Гуйжоу мужид хур тунадасны улирлын хуваарилалт жигд бус бөгөөд хавар, зуны улиралд хур тунадас их ордог боловч рапсын суулгац нь намар, өвлийн улиралд гангийн стресст өртөмтгий байдаг бөгөөд энэ нь ургацад ноцтой нөлөөлдөг. Гич нь голчлон Гуйжоу мужид ургадаг тусгай тосны ургамал юм. Энэ нь ган гачигт тэсвэртэй бөгөөд уулархаг бүс нутагт тариалж болно. Энэ нь ган гачигт тэсвэртэй генийн баялаг нөөц юм. Ган гачигт тэсвэртэй генийг нээсэн нь гичийн сортуудыг сайжруулах, үр хөврөлийн нөөцийг шинэчлэхэд чухал ач холбогдолтой юм. GRF гэр бүл нь ургамлын өсөлт хөгжилт, гангийн стресст хариу үйлдэл үзүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Одоогийн байдлаар GRF генүүд нь Arabidopsis 2, будаа (Oryza sativa) 12, рапс 13, хөвөн (Gossypium hirsutum) 14, улаан буудай (Triticum). aestivum)15, сувдан шар будаа (Setaria italica)16, Brassica17-д илэрсэн боловч гичнээс GRF ген илэрсэн тухай мэдээлэл алга байна. Энэхүү судалгаанд гичний GRF гэр бүлийн генийг геномын хэмжээнд тодорхойлж, тэдгээрийн физик, химийн шинж чанар, хувьслын хамаарал, гомологи, хадгалагдсан мотив, генийн бүтэц, генийн давхардал, цис-элементүүд болон суулгацын үе шат (дөрвөн навчит үе шат)-ыг шинжилсэн. Гангийн стрессийн үед илэрхийлэх хэв маягийг цогцоор нь шинжилж, BjGRF генийн гангийн хариу урвал дахь боломжит үүргийн талаарх цаашдын судалгааны шинжлэх ухааны үндэслэлийг бий болгож, ганд тэсвэртэй гич үржүүлэхэд нэр дэвшигч генийг гаргаж өгсөн.
Brassica juncea геномд хоёр HMMER хайлт ашиглан гучин дөрвөн BjGRF генийг тодорхойлсон бөгөөд эдгээр нь бүгд QLQ болон WRC домэйнуудыг агуулдаг. Тодорхойлсон BjGRF генийн CDS дарааллыг Нэмэлт Хүснэгт S1-д үзүүлэв. BjGRF01–BjGRF34-ийг хромосом дээрх байршлаар нь нэрлэсэн. Энэ бүлгийн физик-химийн шинж чанарууд нь амин хүчлийн урт нь маш их хувьсах чадвартай бөгөөд 261 aa (BjGRF19)-аас 905 aa (BjGRF28) хүртэл хэлбэлздэг болохыг харуулж байна. BjGRF-ийн изоэлектрик цэг нь дунджаар 8.33 бөгөөд 6.19 (BjGRF02)-аас 9.35 (BjGRF03) хүртэл хэлбэлздэг бөгөөд BjGRF-ийн 88.24% нь үндсэн уураг юм. BjGRF-ийн таамагласан молекул жингийн хүрээ нь 29.82 кДа (BjGRF19)-аас 102.90 кДа (BjGRF28) хүртэл байна; BjGRF уургийн тогтворгүй байдлын индекс нь 51.13 (BjGRF08)-аас 78.24 (BjGRF19) хооронд хэлбэлздэг бөгөөд бүгд 40-өөс их байгаа нь тосны хүчлийн индекс 43.65 (BjGRF01)-аас 78.78 (BjGRF22) хооронд хэлбэлздэг, дундаж гидрофил чанар (GRAVY) нь -1.07 (BjGRF31)-аас -0.45 (BjGRF22) хооронд хэлбэлздэг, бүх гидрофил BjGRF уургууд нь сөрөг GRAVY утгатай байдаг бөгөөд энэ нь үлдэгдлээс үүдэлтэй гидрофобик чанаргүйтэй холбоотой байж болох юм. Эсийн доорх байршлын урьдчилсан таамаглалаар 31 BjGRF кодчилсон уургууд цөмд, BjGRF04 нь пероксисомд, BjGRF25 нь цитоплазмд, BjGRF28 нь хлоропластуудад байрлаж болохыг харуулсан (Хүснэгт 1), энэ нь BjGRF-үүд цөмд байрлаж, транскрипцийн хүчин зүйл болох чухал зохицуулалтын үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харуулж байна.
Төрөл бүрийн зүйлийн GRF бүлүүдийн филогенетикийн шинжилгээ нь генийн үйл ажиллагааг судлахад тусалдаг. Тиймээс 35 рапс, 16 манжин, 12 будаа, 10 шар будаа, 9 Арабидопсис GRF-ийн бүрэн хэмжээний амин хүчлийн дарааллыг татаж авч, 34 тодорхойлогдсон BjGRF ген дээр үндэслэн филогенетикийн модыг байгуулсан (Зураг 1). Гурван дэд бүл нь өөр өөр тооны гишүүдтэй; 116 GRF TF нь гурван өөр дэд бүлд (A~C бүлэг) хуваагддаг бөгөөд GRF-ийн 59 (50.86%), 34 (29.31%) болон 23 (19.83)%-ийг тус тус агуулдаг. Тэдгээрийн дотроос BjGRF гэр бүлийн 34 гишүүн нь 3 дэд бүлд тархсан байдаг: А бүлэгт 13 гишүүн (38.24%), В бүлэгт 12 гишүүн (35.29%), С бүлэгт 9 гишүүн (26.47%). Гичний полиплоиджилтын явцад өөр өөр дэд бүлгүүдэд BjGRFs генийн тоо өөр өөр байдаг бөгөөд генийн олшруулалт болон алдагдал гарсан байж болзошгүй. С бүлэгт будаа, шар будаа GRF-ийн тархалт байхгүй бол В бүлэгт 2 будааны GRF, 1 шар будаа GRF байдаг бөгөөд будаа, шар будаа GRF-ийн ихэнх нь нэг салбарт бүлэглэгдсэн нь BjGRF-үүд нь хоёр салаатай нягт холбоотой болохыг харуулж байна. Эдгээрээс Arabidopsis thaliana-ийн GRF функцийн талаарх хамгийн гүнзгий судалгаанууд нь BjGRF-ийн функциональ судалгааны үндэс суурийг тавьж өгдөг.
Brassica napus, Brassica napus, будаа, шар будаа болон Arabidopsis thaliana GRF овгийн гишүүдийг багтаасан гичний филогенетик мод.
Гичний GRF бүл дэх давтагдах генийн шинжилгээ. Арын дэвсгэр дээрх саарал шугам нь гичний геном дахь синхрончлогдсон блокийг, улаан шугам нь BjGRF генийн сегментчилсэн давталтын хосыг илэрхийлнэ;
Дөрөв дэх навчны үе шатанд гангийн стрессийн дор BjGRF генийн экспресс. qRT-PCR өгөгдлийг Нэмэлт Хүснэгт S5-д үзүүлэв. Өгөгдлийн мэдэгдэхүйц ялгааг жижиг үсгээр тэмдэглэв.
Дэлхийн уур амьсгал өөрчлөгдөж байгаатай холбогдуулан ургац гангийн стрессийг хэрхэн даван туулж, тэсвэрлэх механизмыг нь сайжруулах талаар судлах нь судалгааны халуун сэдэв болж байна18. Ган гачигийн дараа ургамлын морфологийн бүтэц, генийн илэрхийлэл, бодисын солилцооны үйл явц өөрчлөгдөж, фотосинтез зогсох, бодисын солилцооны үйл явцыг алдагдуулж, ургацын ургац, чанарт нөлөөлж болзошгүй19,20,21. Ургамал гангийн дохиог мэдрэх үедээ Ca2+ болон фосфатидилинозитол зэрэг хоёрдогч элчийг үүсгэж, эсийн доторх кальцийн ионы концентрацийг нэмэгдүүлж, уургийн фосфоржуулалтын замын зохицуулалтын сүлжээг идэвхжүүлдэг22,23. Эцсийн зорилтот уураг нь эсийн хамгаалалтад шууд оролцдог эсвэл TF-ээр дамжуулан холбогдох стрессийн генийн илэрхийлэлийг зохицуулж, ургамлын стрессийг тэсвэрлэх чадварыг нэмэгдүүлдэг24,25. Тиймээс TF-үүд гангийн стресст хариу үйлдэл үзүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Гангийн стрессд хариу үйлдэл үзүүлдэг TF-үүдийн дараалал болон ДНХ-ийн холболтын шинж чанараас хамааран TF-үүдийг GRF, ERF, MYB, WRKY болон бусад гэр бүлд хувааж болно26.
GRF генийн бүл нь өсөлт, хөгжил, дохионы дамжуулалт болон ургамлын хамгаалалтын хариу урвал зэрэг янз бүрийн тал дээр чухал үүрэг гүйцэтгэдэг ургамлын өвөрмөц TF-ийн нэг төрөл юм27. O. sativa-д анхны GRF генийг тодорхойлсноос хойш28 олон зүйлд улам олон GRF генийг тодорхойлж, ургамлын өсөлт, хөгжил, стрессийн хариу урвалд нөлөөлдөг болох нь батлагдсан8, 29, 30, 31, 32. Brassica juncea геномын дарааллыг нийтэлснээр BjGRF генийн бүлийг тодорхойлох боломжтой болсон33. Энэхүү судалгаанд гичний геномд 34 BjGRF генийг тодорхойлж, хромосомын байрлалд нь үндэслэн BjGRF01–BjGRF34 гэж нэрлэсэн. Эдгээр нь бүгд өндөр хадгалагдсан QLQ болон WRC домэйн агуулдаг. Физик-химийн шинж чанарын шинжилгээгээр BjGRF уургийн (BjGRF28-аас бусад) амин хүчлийн тоо болон молекулын жингийн ялгаа нь ач холбогдолгүй болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь BjGRF гэр бүлийн гишүүд ижил төстэй үүрэгтэй байж болохыг харуулж байна. Генийн бүтцийн шинжилгээгээр BjGRF генийн 64.7% нь 4 экзон агуулдаг болохыг харуулсан нь BjGRF генийн бүтэц хувьслын явцад харьцангуй хадгалагдсан болохыг харуулж байгаа боловч BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 болон BjGRF29 генийн экзонуудын тоо илүү их байна. Судалгаагаар экзон эсвэл интрон нэмэх эсвэл устгах нь генийн бүтэц, үйл ажиллагааны ялгааг үүсгэж, улмаар шинэ генүүдийг бий болгодог болохыг харуулсан34,35,36. Тиймээс бид BjGRF-ийн интрон нь хувьслын явцад алдагдсан бөгөөд энэ нь генийн үйл ажиллагаанд өөрчлөлт оруулж болзошгүй гэж таамаглаж байна. Одоо байгаа судалгаануудтай нийцүүлэн бид интронуудын тоо генийн илэрхийлэлтэй холбоотой болохыг тогтоосон. Ген дэх интронуудын тоо их байх үед ген нь янз бүрийн таагүй хүчин зүйлүүдэд хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг.
Генийн давхардал нь геном болон генетикийн хувьслын гол хүчин зүйл юм37. Холбогдох судалгаагаар генийн давхардал нь GRF генийн тоог нэмэгдүүлээд зогсохгүй ургамлыг янз бүрийн сөрөг орчны нөхцөлд дасан зохицоход нь туслах шинэ ген үүсгэх хэрэгсэл болж өгдөг болохыг харуулсан38. Энэхүү судалгаанд нийт 48 давхардсан генийн хос олдсон бөгөөд эдгээр нь бүгд сегментчилсэн давхардал байсан нь сегментчилсэн давхардал нь энэ бүлгийн генийн тоог нэмэгдүүлэх гол механизм болохыг харуулж байна. Сегментчилсэн давхардал нь Arabidopsis болон гүзээлзгэний GRF генийн бүлгийн гишүүдийн олшруулалтыг үр дүнтэй дэмжиж чаддаг гэж уран зохиолд мэдээлсэн бөгөөд энэ генийн бүлгийн тандем давхардал аль ч зүйлд илрээгүй27,39. Энэхүү судалгааны үр дүн нь Arabidopsis thaliana болон гүзээлзгэний бүлгийн талаарх одоо байгаа судалгаануудтай нийцэж байгаа бөгөөд GRF бүлэг нь өөр өөр ургамалд сегментчилсэн давхардлаар дамжуулан генийн тоог нэмэгдүүлж, шинэ ген үүсгэж чаддаг болохыг харуулж байна.
Энэхүү судалгаанд гичнээс нийт 34 BjGRF генийг тодорхойлсон бөгөөд эдгээрийг 3 дэд бүлэгт хуваасан. Эдгээр генүүд нь ижил төстэй хадгалагдсан мотив болон генийн бүтэцтэй байв. Коллинеарын шинжилгээгээр гичнээс 48 хос сегментийн давхардал илэрсэн. BjGRF промоторын бүсэд гэрлийн хариу урвал, дааврын хариу урвал, хүрээлэн буй орчны стрессийн хариу урвал, өсөлт хөгжилттэй холбоотой цис-үйлчилгээний элементүүд агуулагддаг. Гичний суулгацын үе шатанд (үндэс, иш, навч) 34 BjGRF генийн илэрхийлэл, ган гачгийн нөхцөлд 10 BjGRF генийн илэрхийлэлийн хэв маяг илэрсэн. Ган гачгийн стрессийн үед BjGRF генийн илэрхийлэлийн хэв маяг ижил төстэй бөгөөд ижил төстэй байж болохыг тогтоосон. Ган гачгийн зохицуулалтад оролцдог. BjGRF03 ба BjGRF32 генүүд ган гачгийн стресст эерэг зохицуулалтын үүрэг гүйцэтгэдэг бол BjGRF06 ба BjGRF23 нь miR396 бай генийн хувьд ган гачгийн стресст үүрэг гүйцэтгэдэг. Ерөнхийдөө бидний судалгаа нь Brassicaceae ургамалд BjGRF генийн үйл ажиллагааг ирээдүйд нээх биологийн үндэс суурийг тавьж өгч байна.
Энэхүү туршилтад ашигласан гичний үрийг Гуйжоу мужийн Хөдөө аж ахуйн шинжлэх ухааны академийн Гуйжоу тосны үрийн судалгааны хүрээлэнгээс нийлүүлсэн. Бүхэл үрийг сонгож хөрсөнд (суурь: хөрс = 3:1) тарьж, дөрвөн навчит үе шатны дараа үндэс, иш, навчийг цуглуулсан. Ган гачгийг дуурайлган ургамлыг 20% PEG 6000-аар боловсруулж, навчийг 0, 3, 6, 12, 24 цагийн дараа цуглуулсан. Бүх ургамлын дээжийг шингэн азотод нэн даруй хөлдөөж, дараа нь дараагийн туршилтад зориулж -80°C хөлдөөгчид хадгалсан.
Энэхүү судалгааны явцад олж авсан эсвэл шинжилсэн бүх өгөгдлийг нийтлэгдсэн өгүүлэл болон нэмэлт мэдээллийн файлуудад оруулсан болно.
Нийтэлсэн цаг: 2025 оны 1-р сарын 22