Distribusi curah udan musiman ing Provinsi Guizhou ora rata, kanthi curah udan luwih akeh ing musim semi lan panas, nanging tunas rapeseed rentan marang stres kekeringan ing musim gugur lan mangsa dingin, sing mengaruhi panen kanthi serius. Mustar minangka tanduran wiji minyak khusus sing utamane ditandur ing Provinsi Guizhou. Mustar nduweni toleransi kekeringan sing kuwat lan bisa ditandur ing wilayah pegunungan. Mustar minangka sumber daya gen tahan kekeringan sing sugih. Panemuan gen tahan kekeringan penting banget kanggo perbaikan varietas mustar, lan inovasi ing sumber daya plasma nutfah. Kulawarga GRF nduweni peran penting ing pertumbuhan lan perkembangan tanduran lan respon kanggo stres kekeringan. Saiki, gen GRF wis ditemokake ing Arabidopsis 2, beras (Oryza sativa) 12, rapeseed 13, kapas (Gossypium hirsutum) 14, gandum (Triticum), aestivum) 15, millet mutiara (Setaria italica) 16 lan Brassica 17, nanging ora ana laporan babagan gen GRF sing dideteksi ing mustar. Ing panliten iki, gen kulawarga GRF saka mustar diidentifikasi ing tingkat genom lan karakteristik fisik lan kimia, hubungan evolusioner, homologi, motif sing dilestarikake, struktur gen, duplikasi gen, unsur cis lan tahap tunas (tahap papat godhong) dianalisis. Pola ekspresi ing stres kekeringan dianalisis kanthi komprehensif kanggo nyedhiyakake basis ilmiah kanggo panliten luwih lanjut babagan fungsi potensial gen BjGRF ing respon kekeringan lan kanggo nyedhiyakake gen kandidat kanggo pembiakan mustar sing tahan kekeringan.
Telung puluh papat gen BjGRF diidentifikasi ing genom Brassica juncea nggunakake rong panelusuran HMMER, sing kabeh ngemot domain QLQ lan WRC. Urutan CDS saka gen BjGRF sing diidentifikasi ditampilake ing Tabel Tambahan S1. BjGRF01-BjGRF34 dijenengi adhedhasar lokasine ing kromosom. Sifat fisikokimia saka kulawarga iki nuduhake yen dawa asam amino iku variabel banget, wiwit saka 261 aa (BjGRF19) nganti 905 aa (BjGRF28). Titik isoelektrik BjGRF wiwit saka 6,19 (BjGRF02) nganti 9,35 (BjGRF03) kanthi rata-rata 8,33, lan 88,24% BjGRF minangka protein dhasar. Rentang bobot molekul BjGRF sing diprediksi yaiku saka 29,82 kDa (BjGRF19) nganti 102,90 kDa (BjGRF28); Indeks ketidakstabilan protein BjGRF antara 51,13 (BjGRF08) nganti 78,24 (BjGRF19), kabeh luwih gedhe saka 40, nuduhake yen indeks asam lemak antara 43,65 (BjGRF01) nganti 78,78 (BjGRF22), hidrofilisitas rata-rata (GRAVY) antara -1,07 (BjGRF31) nganti -0,45 (BjGRF22), kabeh protein BjGRF hidrofilik duwe nilai GRAVY negatif, sing bisa uga amarga kurang hidrofobisitas sing disebabake dening residu. Prediksi lokalisasi subselular nuduhake yen 31 protein sing dikodekake BjGRF bisa dilokalisasi ing nukleus, BjGRF04 bisa dilokalisasi ing peroksisom, BjGRF25 bisa dilokalisasi ing sitoplasma, lan BjGRF28 bisa dilokalisasi ing kloroplas (Tabel 1), sing nuduhake yen BjGRF bisa dilokalisasi ing nukleus lan nduweni peran pangaturan sing penting minangka faktor transkripsi.
Analisis filogenetik kulawarga GRF ing spesies sing beda-beda bisa mbantu nyinaoni fungsi gen. Mulane, urutan asam amino lengkap saka 35 rapeseed, 16 lobak, 12 pari, 10 millet lan 9 Arabidopsis GRF diunduh lan wit filogenetik digawe adhedhasar 34 gen BjGRF sing diidentifikasi (Gambar 1). Telung subfamili kasebut ngemot jumlah anggota sing beda-beda; 116 GRF TF dipérang dadi telung subfamili sing beda (klompok A~C), ngemot 59 (50,86%), 34 (29,31%) lan 23 (19,83)% saka GRF. Antarane, 34 anggota kulawarga BjGRF kasebar ing 3 subfamili: 13 anggota ing klompok A (38,24%), 12 anggota ing klompok B (35,29%) lan 9 anggota ing klompok C (26,47%). Ing proses poliploidisasi sawi, jumlah gen BjGRF ing subfamili sing beda-beda beda, lan amplifikasi lan ilang gen bisa uga kedadeyan. Perlu dicathet yen ora ana distribusi GRF beras lan jawawut ing klompok C, dene ana 2 GRF beras lan 1 GRF jawawut ing klompok B, lan umume GRF beras lan jawawut dikelompokake ing siji cabang, sing nuduhake yen BjGRF raket banget karo dikotil. Antarane, panliten sing paling jero babagan fungsi GRF ing Arabidopsis thaliana nyedhiyakake dhasar kanggo panliten fungsional BjGRF.
Wit filogenetik sawi kalebu Brassica napus, Brassica napus, pari, jawawut lan anggota kulawarga Arabidopsis thaliana GRF.
Analisis gen-gen sing bola-bali ing kulawarga GRF mustar. Garis abu-abu ing latar mburi nggambarake blok sing disinkronake ing genom mustar, garis abang nggambarake sepasang pengulangan sing tersegmentasi saka gen BjGRF;
Ekspresi gen BjGRF ing kahanan stres kekeringan ing tahap godhong kaping papat. Data qRT-PCR dituduhake ing Tabel Tambahan S5. Bedane data sing signifikan dituduhake nganggo huruf cilik.
Amarga iklim global terus owah, sinau babagan carane tanduran ngatasi stres kekeringan lan ningkatake mekanisme toleransi wis dadi topik riset sing panas18. Sawise kekeringan, struktur morfologis, ekspresi gen, lan proses metabolisme tanduran bakal owah, sing bisa nyebabake mandhege fotosintesis lan gangguan metabolisme, sing mengaruhi asil lan kualitas tanduran19,20,21. Nalika tanduran ngrasakake sinyal kekeringan, dheweke ngasilake utusan kapindho kayata Ca2+ lan phosphatidylinositol, nambah konsentrasi ion kalsium intraseluler lan ngaktifake jaringan pangaturan jalur fosforilasi protein22,23. Protein target pungkasan melu langsung ing pertahanan seluler utawa ngatur ekspresi gen stres sing gegandhengan liwat TF, nambah toleransi tanduran marang stres24,25. Dadi, TF nduweni peran penting kanggo nanggapi stres kekeringan. Miturut urutan lan sifat pengikatan DNA saka TF sing responsif stres kekeringan, TF bisa dipérang dadi kulawarga sing béda, kayata GRF, ERF, MYB, WRKY lan kulawarga liyané26.
Kulawarga gen GRF minangka jinis TF spesifik tanduran sing nduweni peran penting ing macem-macem aspek kayata pertumbuhan, perkembangan, transduksi sinyal, lan respon pertahanan tanduran27. Wiwit gen GRF pisanan diidentifikasi ing O. sativa28, saya akeh gen GRF sing wis diidentifikasi ing akeh spesies lan dituduhake mengaruhi pertumbuhan, perkembangan, lan respon stres tanduran8, 29, 30,31,32. Kanthi publikasi urutan genom Brassica juncea, identifikasi kulawarga gen BjGRF dadi bisa ditindakake33. Ing panliten iki, 34 gen BjGRF diidentifikasi ing kabeh genom mustar lan dijenengi BjGRF01-BjGRF34 adhedhasar posisi kromosom. Kabeh mau ngemot domain QLQ lan WRC sing lestari banget. Analisis sifat fisikokimia nuduhake yen bedane nomer asam amino lan bobot molekul protein BjGRF (kajaba BjGRF28) ora signifikan, nuduhake yen anggota kulawarga BjGRF bisa uga duwe fungsi sing padha. Analisis struktur gen nuduhake yen 64,7% saka gen BjGRF ngandhut 4 ekson, sing nuduhake yen struktur gen BjGRF relatif lestari sajrone evolusi, nanging jumlah ekson ing gen BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 lan BjGRF29 luwih akeh. Panliten nuduhake yen tambahan utawa pambusakan ekson utawa intron bisa nyebabake bedane struktur lan fungsi gen, saengga nggawe gen anyar34,35,36. Mulane, kita berspekulasi yen intron BjGRF ilang sajrone evolusi, sing bisa nyebabake owah-owahan fungsi gen. Konsisten karo panliten sing wis ana, kita uga nemokake yen jumlah intron ana gandhengane karo ekspresi gen. Nalika jumlah intron ing gen akeh, gen kasebut bisa cepet nanggapi macem-macem faktor sing ora becik.
Duplikasi gen minangka faktor utama ing evolusi genomik lan genetik37. Panliten sing gegandhengan nuduhake yen duplikasi gen ora mung nambah jumlah gen GRF, nanging uga dadi sarana kanggo ngasilake gen anyar kanggo mbantu tanduran adaptasi karo macem-macem kahanan lingkungan sing ala38. Total 48 pasangan gen duplikat ditemokake ing panliten iki, kabeh mau minangka duplikasi segmental, sing nuduhake yen duplikasi segmental minangka mekanisme utama kanggo nambah jumlah gen ing kulawarga iki. Wis dilapurake ing literatur yen duplikasi segmental bisa kanthi efektif ningkatake amplifikasi anggota kulawarga gen GRF ing Arabidopsis lan stroberi, lan ora ana duplikasi tandem kulawarga gen iki sing ditemokake ing spesies apa wae27,39. Asil panliten iki konsisten karo panliten sing wis ana babagan kulawarga Arabidopsis thaliana lan stroberi, sing nuduhake yen kulawarga GRF bisa nambah jumlah gen lan ngasilake gen anyar liwat duplikasi segmental ing tanduran sing beda.
Ing panliten iki, total 34 gen BjGRF diidentifikasi ing mustar, sing dipérang dadi 3 subfamili. Gen-gen kasebut nuduhaké motif lan struktur gen sing padha. Analisis kolinearitas nuduhaké 48 pasang duplikasi segmen ing mustar. Wilayah promotor BjGRF ngandhut unsur cis-acting sing ana gandhèngané karo respon cahya, respon hormonal, respon stres lingkungan, lan pertumbuhan lan perkembangan. Ekspresi 34 gen BjGRF dideteksi ing tahap tunas mustar (oyot, batang, godhong), lan pola ekspresi 10 gen BjGRF ing kahanan kekeringan. Ditemokaké yèn pola ekspresi gen BjGRF ing kahanan stres kekeringan padha lan bisa uga padha. keterlibatan ing regulasi Pemaksaan kekeringan. Gen BjGRF03 lan BjGRF32 bisa uga duwé peran pangaturan positif ing stres kekeringan, déné BjGRF06 lan BjGRF23 duwé peran ing stres kekeringan minangka gen target miR396. Sakabèhé, panliten kita nyedhiyakake basis biologis kanggo panemuan fungsi gen BjGRF ing mangsa ngarep ing tanduran Brassicaceae.
Wiji sawi sing digunakake ing eksperimen iki diwenehake dening Guizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou Academy of Agricultural Sciences. Pilih wiji kabeh lan tandur ing lemah (substrat: lemah = 3:1), lan kumpulake oyot, batang, lan godhong sawise tahap papat godhong. Tanduran kasebut diwenehi 20% PEG 6000 kanggo simulasi kekeringan, lan godhonge dikumpulake sawise 0, 3, 6, 12 lan 24 jam. Kabeh sampel tanduran langsung dibekukan ing nitrogen cair banjur disimpen ing freezer -80°C kanggo tes sabanjure.
Kabeh data sing dipikolehi utawa dianalisis sajrone panliten iki kalebu ing artikel sing diterbitake lan file informasi tambahan.
Wektu kiriman: 22 Januari 2025