Mae dosbarthiad tymhorol glawiad yn Nhalaith Guizhou yn anwastad, gyda mwy o wlawiad yn y gwanwyn a'r haf, ond mae'r eginblanhigion had rêp yn agored i straen sychder yn yr hydref a'r gaeaf, sy'n effeithio'n ddifrifol ar y cynnyrch. Mae mwstard yn gnwd had olew arbennig a dyfir yn bennaf yn Nhalaith Guizhou. Mae ganddo oddefgarwch cryf i sychder a gellir ei dyfu mewn ardaloedd mynyddig. Mae'n adnodd cyfoethog o enynnau sy'n gwrthsefyll sychder. Mae darganfod genynnau sy'n gwrthsefyll sychder o bwys hanfodol ar gyfer gwella mathau o fwstard ac arloesi mewn adnoddau germplasm. Mae'r teulu GRF yn chwarae rhan hanfodol mewn twf a datblygiad planhigion a'r ymateb i straen sychder. Ar hyn o bryd, mae genynnau GRF wedi'u canfod yn Arabidopsis 2, reis (Oryza sativa) 12, had rêp 13, cotwm (Gossypium hirsutum) 14, gwenith (Triticum aestivum)15, miled perlog (Setaria italica)16 a Brassica17, ond nid oes unrhyw adroddiadau am enynnau GRF wedi'u canfod mewn mwstard. Yn yr astudiaeth hon, nodwyd genynnau teulu GRF mwstard ar lefel y genom cyfan a dadansoddwyd eu nodweddion ffisegol a chemegol, perthnasoedd esblygiadol, homologi, motiffau cadwedig, strwythur genynnau, dyblygiadau genynnau, elfennau cis a chyfnod eginblanhigyn (cyfnod pedair deilen). Dadansoddwyd y patrymau mynegiant o dan straen sychder yn gynhwysfawr i ddarparu sail wyddonol ar gyfer astudiaethau pellach ar swyddogaeth bosibl genynnau BjGRF mewn ymateb i sychder ac i ddarparu genynnau ymgeisydd ar gyfer bridio mwstard sy'n goddef sychder.
Nodwyd tri deg pedwar o enynnau BjGRF yng ngenom Brassica juncea gan ddefnyddio dau chwiliad HMMER, ac mae pob un ohonynt yn cynnwys y parthau QLQ a WRC. Cyflwynir dilyniannau CDS y genynnau BjGRF a nodwyd yn Nhabl Atodol S1. Enwir BjGRF01–BjGRF34 yn seiliedig ar eu lleoliad ar y cromosom. Mae priodweddau ffisegemegol y teulu hwn yn dangos bod hyd yr asid amino yn amrywiol iawn, yn amrywio o 261 aa (BjGRF19) i 905 aa (BjGRF28). Mae pwynt isoelectrig BjGRF yn amrywio o 6.19 (BjGRF02) i 9.35 (BjGRF03) gyda chyfartaledd o 8.33, ac mae 88.24% o BjGRF yn brotein sylfaenol. Yr ystod pwysau moleciwlaidd a ragfynegwyd ar gyfer BjGRF yw o 29.82 kDa (BjGRF19) i 102.90 kDa (BjGRF28); Mae mynegai ansefydlogrwydd proteinau BjGRF yn amrywio o 51.13 (BjGRF08) i 78.24 (BjGRF19), mae pob un yn fwy na 40, sy'n dangos bod y mynegai asid brasterog yn amrywio o 43.65 (BjGRF01) i 78.78 (BjGRF22), mae'r hydroffiligrwydd cyfartalog (GRAVY) yn amrywio o -1.07 (BjGRF31) i -0.45 (BjGRF22), mae gan yr holl broteinau BjGRF hydroffilig werthoedd GRAVY negyddol, a all fod oherwydd diffyg hydroffobigrwydd a achosir gan y gweddillion. Dangosodd rhagfynegiad lleoleiddio isgellog y gallai 31 o broteinau wedi'u hamgodio gan BjGRF gael eu lleoli yn y niwclews, gallai BjGRF04 gael ei leoli mewn peroxisomau, gallai BjGRF25 gael ei leoli yn y cytoplasm, a gallai BjGRF28 gael ei leoli mewn cloroplastau (Tabl 1), sy'n dangos y gallai BjGRFs gael eu lleoli yn y niwclews a chwarae rôl reoleiddio bwysig fel ffactor trawsgrifio.
Gall dadansoddiad ffylogenetig o deuluoedd GRF mewn gwahanol rywogaethau helpu i astudio swyddogaethau genynnau. Felly, lawrlwythwyd dilyniannau asid amino llawn 35 o GRF had rêp, 16 o feipen, 12 o reis, 10 o filed a 9 o Arabidopsis ac adeiladwyd coeden ffylogenetig yn seiliedig ar 34 o enynnau BjGRF a nodwyd (Ffig. 1). Mae'r tri is-deulu yn cynnwys gwahanol niferoedd o aelodau; mae 116 o TFau GRF wedi'u rhannu'n dair is-deulu gwahanol (grwpiau A~C), sy'n cynnwys 59 (50.86%), 34 (29.31%) a 23 (19.83)% o'r GRFau, yn y drefn honno. Yn eu plith, mae 34 aelod o'r teulu BjGRF wedi'u gwasgaru ar draws 3 is-deulu: 13 aelod yng ngrŵp A (38.24%), 12 aelod yng ngrŵp B (35.29%) a 9 aelod yng ngrŵp C (26.47%). Yn y broses o bolyploideiddio mwstard, mae nifer y genynnau BjGRF mewn gwahanol is-deuluoedd yn wahanol, ac efallai bod ymhelaethu a cholled genynnau wedi digwydd. Mae'n werth nodi nad oes dosbarthiad o GRF reis a miled yng ngrŵp C, tra bod 2 GRF reis ac 1 GRF miled yng ngrŵp B, ac mae'r rhan fwyaf o'r GRF reis a miled wedi'u grwpio mewn un gangen, sy'n dangos bod BjGRF yn perthyn yn agos i ddeugotau. Yn eu plith, mae'r astudiaethau mwyaf manwl ar swyddogaeth GRF yn Arabidopsis thaliana yn darparu sail ar gyfer astudiaethau swyddogaethol o BjGRF.
Coeden ffylogenetig mwstard gan gynnwys Brassica napus, Brassica napus, reis, miled ac aelodau o deulu Arabidopsis thaliana GRF.
Dadansoddiad o enynnau ailadroddus yn nheulu GRF y mwstard. Mae'r llinell lwyd yn y cefndir yn cynrychioli bloc cydamserol yng ngenom y mwstard, mae'r llinell goch yn cynrychioli pâr o ailadroddiadau segmentedig o'r genyn BjGRF;
Mynegiant genynnau BjGRF o dan straen sychder yng nghyfnod y bedwaredd ddeilen. Dangosir data qRT-PCR yn Nhabl Atodol S5. Nodir gwahaniaethau sylweddol yn y data gan lythrennau bach.
Wrth i hinsawdd y byd barhau i newid, mae astudio sut mae cnydau'n ymdopi â straen sychder a gwella eu mecanweithiau goddefgarwch wedi dod yn bwnc ymchwil poblogaidd18. Ar ôl sychder, bydd strwythur morffolegol, mynegiant genynnau a phrosesau metabolaidd planhigion yn newid, a all arwain at roi'r gorau i ffotosynthesis ac aflonyddwch metabolaidd, gan effeithio ar gynnyrch ac ansawdd cnydau19,20,21. Pan fydd planhigion yn synhwyro signalau sychder, maent yn cynhyrchu ail negeswyr fel Ca2+ a phosphatidylinositol, yn cynyddu crynodiad ïonau calsiwm mewngellol ac yn actifadu rhwydwaith rheoleiddio llwybr ffosfforyleiddiad protein22,23. Mae'r protein targed terfynol yn ymwneud yn uniongyrchol ag amddiffyniad cellog neu'n rheoleiddio mynegiant genynnau straen cysylltiedig trwy TFs, gan wella goddefgarwch planhigion i straen24,25. Felly, mae TFs yn chwarae rhan hanfodol wrth ymateb i straen sychder. Yn ôl dilyniant a phriodweddau rhwymo DNA TFs sy'n ymateb i straen sychder, gellir rhannu TFs yn wahanol deuluoedd, fel GRF, ERF, MYB, WRKY a theuluoedd eraill26.
Mae'r teulu genynnau GRF yn fath o TF penodol i blanhigion sy'n chwarae rolau pwysig mewn amrywiol agweddau megis twf, datblygiad, trawsgludiad signal ac ymatebion amddiffyn planhigion27. Ers i'r genyn GRF cyntaf gael ei adnabod yn O. sativa28, mae mwy a mwy o enynnau GRF wedi'u hadnabod mewn llawer o rywogaethau a dangoswyd eu bod yn effeithio ar dwf, datblygiad ac ymateb i straen planhigion8, 29, 30,31,32. Gyda chyhoeddi dilyniant genom Brassica juncea, daeth adnabod teulu genynnau BjGRF yn bosibl33. Yn yr astudiaeth hon, nodwyd 34 o enynnau BjGRF yn y genom mwstard cyfan a'u henwi'n BjGRF01–BjGRF34 yn seiliedig ar eu safle cromosomaidd. Mae pob un ohonynt yn cynnwys parthau QLQ a WRC sydd wedi'u cadw'n dda iawn. Dangosodd dadansoddiad o'r priodweddau ffisegemegol nad oedd y gwahaniaethau yn niferoedd yr asidau amino a phwysau moleciwlaidd y proteinau BjGRF (ac eithrio BjGRF28) yn arwyddocaol, gan ddangos y gallai fod gan aelodau'r teulu BjGRF swyddogaethau tebyg. Dangosodd dadansoddiad strwythur genynnau fod 64.7% o'r genynnau BjGRF yn cynnwys 4 exon, sy'n dangos bod strwythur y genyn BjGRF wedi'i gadw'n gymharol yn ystod esblygiad, ond mae nifer yr exonau yn y genynnau BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 a BjGRF29 yn fwy. Mae astudiaethau wedi dangos y gall ychwanegu neu ddileu exonau neu intronau arwain at wahaniaethau yn strwythur a swyddogaeth genynnau, a thrwy hynny greu genynnau newydd34,35,36. Felly, rydym yn dyfalu bod intron BjGRF wedi'i golli yn ystod esblygiad, a all achosi newidiadau yn swyddogaeth genynnau. Yn gyson ag astudiaethau presennol, gwelsom hefyd fod nifer yr intronau yn gysylltiedig â mynegiant genynnau. Pan fo nifer yr intronau mewn genyn yn fawr, gall y genyn ymateb yn gyflym i amrywiol ffactorau anffafriol.
Mae dyblygu genynnau yn ffactor pwysig mewn esblygiad genomig a genetig37. Mae astudiaethau cysylltiedig wedi dangos nad yw dyblygu genynnau yn cynyddu nifer y genynnau GRF yn unig, ond hefyd yn gwasanaethu fel ffordd o gynhyrchu genynnau newydd i helpu planhigion i addasu i amrywiol amodau amgylcheddol anffafriol38. Canfuwyd cyfanswm o 48 o barau genynnau dyblyg yn yr astudiaeth hon, pob un ohonynt yn ddyblygiadau segmental, sy'n dangos mai dyblygiadau segmental yw'r prif fecanwaith ar gyfer cynyddu nifer y genynnau yn y teulu hwn. Mae wedi cael ei adrodd yn y llenyddiaeth y gall dyblygu segmental hyrwyddo ymhelaethiad aelodau teulu genynnau GRF yn effeithiol mewn Arabidopsis a mefus, ac ni chanfuwyd unrhyw ddyblygu tandem o'r teulu genynnau hwn yn unrhyw un o'r rhywogaethau27,39. Mae canlyniadau'r astudiaeth hon yn gyson ag astudiaethau presennol ar Arabidopsis thaliana a theuluoedd mefus, gan awgrymu y gall y teulu GRF gynyddu nifer y genynnau a chynhyrchu genynnau newydd trwy ddyblygu segmental mewn gwahanol blanhigion.
Yn yr astudiaeth hon, nodwyd cyfanswm o 34 o enynnau BjGRF mewn mwstard, a rannwyd yn 3 is-deulu. Dangosodd y genynnau hyn fotiffau a strwythurau genynnau cadwedig tebyg. Datgelodd dadansoddiad cydlinoldeb 48 pâr o ddyblygiadau segment mewn mwstard. Mae rhanbarth hyrwyddwr BjGRF yn cynnwys elfennau cis-weithredol sy'n gysylltiedig ag ymateb golau, ymateb hormonaidd, ymateb i straen amgylcheddol, a thwf a datblygiad. Canfuwyd mynegiant 34 o enynnau BjGRF yng nghyfnod eginblanhigion mwstard (gwreiddiau, coesynnau, dail), a phatrwm mynegiant 10 o enynnau BjGRF o dan amodau sychder. Canfuwyd bod patrymau mynegiant genynnau BjGRF o dan straen sychder yn debyg ac efallai'n debyg o ran rheoleiddio Gorfodi Sychder. Gall genynnau BjGRF03 a BjGRF32 chwarae rolau rheoleiddio cadarnhaol mewn straen sychder, tra bod BjGRF06 a BjGRF23 yn chwarae rolau mewn straen sychder fel genynnau targed miR396. At ei gilydd, mae ein hastudiaeth yn darparu sail fiolegol ar gyfer darganfod swyddogaeth genynnau BjGRF mewn planhigion Brassicaceae yn y dyfodol.
Darparwyd yr hadau mwstard a ddefnyddiwyd yn yr arbrawf hwn gan Sefydliad Ymchwil Hadau Olew Guizhou, Academi Gwyddorau Amaethyddol Guizhou. Dewiswch yr hadau cyfan a'u plannu mewn pridd (swbstrad: pridd = 3:1), a chasglwch y gwreiddiau, y coesynnau a'r dail ar ôl y cyfnod pedair deilen. Cafodd y planhigion eu trin â 20% PEG 6000 i efelychu sychder, a chasglwyd y dail ar ôl 0, 3, 6, 12 a 24 awr. Rhewwyd yr holl samplau planhigion ar unwaith mewn nitrogen hylifol ac yna eu storio mewn rhewgell -80°C ar gyfer y prawf nesaf.
Mae'r holl ddata a gafwyd neu a ddadansoddwyd yn ystod yr astudiaeth hon wedi'i gynnwys yn yr erthygl gyhoeddedig a'r ffeiliau gwybodaeth atodol.
Amser postio: Ion-22-2025