Säsongsfördelningen av nederbörden i Guizhou-provinsen är ojämn, med mer nederbörd på våren och sommaren, men rapsplantorna är mottagliga för torkstress under hösten och vintern, vilket allvarligt påverkar avkastningen. Senap är en speciell oljeväxtgröda som huvudsakligen odlas i Guizhou-provinsen. Den har stark torktolerans och kan odlas i bergsområden. Det är en rik resurs av torkresistenta gener. Upptäckten av torkresistenta gener är av avgörande betydelse för förbättringen av senapssorter. och innovation inom bakterieplasmaresurser. GRF-familjen spelar en avgörande roll i växternas tillväxt och utveckling och svaret på torkastress. För närvarande har GRF-gener hittats i Arabidopsis 2, ris (Oryza sativa) 12, raps 13, bomull (Gossypium hirsutum) 14, vete (Triticum). aestivum)15, pärlhirs (Setaria italica)16 och Brassica17, men det finns inga rapporter om GRF-gener som upptäckts i senap. I denna studie identifierades GRF-familjens gener för senap på genomomfattande nivå och deras fysiska och kemiska egenskaper, evolutionära relationer, homologi, konserverade motiv, genstruktur, gendupliceringar, cis-element och plantstadiet (fyrbladsstadiet) analyserades. Uttrycksmönstren under torkastress analyserades omfattande för att ge en vetenskaplig grund för ytterligare studier av den potentiella funktionen av BjGRF-gener i torkrespons och för att tillhandahålla kandidatgener för att odla torktolerant senap.
Trettiofyra BjGRF-gener identifierades i Brassica juncea-genomet med hjälp av två HMMER-sökningar, som alla innehåller QLQ- och WRC-domänerna. CDS-sekvenserna för de identifierade BjGRF-generna presenteras i tilläggstabell S1. BjGRF01–BjGRF34 namnges baserat på deras placering på kromosomen. De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos denna familj indikerar att aminosyralängden är mycket varierande, från 261 aa (BjGRF19) till 905 aa (BjGRF28). Den isoelektriska punkten för BjGRF sträcker sig från 6,19 (BjGRF02) till 9,35 (BjGRF03) med ett genomsnitt på 8,33, och 88,24% av BjGRF är ett basiskt protein. Det förutsagda molekylviktsintervallet för BjGRF är från 29,82 kDa (BjGRF19) till 102,90 kDa (BjGRF28); instabilitetsindexet för BjGRF-proteiner sträcker sig från 51,13 (BjGRF08) till 78,24 (BjGRF19), alla är större än 40, vilket indikerar att fettsyraindexet sträcker sig från 43,65 (BjGRF01) till 78,78 (BjGRF22), -1 medelhydrofilitetsintervall (GRAVY22), -1. (BjGRF31) till -0,45 (BjGRF22), alla hydrofila BjGRF-proteiner har negativa GRAVY-värden, vilket kan bero på bristen på hydrofobicitet som orsakas av resterna. Subcellulär lokaliseringsförutsägelse visade att 31 BjGRF-kodade proteiner kunde lokaliseras i kärnan, BjGRF04 kunde lokaliseras i peroxisomer, BjGRF25 kunde lokaliseras i cytoplasman och BjGRF28 kunde lokaliseras i kloroplaster (tabell 1), vilket indikerar att BjGRF kan vara en viktig roll i kärnan och spelar en viktig roll i kärnan. transkriptionsfaktor.
Fylogenetisk analys av GRF-familjer i olika arter kan hjälpa till att studera genfunktioner. Därför laddades fullängdsaminosyrasekvenserna av 35 rapsfrö, 16 kålrot, 12 ris, 10 hirs och 9 Arabidopsis GRF:er ner och ett fylogenetiskt träd konstruerades baserat på 34 identifierade BjGRF-gener (Fig. 1). De tre underfamiljerna innehåller olika antal medlemmar; 116 GRF TFs är uppdelade i tre olika underfamiljer (grupper A~C), innehållande 59 (50,86%), 34 (29,31%) respektive 23 (19,83)% av GRF. Bland dem är 34 BjGRF-familjemedlemmar utspridda över 3 underfamiljer: 13 medlemmar i grupp A (38,24%), 12 medlemmar i grupp B (35,29%) och 9 medlemmar i grupp C (26,47%). I processen med senapspolyploidisering är antalet BjGRFs-gener i olika underfamiljer olika, och genamplifiering och förlust kan ha inträffat. Det är värt att notera att det inte finns någon fördelning av ris- och hirs-GRF i grupp C, medan det finns 2 ris-GRF och 1 hirs-GRF i grupp B, och de flesta av ris- och hirs-GRF är grupperade i en gren, vilket indikerar att BjGRF är nära besläktade med dikotyler. Bland dem ger de mest djupgående studierna om GRF-funktionen i Arabidopsis thaliana en grund för funktionella studier av BjGRFs.
Filogenetiskt träd av senap inklusive Brassica napus, Brassica napus, ris, hirs och medlemmar av Arabidopsis thaliana GRF-familjen.
Analys av repetitiva gener i senaps-GRF-familjen. Den grå linjen i bakgrunden representerar ett synkroniserat block i senapsgenomet, den röda linjen representerar ett par segmenterade upprepningar av BjGRF-genen;
BjGRF-genuttryck under torkastress i det fjärde bladstadiet. QRT-PCR-data visas i tilläggstabell S5. Signifikanta skillnader i data anges med små bokstäver.
När det globala klimatet fortsätter att förändras har det blivit ett hett forskningsämne18 att studera hur grödor hanterar torkstress och förbättra sina toleransmekanismer. Efter torka kommer växternas morfologiska struktur, genuttryck och metaboliska processer att förändras, vilket kan leda till att fotosyntesen upphör och metabola störningar, vilket påverkar skörden och kvaliteten på grödor19,20,21. När växter känner av torkasignaler producerar de andra budbärare som Ca2+ och fosfatidylinositol, ökar den intracellulära kalciumjonkoncentrationen och aktiverar det reglerande nätverket av proteinfosforyleringsväg22,23. Det slutliga målproteinet är direkt involverat i cellulärt försvar eller reglerar uttrycket av relaterade stressgener genom TF: er, vilket ökar växttoleransen mot stress24,25. Således spelar TF:er en avgörande roll för att reagera på torkastress. Enligt sekvensen och DNA-bindningsegenskaperna hos torkastresskänsliga TF: er kan TF:er delas in i olika familjer, såsom GRF, ERF, MYB, WRKY och andra familjer26.
GRF-genfamiljen är en typ av växtspecifik TF som spelar viktiga roller i olika aspekter som tillväxt, utveckling, signaltransduktion och växtförsvarssvar27. Sedan den första GRF-genen identifierades i O. sativa28 har fler och fler GRF-gener identifierats i många arter och visat sig påverka växternas tillväxt, utveckling och stressrespons8, 29, 30,31,32. Med publiceringen av Brassica juncea-genomsekvensen blev identifieringen av BjGRF-genfamiljen möjlig33. I denna studie identifierades 34 BjGRF-gener i hela senapsgenomet och namngavs BjGRF01–BjGRF34 baserat på deras kromosomala position. Alla av dem innehåller mycket konserverade QLQ- och WRC-domäner. Analys av de fysikalisk-kemiska egenskaperna visade att skillnaderna i aminosyraantal och molekylvikter för BjGRF-proteinerna (förutom BjGRF28) inte var signifikanta, vilket indikerar att BjGRF-familjens medlemmar kan ha liknande funktioner. Genstrukturanalys visade att 64,7% av BjGRF-generna innehöll 4 exoner, vilket indikerar att BjGRF-genstrukturen är relativt konserverad i evolutionen, men antalet exoner i generna BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 och BjGRF29 är större. Studier har visat att tillägg eller deletion av exoner eller introner kan leda till skillnader i genstruktur och funktion och därigenom skapa nya gener34,35,36. Därför spekulerar vi att intronet av BjGRF gick förlorat under evolutionen, vilket kan orsaka förändringar i genfunktion. I enlighet med befintliga studier fann vi också att antalet introner var associerat med genuttryck. När antalet introner i en gen är stort kan genen snabbt svara på olika ogynnsamma faktorer.
Genduplicering är en viktig faktor i genomisk och genetisk evolution37. Relaterade studier har visat att genduplicering inte bara ökar antalet GRF-gener, utan också fungerar som ett sätt att generera nya gener för att hjälpa växter att anpassa sig till olika ogynnsamma miljöförhållanden38. Totalt 48 duplicerade genpar hittades i denna studie, som alla var segmentella dupliceringar, vilket indikerar att segmentella dupliceringar är den huvudsakliga mekanismen för att öka antalet gener i denna familj. Det har rapporterats i litteraturen att segmentell duplicering effektivt kan främja amplifieringen av GRF-genfamiljens medlemmar i Arabidopsis och jordgubbar, och ingen tandemduplicering av denna genfamilj hittades i någon av arterna27,39. Resultaten av denna studie överensstämmer med befintliga studier på Arabidopsis thaliana och jordgubbsfamiljer, vilket tyder på att GRF-familjen kan öka antalet gener och generera nya gener genom segmentell duplicering i olika växter.
I denna studie identifierades totalt 34 BjGRF-gener i senap, som delades in i 3 underfamiljer. Dessa gener visade liknande konserverade motiv och genstrukturer. Kollinearitetsanalys avslöjade 48 par segmentdupliceringar i senap. BjGRF-promotorregionen innehåller cis-verkande element associerade med ljusrespons, hormonell respons, miljöstressrespons och tillväxt och utveckling. Uttrycket av 34 BjGRF-gener detekterades vid senapsfröplantstadiet (rötter, stjälkar, löv) och uttrycksmönstret för 10 BjGRF-gener under torka. Det visade sig att uttrycksmönstren för BjGRF-gener under torkastress var liknande och kan vara liknande. inblandning i torka Framtvingar reglering. BjGRF03- och BjGRF32-gener kan spela positiva reglerande roller i torkastress, medan BjGRF06 och BjGRF23 spelar roller i torkastress som miR396-målgener. Sammantaget ger vår studie en biologisk grund för framtida upptäckt av BjGRF-genfunktion i Brassicaceae-växter.
Senapsfröna som användes i detta experiment tillhandahölls av Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Välj hela frön och plantera dem i jord (substrat: jord = 3:1), och samla rötter, stjälkar och blad efter fyrbladsstadiet. Plantorna behandlades med 20 % PEG 6000 för att simulera torka och bladen samlades in efter 0, 3, 6, 12 och 24 timmar. Alla växtprover frystes omedelbart i flytande kväve och förvarades sedan i en -80°C frys för nästa test.
All data som erhållits eller analyserats under denna studie ingår i den publicerade artikeln och kompletterande informationsfiler.
Posttid: 2025-jan-22