በድርቅ ሁኔታዎች ውስጥ የሰናፍጭ እድገትን የሚቆጣጠሩ ሁኔታዎች ጂኖም-ሰፊ መለየት እና አገላለጽ ትንተና

በጊዝሁ ግዛት ወቅታዊው የዝናብ ስርጭት ያልተመጣጠነ ነው፣ በፀደይ እና በበጋ የበለጠ ዝናብ አለው፣ ነገር ግን የተደፈሩት ችግኞች በመኸር እና በክረምት ለድርቅ ጭንቀት የተጋለጡ ናቸው ፣ ይህም ምርቱን በእጅጉ ይጎዳል። ሰናፍጭ በዋነኛነት በጊዝሆው ግዛት የሚበቅል ልዩ የቅባት እህል ሰብል ነው። ድርቅን የሚቋቋም ጠንካራ እና በተራራማ አካባቢዎች ሊበቅል ይችላል። ድርቅን የሚቋቋሙ ጂኖች የበለፀገ ሀብት ነው። ድርቅን የሚቋቋሙ ጂኖች መገኘቱ የሰናፍጭ ዝርያዎችን ለማሻሻል ወሳኝ ጠቀሜታ አለው. እና በ germplasm ሀብቶች ውስጥ ፈጠራ. የ GRF ቤተሰብ በእጽዋት እድገትና ልማት ውስጥ ወሳኝ ሚና ይጫወታል እና ለድርቅ ጭንቀት ምላሽ ይሰጣል. በአሁኑ ጊዜ የጂ.አር.ኤፍ. aestivum)15፣ ዕንቁ ማሽላ (Setaria italica)16 እና Brassica17፣ ነገር ግን በሰናፍጭ ውስጥ ስለተገኙ የጂአርኤፍ ጂኖች ዘገባዎች የሉም። በዚህ ጥናት የ GRF ቤተሰብ የሰናፍጭ ጂኖች በጂኖም-ሰፊ ደረጃ ላይ ተለይተዋል እና አካላዊ እና ኬሚካላዊ ባህሪያት, የዝግመተ ለውጥ ግንኙነቶች, ግብረ-ሰዶማዊነት, የተጠበቁ ጭብጦች, የጂን አወቃቀር, የጂን ብዜት, የሲስ-ኤለመንቶች እና የችግኝ ደረጃ (አራት-ቅጠል ደረጃ) ተንትነዋል. የ BjGRF ጂኖች በድርቅ ምላሽ ውስጥ ያለውን እምቅ ተግባር እና ድርቅን መቋቋም የሚችል ሰናፍጭ ለመራባት እጩ ጂኖችን ለማቅረብ ሳይንሳዊ መሰረት ለመስጠት በድርቅ ውጥረት ውስጥ ያሉት አገላለጾች አጠቃላይ ትንታኔ ተሰጥቷል።
በ Brassica juncea ጂኖም ውስጥ 34 BjGRF ጂኖች ሁለት የHMMER ፍለጋዎችን በመጠቀም ተለይተዋል ፣ ሁሉም የ QLQ እና WRC ጎራዎችን ይይዛሉ። ተለይተው የታወቁት BjGRF ጂኖች የሲዲኤስ ቅደም ተከተሎች በማሟያ ሠንጠረዥ S1 ቀርበዋል. BjGRF01–BjGRF34 የተሰየሙት በክሮሞሶም ውስጥ ባሉበት ቦታ ላይ በመመስረት ነው። የዚህ ቤተሰብ ፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያት የአሚኖ አሲድ ርዝማኔ ከ 261 aa (BjGRF19) እስከ 905 aa (BjGRF28) ድረስ በጣም ተለዋዋጭ መሆኑን ያመለክታሉ. የBjGRF አይዞኤሌክትሪክ ነጥብ ከ6.19(BjGRF02) እስከ 9.35(BjGRF03) በአማካኝ 8.33፣ እና 88.24% BjGRF መሰረታዊ ፕሮቲን ነው። የተተነበየው የ BjGRF ሞለኪውላዊ ክብደት ክልል ከ 29.82 kDa (BjGRF19) እስከ 102.90 kDa (BjGRF28); የ BjGRF ፕሮቲኖች አለመረጋጋት መረጃ ጠቋሚ ከ 51.13 (BjGRF08) እስከ 78.24 (BjGRF19) ይደርሳል, ሁሉም ከ 40 በላይ ናቸው, ይህም የፋቲ አሲድ ኢንዴክስ ከ 43.65 (BjGRF01) እስከ 78.78 (BjGRF01) እስከ 78.78 (BjGRFY) አማካይ ከ 78.78 (BjGRF22) ክልል (ጂ ሃይድሮፊሊክ) ክልል. (BjGRF31) እስከ -0.45 (BjGRF22)፣ ሁሉም የሃይድሮፊሊክ BjGRF ፕሮቲኖች አሉታዊ የ GRAVY እሴቶች አሏቸው፣ ይህ ደግሞ በቅሪቶቹ ምክንያት የሚፈጠረው የሃይድሮፎቢሲቲ እጥረት ነው። የንዑስ ሴሉላር አካባቢ ትንበያ እንደሚያሳየው 31 BjGRF ኢንኮድ የተደረገባቸው ፕሮቲኖች በኒውክሊየስ፣ BjGRF04 በፔሮክሲዞም፣ BjGRF25 በሳይቶፕላዝም ውስጥ ሊገኙ ይችላሉ፣ እና BjGRF28 በክሎሮፕላስትስ (ሠንጠረዥ 1) ውስጥ ሊተረጎም እንደሚችል ያሳያል። የጽሑፍ ግልባጭ.
በተለያዩ ዝርያዎች ውስጥ ያሉ የጂአርኤፍ ቤተሰቦች ፋይሎሎጂካዊ ትንታኔ የጂን ተግባራትን ለማጥናት ይረዳል. ስለዚህ ሙሉ ርዝመት ያለው የአሚኖ አሲድ ቅደም ተከተሎች 35 አስገድዶ መድፈር፣ 16 ሽንብራ፣ 12 ሩዝ፣ 10 ማሽላ እና 9 Arabidopsis ጂአርኤፍዎች ወርደው በ 34 ተለይተው የታወቁ BjGRF ጂኖች (ምስል 1) ላይ የተመሠረተ የፍየልጄኔቲክ ዛፍ ተሠርቷል። ሦስቱ ንዑስ ቤተሰቦች የተለያዩ የአባላት ቁጥሮችን ይይዛሉ; 116 GRF TFs 59 (50.86%)፣ 34 (29.31%) እና 23 (19.83)% የጂአርኤፍዎችን የያዙ በሦስት የተለያዩ ንዑስ ቤተሰቦች (ቡድን A ~ C) ይከፈላሉ። ከነሱ መካከል 34 የBjGRF ቤተሰብ አባላት በ3 ንዑስ ቤተሰቦች ተበታትነዋል፡ 13 በቡድን A (38.24%)፣ 12 በቡድን B (35.29%) እና 9 አባላት በቡድን C (26.47%)። በሰናፍጭ ፖሊፕሎይድላይዜሽን ሂደት ውስጥ በተለያዩ ንዑስ ቤተሰቦች ውስጥ ያሉ የ BjGRFs ጂኖች ብዛት የተለየ ነው፣ እና የጂን ማጉላት እና ኪሳራ ሊከሰት ይችላል። በቡድን C ውስጥ የሩዝ እና ማሽላ ጂአርኤፍ ስርጭት አለመኖሩን ልብ ሊባል የሚገባው ሲሆን በቡድን B ውስጥ 2 ሩዝ GRF እና 1 ማሽላ ጂአርኤፍ ሲኖሩ እና አብዛኛው የሩዝ እና ማሽላ GRFs በአንድ ቅርንጫፍ ውስጥ ተሰባስበው BjGRFs ከዲኮቶች ጋር በጣም የተቆራኙ መሆናቸውን የሚያመለክት ነው። ከነሱ መካከል በአረብዲዶፕሲስ ታሊያና ውስጥ በ GRF ተግባር ላይ የተደረጉ በጣም ጥልቅ ጥናቶች ለ BjGRFs ተግባራዊ ጥናቶች መሠረት ይሰጣሉ።
የሰናፍጭ ዛፍ ብራሲካ ናፐስ፣ ብራሲካ ናፑስ፣ ሩዝ፣ ማሽላ እና የአረቢዶፕሲስ ታሊያና GRF ቤተሰብ አባላትን ጨምሮ።
በሰናፍጭ GRF ቤተሰብ ውስጥ ተደጋጋሚ ጂኖች ትንተና. ከበስተጀርባ ያለው ግራጫ መስመር በሰናፍጭ ጂኖም ውስጥ የተመሳሰለ ብሎክን ይወክላል ፣ ቀይ መስመር የ BjGRF ጂን ጥንድ ክፍልፋዮችን ያሳያል ።
በአራተኛው ቅጠል ደረጃ ላይ በድርቅ ውጥረት ውስጥ የ BjGRF የጂን መግለጫ. የqRT-PCR መረጃ በማሟያ ሠንጠረዥ S5 ውስጥ ይታያል። በመረጃ ውስጥ ጉልህ ልዩነቶች በትናንሽ ሆሄያት ይገለጣሉ.
የአለም የአየር ንብረት ለውጥ በቀጠለበት ወቅት ሰብሎች የድርቅን ጭንቀት እንዴት እንደሚቋቋሙ ማጥናት እና የመቻቻል ዘዴዎቻቸውን ማሻሻል ትልቅ የምርምር ርዕስ ሆኗል18. ከድርቅ በኋላ የእጽዋት morphological መዋቅር, የጂን መግለጫ እና የሜታብሊክ ሂደቶች ይለወጣሉ, ይህም የፎቶሲንተሲስ እና የሜታቦሊዝም መዛባት እንዲቆም ሊያደርግ ይችላል, ይህም የሰብል ምርትን እና ጥራትን ይጎዳል19,20,21. እፅዋት የድርቅ ምልክቶችን ሲሰሙ እንደ Ca2+ እና phosphatidylinositol ያሉ ሁለተኛ መልእክተኞችን ያመነጫሉ ፣የሴሉላር ካልሲየም ion ትኩረትን ይጨምራሉ እና የፕሮቲን ፎስፈረስላይዜሽን መንገድ22,23 የቁጥጥር መረብን ያንቀሳቅሳሉ። የመጨረሻው የዒላማ ፕሮቲን በቀጥታ በሴሉላር መከላከያ ውስጥ ይሳተፋል ወይም ተዛማጅ የጭንቀት ጂኖችን በቲኤፍኤስ በኩል ይቆጣጠራል, ይህም የእፅዋትን መቻቻል ወደ ውጥረት24,25 ይጨምራል. ስለዚህ፣ TFs ለድርቅ ጭንቀት ምላሽ በመስጠት ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ። በድርቅ ጭንቀት ምላሽ ሰጪ TFs ቅደም ተከተል እና የዲኤንኤ ትስስር ባህሪያት መሰረት TFs ወደ ተለያዩ ቤተሰቦች እንደ GRF፣ ERF፣ MYB፣ WRKY እና ሌሎች ቤተሰቦች ሊከፋፈል ይችላል።
የጂአርኤፍ ጂን ቤተሰብ እንደ እድገት፣ ልማት፣ የምልክት ሽግግር እና የእፅዋት መከላከያ ምላሾች ባሉ የተለያዩ ገጽታዎች ላይ ጠቃሚ ሚናዎችን የሚጫወት የእጽዋት-ተኮር ቲኤፍ አይነት ነው። የመጀመሪያው የጂአርኤፍ ዘረ-መል (ጂአርኤፍ) በ O. ሳቲቫ 28 ውስጥ ተለይቶ ከታወቀ ጀምሮ በበርካታ ዝርያዎች ውስጥ ቁጥራቸው እየጨመረ የመጣ የጂአርኤፍ ጂኖች ተለይተዋል እና የእፅዋትን እድገት ፣ ልማት እና የጭንቀት ምላሽ 8, 29, 30,31,32 ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ. የ Brassica juncea ጂኖም ቅደም ተከተል ከታተመ፣ የBjGRF ጂን ቤተሰብን መለየት ተችሏል33። በዚህ ጥናት ውስጥ፣ 34 BjGRF ጂኖች በአጠቃላይ የሰናፍጭ ጂኖም ውስጥ ተለይተዋል እና በክሮሞሶም አቀማመጥ ላይ በመመስረት BjGRF01-BjGRF34 ተሰይመዋል። ሁሉም በጣም የተጠበቁ የQLQ እና WRC ጎራዎችን ይይዛሉ። የፊዚዮኬሚካላዊ ባህሪያት ትንተና እንደሚያሳየው የ BjGRF ፕሮቲኖች የአሚኖ አሲድ ቁጥሮች እና ሞለኪውላዊ ክብደቶች ልዩነት (ከ BjGRF28 በስተቀር) ጉልህ አይደሉም, ይህም የ BjGRF ቤተሰብ አባላት ተመሳሳይ ተግባራት ሊኖራቸው ይችላል. የጂን አወቃቀር ትንተና እንደሚያሳየው 64.7% BjGRF ጂኖች 4 exons እንደያዙ ያሳያል፣ይህም የBjGRF ጂን አወቃቀር በዝግመተ ለውጥ ውስጥ በአንፃራዊነት የተጠበቀ ነው፣ነገር ግን በ BjGRF10፣ BjGRF16፣ BjGRP28 እና BjGRF29 ጂኖች ውስጥ ያሉት የኤክስሰኖች ብዛት ትልቅ ነው። ጥናቶች እንደሚያሳዩት የኤክሶን ወይም ኢንትሮንስ መጨመር ወይም መሰረዝ የጂን አወቃቀሮች እና ተግባራት ልዩነት እንዲኖር በማድረግ አዳዲስ ጂኖች 34,35,36 ይፈጥራሉ. ስለዚህ፣ የBjGRF መግቢያ በዝግመተ ለውጥ ወቅት እንደጠፋ እንገምታለን፣ ይህም በጂን ተግባር ላይ ለውጥ ሊያመጣ ይችላል። ከነባር ጥናቶች ጋር በመስማማት የኢንትሮኖች ብዛት ከጂን አገላለጽ ጋር የተቆራኘ መሆኑንም ደርሰንበታል። በጂን ውስጥ ያሉት የኢንትሮኖች ብዛት ትልቅ ከሆነ ጂን ለተለያዩ የማይመቹ ሁኔታዎች በፍጥነት ምላሽ መስጠት ይችላል።
የጂን ማባዛት በጂኖሚክ እና በጄኔቲክ ዝግመተ ለውጥ ውስጥ ዋነኛው ምክንያት ነው37. ተዛማጅ ጥናቶች እንደሚያሳዩት የጂን ማባዛት የጂአርኤፍ ጂኖችን ቁጥር ከመጨመር በተጨማሪ ተክሎች ከተለያዩ አሉታዊ የአካባቢ ሁኔታዎች ጋር እንዲላመዱ ለመርዳት አዳዲስ ጂኖችን ለማመንጨት እንደ መሳሪያ ያገለግላል38. በዚህ ጥናት ውስጥ በአጠቃላይ 48 የተባዙ የጂን ጥንዶች የተገኙ ሲሆን ሁሉም ክፍልፋይ ብዜቶች ሲሆኑ ይህም በዚህ ቤተሰብ ውስጥ የጂኖች ቁጥር ለመጨመር ዋና ዘዴ መሆኑን ያሳያል. በጽሑፎቹ ላይ የክፍል ማባዛት የጂአርኤፍ ጂን ቤተሰብ አባላትን በአረብኛ እና እንጆሪ ማጉላትን ውጤታማ በሆነ መንገድ እንደሚያስተዋውቅ ተዘግቧል። የዚህ ጥናት ውጤት በአረቢዶፕሲስ ታሊያና እና እንጆሪ ቤተሰቦች ላይ ከተደረጉ ጥናቶች ጋር የሚጣጣም ነው, ይህም የጂአርኤፍ ቤተሰብ የጂኖችን ቁጥር በመጨመር እና በተለያዩ እፅዋት ውስጥ በክፍል ብዜት አዳዲስ ጂኖችን ማመንጨት ይችላል.
በዚህ ጥናት ውስጥ በአጠቃላይ 34 BjGRF ጂኖች በሰናፍጭ ውስጥ ተለይተዋል, እነዚህም በ 3 ንዑስ ቤተሰቦች ተከፍለዋል. እነዚህ ጂኖች ተመሳሳይ የተጠበቁ ዘይቤዎችን እና የጂን አወቃቀሮችን አሳይተዋል። የኮሊኔሪቲ ትንታኔ በሰናፍጭ ውስጥ 48 ጥንድ ክፍልፋዮችን አሳይቷል። የBjGRF አራማጅ ክልል ከብርሃን ምላሽ፣ ከሆርሞን ምላሽ፣ ከአካባቢ ውጥረት ምላሽ፣ እና ከእድገትና ከእድገት ጋር የተቆራኙ የ cis-active ንጥረ ነገሮችን ይዟል። የ34 BjGRF ጂኖች መግለጫ በሰናፍጭ ችግኝ ደረጃ (ሥሮች፣ ግንዶች፣ ቅጠሎች) እና የ10 BjGRF ጂኖች አገላለጽ በድርቅ ሁኔታዎች ውስጥ ተገኝቷል። በድርቅ ጭንቀት ውስጥ ያሉ የ BjGRF ጂኖች አገላለጽ ዘይቤ ተመሳሳይ እና ተመሳሳይ ሊሆን እንደሚችል ታውቋል ። በድርቅ ውስጥ ተሳትፎ አስገዳጅ ደንብ. BjGRF03 እና BjGRF32 ጂኖች በድርቅ ጭንቀት ውስጥ አወንታዊ የቁጥጥር ሚናዎችን ሊጫወቱ ይችላሉ፣ BjGRF06 እና BjGRF23 ደግሞ እንደ miR396 ኢላማ ጂኖች ሆነው በድርቅ ጭንቀት ውስጥ ሚና ይጫወታሉ። በአጠቃላይ፣ ጥናታችን የBjGRF ዘረ-መል ተግባር በብራስሲካሴያ እፅዋት ውስጥ ለወደፊቱ ለማግኘት ባዮሎጂያዊ መሰረት ይሰጣል።
በዚህ ሙከራ ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት የሰናፍጭ ዘሮች በGuizhou Oil Seed Research Institute, Guizhou የግብርና ሳይንስ አካዳሚ የቀረበ ነው። ሙሉውን ዘሮች ይምረጡ እና በአፈር ውስጥ ይተክላሉ (ንጥረ-ምድር = 3: 1), እና ከአራት-ቅጠል ደረጃ በኋላ ሥሮቹን, ግንዶችን እና ቅጠሎችን ይሰብስቡ. ተክሎቹ ድርቅን ለመምሰል በ 20% PEG 6000 የታከሙ ሲሆን ቅጠሎቹ ከ 0, 3, 6, 12 እና 24 ሰዓታት በኋላ ተሰብስበዋል. ሁሉም የእጽዋት ናሙናዎች ወዲያውኑ በፈሳሽ ናይትሮጅን ውስጥ ከቀዘቀዙ በኋላ ለቀጣዩ ሙከራ በ -80 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ማቀዝቀዣ ውስጥ ተከማችተዋል.
በዚህ ጥናት ወቅት የተገኙ ወይም የተተነተኑ ሁሉም መረጃዎች በታተመው ጽሑፍ እና ተጨማሪ የመረጃ ፋይሎች ውስጥ ተካትተዋል።