Quizhou əyalətində yağıntıların mövsümi paylanması qeyri-bərabərdir, yazda və yayda daha çox yağıntı olur, lakin kolza şitilləri payız və qışda quraqlıq stresinə həssasdır və bu, məhsuldarlığa ciddi təsir göstərir. Xardal, əsasən Quizhou əyalətində yetişdirilən xüsusi yağlı bitkidir. Quraqlığa güclü dözümlüdür və dağlıq ərazilərdə yetişdirilə bilər. O, quraqlığa davamlı genlərin zəngin mənbəyidir. Quraqlığa davamlı genlərin kəşfi xardal sortlarının təkmilləşdirilməsi üçün mühüm əhəmiyyət kəsb edir. və germplazma resurslarında yenilik. GRF ailəsi bitkilərin böyüməsində və inkişafında və quraqlıq stresinə reaksiyada mühüm rol oynayır. Hazırda Arabidopsis 2, düyüdə (Oryza sativa) 12, kolza toxumunda 13, pambıqda (Gossypium hirsutum) 14, buğdada (Triticum) GRF genləri aşkar edilmişdir. aestivum)15, mirvari darı (Setaria italica)16 və Brassica17, lakin xardalda aşkar edilmiş GRF genləri haqqında məlumat yoxdur. Bu araşdırmada xardalın GRF ailəsi genləri genom səviyyəsində müəyyən edilmiş və onların fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri, təkamül əlaqələri, homologiyası, konservləşdirilmiş motivləri, gen quruluşu, gen duplikasiyası, cis elementləri və cücərmə mərhələsi (dördyarpaq mərhələsi) təhlil edilmişdir. BjGRF genlərinin quraqlığa reaksiyada potensial funksiyasına dair gələcək tədqiqatlar üçün elmi əsas təmin etmək və quraqlığa dözümlü xardal yetişdirmək üçün namizəd genləri təmin etmək üçün quraqlıq stressi altında ifadə nümunələri hərtərəfli təhlil edilmişdir.
Otuz dörd BjGRF geni Brassica juncea genomunda iki HMMER axtarışından istifadə edərək müəyyən edildi, bunların hamısı QLQ və WRC domenlərini ehtiva edir. Müəyyən edilmiş BjGRF genlərinin CDS ardıcıllığı Əlavə Cədvəl S1-də təqdim olunur. BjGRF01–BjGRF34 xromosomda yerləşdiyi yerə görə adlandırılır. Bu ailənin fiziki-kimyəvi xassələri amin turşusunun uzunluğunun 261 aa (BjGRF19) ilə 905 aa (BjGRF28) arasında dəyişən çox dəyişkən olduğunu göstərir. BjGRF-nin izoelektrik nöqtəsi orta hesabla 8,33 ilə 6,19 (BjGRF02) ilə 9,35 (BjGRF03) arasında dəyişir və BjGRF-nin 88,24%-i əsas zülaldır. BjGRF-nin proqnozlaşdırılan molekulyar çəkisi diapazonu 29,82 kDa (BjGRF19) ilə 102,90 kDa (BjGRF28) arasındadır; BjGRF zülallarının qeyri-sabitlik indeksi 51,13 (BjGRF08) ilə 78,24 (BjGRF19) arasında dəyişir, hamısı 40-dan böyükdür, bu da yağ turşusu indeksinin 43,65 (BjGRF01) ilə 78,78 (BjGRF22) arasında (orta hidrofillik) aralığında olduğunu göstərir. -1,07 (BjGRF31) ilə -0,45 (BjGRF22), bütün hidrofilik BjGRF zülalları mənfi GRAVY dəyərlərinə malikdir, bu, qalıqların yaratdığı hidrofobikliyin olmaması ilə əlaqədar ola bilər. Hüceyrəaltı lokalizasiyanın proqnozu göstərdi ki, 31 BjGRF kodlanmış zülal nüvədə lokallaşdırıla bilər, BjGRF04 peroksizomlarda, BjGRF25 sitoplazmada və BjGRF28 xloroplastlarda lokallaşdırıla bilər (Cədvəl 1), BjGRF-nin nüvədə əhəmiyyətli rol oynaya biləcəyini göstərir. transkripsiya faktorudur.
Müxtəlif növlərdə GRF ailələrinin filogenetik təhlili gen funksiyalarını öyrənməyə kömək edə bilər. Buna görə də, 35 kolza, 16 şalgam, 12 düyü, 10 darı və 9 Arabidopsis GRF-nin tam uzunluqlu amin turşusu ardıcıllığı yükləndi və 34 müəyyən edilmiş BjGRF genləri əsasında filogenetik ağac quruldu (Şəkil 1). Üç alt ailə müxtəlif sayda üzvləri ehtiva edir; 116 GRF TF müvafiq olaraq GRF-lərin 59 (50,86%), 34 (29,31%) və 23 (19,83)%-ni ehtiva edən üç müxtəlif alt ailəyə (A~C qrupları) bölünür. Onların arasında 34 BjGRF ailə üzvü 3 alt ailəyə səpələnmişdir: A qrupunda 13 üzv (38,24%), B qrupunda 12 üzv (35,29%) və C qrupunda 9 üzv (26,47%). Xardal poliploidizasiyası prosesində müxtəlif alt ailələrdə BjGRF genlərinin sayı fərqlidir və genlərin gücləndirilməsi və itkisi baş vermiş ola bilər. Qeyd etmək lazımdır ki, C qrupunda düyü və darı QRF-nin paylanması yoxdur, B qrupunda isə 2 düyü və 1 darı QRF olduğu halda, düyü və darı QRF-lərin əksəriyyətinin bir budaqda qruplaşdırılması BjGRF-lərin dikotlarla yaxından əlaqəli olduğunu göstərir. Onların arasında Arabidopsis thaliana-da GRF funksiyası ilə bağlı ən dərin tədqiqatlar BjGRF-lərin funksional tədqiqatları üçün əsas verir.
Brassica napus, Brassica napus, düyü, darı və Arabidopsis thaliana GRF ailəsinin üzvləri daxil olmaqla xardalın filogenetik ağacı.
Xardal GRF ailəsində təkrarlanan genlərin təhlili. Arxa fondakı boz xətt xardal genomunda sinxronlaşdırılmış bloku, qırmızı xətt BjGRF geninin bir cüt seqmentli təkrarını təmsil edir;
Dördüncü yarpaq mərhələsində quraqlıq stressi altında BjGRF gen ifadəsi. qRT-PCR məlumatları Əlavə Cədvəl S5-də göstərilmişdir. Məlumatlardakı əhəmiyyətli fərqlər kiçik hərflərlə göstərilir.
Qlobal iqlim dəyişməyə davam etdikcə, bitkilərin quraqlıq stresi ilə necə mübarizə apardığını öyrənmək və onların dözümlülük mexanizmlərini təkmilləşdirmək aktual tədqiqat mövzusuna çevrilib18. Quraqlıqdan sonra bitkilərin morfoloji quruluşu, gen ifadəsi və metabolik prosesləri dəyişəcək ki, bu da bitkilərin məhsuldarlığına və keyfiyyətinə təsir edərək fotosintezin dayanmasına və metabolik pozulmalara səbəb ola bilər19,20,21. Bitkilər quraqlıq siqnallarını hiss etdikdə, Ca2+ və fosfatidilinositol kimi ikinci xəbərçilər istehsal edir, hüceyrədaxili kalsium ionunun konsentrasiyasını artırır və protein fosforlaşma yolunun tənzimləyici şəbəkəsini aktivləşdirir22,23. Son hədəf zülal birbaşa hüceyrə müdafiəsində iştirak edir və ya TF-lər vasitəsilə əlaqəli stress genlərinin ifadəsini tənzimləyir, bitkilərin stresə dözümlülüyünü artırır24,25. Beləliklə, TF-lər quraqlıq stresinə cavab verməkdə həlledici rol oynayır. Quraqlıq stresinə cavab verən TF-lərin ardıcıllığına və DNT-ni bağlama xüsusiyyətlərinə görə, TF-ləri GRF, ERF, MYB, WRKY və digər ailələr kimi müxtəlif ailələrə bölmək olar26.
GRF gen ailəsi böyümə, inkişaf, siqnal ötürülməsi və bitki müdafiə reaksiyaları27 kimi müxtəlif aspektlərdə mühüm rol oynayan bitki spesifik TF növüdür. İlk GRF geni O. sativa28-də müəyyən edildikdən sonra, bir çox növdə getdikcə daha çox GRF genləri müəyyən edilmişdir və bitkilərin böyüməsinə, inkişafına və stresə reaksiyasına təsir göstərmişdir8, 29, 30,31,32. Brassica juncea genom ardıcıllığının nəşri ilə BjGRF gen ailəsinin identifikasiyası mümkün oldu33. Bu araşdırmada bütün xardal genomunda 34 BjGRF geni müəyyən edildi və xromosom vəziyyətinə görə BjGRF01–BjGRF34 adlandırıldı. Onların hamısı yüksək dərəcədə qorunan QLQ və WRC domenlərini ehtiva edir. Fiziki-kimyəvi xassələrin təhlili göstərdi ki, BjGRF zülallarının (BjGRF28 istisna olmaqla) amin turşularının sayında və molekulyar çəkilərindəki fərqlər əhəmiyyətli deyil, bu da BjGRF ailə üzvlərinin oxşar funksiyalara malik ola biləcəyini göstərir. Gen strukturunun təhlili göstərdi ki, BjGRF genlərinin 64,7%-də 4 ekzon var, bu, BjGRF gen strukturunun təkamüldə nisbətən qorunduğunu, lakin BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 və BjGRF29 genlərində ekzonların sayının daha böyük olduğunu göstərir. Tədqiqatlar göstərdi ki, ekzonların və ya intronların əlavə edilməsi və ya silinməsi gen strukturunda və funksiyasında fərqliliklərə səbəb ola bilər və bununla da yeni genlər yarana bilər34,35,36. Buna görə də, BjGRF intronun təkamül zamanı itirildiyini və gen funksiyasında dəyişikliklərə səbəb ola biləcəyini düşünürük. Mövcud tədqiqatlara uyğun olaraq, intronların sayının gen ifadəsi ilə əlaqəli olduğunu da tapdıq. Bir gendə intronların sayı çox olduqda, gen müxtəlif əlverişsiz amillərə tez reaksiya verə bilər.
Genlərin təkrarlanması genomik və genetik təkamüldə əsas amildir37. Müvafiq tədqiqatlar göstərmişdir ki, genlərin dublikasiyası nəinki GRF genlərinin sayını artırır, həm də bitkilərin müxtəlif əlverişsiz ekoloji şəraitə uyğunlaşmasına kömək etmək üçün yeni genlərin yaradılması vasitəsi kimi xidmət edir38. Bu araşdırmada cəmi 48 dublikat gen cütü tapıldı, bunların hamısı seqmental dublikasiya idi və bu, seqmental dublikasiyaların bu ailədəki genlərin sayını artırmaq üçün əsas mexanizm olduğunu göstərir. Ədəbiyyatda bildirilmişdir ki, seqmental duplikasiya Arabidopsis və çiyələkdə GRF gen ailəsi üzvlərinin gücləndirilməsini effektiv şəkildə təşviq edə bilər və növlərin heç birində bu gen ailəsinin tandem dublikasiyası aşkar edilməmişdir27,39. Bu tədqiqatın nəticələri Arabidopsis thaliana və çiyələk ailələri ilə bağlı mövcud tədqiqatlara uyğundur və GRF ailəsinin müxtəlif bitkilərdə seqmental dublikasiya yolu ilə genlərin sayını artıra və yeni genlər yarada biləcəyini göstərir.
Bu araşdırmada xardalda 3 alt ailəyə bölünmüş cəmi 34 BjGRF geni müəyyən edilmişdir. Bu genlər oxşar qorunan motivləri və gen strukturlarını göstərdi. Kollinearlıq təhlili xardalda 48 cüt seqment dublikasiyasını aşkar etdi. BjGRF promotor bölgəsində işıq reaksiyası, hormonal reaksiya, ətraf mühitin stresinə reaksiya, böyümə və inkişaf ilə əlaqəli cis-fəaliyyət göstərən elementlər var. 34 BjGRF geninin ifadəsi xardal tingi mərhələsində (köklər, gövdələr, yarpaqlar) və quraqlıq şəraitində 10 BjGRF geninin ifadə nümunəsi aşkar edilmişdir. Quraqlıq stressi altında BjGRF genlərinin ifadə nümunələrinin oxşar olduğu və oxşar ola biləcəyi aşkar edilmişdir. quraqlıqda iştirak Məcburi tənzimləmə. BjGRF03 və BjGRF32 genləri quraqlıq stresində müsbət tənzimləyici rol oynaya bilər, BjGRF06 və BjGRF23 isə miR396 hədəf genləri kimi quraqlıq stresində rol oynayır. Ümumiyyətlə, tədqiqatımız Brassicaceae bitkilərində BjGRF gen funksiyasının gələcək kəşfi üçün bioloji əsas verir.
Bu təcrübədə istifadə olunan xardal toxumları Guizhou Kənd Təsərrüfatı Elmləri Akademiyasının Guizhou Yağ Toxumları Araşdırma İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir. Bütün toxumları seçin və onları torpağa əkin (substrat: torpaq = 3:1) və dörd yarpaq mərhələsindən sonra kökləri, gövdələri və yarpaqları toplayın. Quraqlığı simulyasiya etmək üçün bitkilər 20% PEG 6000 ilə müalicə olundu və yarpaqlar 0, 3, 6, 12 və 24 saatdan sonra toplandı. Bütün bitki nümunələri dərhal maye azotda donduruldu və sonra növbəti sınaq üçün -80°C dondurucuda saxlanıldı.
Bu araşdırma zamanı əldə edilən və ya təhlil edilən bütün məlumatlar dərc edilmiş məqaləyə və əlavə məlumat fayllarına daxil edilmişdir.
Göndərmə vaxtı: 22 yanvar 2025-ci il