Quyçjou əyalətində yağıntının mövsümi paylanması qeyri-bərabərdir, yaz və yay aylarında daha çox yağıntı olur, lakin raps şitilləri payız və qışda quraqlıq stresinə həssasdır ki, bu da məhsuldarlığa ciddi təsir göstərir. Xardal əsasən Quyçjou əyalətində yetişdirilən xüsusi yağlı toxum bitkisidir. Güclü quraqlığa davamlıdır və dağlıq ərazilərdə yetişdirilə bilər. Quraqlığa davamlı genlərin zəngin mənbəyidir. Quraqlığa davamlı genlərin kəşfi xardal sortlarının təkmilləşdirilməsi və rüşeym plazması ehtiyatlarında innovasiya üçün çox vacibdir. GRF ailəsi bitkilərin böyüməsində və inkişafında, eləcə də quraqlıq stresinə qarşı reaksiyada mühüm rol oynayır. Hazırda GRF genləri Arabidopsis 2, düyü (Oryza sativa) 12, raps toxumu 13, pambıq (Gossypium hirsutum) 14, buğda (Triticum) 15, inci darı (Setaria italica) 16 və Brassica17-də aşkar edilmişdir, lakin xardalda GRF genlərinin aşkarlanması barədə heç bir məlumat yoxdur. Bu tədqiqatda xardalın GRF ailə genləri genom səviyyəsində müəyyən edilmiş və onların fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri, təkamül əlaqələri, homologiyası, qorunan motivləri, gen quruluşu, gen dublikatları, sis-elementləri və fidan mərhələsi (dördyarpaqlı mərhələ) təhlil edilmişdir. Quraqlıq stressi altında ifadə nümunələri BjGRF genlərinin quraqlığa reaksiyada potensial funksiyası ilə bağlı sonrakı tədqiqatlar üçün elmi əsas təmin etmək və quraqlığa davamlı xardal yetişdirilməsi üçün namizəd genlər təmin etmək məqsədilə hərtərəfli təhlil edilmişdir.
Brassica juncea genomunda iki HMMER axtarışından istifadə edərək otuz dörd BjGRF geni müəyyən edilmişdir ki, bunların hamısı QLQ və WRC domenlərini ehtiva edir. Müəyyən edilmiş BjGRF genlərinin CDS ardıcıllıqları Əlavə Cədvəl S1-də təqdim olunur. BjGRF01–BjGRF34 xromosomdakı yerlərinə əsasən adlandırılmışdır. Bu ailənin fiziki-kimyəvi xüsusiyyətləri amin turşusu uzunluğunun 261 aa (BjGRF19) ilə 905 aa (BjGRF28) arasında dəyişən yüksək dəyişkən olduğunu göstərir. BjGRF-in izoelektrik nöqtəsi orta hesabla 8.33 olmaqla 6.19 (BjGRF02) ilə 9.35 (BjGRF03) arasında dəyişir və BjGRF-in 88.24%-i əsas zülaldır. BjGRF-in proqnozlaşdırılan molekulyar çəki 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 dəyişdiyini, orta hidrofilliyin (GRAVY) -1,07 (BjGRF31) ilə -0,45 (BjGRF22) arasında dəyişdiyini göstərir, bütün hidrofil BjGRF zülalları mənfi GRAVY dəyərlərinə malikdir ki, bu da qalıqların yaratdığı hidrofobikliyin olmaması ilə əlaqəli ola bilər. Hüceyrəaltı lokalizasiya proqnozu göstərdi ki, 31 BjGRF kodlanmış zülal nüvədə, BjGRF04 peroksisomlarda, BjGRF25 sitoplazmada və BjGRF28 xloroplastlarda lokallaşdırıla bilər (Cədvəl 1), bu da BjGRF-lərin nüvədə lokallaşdırıla və transkripsiya amili kimi mühüm tənzimləyici rol oynaya biləcəyini göstərir.
Müxtəlif növlərdə GRF ailələrinin filogenetik təhlili gen funksiyalarını öyrənməyə kömək edə bilər. Buna görə də, 35 raps toxumu, 16 şalğam, 12 düyü, 10 darı və 9 Arabidopsis GRF-lərinin tam uzunluqlu amin turşusu ardıcıllığı yükləndi və 34 müəyyən edilmiş BjGRF geninə əsasən filogenetik ağac quruldu (Şəkil 1). Üç alt ailədə müxtəlif sayda üzv var; 116 GRF TF, müvafiq olaraq GRF-lərin 59 (50.86%), 34 (29.31%) və 23 (19.83)%-ni təşkil edən üç fərqli 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 poliploidləşmə prosesində müxtəlif alt fəsillərdə BjGRF genlərinin sayı fərqlidir və genlərin amplifikasiyası və itkisi baş vermiş ola bilər. Qeyd etmək lazımdır ki, C qrupunda düyü və darı GRF-lərinin paylanması yoxdur, B qrupunda isə 2 düyü GRF və 1 darı GRF var və düyü və darı GRF-lərinin əksəriyyəti bir budaqda qruplaşdırılıb ki, bu da BjGRF-lərin ikili bitkilərlə sıx əlaqəli olduğunu göstərir. Bunların arasında Arabidopsis thaliana-da GRF funksiyası ilə bağlı ən dərin tədqiqatlar BjGRF-lərin funksional tədqiqatları üçün əsas yaradır.
Brassica napus, Brassica napus, düyü, darı və Arabidopsis thaliana GRF ailəsinin üzvlərini əhatə edən xardalın filogenetik ağacı.
Xardal GRF ailəsində təkrarlanan genlərin təhlili. Arxa plandakı boz xətt xardal genomunda sinxronlaşdırılmış bloku, qırmızı xətt isə BjGRF geninin bir cüt seqmentli təkrarını təmsil edir;
Dördüncü yarpaq mərhələsində quraqlıq stressi altında BjGRF geninin ifadəsi. qRT-PCR məlumatları Əlavə Cədvəl S5-də göstərilib. Məlumatlardakı əhəmiyyətli fərqlər kiçik hərflərlə göstərilir.
Qlobal iqlim dəyişməyə davam etdikcə, bitkilərin quraqlıq stresinə necə tab gətirdiyini öyrənmək və onların tolerantlıq mexanizmlərini yaxşılaşdırmaq aktual tədqiqat mövzusuna çevrilib18. Quraqlıqdan sonra bitkilərin morfoloji quruluşu, gen ifadəsi və metabolik prosesləri dəyişəcək ki, bu da fotosintezin dayandırılmasına və metabolik pozğunluğa səbəb ola bilər ki, bu da məhsulların məhsuldarlığına və keyfiyyətinə təsir göstərir19,20,21. Bitkilər quraqlıq siqnallarını hiss etdikdə, Ca2+ və fosfatidilinozitol kimi ikinci mesajlar istehsal edir, hüceyrədaxili kalsium ion konsentrasiyasını artırır və zülal fosforlaşma yolunun tənzimləyici şəbəkəsini aktivləşdirir22,23. Son hədəf zülal hüceyrə müdafiəsində birbaşa iştirak edir və ya TF-lər vasitəsilə əlaqəli stress genlərinin ifadəsini tənzimləyir, bitkinin stressə qarşı tolerantlığını artırır24,25. Beləliklə, TF-lər quraqlıq stresinə cavab verməkdə mühüm rol oynayır. Quraqlıq stresinə cavab verən TF-lərin ardıcıllığına və DNT bağlanma xüsusiyyətlərinə görə, TF-lər GRF, ERF, MYB, WRKY və digər ailələr kimi müxtəlif ailələrə bölünə bilər26.
GRF gen ailəsi, böyümə, inkişaf, siqnal ötürülməsi və bitki müdafiə reaksiyaları kimi müxtəlif aspektlərdə mühüm rol oynayan bitkiyə xas TF növüdür27. İlk GRF geni O. sativa28-də müəyyən edildiyindən bəri, bir çox növdə getdikcə daha çox GRF geni müəyyən edilmiş və bitki böyüməsinə, inkişafına və stress reaksiyasına təsir göstərdiyi göstərilmişdir8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncea genom ardıcıllığının dərc edilməsi ilə BjGRF gen ailəsinin müəyyən edilməsi mümkün olmuşdur33. Bu tədqiqatda bütün xardal genomunda 34 BjGRF geni müəyyən edilmiş və xromosom mövqelərinə əsasən BjGRF01–BjGRF34 adlandırılmışdır. Onların hamısı yüksək dərəcədə qorunan QLQ və WRC domenlərini ehtiva edir. Fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərin təhlili göstərdi ki, BjGRF zülallarının (BjGRF28 istisna olmaqla) amin turşusu saylarında 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 ki, bu da BjGRF gen strukturunun təkamüldə nisbətən qorunub saxlanıldığını göstərir, lakin BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 və BjGRF29 genlərindəki ekzonların sayı daha çoxdur. Tədqiqatlar göstərir ki, ekzonların və ya intronların əlavə edilməsi və ya silinməsi gen strukturunda və funksiyasında fərqlərə səbəb ola bilər və bununla da yeni genlər yarana bilər34,35,36. Buna görə də, BjGRF intronunun təkamül zamanı itirildiyini və bunun gen funksiyasında dəyişikliklərə səbəb ola biləcəyini fərz edirik. Mövcud tədqiqatlara uyğun olaraq, intronların sayının gen ifadəsi ilə əlaqəli olduğunu da aşkar etdik. Bir gendə intronların sayı çox olduqda, gen müxtəlif əlverişsiz amillərə tez cavab verə bilər.
Genlərin təkrarlanması genomik və genetik təkamüldə əsas amildir37. Əlaqəli tədqiqatlar göstərir ki, genlərin təkrarlanması təkcə GRF genlərinin sayını artırmaqla yanaşı, həm də bitkilərin müxtəlif əlverişsiz ətraf mühit şəraitinə uyğunlaşmasına kömək etmək üçün yeni genlərin yaranmasına kömək edən bir vasitə kimi xidmət edir38. Bu tədqiqatda cəmi 48 təkrarlanan gen cütü tapıldı ki, bunların hamısı seqmentar təkrarlanma idi ki, bu da seqmentar təkrarlanmaların bu ailədəki genlərin sayının artmasının əsas mexanizmi olduğunu göstərir. Ədəbiyyatda seqmentar təkrarlanmanın Arabidopsis və çiyələkdə GRF gen ailəsi üzvlərinin amplifikasiyasını effektiv şəkildə təşviq edə biləcəyi bildirilmişdir və bu gen ailəsinin heç bir növdə tandem təkrarlanması aşkar edilməmişdir27,39. Bu tədqiqatın nəticələri Arabidopsis thaliana və çiyələk ailələri üzrə mövcud tədqiqatlarla uyğundur və bu da GRF ailəsinin müxtəlif bitkilərdə seqmentar təkrarlanma yolu ilə genlərin sayını artıra və yeni genlər yarada biləcəyini göstərir.
Bu tədqiqatda xardalda cəmi 34 BjGRF geni müəyyən edildi və onlar 3 alt ailəyə bölündü. Bu genlər oxşar qorunmuş motivlər və gen strukturları göstərdi. Kollinearlıq təhlili xardalda 48 cüt seqment dublikatını aşkar etdi. BjGRF promotor bölgəsində işığa reaksiya, hormonal reaksiya, ətraf mühitin stress reaksiyası və böyümə və inkişafla əlaqəli sis-təsir edən elementlər var. 34 BjGRF geninin ifadəsi xardal fidanı mərhələsində (köklər, gövdələr, yarpaqlar) və quraqlıq şəraitində 10 BjGRF geninin ifadə modeli aşkar edildi. Quraqlıq stressi altında BjGRF genlərinin ifadə modellərinin oxşar olduğu və oxşar ola biləcəyi aşkar edildi. Quraqlıq Məcburiyyətinin tənzimlənməsində iştirak. BjGRF03 və BjGRF32 genləri quraqlıq stressində müsbət tənzimləyici rol oynaya bilər, BjGRF06 və BjGRF23 isə quraqlıq stressində miR396 hədəf genləri kimi rol oynayır. Ümumilikdə, tədqiqatımız Brassicaceae bitkilərində BjGRF gen funksiyasının gələcəkdə kəşfi üçün bioloji əsas təmin edir.
Bu təcrübədə istifadə edilən xardal toxumları Quyçjou Kənd Təsərrüfatı Elmləri Akademiyasının Quyçjou Yağ Toxumu Tədqiqat İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir. Bütün toxumları seçin və torpağa əkin (substrat: torpaq = 3:1) və dördyarpaqlı mərhələdən sonra kökləri, gövdələri və yarpaqları toplayın. Bitkilər quraqlığı simulyasiya etmək üçün 20% PEG 6000 ilə müalicə edildi 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 tədqiqat zamanı əldə edilən və ya təhlil edilən bütün məlumatlar dərc olunmuş məqaləyə və əlavə məlumat fayllarına daxil edilmişdir.
Yazı vaxtı: 22 Yanvar 2025