A distribución estacional da precipitación na provincia de Guizhou é desigual, con máis precipitacións na primavera e no verán, pero as mudas de colza son susceptibles ao estrés pola seca no outono e inverno, o que afecta seriamente o rendemento. A mostaza é un cultivo especial de sementes oleaxinosas que se cultiva principalmente na provincia de Guizhou. Ten unha forte tolerancia á seca e pódese cultivar en zonas montañosas. É un rico recurso de xenes resistentes á seca. O descubrimento de xenes resistentes á seca é de importancia crítica para a mellora das variedades de mostaza. e innovación en recursos xermoplasmáticos. A familia GRF xoga un papel fundamental no crecemento e desenvolvemento das plantas e na resposta ao estrés pola seca. Actualmente, os xenes GRF atopáronse en Arabidopsis 2, arroz (Oryza sativa) 12, colza 13, algodón (Gossypium hirsutum) 14, trigo (Triticum). aestivum)15, millo perla (Setaria italica)16 e Brassica17, pero non hai informes de xenes GRF detectados na mostaza. Neste estudo identificáronse os xenes da mostaza da familia GRF a nivel xenómico e analizáronse as súas características físicas e químicas, relacións evolutivas, homoloxía, motivos conservados, estrutura xénica, duplicacións xenéticas, elementos cis e fase de plántula (estadio de catro follas). Os patróns de expresión baixo estrés pola seca foron analizados exhaustivamente para proporcionar unha base científica para estudos posteriores sobre a función potencial dos xenes BjGRF na resposta á seca e para proporcionar xenes candidatos para a reprodución de mostaza tolerante á seca.
Identificáronse trinta e catro xenes BjGRF no xenoma de Brassica juncea mediante dúas procuras HMMER, todas elas conteñen os dominios QLQ e WRC. As secuencias CDS dos xenes BjGRF identificados preséntanse na táboa complementaria S1. BjGRF01–BjGRF34 chámanse en función da súa localización no cromosoma. As propiedades fisicoquímicas desta familia indican que a lonxitude dos aminoácidos é moi variable, oscilando entre 261 aa (BjGRF19) e 905 aa (BjGRF28). O punto isoeléctrico de BjGRF varía de 6,19 (BjGRF02) a 9,35 (BjGRF03) cunha media de 8,33, e o 88,24% de BjGRF é unha proteína básica. O rango de peso molecular previsto de BjGRF é de 29,82 kDa (BjGRF19) a 102,90 kDa (BjGRF28); o índice de inestabilidade das proteínas BjGRF varía de 51,13 (BjGRF08) a 78,24 (BjGRF19), todos son superiores a 40, o que indica que o índice de ácidos graxos oscila entre 43,65 (BjGRF01) e 78,78 (BjGRF22), o intervalo de hidrofilidade media (GRAV -1Y)70. (BjGRF31) a -0,45 (BjGRF22), todas as proteínas hidrófilas BjGRF teñen valores GRAVY negativos, o que pode deberse á falta de hidrofobicidade causada polos residuos. A predición da localización subcelular mostrou que 31 proteínas codificadas por BjGRF poderían estar localizadas no núcleo, BjGRF04 podería estar localizada nos peroxisomas, BjGRF25 podería estar localizada no citoplasma e BjGRF28 podería estar localizada nos cloroplastos (táboa 1), o que indica que BjGRF pode desempeñar un papel importante na transcrición na transcrición. factor.
A análise filoxenética das familias de GRF en diferentes especies pode axudar a estudar as funcións dos xenes. Polo tanto, descargáronse as secuencias de aminoácidos de lonxitude total de 35 colza, 16 nabos, 12 arroz, 10 millo e 9 GRF de Arabidopsis e construíuse unha árbore filoxenética en base a 34 xenes BjGRF identificados (Fig. 1). As tres subfamilias conteñen diferentes números de membros; 116 GRF TF divídense en tres subfamilias diferentes (grupos A~C), que conteñen 59 (50,86%), 34 (29,31%) e 23 (19,83)% dos GRF, respectivamente. Entre eles, 34 membros da familia BjGRF están repartidos en 3 subfamilias: 13 membros do grupo A (38,24%), 12 membros do grupo B (35,29%) e 9 membros do grupo C (26,47%). No proceso de poliploidización da mostaza, o número de xenes BjGRFs en diferentes subfamilias é diferente, e pode que se producise a amplificación e perda de xenes. Cabe sinalar que non hai distribución de GRF de arroz e millo no grupo C, mentres que hai 2 GRF de arroz e 1 GRF de millo no grupo B, e a maioría dos GRF de arroz e millo agrúpanse nunha rama, o que indica que os BjGRF están estreitamente relacionados coas dicotiledóneas. Entre eles, os estudos máis profundos sobre a función GRF en Arabidopsis thaliana proporcionan unha base para estudos funcionais dos BjGRF.
Árbore filoxenética da mostaza, incluíndo Brassica napus, Brassica napus, arroz, millo e membros da familia Arabidopsis thaliana GRF.
Análise de xenes repetitivos na familia GRF da mostaza. A liña gris do fondo representa un bloque sincronizado no xenoma da mostaza, a liña vermella representa un par de repeticións segmentadas do xene BjGRF;
Expresión do xene BjGRF baixo estrés pola seca na etapa da cuarta folla. Os datos de qRT-PCR móstranse na táboa complementaria S5. As diferenzas significativas nos datos indícanse mediante letras minúsculas.
A medida que o clima global segue cambiando, estudar como os cultivos fan fronte ao estrés pola seca e mellorar os seus mecanismos de tolerancia converteuse nun tema candente de investigación18. Despois da seca, a estrutura morfolóxica, a expresión xénica e os procesos metabólicos das plantas cambiarán, o que pode levar ao cese da fotosíntese e á perturbación metabólica, afectando o rendemento e a calidade dos cultivos19,20,21. Cando as plantas perciben sinais de seca, producen segundos mensaxeiros como Ca2+ e fosfatidilinositol, aumentan a concentración intracelular de ións calcio e activan a rede reguladora da vía de fosforilación das proteínas22,23. A proteína diana final está directamente implicada na defensa celular ou regula a expresión de xenes de estrés relacionados a través dos TF, mellorando a tolerancia das plantas ao estrés24,25. Así, os TF xogan un papel crucial na resposta ao estrés pola seca. Segundo a secuencia e as propiedades de unión ao ADN dos TF sensibles ao estrés da seca, os TF pódense dividir en diferentes familias, como GRF, ERF, MYB, WRKY e outras familias26.
A familia de xenes GRF é un tipo de TF específico da planta que xoga un papel importante en varios aspectos como o crecemento, o desenvolvemento, a transdución de sinais e as respostas de defensa das plantas27. Desde que se identificou o primeiro xene GRF en O. sativa28, identificáronse cada vez máis xenes GRF en moitas especies e demostrouse que afectan ao crecemento, desenvolvemento e resposta ao estrés das plantas8, 29, 30,31,32. Coa publicación da secuencia do xenoma de Brassica juncea fíxose posible a identificación da familia de xenes BjGRF33. Neste estudo, identificáronse 34 xenes BjGRF en todo o xenoma da mostaza e chamáronse BjGRF01-BjGRF34 en función da súa posición cromosómica. Todos eles conteñen dominios QLQ e WRC moi conservados. A análise das propiedades fisicoquímicas mostrou que as diferenzas no número de aminoácidos e pesos moleculares das proteínas BjGRF (excepto BjGRF28) non eran significativas, o que indica que os membros da familia BjGRF poden ter funcións similares. A análise da estrutura dos xenes mostrou que o 64,7% dos xenes BjGRF contiñan 4 exóns, o que indica que a estrutura do xene BjGRF está relativamente conservada na evolución, pero o número de exóns nos xenes BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 e BjGRF29 é maior. Os estudos demostraron que a adición ou eliminación de exóns ou intróns pode levar a diferenzas na estrutura e función dos xenes, creando así novos xenes34,35,36. Polo tanto, especulamos que o intrón de BjGRF perdeuse durante a evolución, o que pode provocar cambios na función dos xenes. De acordo cos estudos existentes, tamén descubrimos que o número de intróns estaba asociado coa expresión xénica. Cando o número de intróns nun xene é grande, o xene pode responder rapidamente a varios factores desfavorables.
A duplicación xenética é un factor importante na evolución xenómica e xenética37. Estudos relacionados demostraron que a duplicación de xenes non só aumenta o número de xenes GRF, senón que tamén serve como medio para xerar novos xenes para axudar ás plantas a adaptarse a diversas condicións ambientais adversas38. Neste estudo atopáronse un total de 48 pares de xenes duplicados, todos eles duplicados por segmentos, o que indica que as duplicacións segmentarias son o principal mecanismo para aumentar o número de xenes desta familia. Na literatura informouse de que a duplicación segmentaria pode promover eficazmente a amplificación dos membros da familia de xenes GRF en Arabidopsis e fresa, e non se atopou ningunha duplicación en tándem desta familia de xenes en ningunha das especies27,39. Os resultados deste estudo son consistentes cos estudos existentes sobre Arabidopsis thaliana e familias de amorodos, o que suxire que a familia GRF pode aumentar o número de xenes e xerar novos xenes mediante a duplicación segmentaria en diferentes plantas.
Neste estudo identificáronse un total de 34 xenes BjGRF na mostaza, que se dividiron en 3 subfamilias. Estes xenes mostraron motivos conservados e estruturas xenéticas similares. A análise de colinealidade revelou 48 pares de duplicacións de segmentos en mostaza. A rexión promotora de BjGRF contén elementos de acción cis asociados coa resposta á luz, resposta hormonal, resposta ao estrés ambiental e crecemento e desenvolvemento. A expresión de 34 xenes BjGRF detectouse na fase de mudas de mostaza (raíces, talos, follas) e o patrón de expresión de 10 xenes BjGRF en condicións de seca. Descubriuse que os patróns de expresión dos xenes BjGRF baixo estrés pola seca eran similares e poden ser similares. implicación na seca Obrigando a regulación. Os xenes BjGRF03 e BjGRF32 poden desempeñar funcións reguladoras positivas no estrés pola seca, mentres que BjGRF06 e BjGRF23 desempeñan funcións no estrés pola seca como xenes diana miR396. En xeral, o noso estudo proporciona unha base biolóxica para o futuro descubrimento da función do xene BjGRF en plantas Brassicaceae.
As sementes de mostaza utilizadas neste experimento foron proporcionadas polo Instituto de Investigación de Sementes Oleaginosas de Guizhou, Academia de Ciencias Agrícolas de Guizhou. Seleccione as sementes enteiras e plánteas no chan (substrato: chan = 3:1) e recolle as raíces, os talos e as follas despois da fase de catro follas. As plantas foron tratadas con PEG 6000 ao 20% para simular a seca, e as follas foron recollidas despois de 0, 3, 6, 12 e 24 horas. Todas as mostras de plantas conxeláronse inmediatamente en nitróxeno líquido e despois gardáronse nun conxelador a -80 °C para a seguinte proba.
Todos os datos obtidos ou analizados durante este estudo inclúense no artigo publicado e ficheiros de información complementaria.
Hora de publicación: 22-xan-2025