A distribuzione stagionale di e precipitazioni in a Pruvincia di Guizhou hè irregulare, cù più precipitazioni in primavera è estate, ma e piantine di colza sò suscettibili à u stress siccità in autunnu è invernu, ciò chì affetta seriamente u rendimentu. A mustarda hè una cultura speciale di semi oleaginosi cultivata principalmente in a Pruvincia di Guizhou. Hà una forte tolleranza à a siccità è pò esse cultivata in zone muntagnose. Hè una ricca risorsa di geni resistenti à a siccità. A scuperta di geni resistenti à a siccità hè di primura per u miglioramentu di e varietà di mustarda è l'innuvazione in e risorse di germoplasma. A famiglia GRF ghjoca un rolu cruciale in a crescita è u sviluppu di e piante è in a risposta à u stress siccità. Attualmente, i geni GRF sò stati trovati in Arabidopsis 2, risu (Oryza sativa) 12, colza 13, cuttone (Gossypium hirsutum) 14, granu (Triticum aestivum) 15, miglio perlatu (Setaria italica) 16 è Brassica 17, ma ùn ci sò micca rapporti di geni GRF rilevati in a mustarda. In questu studiu, i geni di a famiglia GRF di a mustarda sò stati identificati à u livellu di u genomu è e so caratteristiche fisiche è chimiche, e relazioni evolutive, l'omologia, i motivi cunservati, a struttura genica, e duplicazioni geniche, i cis-elementi è u stadiu di piantina (stadiu à quattru foglie) sò stati analizati. I mudelli d'espressione sottu stress siccità sò stati analizati in modu cumpletu per furnisce una basa scientifica per ulteriori studii nantu à a funzione putenziale di i geni BjGRF in a risposta à a siccità è per furnisce geni candidati per a ripruduzzione di mustarda resistente à a siccità.
Trentaquattru geni BjGRF sò stati identificati in u genomu di Brassica juncea aduprendu duie ricerche HMMER, chì cuntenenu tutti i duminii QLQ è WRC. E sequenze CDS di i geni BjGRF identificati sò presentate in a Tavula Supplementare S1. BjGRF01-BjGRF34 sò chjamati secondu a so pusizione nantu à u cromusomu. E proprietà fisico-chimiche di sta famiglia indicanu chì a lunghezza di l'aminoacidi hè assai variabile, da 261 aa (BjGRF19) à 905 aa (BjGRF28). U puntu isoelettricu di BjGRF varieghja da 6,19 (BjGRF02) à 9,35 (BjGRF03) cù una media di 8,33, è l'88,24% di BjGRF hè una proteina basica. L'intervallu di pesu moleculare previstu di BjGRF hè da 29,82 kDa (BjGRF19) à 102,90 kDa (BjGRF28); L'indice d'instabilità di e proteine BjGRF varieghja da 51,13 (BjGRF08) à 78,24 (BjGRF19), tutti sò più grandi di 40, ciò chì indica chì l'indice di l'acidi grassi varieghja da 43,65 (BjGRF01) à 78,78 (BjGRF22), l'idrofilicità media (GRAVY) varieghja da -1,07 (BjGRF31) à -0,45 (BjGRF22), tutte e proteine BjGRF idrofile anu valori GRAVY negativi, chì ponu esse dovuti à a mancanza d'idrofobicità causata da i residui. A predizione di lucalizazione subcellulare hà dimustratu chì 31 proteine codificate da BjGRF puderanu esse lucalizate in u nucleu, BjGRF04 puderia esse lucalizata in i perossisomi, BjGRF25 puderia esse lucalizata in u citoplasma, è BjGRF28 puderia esse lucalizata in i cloroplasti (Tabella 1), ciò chì indica chì i BjGRF puderanu esse lucalizati in u nucleu è ghjucà un rolu regulatoriu impurtante cum'è fattore di trascrizione.
L'analisi filogenetica di e famiglie GRF in diverse spezie pò aiutà à studià e funzioni di i geni. Dunque, sò state scaricate e sequenze di aminoacidi cumpleti di 35 GRF di colza, 16 di rapa, 12 di risu, 10 di miglio è 9 di Arabidopsis è hè statu custruitu un arbre filogeneticu basatu annantu à 34 geni BjGRF identificati (Fig. 1). E trè sottofamiglie cuntenenu un numeru diversu di membri; 116 TF GRF sò divisi in trè diverse sottofamiglie (gruppi A ~ C), chì cuntenenu rispettivamente u 59 (50,86%), u 34 (29,31%) è u 23 (19,83)% di i GRF. Trà elli, 34 membri di a famiglia BjGRF sò spargugliati in 3 sottofamiglie: 13 membri in u gruppu A (38,24%), 12 membri in u gruppu B (35,29%) è 9 membri in u gruppu C (26,47%). In u prucessu di poliploidizazione di a mustarda, u numeru di geni BjGRF in diverse sottofamiglie hè differente, è l'amplificazione è a perdita di geni ponu esse accadute. Vale a pena nutà chì ùn ci hè micca distribuzione di GRF di risu è di miglio in u gruppu C, mentre chì ci sò 2 GRF di risu è 1 GRF di miglio in u gruppu B, è a maiò parte di i GRF di risu è di miglio sò raggruppati in una branca, ciò chì indica chì i BjGRF sò strettamente ligati à e dicotiledoni. Frà elli, i studii più approfonditi nantu à a funzione GRF in Arabidopsis thaliana furniscenu una basa per studii funziunali di i BjGRF.
Arburu filogeneticu di a mustarda chì include Brassica napus, Brassica napus, risu, miglio è membri di a famiglia GRF Arabidopsis thaliana.
Analisi di geni ripetitivi in a famiglia GRF di mustarda. A linea grisgia in u fondu rapprisenta un bloccu sincronizatu in u genomu di mustarda, a linea rossa rapprisenta una coppia di ripetizioni segmentate di u genu BjGRF;
Espressione di u genu BjGRF sottu stress di siccità à u stadiu di a quarta foglia. I dati qRT-PCR sò mostrati in a Tabella Supplementare S5. Differenze significative in i dati sò indicate da lettere minuscule.
Cù u cambiamentu cuntinuu di u clima mundiale, u studiu di cumu e culture affrontanu u stress di a siccità è u miglioramentu di i so meccanismi di tolleranza hè diventatu un tema di ricerca impurtante18. Dopu à a siccità, a struttura morfologica, l'espressione genica è i prucessi metabolichi di e piante cambianu, ciò chì pò purtà à a cessazione di a fotosintesi è à i disturbi metabolichi, affettendu u rendimentu è a qualità di e culture19,20,21. Quandu e piante percepiscenu segnali di siccità, producenu secondi messaggeri cum'è Ca2+ è fosfatidilinositolo, aumentanu a cuncentrazione intracellulare di ioni di calciu è attivanu a rete regulatoria di a via di fosforilazione di e proteine22,23. A proteina bersagliu finale hè direttamente implicata in a difesa cellulare o regula l'espressione di i geni di stress cunnessi attraversu i TF, aumentendu a tolleranza di e piante à u stress24,25. Cusì, i TF ghjocanu un rolu cruciale in a risposta à u stress di a siccità. Sicondu a sequenza è e proprietà di legame à u DNA di i TF sensibili à u stress di a siccità, i TF ponu esse divisi in diverse famiglie, cum'è GRF, ERF, MYB, WRKY è altre famiglie26.
A famiglia di geni GRF hè un tipu di TF specificu di a pianta chì ghjoca un rollu impurtante in vari aspetti cum'è a crescita, u sviluppu, a trasduzione di u signale è e risposte di difesa di e piante27. Dapoi chì u primu genu GRF hè statu identificatu in O. sativa28, sempre più geni GRF sò stati identificati in parechje spezie è dimustratu chì influenzanu a crescita, u sviluppu è a risposta à u stress di e piante8, 29, 30,31,32. Cù a publicazione di a sequenza di u genomu di Brassica juncea, l'identificazione di a famiglia di geni BjGRF hè diventata pussibule33. In questu studiu, 34 geni BjGRF sò stati identificati in tuttu u genomu di a mustarda è chjamati BjGRF01-BjGRF34 basatu annantu à a so pusizione cromosomica. Tutti cuntenenu duminii QLQ è WRC altamente cunservati. L'analisi di e proprietà fisico-chimiche hà dimustratu chì e differenze in i numeri di aminoacidi è i pesi moleculari di e proteine BjGRF (eccettu BjGRF28) ùn eranu micca significative, ciò chì indica chì i membri di a famiglia BjGRF ponu avè funzioni simili. L'analisi di a struttura di i geni hà dimustratu chì u 64,7% di i geni BjGRF cuntenenu 4 esoni, ciò chì indica chì a struttura di u genu BjGRF hè relativamente cunservata in l'evoluzione, ma u numeru di esoni in i geni BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 è BjGRF29 hè più grande. Studi anu dimustratu chì l'aghjunta o a delezione di esoni o introni pò purtà à differenze in a struttura è a funzione di i geni, creendu cusì novi geni34,35,36. Dunque, ipotemu chì l'introne di BjGRF hè statu persu durante l'evoluzione, ciò chì pò causà cambiamenti in a funzione di i geni. In cunfurmità cù i studii esistenti, avemu ancu trovu chì u numeru di introni era assuciatu à l'espressione genica. Quandu u numeru di introni in un genu hè grande, u genu pò risponde rapidamente à vari fattori sfavurevuli.
A duplicazione di i geni hè un fattore maiò in l'evoluzione genomica è genetica37. Studi correlati anu dimustratu chì a duplicazione di i geni ùn solu aumenta u numeru di geni GRF, ma serve ancu cum'è mezzu per generà novi geni per aiutà e piante à adattassi à diverse cundizioni ambientali avverse38. Un totale di 48 coppie di geni duplicati sò state trovate in questu studiu, tutte duplicazioni segmentali, chì indicanu chì e duplicazioni segmentali sò u mecanismu principale per aumentà u numeru di geni in questa famiglia. Hè statu signalatu in a literatura chì a duplicazione segmentale pò prumove efficacemente l'amplificazione di i membri di a famiglia di geni GRF in Arabidopsis è fragola, è nisuna duplicazione in tandem di sta famiglia di geni hè stata trovata in alcuna di e spezie27,39. I risultati di questu studiu sò coerenti cù i studii esistenti nantu à l'Arabidopsis thaliana è e famiglie di fragole, chì suggerenu chì a famiglia GRF pò aumentà u numeru di geni è generà novi geni per mezu di a duplicazione segmentale in diverse piante.
In questu studiu, un totale di 34 geni BjGRF sò stati identificati in a mustarda, chì sò stati divisi in 3 sottofamiglie. Quessi geni anu mostratu motivi è strutture geniche cunservate simili. L'analisi di collinearità hà rivelatu 48 coppie di duplicazioni di segmenti in a mustarda. A regione promotrice di BjGRF cuntene elementi cis-agenti assuciati à a risposta à a luce, a risposta ormonale, a risposta à u stress ambientale, è a crescita è u sviluppu. L'espressione di 34 geni BjGRF hè stata rilevata à u stadiu di piantina di mustarda (radici, steli, foglie), è u mudellu d'espressione di 10 geni BjGRF in cundizioni di siccità. Hè statu trovu chì i mudelli d'espressione di i geni BjGRF sottu à u stress di siccità eranu simili è ponu esse simili. implicazione in a regulazione di u Forcing di a siccità. I geni BjGRF03 è BjGRF32 ponu ghjucà roli regulatori pusitivi in u stress di siccità, mentre chì BjGRF06 è BjGRF23 ghjocanu roli in u stress di siccità cum'è geni bersagliu miR396. In generale, u nostru studiu furnisce una basa biologica per a scuperta futura di a funzione di u genu BjGRF in e piante di Brassicaceae.
I graneddi di mustarda utilizati in questu esperimentu sò stati furniti da l'Istitutu di Ricerca di Semi Oleiferi di Guizhou, Accademia di Scienze Agricole di Guizhou. Selezziunate i graneddi interi è piantateli in terra (substratu: terra = 3:1), è raccogliete e radiche, i steli è e foglie dopu à u stadiu di quattru foglie. E piante sò state trattate cù 20% PEG 6000 per simulà a siccità, è e foglie sò state raccolte dopu à 0, 3, 6, 12 è 24 ore. Tutti i campioni di piante sò stati immediatamente congelati in azotu liquidu è dopu conservati in un congelatore à -80 ° C per a prossima prova.
Tutti i dati ottenuti o analizzati durante questu studiu sò inclusi in l'articulu publicatu è in i fugliali d'infurmazioni supplementari.
Data di publicazione: 22 di ghjennaghju di u 2025