanti jadattaw għal diversi kundizzjonijiet ambjentali avversi38. Instabu total ta' 48 par ta' ġeni duplikati f'dan l-istudju, li kollha kienu duplikazzjonijiet segmentali, li jindika li d-duplikazzjonijiet segmentali huma l-mekkaniżmu ewlieni biex jiżdied in-numru ta' ġeni f'din il-familja. Ġie rrappurtat fil-letteratura li d-duplikazzjoni segmentali tista' tippromwovi b'mod effettiv l-amplifikazzjoni tal-membri tal-familja tal-ġeni GRF f'Arabidopsis u frawli, u ma nstabet l-ebda duplikazzjoni f'tandem ta' din il-familja ta' ġeni f'xi waħda mill-ispeċi27,39. Ir-riżultati ta' dan l-istudju huma konsistenti ma' studji eżistenti dwar Arabidopsis thaliana u familji frawli, li jissuġġerixxu li l-familja GRF tista' żżid in-numru ta' ġeni u tiġġenera ġeni ġodda permezz ta' duplikazzjoni segmentali f'pjanti differenti.
F'dan l-istudju, ġew identifikati total ta' 34 ġene BjGRF fil-mustarda, li ġew maqsuma fi 3 sottofamilji. Dawn il-ġeni wrew motivi u strutturi tal-ġeni konservati simili. L-analiżi tal-kollinearità żvelat 48 par ta' duplikazzjonijiet tas-segmenti fil-mustarda. Ir-reġjun tal-promotur BjGRF fih elementi cis-acting assoċjati mar-rispons għad-dawl, ir-rispons ormonali, ir-rispons għall-istress ambjentali, u t-tkabbir u l-iżvilupp. L-espressjoni ta' 34 ġene BjGRF ġiet skoperta fl-istadju tan-nebbieta tal-mustarda (għeruq, zkuk, weraq), u l-mudell ta' espressjoni ta' 10 ġeni BjGRF taħt kundizzjonijiet ta' nixfa. Instab li l-mudelli ta' espressjoni tal-ġeni BjGRF taħt stress tan-nixfa kienu simili u jistgħu jkunu simili. involviment fir-regolazzjoni tal-Forcing tan-nixfa. Il-ġeni BjGRF03 u BjGRF32 jistgħu jkollhom rwoli regolatorji pożittivi fl-istress tan-nixfa, filwaqt li BjGRF06 u BjGRF23 għandhom rwoli fl-istress tan-nixfa bħala ġeni fil-mira miR396. B'mod ġenerali, l-istudju tagħna jipprovdi bażi bijoloġika għal skoperta futura tal-funzjoni tal-ġene BjGRF fil-pjanti Brassicaceae.
Iż-żerriegħa tal-mustarda użata f'dan l-esperiment ġiet ipprovduta mill-Istitut tar-Riċerka dwar iż-Żerriegħa taż-Żejt ta' Guizhou, fl-Akkademja tax-Xjenzi Agrikoli ta' Guizhou. Agħżel iż-żerriegħa sħaħ u ħawwelhom fil-ħamrija (sottostrat: ħamrija = 3:1), u iġbor l-għeruq, iz-zkuk u l-weraq wara l-istadju ta' erba' weraq. Il-pjanti ġew ittrattati b'20% PEG 6000 biex jissimulaw in-nixfa, u l-weraq inġabar wara 0, 3, 6, 12 u 24 siegħa. Il-kampjuni kollha tal-pjanti ġew iffriżati immedjatament f'nitroġenu likwidu u mbagħad maħżuna fi friżer ta' -80°C għat-test li jmiss.
Id-dejta kollha miksuba jew analizzata matul dan l-istudju hija inkluża fl-artiklu ppubblikat u fil-fajls ta' informazzjoni supplimentari.
Ħin tal-posta: 22 ta' Jannar 2025