De seizoensferdieling fan delslach yn 'e provinsje Guizhou is ûngelikense, mei mear delslach yn 'e maitiid en simmer, mar de raapsiedplanten binne gefoelich foar droechtestress yn 'e hjerst en winter, wat de opbringst serieus beynfloedet. Mosterd is in spesjaal oaljesiedgewaaks dat benammen yn 'e provinsje Guizhou groeid wurdt. It hat in sterke droechtetolerânsje en kin groeid wurde yn bercheftige gebieten. It is in rike boarne fan droechte-resistinte genen. De ûntdekking fan droechte-resistinte genen is fan krúsjaal belang foar de ferbettering fan mosterdsoarten en ynnovaasje yn kiemplasma-boarnen. De GRF-famylje spilet in krúsjale rol yn plantgroei en -ûntwikkeling en de reaksje op droechtestress. Op it stuit binne GRF-genen fûn yn Arabidopsis 2, rys (Oryza sativa) 12, raapsied 13, katoen (Gossypium hirsutum) 14, weet (Triticum aestivum) 15, pearlgierst (Setaria italica) 16 en Brassica 17, mar d'r binne gjin rapporten fan GRF-genen dy't yn mosterd ûntdutsen binne. Yn dizze stúdzje waarden de GRF-famyljegenen fan mosterd identifisearre op genoombreed nivo en waarden har fysike en gemyske skaaimerken, evolúsjonêre relaasjes, homology, konservearre motiven, genstruktuer, genduplikaasjes, cis-eleminten en siedlingsstadium (fjouwerblêdstadium) analysearre. De ekspresjepatroanen ûnder droechtestress waarden wiidweidich analysearre om in wittenskiplike basis te jaan foar fierdere stúdzjes oer de potinsjele funksje fan BjGRF-genen yn droechtereaksje en om kandidaatgenen te leverjen foar it kweken fan droechtetolerante mosterd.
Fjouwerentritich BjGRF-genen waarden identifisearre yn it Brassica juncea-genoom mei twa HMMER-sykaksjes, dy't allegear de QLQ- en WRC-domeinen befetsje. De CDS-sekwinsjes fan 'e identifisearre BjGRF-genen wurde presintearre yn Oanfoljende Tabel S1. BjGRF01-BjGRF34 wurde neamd op basis fan har lokaasje op it chromosoom. De fysyk-gemyske eigenskippen fan dizze famylje jouwe oan dat de aminosoerlingte tige fariabel is, fariearjend fan 261 aa (BjGRF19) oant 905 aa (BjGRF28). It isoelektryske punt fan BjGRF farieart fan 6,19 (BjGRF02) oant 9,35 (BjGRF03) mei in gemiddelde fan 8,33, en 88,24% fan BjGRF is in basisch proteïne. It foarseine molekulêre gewichtsberik fan BjGRF is fan 29,82 kDa (BjGRF19) oant 102,90 kDa (BjGRF28); De ynstabiliteitsyndeks fan BjGRF-proteinen farieart fan 51.13 (BjGRF08) oant 78.24 (BjGRF19), allegear binne se grutter as 40, wat oanjout dat de fetsoeryndeks farieart fan 43.65 (BjGRF01) oant 78.78 (BjGRF22), de gemiddelde hydrofilisiteit (GRAVY) farieart fan -1.07 (BjGRF31) oant -0.45 (BjGRF22), alle hydrofile BjGRF-proteinen hawwe negative GRAVY-wearden, wat mooglik te tankjen is oan it gebrek oan hydrofobisiteit feroarsake troch de residuen. Subsellulêre lokalisaasjefoarsizzing liet sjen dat 31 BjGRF-kodearre proteïnen yn 'e kearn lokalisearre wurde koene, BjGRF04 yn peroksisomen lokalisearre wurde koe, BjGRF25 yn it cytoplasma lokalisearre wurde koe, en BjGRF28 yn chloroplasten lokalisearre wurde koe (Tabel 1), wat oanjout dat BjGRF's yn 'e kearn lokalisearre wurde kinne en in wichtige regeljouwende rol spylje as transkripsjefaktor.
Fylogenetyske analyze fan GRF-famyljes yn ferskate soarten kin helpe by it bestudearjen fan genfunksjes. Dêrom waarden de folsleine aminosoersekwinsjes fan 35 raapsied-, 16 raap-, 12 rys-, 10 gierst- en 9 Arabidopsis-GRF's downloade en waard in fylogenetyske beam konstruearre op basis fan 34 identifisearre BjGRF-genen (Fig. 1). De trije subfamyljes befetsje ferskillende oantallen leden; 116 GRF TF's binne ferdield yn trije ferskillende subfamyljes (groepen A~C), dy't respektivelik 59 (50,86%), 34 (29,31%) en 23 (19,83)% fan 'e GRF's befetsje. Dêrûnder binne 34 BjGRF-famyljeleden ferspraat oer 3 subfamyljes: 13 leden yn groep A (38,24%), 12 leden yn groep B (35,29%) en 9 leden yn groep C (26,47%). Yn it proses fan mosterdpolyploidisaasje is it oantal BjGRF-genen yn ferskate subfamyljes oars, en kin genamplifikaasje en -ferlies plakfûn hawwe. It is it neamen wurdich dat der gjin ferdieling is fan rys- en gierst-GRF's yn groep C, wylst der 2 rys-GRF's en 1 gierst-GRF yn groep B binne, en de measte rys- en gierst-GRF's binne groepearre yn ien tûke, wat oanjout dat BjGRF's nau besibbe binne oan dicots. Under harren leverje de meast yngeande stúdzjes oer de GRF-funksje yn Arabidopsis thaliana in basis foar funksjonele stúdzjes fan BjGRF's.
Fylogenetyske beam fan mosterd ynklusyf Brassica napus, Brassica napus, rys, gierst en leden fan 'e Arabidopsis thaliana GRF-famylje.
Analyse fan werhellende genen yn 'e mosterd-GRF-famylje. De grize line op 'e eftergrûn stiet foar in syngronisearre blok yn it mosterdgenoom, de reade line stiet foar in pear segmintearre werhellingen fan it BjGRF-gen;
BjGRF-genekspresje ûnder droechtestress yn it fjirde blêdstadium. qRT-PCR-gegevens wurde werjûn yn Oanfoljende Tabel S5. Signifikante ferskillen yn gegevens wurde oanjûn mei lytse letters.
Wylst it wrâldklimaat bliuwt feroarjen, is it bestudearjen fan hoe't gewaaksen omgean mei droechtestress en it ferbetterjen fan har tolerânsjemeganismen in hjit ûndersyksûnderwerp wurden18. Nei droechte sille de morfologyske struktuer, genekspresje en metabolike prosessen fan planten feroarje, wat kin liede ta it stopjen fan fotosynteze en metabolike steuring, wat ynfloed hat op 'e opbringst en kwaliteit fan gewaaksen19,20,21. As planten droechtesignalen waarnimme, produsearje se twadde boadskippers lykas Ca2+ en fosfatidylinositol, ferheegje de intrasellulêre kalsiumionkonsintraasje en aktivearje it regeljouwingsnetwurk fan 'e proteïnefosforylaasjepaad22,23. It definitive doelproteïne is direkt belutsen by sellulêre ferdigening of regelet de ekspresje fan relatearre stressgenen fia TF's, wêrtroch't de tolerânsje fan planten foar stress ferbetteret24,25. Sa spylje TF's in krúsjale rol by it reagearjen op droechtestress. Neffens de sekwinsje en DNA-binende eigenskippen fan droechtestress-responsive TF's kinne TF's wurde ferdield yn ferskate famyljes, lykas GRF, ERF, MYB, WRKY en oare famyljes26.
De GRF-genfamylje is in type plantspesifike TF dy't wichtige rollen spilet yn ferskate aspekten lykas groei, ûntwikkeling, sinjaaltransduksje en plantferdigeningsreaksjes27. Sûnt it earste GRF-gen identifisearre waard yn O. sativa28, binne hieltyd mear GRF-genen identifisearre yn in protte soarten en oantoand dat se ynfloed hawwe op plantgroei, ûntwikkeling en stressreaksje8, 29, 30,31,32. Mei de publikaasje fan 'e Brassica juncea-genoomsekwinsje waard de identifikaasje fan' e BjGRF-genfamylje mooglik33. Yn dizze stúdzje waarden 34 BjGRF-genen identifisearre yn it heule mosterdgenoom en BjGRF01-BjGRF34 neamd op basis fan har chromosomale posysje. Se befetsje allegear tige konservearre QLQ- en WRC-domeinen. Analyse fan 'e fysykochemyske eigenskippen liet sjen dat de ferskillen yn it oantal aminosoeren en molekulêre gewichten fan' e BjGRF-proteinen (útsein BjGRF28) net signifikant wiene, wat oanjout dat de leden fan 'e BjGRF-famylje ferlykbere funksjes kinne hawwe. Genstruktueranalyse liet sjen dat 64,7% fan 'e BjGRF-genen 4 eksons befette, wat oanjout dat de BjGRF-genstruktuer relatyf bewarre bleaun is yn evolúsje, mar it oantal eksons yn 'e BjGRF10-, BjGRF16-, BjGRP28- en BjGRF29-genen is grutter. Undersyk hat oantoand dat it tafoegjen of wiskjen fan eksons of introns kin liede ta ferskillen yn genstruktuer en funksje, wêrtroch nije genen ûntsteane34,35,36. Dêrom spekulearje wy dat it intron fan BjGRF ferlern gie tidens evolúsje, wat feroaringen yn genfunksje feroarsaakje kin. Yn oerienstimming mei besteande ûndersiken hawwe wy ek fûn dat it oantal introns assosjeare wie mei genekspresje. As it oantal introns yn in gen grut is, kin it gen fluch reagearje op ferskate ûngeunstige faktoaren.
Genduplikaasje is in wichtige faktor yn genomyske en genetyske evolúsje37. Ferlykbere stúdzjes hawwe oantoand dat genduplikaasje net allinich it oantal GRF-genen fergruttet, mar ek tsjinnet as in middel om nije genen te generearjen om planten te helpen oanpasse oan ferskate negative miljeu-omstannichheden38. Yn totaal waarden 48 dûbele genpearen fûn yn dizze stúdzje, allegear segmintale duplikaasjes, wat oanjout dat segmintale duplikaasjes it wichtichste meganisme binne foar it ferheegjen fan it oantal genen yn dizze famylje. Yn 'e literatuer is rapportearre dat segmintale duplikaasje de amplifikaasje fan GRF-genfamyljeleden yn Arabidopsis en ierdbei effektyf kin befoarderje, en gjin tandemduplikaasje fan dizze genfamylje waard fûn yn ien fan 'e soarten27,39. De resultaten fan dizze stúdzje binne yn oerienstimming mei besteande stúdzjes oer Arabidopsis thaliana en ierdbeifamyljes, wat suggerearret dat de GRF-famylje it oantal genen kin ferheegje en nije genen kin generearje troch segmintale duplikaasje yn ferskate planten.
Yn dizze stúdzje waarden yn totaal 34 BjGRF-genen identifisearre yn mosterd, dy't ferdield waarden yn 3 subfamyljes. Dizze genen lieten ferlykbere konservearre motiven en genstrukturen sjen. Kollineariteitsanalyse liet 48 pearen segmintduplikaasjes sjen yn mosterd. De BjGRF-promotorregio befettet cis-aktive eleminten dy't ferbûn binne mei ljochtreaksje, hormonale reaksje, miljeustressreaksje, en groei en ûntwikkeling. De ekspresje fan 34 BjGRF-genen waard ûntdutsen yn it mosterdsiedlingsstadium (woartels, stielen, blêden), en it ekspresjepatroan fan 10 BjGRF-genen ûnder droechteomstannichheden. It waard fûn dat de ekspresjepatroanen fan BjGRF-genen ûnder droechtestress ferlykber wiene en miskien ferlykber binne. BjGRF03- en BjGRF32-genen kinne positive regeljouwende rollen spylje yn droechtestress, wylst BjGRF06 en BjGRF23 rollen spylje yn droechtestress as miR396-doelgenen. Oer it algemien biedt ús stúdzje in biologyske basis foar takomstige ûntdekking fan BjGRF-genfunksje yn Brassicaceae-planten.
De mosterdsiedden dy't yn dit eksperimint brûkt waarden, waarden levere troch it Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Selektearje de hiele siedden en plant se yn 'e grûn (substraat: grûn = 3:1), en sammelje de woartels, stielen en blêden nei it fjouwerblêdstadium. De planten waarden behannele mei 20% PEG 6000 om droechte te simulearjen, en de blêden waarden sammele nei 0, 3, 6, 12 en 24 oeren. Alle plantmonsters waarden fuortendaliks beferzen yn floeibere stikstof en doe opslein yn in friezer fan -80 °C foar de folgjende test.
Alle gegevens dy't tidens dizze stúdzje binne krigen of analysearre, binne opnommen yn it publisearre artikel en oanfoljende ynformaasjebestannen.
Pleatsingstiid: 22 jannewaris 2025