Usambazaji wa mvua wa msimu katika Mkoa wa Guizhou hauna usawa, huku mvua nyingi zaidi zikinyesha wakati wa masika na kiangazi, lakini miche ya mbegu za rapa hukabiliwa na mkazo wa ukame katika vuli na majira ya baridi, jambo ambalo huathiri vibaya mavuno. Haradali ni zao maalum la mbegu za mafuta linalokuzwa zaidi katika Mkoa wa Guizhou. Lina uvumilivu mkubwa wa ukame na linaweza kupandwa katika maeneo ya milimani. Ni rasilimali tajiri ya jeni zinazostahimili ukame. Ugunduzi wa jeni zinazostahimili ukame ni muhimu sana kwa uboreshaji wa aina za haradali. na uvumbuzi katika rasilimali za vijidudu. Familia ya GRF ina jukumu muhimu katika ukuaji na maendeleo ya mimea na mwitikio wa mkazo wa ukame. Kwa sasa, jeni za GRF zimepatikana katika Arabidopsis 2, mchele (Oryza sativa) 12, mbegu za rapa 13, pamba (Gossypium hirsutum) 14, ngano (Triticum). aestivum)15, mtama wa lulu (Setaria italica)16 na Brassica17, lakini hakuna ripoti za jeni za GRF zilizogunduliwa katika haradali. Katika utafiti huu, jeni za familia ya haradali za GRF zilitambuliwa katika kiwango cha jenomu nzima na sifa zao za kimwili na kemikali, uhusiano wa mageuko, homolojia, motifu zilizohifadhiwa, muundo wa jeni, marudio ya jeni, vipengele vya cis na hatua ya miche (hatua ya majani manne) zilichambuliwa. Mifumo ya usemi chini ya mkazo wa ukame ilichambuliwa kikamilifu ili kutoa msingi wa kisayansi wa tafiti zaidi kuhusu utendaji kazi unaowezekana wa jeni za BjGRF katika kukabiliana na ukame na kutoa jeni zinazofaa kwa ajili ya uzalishaji wa haradali inayostahimili ukame.
Jeni thelathini na nne za BjGRF zilitambuliwa katika jenomu ya Brassica juncea kwa kutumia utafutaji mbili wa HMMER, ambao wote una vikoa vya QLQ na WRC. Mfuatano wa CDS wa jeni za BjGRF zilizotambuliwa umewasilishwa katika Jedwali la Ziada S1. BjGRF01–BjGRF34 zimetajwa kulingana na eneo lao kwenye kromosomu. Sifa za kifizikiakemikali za familia hii zinaonyesha kuwa urefu wa amino asidi hutofautiana sana, kuanzia 261 aa (BjGRF19) hadi 905 aa (BjGRF28). Sehemu ya isoelektriki ya BjGRF inaanzia 6.19 (BjGRF02) hadi 9.35 (BjGRF03) kwa wastani wa 8.33, na 88.24% ya BjGRF ni protini ya msingi. Kiwango cha uzito wa molekuli kilichotabiriwa cha BjGRF ni kuanzia 29.82 kDa (BjGRF19) hadi 102.90 kDa (BjGRF28); kiashiria cha kutokuwa na utulivu wa protini za BjGRF kinaanzia 51.13 (BjGRF08) hadi 78.24 (BjGRF19), zote ni kubwa kuliko 40, ikionyesha kuwa kiashiria cha asidi ya mafuta kinaanzia 43.65 (BjGRF01) hadi 78.78 (BjGRF22), wastani wa hidrofiliki (GRAVY) unaanzia -1.07 (BjGRF31) hadi -0.45 (BjGRF22), protini zote za BjGRF zenye hidrofiliki zina thamani hasi za GRAVY, ambayo inaweza kuwa kutokana na ukosefu wa hidrofobiki unaosababishwa na mabaki. Utabiri wa ujanibishaji wa seli ndogo ulionyesha kuwa protini 31 zilizosimbwa za BjGRF zinaweza kuwekwa ndani ya kiini, BjGRF04 inaweza kuwekwa ndani ya peroksisomu, BjGRF25 inaweza kuwekwa ndani ya saitoplazimu, na BjGRF28 inaweza kuwekwa ndani ya kloroplasti (Jedwali 1), ikionyesha kuwa BjGRF zinaweza kuwekwa ndani ya kiini na kuchukua jukumu muhimu la udhibiti kama kipengele cha unukuzi.
Uchambuzi wa fiziojenetiki wa familia za GRF katika spishi tofauti unaweza kusaidia kusoma utendaji kazi wa jeni. Kwa hivyo, mfuatano kamili wa amino asidi wa mbegu 35 za rapa, turnip 16, mchele 12, mtama 10 na GRF 9 za Arabidopsis ulipakuliwa na mti wa fiziojenetiki ulijengwa kulingana na jeni 34 za BjGRF zilizotambuliwa (Mchoro 1). Familia ndogo tatu zina idadi tofauti ya wanachama; TF 116 za GRF zimegawanywa katika familia ndogo tatu tofauti (makundi A~C), zenye 59 (50.86%), 34 (29.31%) na 23 (19.83)% ya GRF, mtawalia. Miongoni mwao, wanafamilia 34 wa BjGRF wametawanyika katika familia ndogo 3: wanachama 13 katika kundi A (38.24%), wanachama 12 katika kundi B (35.29%) na wanachama 9 katika kundi C (26.47%). Katika mchakato wa uundaji wa poliploidi ya haradali, idadi ya jeni za BjGRF katika familia ndogo tofauti ni tofauti, na ongezeko na upotevu wa jeni huenda umetokea. Ni muhimu kuzingatia kwamba hakuna usambazaji wa GRF za mchele na mtama katika kundi C, huku kukiwa na GRF 2 za mchele na GRF 1 ya mtama katika kundi B, na GRF nyingi za mchele na mtama zimewekwa katika tawi moja, ikionyesha kwamba BjGRF zinahusiana kwa karibu na dicots. Miongoni mwao, tafiti za kina zaidi kuhusu kazi ya GRF katika Arabidopsis thaliana hutoa msingi wa tafiti za utendaji kazi za BjGRF.
Mti wa haradali wa phylogenetic ikiwa ni pamoja na Brassica napus, Brassica napus, mchele, mtama na mimea ya familia ya Arabidopsis thaliana GRF.
Uchambuzi wa jeni zinazojirudia katika familia ya haradali GRF. Mstari wa kijivu nyuma unawakilisha kizuizi kilichosawazishwa katika jenomu ya haradali, mstari mwekundu unawakilisha jozi ya marudio yaliyogawanywa ya jeni la BjGRF;
Usemi wa jeni la BjGRF chini ya mkazo wa ukame katika hatua ya nne ya jani. Data ya qRT-PCR imeonyeshwa katika Jedwali la Ziada S5. Tofauti kubwa katika data zinaonyeshwa kwa herufi ndogo.
Kadri hali ya hewa duniani inavyoendelea kubadilika, kusoma jinsi mazao yanavyokabiliana na msongo wa ukame na kuboresha mifumo yao ya uvumilivu kumekuwa mada moto ya utafiti18. Baada ya ukame, muundo wa kimofolojia, usemi wa jeni na michakato ya kimetaboliki ya mimea itabadilika, ambayo inaweza kusababisha kukomesha kwa usanisinuru na usumbufu wa kimetaboliki, na kuathiri mavuno na ubora wa mazao19,20,21. Mimea inapohisi ishara za ukame, hutoa wajumbe wa pili kama vile Ca2+ na phosphatidylinositol, huongeza mkusanyiko wa ioni za kalsiamu ndani ya seli na kuamsha mtandao wa udhibiti wa njia ya fosforasi ya protini22,23. Protini ya mwisho inayolengwa inahusika moja kwa moja katika ulinzi wa seli au hudhibiti usemi wa jeni zinazohusiana na msongo wa mawazo kupitia TF, na kuongeza uvumilivu wa mimea kwa msongo wa mawazo24,25. Kwa hivyo, TF zina jukumu muhimu katika kukabiliana na msongo wa mawazo wa ukame. Kulingana na mfuatano na sifa za kufungamana na DNA za TF zinazoitikia msongo wa mawazo wa ukame, TF zinaweza kugawanywa katika familia tofauti, kama vile GRF, ERF, MYB, WRKY na familia zingine26.
Familia ya jeni ya GRF ni aina ya TF maalum ya mmea ambayo inachukua jukumu muhimu katika nyanja mbalimbali kama vile ukuaji, ukuaji, uhamishaji wa ishara na majibu ya ulinzi wa mimea27. Tangu jeni la kwanza la GRF lilipotambuliwa katika O. sativa28, jeni zaidi na zaidi za GRF zimetambuliwa katika spishi nyingi na zimeonyeshwa kuathiri ukuaji wa mimea, ukuaji na mwitikio wa msongo8, 29, 30,31,32. Kwa kuchapishwa kwa mfuatano wa jenomu ya Brassica juncea, utambuzi wa familia ya jeni ya BjGRF uliwezekana33. Katika utafiti huu, jeni 34 za BjGRF zilitambuliwa katika jenomu nzima ya haradali na kupewa jina la BjGRF01–BjGRF34 kulingana na nafasi yao ya kromosomu. Zote zina vikoa vya QLQ na WRC vilivyohifadhiwa sana. Uchambuzi wa sifa za kifizikiakemikali ulionyesha kuwa tofauti katika nambari za amino asidi na uzito wa molekuli wa protini za BjGRF (isipokuwa BjGRF28) hazikuwa muhimu, ikionyesha kwamba wanafamilia wa BjGRF wanaweza kuwa na kazi zinazofanana. Uchambuzi wa muundo wa jeni ulionyesha kuwa 64.7% ya jeni za BjGRF zilikuwa na eksoni 4, ikionyesha kuwa muundo wa jeni la BjGRF umehifadhiwa kwa kiasi fulani katika mageuzi, lakini idadi ya eksoni katika jeni za BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 na BjGRF29 ni kubwa zaidi. Uchunguzi umeonyesha kuwa kuongezwa au kufutwa kwa eksoni au intron kunaweza kusababisha tofauti katika muundo na utendaji kazi wa jeni, na hivyo kuunda jeni mpya34,35,36. Kwa hivyo, tunadhania kwamba intron ya BjGRF ilipotea wakati wa mageuzi, ambayo inaweza kusababisha mabadiliko katika utendaji kazi wa jeni. Sambamba na tafiti zilizopo, pia tuligundua kuwa idadi ya intron ilihusishwa na usemi wa jeni. Wakati idadi ya intron katika jeni ni kubwa, jeni inaweza kujibu haraka mambo mbalimbali yasiyofaa.
Urudiaji wa jeni ni sababu kubwa katika mageuko ya jenomu na kijenetiki37. Uchunguzi unaohusiana umeonyesha kuwa uruaji wa jeni sio tu kwamba huongeza idadi ya jeni za GRF, lakini pia hutumika kama njia ya kutoa jeni mpya ili kusaidia mimea kuzoea hali mbalimbali mbaya za mazingira38. Jumla ya jozi 48 za jeni zilizorudiwa zilipatikana katika utafiti huu, zote ambazo zilikuwa ni uruaji wa sehemu, zikionyesha kuwa uruaji wa sehemu ndio utaratibu mkuu wa kuongeza idadi ya jeni katika familia hii. Imeripotiwa katika machapisho kwamba uruaji wa sehemu unaweza kukuza vyema ukuzaji wa wanafamilia wa jeni za GRF katika Arabidopsis na stroberi, na hakuna uruaji wa sanjari wa familia hii ya jeni uliopatikana katika spishi yoyote27,39. Matokeo ya utafiti huu yanaendana na tafiti zilizopo kuhusu familia za Arabidopsis thaliana na stroberi, zikidokeza kwamba familia ya GRF inaweza kuongeza idadi ya jeni na kutoa jeni mpya kupitia uruaji wa sehemu katika mimea tofauti.
Katika utafiti huu, jumla ya jeni 34 za BjGRF zilitambuliwa katika haradali, ambazo ziligawanywa katika familia ndogo 3. Jeni hizi zilionyesha motifu zilizohifadhiwa sawa na miundo ya jeni. Uchambuzi wa Collinearity ulifunua jozi 48 za marudio ya sehemu katika haradali. Eneo la kipandishi cha BjGRF lina vipengele vinavyofanya kazi kwa cis vinavyohusishwa na mwitikio wa mwanga, mwitikio wa homoni, mwitikio wa mkazo wa mazingira, na ukuaji na maendeleo. Usemi wa jeni 34 za BjGRF uligunduliwa katika hatua ya miche ya haradali (mizizi, mashina, majani), na muundo wa usemi wa jeni 10 za BjGRF chini ya hali ya ukame. Ilibainika kuwa mifumo ya usemi wa jeni za BjGRF chini ya mkazo wa ukame ilikuwa sawa na inaweza kuwa sawa. kuhusika katika ukame. Kulazimisha udhibiti. Jeni za BjGRF03 na BjGRF32 zinaweza kuchukua jukumu chanya la udhibiti katika mkazo wa ukame, huku BjGRF06 na BjGRF23 zikichukua jukumu katika mkazo wa ukame kama jeni lengwa za miR396. Kwa ujumla, utafiti wetu unatoa msingi wa kibiolojia wa ugunduzi wa baadaye wa kazi ya jeni za BjGRF katika mimea ya Brassicaceae.
Mbegu za haradali zilizotumika katika jaribio hili zilitolewa na Taasisi ya Utafiti wa Mbegu za Mafuta ya Guizhou, Chuo cha Sayansi ya Kilimo cha Guizhou. Chagua mbegu nzima na uzipande kwenye udongo (substrate: udongo = 3:1), na kukusanya mizizi, mashina na majani baada ya hatua ya majani manne. Mimea ilitibiwa na 20% PEG 6000 ili kuiga ukame, na majani yalikusanywa baada ya saa 0, 3, 6, 12 na 24. Sampuli zote za mimea ziligandishwa mara moja kwenye nitrojeni kioevu na kisha kuhifadhiwa kwenye friji ya -80°C kwa ajili ya jaribio lijalo.
Data zote zilizopatikana au kuchanganuliwa wakati wa utafiti huu zimejumuishwa katika makala iliyochapishwa na faili za taarifa za ziada.
Muda wa chapisho: Januari-22-2025