በድርቅ ሁኔታዎች ስር የሰናፍጭ እድገት መቆጣጠሪያ ምክንያቶችን በጂኖም አቀፍ መለየት እና አገላለጽ ትንተና

በጉዙ ግዛት ወቅታዊ የዝናብ ስርጭት ያልተመጣጠነ ሲሆን በጸደይና በበጋ ወራት የበለጠ ዝናብ ይኖራል፣ ነገር ግን የሬፕስ ዘር ችግኞች በመኸርና በክረምት ለድርቅ ጭንቀት የተጋለጡ ናቸው፣ ይህም ምርቱን በእጅጉ ይጎዳል። ሰናፍጭ በዋናነት በጉዙ ግዛት የሚበቅል ልዩ የቅባት ዘር ሰብል ነው። ጠንካራ የድርቅ መቋቋም ችሎታ ያለው ሲሆን በተራራማ አካባቢዎች ሊበቅል ይችላል። ድርቅን የሚቋቋሙ ጂኖች የበለፀገ ሀብት ነው። ድርቅን የሚቋቋሙ ጂኖች መገኘት የሰናፍጭ ዝርያዎችን ለማሻሻል እና በጀርምፕላዝማ ሀብቶች ፈጠራ ላይ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። የGRF ቤተሰብ በእፅዋት እድገትና ልማት እና ለድርቅ ውጥረት ምላሽ ወሳኝ ሚና ይጫወታል። በአሁኑ ጊዜ የGRF ጂኖች በአረብቢዶፕሲስ 2፣ ሩዝ (ኦሪዛ ሳቲቫ) 12፣ ራፕስ ዘር 13፣ ጥጥ (ጎሲፒየም ሂርሱተም) 14፣ ስንዴ (ትሪቲኩም)15፣ ፐርል ሚሌ (ሴታሪያ ኢታሊካ)16 እና ብራሲካ17 ውስጥ ተገኝተዋል፣ ነገር ግን በሰናፍጭ ውስጥ የGRF ጂኖች የተገኙ ሪፖርቶች የሉም። በዚህ ጥናት ውስጥ የሰናፍጭ GRF ቤተሰብ ጂኖች በጂኖም ደረጃ ተለይተዋል፤ እንዲሁም የፊዚካል እና ኬሚካላዊ ባህሪያቸው፣ የዝግመተ ለውጥ ግንኙነቶች፣ ተመሳሳይነት፣ የተጠበቁ ዘይቤዎች፣ የጂን አወቃቀር፣ የጂን ድግግሞሽ፣ የሳይስ-ንጥረ ነገሮች እና የችግኝ ደረጃ (ባለአራት ቅጠል ደረጃ) ተተነተኑ። በድርቅ ውጥረት ስር ያሉት የአገላለጽ ቅጦች በድርቅ ምላሽ ውስጥ የቢጄጂአርኤፍ ጂኖች ሊኖሩ ስለሚችሉት ተግባር ተጨማሪ ጥናቶች ሳይንሳዊ መሠረት ለማቅረብ እና ድርቅን የሚቋቋም ሰናፍጭ ለማራባት እጩ ጂኖችን ለማቅረብ በሰፊው ተተነተኑ።
ሠላሳ አራት የBjGRF ጂኖች በብራሲካ ጁንሴአ ጂኖም ውስጥ ሁለት የHMMER ፍለጋዎችን በመጠቀም ተለይተዋል፣ ሁሉም የQLQ እና የWRC ጎራዎችን ይይዛሉ። የተለዩት የBjGRF ጂኖች የሲዲኤስ ቅደም ተከተሎች በተጨማሪ ሠንጠረዥ S1 ውስጥ ቀርበዋል። BjGRF01–BjGRF34 የተሰየሙት በክሮሞሶም ላይ ባለው ቦታ ላይ በመመስረት ነው። የዚህ ቤተሰብ ፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያት እንደሚያሳዩት የአሚኖ አሲድ ርዝመት በጣም ተለዋዋጭ ነው፣ ከ261 aa (BjGRF19) እስከ 905 aa (BjGRF28)። የBjGRF ኢሶኤሌክትሪክ ነጥብ ከ6.19 (BjGRF02) እስከ 9.35 (BjGRF03) ሲሆን በአማካይ 8.33 ሲሆን 88.24% የBjGRF መሰረታዊ ፕሮቲን ነው። የተገመተው የBjGRF ሞለኪውላዊ ክብደት ክልል ከ29.82 kDa (BjGRF19) እስከ 102.90 kDa (BjGRF28) ነው፤ የBjGRF ፕሮቲኖች አለመረጋጋት መረጃ ጠቋሚ ከ51.13 (BjGRF08) እስከ 78.24 (BjGRF19) ይደርሳል፣ ሁሉም ከ40 በላይ ናቸው፣ ይህም የሰባ አሲድ መረጃ ጠቋሚ ከ43.65 (BjGRF01) እስከ 78.78 (BjGRF22) እንደሚደርስ ያሳያል፣ አማካይ ሃይድሮፊሊሲቲ (GRAVY) ከ -1.07 (BjGRF31) እስከ -0.45 (BjGRF22) እንደሚደርስ ያሳያል፣ ሁሉም ሃይድሮፊሊሲቲ ... የንዑስ ሴሉላር አካባቢያዊነት ትንበያ እንደሚያሳየው 31 BjGRF የተመሰጠሩ ፕሮቲኖች በኒውክሊየስ ውስጥ ሊገኙ ይችላሉ፣ BjGRF04 በፔሮክሲሶሞች ውስጥ ሊተረጎም ይችላል፣ BjGRF25 በሳይቶፕላዝም ውስጥ ሊተረጎም ይችላል፣ እና BjGRF28 በክሎሮፕላስት ውስጥ ሊተረጎም ይችላል (ሠንጠረዥ 1)፣ ይህም BjGRFs በኒውክሊየስ ውስጥ ሊተረጎሙ እና እንደ ትራንስክሪፕሽን ፋክተር አስፈላጊ የቁጥጥር ሚና ሊጫወቱ እንደሚችሉ ያሳያል።
በተለያዩ ዝርያዎች ውስጥ የGRF ቤተሰቦችን የፊሎጄኔቲክ ትንተና የጂን ተግባራትን ለማጥናት ይረዳል። ስለዚህ፣ ሙሉ ርዝመት ያላቸው 35 የሬፕስ ዘር፣ 16 የቱኒፕ ዘር፣ 12 ሩዝ፣ 10 ማሽላ እና 9 የአረብቢዶፕሲስ GRFዎች አሚኖ አሲድ ቅደም ተከተሎች ወርደዋል እና በ34 ተለይተው በተለዩ የBjGRF ጂኖች ላይ የተመሠረተ የፊሎጄኔቲክ ዛፍ ተገንብቷል (ምስል 1)። ሦስቱ ንዑስ ቤተሰቦች የተለያዩ የአባላት ብዛት ይይዛሉ፤ 116 የGRF TFs በሦስት የተለያዩ ንዑስ ቤተሰቦች (A~C ቡድኖች) የተከፈሉ ሲሆን በቅደም ተከተል 59 (50.86%)፣ 34 (29.31%) እና 23 (19.83)% የGRFዎችን ይይዛሉ። ከእነዚህም መካከል 34 የBjGRF ቤተሰብ አባላት በ3 ንዑስ ቤተሰቦች ተበታትነዋል፡ በቡድን A (38.24%) 13 አባላት፣ በቡድን B (35.29%) 12 አባላት እና በቡድን C (26.47%) 9 አባላት። በሰናፍጭ ፖሊፕሎይድዜሽን ሂደት ውስጥ፣ በተለያዩ ንዑስ ቤተሰቦች ውስጥ የBjGRFs ጂኖች ብዛት የተለየ ነው፣ እና የጂን ማጉላት እና መጥፋት ተከስቷል። በቡድን ሲ ውስጥ የሩዝ እና የማሽላ GRFs ስርጭት አለመኖሩን ልብ ሊባል የሚገባው ሲሆን በቡድን ቢ ውስጥ 2 የሩዝ GRFs እና 1 የማሽላ GRF አሉ፣ እና አብዛኛዎቹ የሩዝ እና የማሽላ GRFs በአንድ ቅርንጫፍ ውስጥ የተመደቡ ሲሆኑ፣ BjGRFs ከዲኮቶች ጋር በቅርበት የተቆራኙ መሆናቸውን ያሳያል። ከእነዚህም መካከል፣ በአረብቢዶፕሲስ ታሊያና ውስጥ ስለ GRF ተግባር በጣም ጥልቅ ጥናቶች ለ BjGRFs ተግባራዊ ጥናቶች መሠረት ይሰጣሉ።
የሰናፍጭ ፍሎጄኔቲክ ዛፍ ብራሲካ ናፐስ፣ ብራሲካ ናፐስ፣ ሩዝ፣ ማሽላ እና የአረቢዶፕሲስ ታሊያና GRF ቤተሰብ አባላትን ጨምሮ።
በሰናፍጭ GRF ቤተሰብ ውስጥ ተደጋጋሚ ጂኖችን መተንተን። ከበስተጀርባ ያለው ግራጫ መስመር በሰናፍጭ ጂኖም ውስጥ የተመሳሰለ ብሎክን ይወክላል፣ ቀዩ መስመር ደግሞ የBjGRF ጂን ሁለት የተከፋፈሉ ድግግሞሾችን ይወክላል፤
በአራተኛው የቅጠል ደረጃ ላይ በድርቅ ውጥረት ወቅት የBjGRF ጂን አገላለጽ። የqRT-PCR መረጃዎች በተጨማሪ ሰንጠረዥ S5 ውስጥ ይታያሉ። በውሂብ ላይ ጉልህ ልዩነቶች በአነስተኛ ፊደላት ተገልጸዋል።
ዓለም አቀፉ የአየር ንብረት እየተለወጠ ሲሄድ፣ ሰብሎች የድርቅ ውጥረትን እንዴት እንደሚቋቋሙ እና የመቻቻል ዘዴዎቻቸውን እንዴት እንደሚያሻሽሉ ማጥናት ትኩስ የምርምር ርዕስ ሆኗል18። ከድርቅ በኋላ፣ የእፅዋት ሞርፎሎጂካል መዋቅር፣ የጂን አገላለጽ እና የሜታቦሊክ ሂደቶች ይለወጣሉ፣ ይህም የፎቶሲንተሲስ እና የሜታቦሊክ መዛባት እንዲቆም ሊያደርግ ይችላል፣ ይህም የሰብል ምርት እና ጥራት ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል19,20,21። ተክሎች የድርቅ ምልክቶችን ሲረዱ፣ እንደ Ca2+ እና phosphatidylinositol ያሉ ሁለተኛ መልእክተኞችን ያመነጫሉ፣ የሴሉላር ካልሲየም አዮን ክምችትን ይጨምራሉ እና የፕሮቲን ፎስፈረስላይዜሽን መንገድ ተቆጣጣሪ አውታረ መረብን ያነቃቃሉ22,23። የመጨረሻው ኢላማ ፕሮቲን በቀጥታ በሴሉላር መከላከያ ውስጥ ይሳተፋል ወይም ተዛማጅ የጭንቀት ጂኖችን በTFs በኩል አገላለጽ ይቆጣጠራል፣ ይህም የእፅዋትን ለጭንቀት መቻቻል ያሻሽላል24,25። ስለዚህ፣ TFs ለድርቅ ጭንቀት ምላሽ በመስጠት ረገድ ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ። በድርቅ ውጥረት ምላሽ ሰጪ TFs ቅደም ተከተል እና ዲኤንኤ ትስስር ባህሪያት መሠረት፣ TFs እንደ GRF፣ ERF፣ MYB፣ WRKY እና ሌሎች ቤተሰቦች26 ባሉ የተለያዩ ቤተሰቦች ሊከፈሉ ይችላሉ።
የጂአርኤፍ ጂን ቤተሰብ እንደ እድገት፣ ልማት፣ የምልክት ማስተላለፍ እና የእፅዋት መከላከያ ምላሾች ባሉ የተለያዩ ገጽታዎች ላይ ጠቃሚ ሚና የሚጫወት የእፅዋት-ተኮር TF አይነት ነው። የመጀመሪያው የጂአርኤፍ ጂን በO. sativa28 ውስጥ ከታወቀበት ጊዜ ጀምሮ፣ በብዙ ዝርያዎች ውስጥ ቁጥራቸው እየጨመረ የመጣ የጂአርኤፍ ጂኖች ተለይተዋል እና የእፅዋትን እድገት፣ ልማት እና የጭንቀት ምላሽ ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድሩ ታይቷል8፣ 29፣ 30፣ 31፣ 32። የብራሲካ ጁንሴአ የጂኖም ቅደም ተከተል ሲታተም፣ የቢጄጂአርኤፍ የጂን ቤተሰብ መለየት የሚቻል ሆነ33። በዚህ ጥናት፣ 34 የቢጄጂአርኤፍ ጂኖች በሙሉ በሰናፍጭ ጂኖም ውስጥ ተለይተው በክሮሞሶም አቀማመጥ ላይ በመመስረት BjGRF01–BjGRF34 ተሰይመዋል። ሁሉም በከፍተኛ ሁኔታ የተጠበቁ የQLQ እና የWRC ጎራዎችን ይይዛሉ። የፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያት ትንተና እንደሚያሳየው በቢጄጂአርኤፍ ፕሮቲኖች (ከቢጄጂአርኤፍ28 በስተቀር) የአሚኖ አሲድ ቁጥሮች እና የሞለኪውላር ክብደቶች ልዩነቶች ጉልህ እንዳልነበሩ ያሳያል፣ ይህም የቢጄጂአርኤፍ የቤተሰብ አባላት ተመሳሳይ ተግባራት ሊኖራቸው እንደሚችል ያሳያል። የጂን አወቃቀር ትንተና እንደሚያሳየው 64.7% የሚሆኑት የBjGRF ጂኖች 4 ኤክሶኖችን እንደያዙ ያሳያል፣ ይህም የBjGRF ጂን አወቃቀር በዝግመተ ለውጥ ውስጥ በአንጻራዊ ሁኔታ የተጠበቀ መሆኑን ያሳያል፣ ነገር ግን በBjGRF10፣ BjGRF16፣ BjGRP28 እና BjGRF29 ጂኖች ውስጥ ያሉት ኤክሶኖች ብዛት የበለጠ ነው። ጥናቶች እንደሚያሳዩት ኤክሶኖች ወይም ኢንትሮኖች መጨመር ወይም መሰረዝ በጂን መዋቅር እና ተግባር ላይ ልዩነቶችን ሊያስከትል ይችላል፣ በዚህም አዳዲስ ጂኖችን ይፈጥራል34,35,36። ስለዚህ፣ የBjGRF ኢንትሮን በዝግመተ ለውጥ ወቅት ጠፍቷል ብለን እንገምታለን፣ ይህም በጂን ተግባር ላይ ለውጦችን ሊያስከትል ይችላል። ከነባር ጥናቶች ጋር በሚስማማ መልኩ፣ የኢንትሮኖች ብዛት ከጂን አገላለጽ ጋር የተቆራኘ መሆኑንም ደርሰንበታል። በጂን ውስጥ ያሉት የኢንትሮኖች ብዛት ትልቅ ሲሆን፣ ጂን ለተለያዩ መጥፎ ምክንያቶች በፍጥነት ምላሽ ሊሰጥ ይችላል።
የጂን መባዛት በጂኖሚክ እና በጄኔቲክ ዝግመተ ለውጥ ውስጥ ትልቅ ሚና ይጫወታል37። ተዛማጅ ጥናቶች እንደሚያሳዩት የጂን መባዛት የጂኤንአርኤፍ ጂኖችን ቁጥር ከማሳደጉም በላይ እፅዋት ከተለያዩ አሉታዊ የአካባቢ ሁኔታዎች ጋር እንዲላመዱ ለመርዳት አዳዲስ ጂኖችን ለማመንጨት እንደ መንገድ ያገለግላል38። በዚህ ጥናት ውስጥ በአጠቃላይ 48 የተባዙ የጂን ጥንዶች ተገኝተዋል፣ እነዚህም ሁሉም የተባዙ የጂን ጥንዶች ነበሩ፣ ይህም የክፍል ድግግሞሽ በዚህ ቤተሰብ ውስጥ የጂኖችን ቁጥር ለመጨመር ዋናው ዘዴ መሆኑን ያሳያል። በሥነ ጽሑፍ ውስጥ የተባዙ መባዛት በአረብቢዶፕሲስ እና እንጆሪ ውስጥ የጂኤንአርኤፍ የጂን ቤተሰብ አባላትን ማጉላትን ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊያበረታታ እንደሚችል ተዘግቧል፣ እና የዚህ የጂን ቤተሰብ በማንኛውም ዝርያ ውስጥ ምንም አይነት የተባዙ መባዛት አልተገኘም27,39። የዚህ ጥናት ውጤቶች በአረብቢዶፕሲስ ታሊያና እና እንጆሪ ቤተሰቦች ላይ ከተደረጉት ጥናቶች ጋር የሚጣጣሙ ናቸው፣ ይህም የጂኤንአርኤፍ ቤተሰብ በተለያዩ እፅዋት ውስጥ በተባዙ መባዛት የጂኖችን ቁጥር ሊጨምር እና አዳዲስ ጂኖችን ሊያመነጭ እንደሚችል ይጠቁማል።
በዚህ ጥናት ውስጥ፣ በሰናፍጭ ውስጥ በአጠቃላይ 34 የBjGRF ጂኖች ተለይተዋል፣ እነዚህም በ3 ንዑስ ቤተሰቦች ተከፍለዋል። እነዚህ ጂኖች ተመሳሳይ የተጠበቁ ዘይቤዎችን እና የጂን አወቃቀሮችን አሳይተዋል። የኮላኒሬቲ ትንተና በሰናፍጭ ውስጥ 48 ጥንድ የክፍል ድግግሞሽዎችን አሳይቷል። የBjGRF ፕሮሞተር ክልል ከብርሃን ምላሽ፣ ከሆርሞን ምላሽ፣ ከአካባቢ ጭንቀት ምላሽ እና ከእድገት እና እድገት ጋር የተያያዙ የሳይስ አክቲቭ ንጥረ ነገሮችን ይዟል። የ34 የBjGRF ጂኖች አገላለጽ በሰናፍጭ ችግኝ ደረጃ (ሥሮች፣ ግንዶች፣ ቅጠሎች) እና በድርቅ ሁኔታዎች ውስጥ የ10 BjGRF ጂኖች አገላለጽ ንድፍ ተገኝቷል። በድርቅ ውጥረት ስር ያሉ የBjGRF ጂኖች አገላለጽ ቅጦች ተመሳሳይ እና ተመሳሳይ ሊሆኑ እንደሚችሉ ተገኝቷል። በድርቅ ማስገደድ ደንብ ውስጥ ተሳትፎ። BjGRF03 እና BjGRF32 ጂኖች በድርቅ ውጥረት ውስጥ አዎንታዊ የቁጥጥር ሚናዎችን ሊጫወቱ ይችላሉ፣ BjGRF06 እና BjGRF23 ደግሞ በድርቅ ውጥረት ውስጥ እንደ miR396 ኢላማ ጂኖች ሚና ይጫወታሉ። በአጠቃላይ፣ ጥናታችን በብራሲካሴያ ተክሎች ውስጥ የBjGRF ጂን ተግባርን ለወደፊቱ ለማግኘት ባዮሎጂያዊ መሠረት ይሰጣል።
በዚህ ሙከራ ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉት የሰናፍጭ ዘሮች በጉዙ የዘይት ዘር ምርምር ተቋም፣ የጉዙ የግብርና ሳይንስ አካዳሚ የቀረቡ ናቸው። ዘሮቹን በሙሉ ይምረጡና በአፈር ውስጥ ይተክሏቸው (ንጥረ ነገር፡ አፈር = 3:1)፣ እና ከአራት ቅጠል ደረጃ በኋላ ሥሮቹን፣ ግንዶቹን እና ቅጠሎቹን ይሰብስቡ። ተክሎቹ ድርቅን ለማስመሰል በ20% PEG 6000 ታክመዋል፣ እና ቅጠሎቹ ከ0፣ 3፣ 6፣ 12 እና 24 ሰዓታት በኋላ ተሰብስበዋል። ሁሉም የእፅዋት ናሙናዎች ወዲያውኑ በፈሳሽ ናይትሮጅን ውስጥ ቀዝቅዘው ለቀጣዩ ሙከራ በ -80°ሴ ማቀዝቀዣ ውስጥ ተቀምጠዋል።
በዚህ ጥናት ወቅት የተገኘ ወይም የተተነተነው ሁሉም መረጃ በታተመው ጽሑፍ እና ተጨማሪ የመረጃ ፋይሎች ውስጥ ተካቷል።