גענאָם-ברייט אידענטיפיקאציע און אויסדרוק אנאליז פון זענעפט וואוקס רעגולאציע פאקטארן אונטער טריקעניש באדינגונגען

די סעזאנעלע פארטיילונג פון רעגן אין גויזשאָו פראווינץ איז אומגלייך, מיט מער רעגן אין פרילינג און זומער, אבער די ראַפּס זוימען זענען סאַסעפּטאַבאַל צו טריקעניש דרוק אין האַרבסט און ווינטער, וואָס ערנסט אַפעקטירט די פּראָדוקציע. מוסטאַרד איז אַ ספּעציעלע אויל זוימען גערעטעניש מערסטנס געוואקסן אין גויזשאָו פראווינץ. עס האט שטאַרק טריקעניש טאָלעראַנץ און קענען זיין געוואקסן אין באַרגיק געביטן. עס איז אַ רייַך מיטל פון טריקעניש-קעגנשטעליק גענעס. די ופדעקונג פון טריקעניש-קעגנשטעליק גענעס איז פון קריטיש וויכטיקייט פֿאַר די פֿאַרבעסערונג פון מוסטאַרד ווערייאַטיז און כידעש אין דזשערמפּלאַזם רעסורסן. די GRF משפּחה שפּילט אַ קריטיש ראָלע אין פלאַנצן וווּקס און אַנטוויקלונג און די ענטפער צו טריקעניש דרוק. אין דער איצטיקער צייט, GRF גענעס זענען געפֿונען אין Arabidopsis 2, רייַז (Oryza sativa) 12, ראַפּס 13, וואַטע (Gossypium hirsutum) 14, ווייץ (Triticum. aestivum)15, פּערל מילאַט (Setaria italica)16 און Brassica17, אָבער עס זענען קיין באַריכטן פון GRF גענעס דיטעקטעד אין מוסטאַרד. אין דעם שטודיע, זענען די GRF פאמיליע גענעס פון מוסטאַרד אידענטיפיצירט געווארן אויף א גענאָם-ברייטן לעוועל און זייערע פיזישע און כעמישע אייגנשאפטן, עוואלוציאנערע באציאונגען, האמאלאגיע, קאנסערווירטע מאטיוון, גענע סטרוקטור, גענע דופליקאציעס, ציס-עלעמענטן און זוימען שטאפל (פיר-בלעטער שטאפל) זענען אנאליזירט געווארן. די אויסדרוק מוסטערן אונטער טריקעניש דרוק זענען פולשטענדיג אנאליזירט געווארן צו צושטעלן א וויסנשאפטלעכע באזע פאר ווייטערדיגע שטודיעס וועגן דער פאטענציעלער פונקציע פון ​​BjGRF גענעס אין טריקעניש רעאקציע און צו צושטעלן קאנדידאט גענעס פארן ברידן טריקעניש-טאלעראנטן מוסטאַרד.
פיר און דרייסיק BjGRF גענעס זענען אידענטיפיצירט געווארן אין דעם Brassica juncea גענאָם ניצנדיק צוויי HMMER זוכענישן, וועלכע אלע אנטהאלטן די QLQ און WRC דאמעינען. די CDS סיקווענצן פון די אידענטיפיצירטע BjGRF גענעס ווערן פרעזענטירט אין סופּלעמענטאַרי טאַבעלע S1. BjGRF01–BjGRF34 ווערן גערופן באזירט אויף זייער לאקאציע אויף דעם כראָמאָסאָם. די פיזיקאָכעמישע אייגנשאַפטן פון דער משפּחה ווייזן אז די אַמינאָ זויער לענג איז זייער וועריאַבאַל, ריינדזשינג פון 261 aa (BjGRF19) צו 905 aa (BjGRF28). דער יסאָעלעקטרישער פונקט פון BjGRF ריינדזשאַז פון 6.19 (BjGRF02) צו 9.35 (BjGRF03) מיט אַ דורכשניט פון 8.33, און 88.24% פון BjGRF איז אַ באַזיש פּראָטעין. די פאָרויסגעזאָגטע מאָלעקולאַרע וואָג קייט פון BjGRF איז פון 29.82 kDa (BjGRF19) צו 102.90 kDa (BjGRF28); דער אינסטאביליטעט אינדעקס פון BjGRF פראטעאינען גייט פון 51.13 (BjGRF08) ביז 78.24 (BjGRF19), אלע זענען גרעסער ווי 40, וואס ווייזט אז דער פעט-זויער אינדעקס גייט פון 43.65 (BjGRF01) ביז 78.78 (BjGRF22), די דורכשניטלעכע הידראפיליציטעט (GRAVY) גייט פון -1.07 (BjGRF31) ביז -0.45 (BjGRF22), אלע הידראפילישע BjGRF פראטעאינען האבן נעגאטיווע GRAVY ווערטן, וואס קען זיין צוליב דעם מאנגל אין הידראפאביסיטעט וואס ווערט געפֿארזאַכט דורך די רעזידוען. סובסעלולאַרע לאָקאַליזאַציע פּראָגנאָז האָט געוויזן אַז 31 BjGRF קאָדירטע פּראָטעאינען קענען זיין לאָקאַליזירט אין דעם קערן, BjGRF04 קען זיין לאָקאַליזירט אין פּעראָקסיסאָמעס, BjGRF25 קען זיין לאָקאַליזירט אין דעם ציטאָפּלאַזמע, און BjGRF28 קען זיין לאָקאַליזירט אין כלאָראָפּלאַסטן (טאַבעלע 1), וואָס ווייַזט אַז BjGRFs קענען זיין לאָקאַליזירט אין דעם קערן און שפּילן אַ וויכטיקע רעגולאַטאָרישע ראָלע ווי אַ טראַנסקריפּציע פאַקטאָר.
פילאגענעטישע אנאליז פון GRF פאמיליעס אין פארשידענע מינים קען העלפן שטודירן גענע פונקציעס. דעריבער, די פול-לענג אמינא זויער סיקווענסעס פון 35 ראַפּס, 16 טורניפּ, 12 רייז, 10 הירזש און 9 אַראַבידאָפּסיס GRFs זענען דאַונלאָודיד און אַ פילאגענעטיש בוים איז קאַנסטראַקטאַד באַזירט אויף 34 אידענטיפיצירטע BjGRF גענעס (פיגור 1). די דריי סובפאמיליעס אַנטהאַלטן פאַרשידענע נומערן פון מיטגלידער; 116 GRF TFs זענען צעטיילט אין דריי פאַרשידענע סובפאמיליעס (גרופּעס A~C), וואָס אַנטהאַלטן 59 (50.86%), 34 (29.31%) און 23 (19.83)% פון די GRFs, ריספּעקטיוולי. צווישן זיי, 34 BjGRF פאמיליע מיטגלידער זענען צעוואָרפן איבער 3 סובפאמיליעס: 13 מיטגלידער אין גרופּע A (38.24%), 12 מיטגלידער אין גרופּע B (35.29%) און 9 מיטגלידער אין גרופּע C (26.47%). אין דעם פּראָצעס פון מוסטאַרד פּאָליפּלאָידיזאַציע, איז די צאָל פון BjGRFs גענעס אין פאַרשידענע סובפאַמיליעס אַנדערש, און גען אַמפּליפיקאַציע און אָנווער קען האָבן פּאַסירט. עס איז ווערט צו באַמערקן אַז עס איז נישטאָ קיין פאַרשפּרייטונג פון רייז און מילאַט GRFs אין גרופּע C, בשעת עס זענען 2 רייז GRFs און 1 מילאַט GRF אין גרופּע B, און רובֿ פון די רייז און מילאַט GRFs זענען גרופּירט אין איין צווייַג, וואָס ווייַזט אַז BjGRFs זענען ענג פֿאַרבונדן מיט דיקאָטס. צווישן זיי, די מערסט טיף-גייענדיקע שטודיעס אויף די GRF פונקציע אין Arabidopsis thaliana צושטעלן אַ באַזע פֿאַר פאַנגקשאַנאַל שטודיעס פון BjGRFs.
פילאָגענעטישער בוים פון מוסטאַרד אַרייַנגערעכנט בראַססיקאַ נאַפוס, בראַססיקאַ נאַפוס, רייז, הירז און מיטגלידער פון דער אַראַבידאָפּסיס טאַליאַנאַ GRF משפּחה.
אנאליז פון איבערחזרנדיקע גענעס אין דער מוסטאַרד GRF משפּחה. די גרויע ליניע אין הינטערגרונט רעפּרעזענטירט אַ סינקראָניזירטן בלאָק אין דעם מוסטאַרד גענאָם, די רויטע ליניע רעפּרעזענטירט אַ פּאָר סעגמענטירטע איבערחזרונגען פון דעם BjGRF דזשין;
BjGRF גען אויסדרוק אונטער טריקעניש דרוק ביי דער פערטער בלאַט בינע. qRT-PCR דאַטן ווערן געוויזן אין סאַפּלעמענטאַרי טאַבעלע S5. באַדייטנדיקע אונטערשיידן אין דאַטן ווערן אנגעצייכנט מיט קליינע אותיות.
ווי דער גלאבאלער קלימאט ווייטער ענדערט זיך, איז שטודירן ווי פלאנצן באהאנדלען טריקעניש סטרעס און פארבעסערן זייערע טאלעראנץ מעכאניזמען געווארן א הייסע פארשונג טעמע18. נאך טריקעניש, וועט די מארפאלאגישע סטרוקטור, גענע אויסדרוק און מעטאבאלישע פראצעסן פון פלאנצן ענדערן זיך, וואס קען פירן צו דער אויפהער פון פאָטאָסינטעז און מעטאבאלישע שטערונג, וואס וועט אפעקטירן די פראדוקציע און קוואליטעט פון פלאנצן19,20,21. ווען פלאנצן שפירן טריקעניש סיגנאלן, פראדוצירן זיי צווייטע מעסעדזשערס ווי Ca2+ און פאספאטידילינאסיטאל, פארגרעסערן די אינטראַצעלולארע קאלציום יאן קאנצענטראציע און אקטיוויזירן די רעגולאטורישע נעץ פון פראטעין פאספארילאציע וועג22,23. די לעצטע ציל פראטעין איז גלייך פארמישט אין צעלולארער פארטיידיגונג אדער רעגולירט די אויסדרוק פון פארבינדענע סטרעס גענעס דורך TFs, פארבעסערנדיק פלאנצן טאלעראנץ צו סטרעס24,25. אזוי, TFs שפילן א קריטישע ראלע אין רעאגירן צו טריקעניש סטרעס. לויט די סיקווענס און DNA בינדינג אייגנשאפטן פון טריקעניש סטרעס רעאגירנדע TFs, קענען TFs ווערן צעטיילט אין פארשידענע משפחות, ווי GRF, ERF, MYB, WRKY און אנדערע משפחות26.
די GRF גען משפּחה איז אַ טיפּ פון פלאַנצן-ספּעציפֿיש TF וואָס שפּילט וויכטיקע ראָלעס אין פֿאַרשידענע אַספּעקטן ווי וווּקס, אַנטוויקלונג, סיגנאַל טראַנסדוקציע און פלאַנצן פֿאַרטיידיקונג רעאַקציעס 27. זינט דער ערשטער GRF גען איז געווען אידענטיפֿיצירט אין O. sativa 28, מער און מער GRF גענעס זענען געוואָרן אידענטיפֿיצירט אין פילע מינים און געוויזן צו ווירקן פלאַנצן וווּקס, אַנטוויקלונג און דרוק רעאַקציע 8, 29, 30,31,32. מיט דער פּובליקאַציע פון ​​די Brassica juncea גענאָם סיקוואַנס, די אידענטיפֿיקאַציע פון ​​די BjGRF גען משפּחה איז געוואָרן מעגלעך 33. אין דעם לערנען, 34 BjGRF גענעס זענען געוואָרן אידענטיפֿיצירט אין די גאנצע מוסטאַרד גענאָם און געהייסן BjGRF01-BjGRF34 באזירט אויף זייער כראָמאָסאָמאַל שטעלע. אַלע פון ​​זיי אַנטהאַלטן העכסט קאָנסערווירט QLQ און WRC דאָומיינז. אַנאַליסיס פון די פיזיקאָכעמישע פּראָפּערטיעס האט געוויזן אַז די דיפעראַנסיז אין די אַמינאָ זויער נומערן און מאָלעקולאַר וואָג פון די BjGRF פּראָטעינס (חוץ BjGRF 28) זענען נישט באַטייַטיק, וואָס ינדיקייץ אַז די BjGRF משפּחה מיטגלידער קען האָבן ענלעכע פאַנגקשאַנז. גענע סטרוקטור אנאליז האט געוויזן אז 64.7% פון די BjGRF גענעס האבן אנטהאלטן 4 עקסאנען, וואס ווייזט אז די BjGRF גענע סטרוקטור איז רעלאטיוו קאנסערווירט אין עוואלוציע, אבער די צאל עקסאנען אין די BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 און BjGRF29 גענעס איז גרעסער. שטודיעס האבן געוויזן אז די צוגאב אדער אויסמעקן פון עקסאנען אדער אינטראנס קען פירן צו אונטערשיידן אין גענע סטרוקטור און פונקציע, דערמיט שאפנדיג נייע גענעס34,35,36. דעריבער, שפעקולירן מיר אז דער אינטראן פון BjGRF איז פארלוירן געגאנגען בעת ​​עוואלוציע, וואס קען פאראורזאכן ענדערונגען אין גענע פונקציע. אין איינקלאנג מיט עקזיסטירנדע שטודיעס, האבן מיר אויך געפונען אז די צאל אינטראנס איז פארבונדן מיט גענע אויסדרוק. ווען די צאל אינטראנס אין א גענע איז גרויס, קען דער גענע שנעל רעאגירן צו פארשידענע אומגינציגע פאקטארן.
גענע דופליקאציע איז א הויפט פאקטאר אין גענאמישער און גענעטישער עוואלוציע37. פארבונדענע שטודיעס האבן געוויזן אז גענע דופליקאציע ניט נאר פארגרעסערט די צאל פון GRF גענעס, נאר אויך סערווירט אלס א מיטל צו שאפן נייע גענעס צו העלפן פלאנצן זיך צופאסן צו פארשידענע שלעכטע סביבה באדינגונגען38. א סך הכל פון 48 דופליקאט גענע פאארן זענען געפונען געווארן אין דעם שטודיע, אלע פון ​​וועלכע זענען געווען סעגמענטאלע דופליקאציעס, וואס ווייזט אז סעגמענטאלע דופליקאציעס זענען דער הויפט מעכאניזם פאר פארגרעסערן די צאל פון גענעס אין דעם פאמיליע. עס איז געמאלדן געווארן אין דער ליטעראטור אז סעגמענטאלע דופליקאציע קען עפעקטיוו פארבעסערן די פארגרעסערונג פון GRF גענע פאמיליע מיטגלידער אין אראבידאפסיס און ערDBערי, און קיין טאנדעם דופליקאציע פון ​​דעם גענע פאמיליע איז נישט געפונען געווארן אין קיין איינע פון ​​די מינים27,39. די רעזולטאטן פון דעם שטודיע זענען קאנסיסטענט מיט עקזיסטירנדע שטודיעס אויף אראבידאפסיס טאליאנא און ערDBערי פאמיליעס, וואס סאגדזשעסט אז די GRF פאמיליע קען פארגרעסערן די צאל פון גענעס און שאפן נייע גענעס דורך סעגמענטאלע דופליקאציע אין פארשידענע פלאנצן.
אין דעם שטודיע, זענען א סך הכל פון 34 BjGRF גענעס אידענטיפיצירט געווארן אין מוסטאַרד, וועלכע זענען צעטיילט געווארן אין 3 סובפאמיליעס. די גענעס האבן געוויזן ענלעכע קאנסערווירטע מאטיוון און גענע סטרוקטורן. קאלינעאריטעט אנאליז האט געוויזן 48 פּאָרן פון סעגמענט דופּליקאַציעס אין מוסטאַרד. די BjGRF פּראָמאָטער געגנט אנטהאלט סיס-אַקטינג עלעמענטן פארבונדן מיט ליכט רעאַקציע, כאָרמאָנאַל רעאַקציע, סביבה סטרעס רעאַקציע, און וווּקס און אַנטוויקלונג. די אויסדרוק פון 34 BjGRF גענעס איז געווען דעטעקטעד אין די מוסטאַרד סידלינג בינע (וואָרצלען, סטעמס, בלעטער), און די אויסדרוק מוסטער פון 10 BjGRF גענעס אונטער טריקעניש באדינגונגען. עס איז געפונען געוואָרן אַז די אויסדרוק פּאַטערנז פון BjGRF גענעס אונטער טריקעניש סטרעס זענען ענלעך און מעגלעך זיין ענלעך. BjGRF03 און BjGRF32 גענעס קענען שפּילן positive רעגולאַטאָרי ראָלעס אין טריקעניש סטרעס, בשעת BjGRF06 און BjGRF23 שפּילן ראָלעס אין טריקעניש סטרעס ווי miR396 ציל גענעס. אין אַלגעמיין, אונדזער שטודיע גיט אַ ביאָלאָגישע באַזע פֿאַר צוקונפֿט ופדעקונג פון BjGRF גענע פונקציע אין Brassicaceae געוויקסן.
די זענעפט זוימען גענוצט אין דעם עקספּערימענט זענען צוגעשטעלט געוואָרן דורך גויזשאָו אויל זוימען פאָרשונג אינסטיטוט, גויזשאָו אַקאַדעמיע פון ​​אַגריקולטוראַל וויסנשאַפֿטן. סעלעקטירט די גאַנצע זוימען און פלאַנצט זיי אין באָדן (סאַבסטראַט: באָדן = 3:1), און זאַמלט די וואָרצלען, שטאַמען און בלעטער נאָך דעם פיר-בלעטעריקן בינע. די פלאַנצן זענען באַהאַנדלט געוואָרן מיט 20% PEG 6000 צו סימולירן טריקעניש, און די בלעטער זענען געזאַמלט געוואָרן נאָך 0, 3, 6, 12 און 24 שעה. אַלע פלאַנצן מוסטערן זענען גלייך געפֿרוירן געוואָרן אין פֿליסיקן שטיקשטאָף און דערנאָך געהיט אין אַ -80°C פֿריזער פֿאַר דעם קומענדיקן טעסט.
אַלע דאַטן באַקומען אָדער אַנאַליזירט בעשאַס דעם לערנען זענען אַרייַנגערעכנט אין די פאַרעפֿנטלעכטע אַרטיקל און סופּפּלעמענטאַרי אינפֿאָרמאַציע טעקעס.