కరువు పరిస్థితులలో ఆవాల పెరుగుదల నియంత్రణ కారకాల యొక్క జన్యు-వ్యాప్త గుర్తింపు మరియు వ్యక్తీకరణ విశ్లేషణ

గుయిజౌ ప్రావిన్స్‌లో వర్షపాతం యొక్క కాలానుగుణ పంపిణీ అసమానంగా ఉంటుంది, వసంతకాలం మరియు వేసవిలో ఎక్కువ వర్షపాతం ఉంటుంది, కానీ రాప్సీడ్ మొలకలు శరదృతువు మరియు శీతాకాలంలో కరువు ఒత్తిడికి గురవుతాయి, ఇది దిగుబడిని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. ఆవాలు ప్రధానంగా గుయిజౌ ప్రావిన్స్‌లో పండించే ప్రత్యేక నూనెగింజల పంట. ఇది బలమైన కరువును తట్టుకుంటుంది మరియు పర్వత ప్రాంతాలలో పెంచవచ్చు. ఇది కరువు-నిరోధక జన్యువుల యొక్క గొప్ప వనరు. ఆవాలు రకాల మెరుగుదలకు మరియు జెర్మ్ప్లాజమ్ వనరులలో ఆవిష్కరణకు కరువు-నిరోధక జన్యువుల ఆవిష్కరణ చాలా ముఖ్యమైనది. మొక్కల పెరుగుదల మరియు అభివృద్ధి మరియు కరువు ఒత్తిడికి ప్రతిస్పందనలో GRF కుటుంబం కీలక పాత్ర పోషిస్తుంది. ప్రస్తుతం, అరబిడోప్సిస్ 2, బియ్యం (ఒరిజా సాటివా) 12, రాప్సీడ్ 13, పత్తి (గోసిపియం హిర్సుటం) 14, గోధుమ (ట్రిటికం). ఈస్టివమ్) 15, పెర్ల్ మిల్లెట్ (సెటారియా ఇటాలికా) 16 మరియు బ్రాసికా 17 లలో GRF జన్యువులు కనుగొనబడ్డాయి, కానీ ఆవపిండిలో GRF జన్యువులు కనుగొనబడినట్లు నివేదికలు లేవు. ఈ అధ్యయనంలో, ఆవాల యొక్క GRF కుటుంబ జన్యువులను జన్యు-వ్యాప్త స్థాయిలో గుర్తించారు మరియు వాటి భౌతిక మరియు రసాయన లక్షణాలు, పరిణామ సంబంధాలు, హోమోలజీ, సంరక్షించబడిన మూలాంశాలు, జన్యు నిర్మాణం, జన్యు నకిలీలు, సిస్-ఎలిమెంట్లు మరియు మొలక దశ (నాలుగు-ఆకుల దశ) విశ్లేషించబడ్డాయి. కరువు ప్రతిస్పందనలో BjGRF జన్యువుల సంభావ్య పనితీరుపై తదుపరి అధ్యయనాలకు శాస్త్రీయ ఆధారాన్ని అందించడానికి మరియు కరువును తట్టుకునే ఆవాల పెంపకం కోసం అభ్యర్థి జన్యువులను అందించడానికి కరువు ఒత్తిడిలో వ్యక్తీకరణ నమూనాలను సమగ్రంగా విశ్లేషించారు.
బ్రాసికా జున్సియా జన్యువులో రెండు HMMER శోధనలను ఉపయోగించి ముప్పై నాలుగు BjGRF జన్యువులను గుర్తించారు, ఇవన్నీ QLQ మరియు WRC డొమైన్‌లను కలిగి ఉంటాయి. గుర్తించబడిన BjGRF జన్యువుల CDS శ్రేణులు అనుబంధ పట్టిక S1లో ప్రదర్శించబడ్డాయి. BjGRF01–BjGRF34 క్రోమోజోమ్‌పై వాటి స్థానం ఆధారంగా పేరు పెట్టబడ్డాయి. ఈ కుటుంబం యొక్క భౌతిక రసాయన లక్షణాలు అమైనో ఆమ్ల పొడవు చాలా వేరియబుల్ అని సూచిస్తున్నాయి, ఇది 261 aa (BjGRF19) నుండి 905 aa (BjGRF28) వరకు ఉంటుంది. BjGRF యొక్క ఐసోఎలెక్ట్రిక్ పాయింట్ 6.19 (BjGRF02) నుండి 9.35 (BjGRF03) వరకు ఉంటుంది, సగటున 8.33, మరియు BjGRF యొక్క 88.24% ఒక ప్రాథమిక ప్రోటీన్. BjGRF యొక్క అంచనా వేసిన పరమాణు బరువు పరిధి 29.82 kDa (BjGRF19) నుండి 102.90 kDa (BjGRF28) వరకు ఉంటుంది; BjGRF ప్రోటీన్ల అస్థిరత సూచిక 51.13 (BjGRF08) నుండి 78.24 (BjGRF19) వరకు ఉంటుంది, అన్నీ 40 కంటే ఎక్కువగా ఉంటాయి, ఇది కొవ్వు ఆమ్ల సూచిక 43.65 (BjGRF01) నుండి 78.78 (BjGRF22) వరకు ఉంటుందని సూచిస్తుంది, సగటు హైడ్రోఫిలిసిటీ (GRAVY) -1.07 (BjGRF31) నుండి -0.45 (BjGRF22) వరకు ఉంటుంది, అన్ని హైడ్రోఫిలిక్ BjGRF ప్రోటీన్లు ప్రతికూల గ్రావిటీ విలువలను కలిగి ఉంటాయి, ఇది అవశేషాల వల్ల కలిగే హైడ్రోఫోబిసిటీ లేకపోవడం వల్ల కావచ్చు. 31 BjGRF ఎన్కోడ్ చేయబడిన ప్రోటీన్లను కేంద్రకంలో స్థానీకరించవచ్చని, BjGRF04 ను పెరాక్సిసోమ్‌లలో స్థానీకరించవచ్చని, BjGRF25 ను సైటోప్లాజంలో స్థానీకరించవచ్చని మరియు BjGRF28 ను క్లోరోప్లాస్ట్‌లలో స్థానీకరించవచ్చని ఉపకణ స్థానికీకరణ అంచనా చూపించింది (టేబుల్ 1), BjGRF లు కేంద్రకంలో స్థానీకరించబడవచ్చని మరియు ట్రాన్స్క్రిప్షన్ కారకంగా ముఖ్యమైన నియంత్రణ పాత్రను పోషిస్తాయని సూచిస్తుంది.
వివిధ జాతులలోని GRF కుటుంబాల ఫైలోజెనెటిక్ విశ్లేషణ జన్యు విధులను అధ్యయనం చేయడానికి సహాయపడుతుంది. అందువల్ల, 35 రాప్సీడ్, 16 టర్నిప్, 12 బియ్యం, 10 మిల్లెట్ మరియు 9 అరబిడోప్సిస్ GRF ల యొక్క పూర్తి-నిడివి గల అమైనో ఆమ్ల శ్రేణులను డౌన్‌లోడ్ చేసుకున్నారు మరియు గుర్తించబడిన 34 BjGRF జన్యువుల ఆధారంగా ఒక ఫైలోజెనెటిక్ చెట్టును నిర్మించారు (చిత్రం 1). మూడు ఉప కుటుంబాలు వేర్వేరు సంఖ్యలో సభ్యులను కలిగి ఉంటాయి; 116 GRF TF లు మూడు వేర్వేరు ఉప కుటుంబాలు (సమూహాలు A~C) గా విభజించబడ్డాయి, వీటిలో వరుసగా 59 (50.86%), 34 (29.31%) మరియు 23 (19.83)% GRF లు ఉంటాయి. వాటిలో, 34 BjGRF కుటుంబ సభ్యులు 3 ఉప కుటుంబాలలో చెల్లాచెదురుగా ఉన్నారు: సమూహం A (38.24%)లో 13 మంది సభ్యులు, సమూహం B (35.29%)లో 12 మంది సభ్యులు మరియు సమూహం C (26.47%)లో 9 మంది సభ్యులు. ఆవాలు పాలీప్లాయిడైజేషన్ ప్రక్రియలో, వివిధ ఉప కుటుంబాలలో BjGRFs జన్యువుల సంఖ్య భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు జన్యు విస్తరణ మరియు నష్టం జరిగి ఉండవచ్చు. గ్రూప్ C లో బియ్యం మరియు మిల్లెట్ GRF ల పంపిణీ లేదని, గ్రూప్ B లో 2 బియ్యం GRF లు మరియు 1 మిల్లెట్ GRF ఉన్నాయని మరియు చాలా బియ్యం మరియు మిల్లెట్ GRF లు ఒకే శాఖలో సమూహం చేయబడిందని గమనించడం విలువ, ఇది BjGRF లు డైకాట్లతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉన్నాయని సూచిస్తుంది. వాటిలో, అరబిడోప్సిస్ థాలియానాలో GRF ఫంక్షన్ పై అత్యంత లోతైన అధ్యయనాలు BjGRF ల యొక్క క్రియాత్మక అధ్యయనాలకు ఒక ఆధారాన్ని అందిస్తాయి.
బ్రాసికా నాపస్, బ్రాసికా నాపస్, బియ్యం, మిల్లెట్ మరియు అరబిడోప్సిస్ థాలియానా GRF కుటుంబ సభ్యులతో సహా ఆవాల ఫైలోజెనెటిక్ చెట్టు.
ఆవాలు GRF కుటుంబంలో పునరావృతమయ్యే జన్యువుల విశ్లేషణ. నేపథ్యంలో ఉన్న బూడిద రంగు రేఖ ఆవాలు జన్యువులోని సమకాలీకరించబడిన బ్లాక్‌ను సూచిస్తుంది, ఎరుపు రేఖ BjGRF జన్యువు యొక్క విభజించబడిన పునరావృతాల జతను సూచిస్తుంది;
నాల్గవ ఆకు దశలో కరువు ఒత్తిడిలో BjGRF జన్యు వ్యక్తీకరణ. qRT-PCR డేటా అనుబంధ పట్టిక S5 లో చూపబడింది. డేటాలో ముఖ్యమైన తేడాలు చిన్న అక్షరాల ద్వారా సూచించబడతాయి.
ప్రపంచ వాతావరణం మారుతూనే ఉన్నందున, పంటలు కరువు ఒత్తిడిని ఎలా ఎదుర్కొంటాయో అధ్యయనం చేయడం మరియు వాటి సహన విధానాలను మెరుగుపరచడం ఒక హాట్ రీసెర్చ్ టాపిక్‌గా మారింది18. కరువు తర్వాత, మొక్కల పదనిర్మాణ నిర్మాణం, జన్యు వ్యక్తీకరణ మరియు జీవక్రియ ప్రక్రియలు మారుతాయి, ఇది కిరణజన్య సంయోగక్రియ మరియు జీవక్రియ భంగం నిలిపివేయడానికి దారితీస్తుంది, ఇది పంటల దిగుబడి మరియు నాణ్యతను ప్రభావితం చేస్తుంది19,20,21. మొక్కలు కరువు సంకేతాలను గ్రహించినప్పుడు, అవి Ca2+ మరియు ఫాస్ఫాటిడైలినోసిటాల్ వంటి రెండవ దూతలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, కణాంతర కాల్షియం అయాన్ సాంద్రతను పెంచుతాయి మరియు ప్రోటీన్ ఫాస్ఫోరైలేషన్ మార్గం యొక్క నియంత్రణ నెట్‌వర్క్‌ను సక్రియం చేస్తాయి22,23. తుది లక్ష్య ప్రోటీన్ నేరుగా సెల్యులార్ రక్షణలో పాల్గొంటుంది లేదా TFల ద్వారా సంబంధిత ఒత్తిడి జన్యువుల వ్యక్తీకరణను నియంత్రిస్తుంది, ఒత్తిడికి మొక్కల సహనాన్ని పెంచుతుంది24,25. అందువల్ల, కరువు ఒత్తిడికి ప్రతిస్పందించడంలో TFలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. కరువు ఒత్తిడికి ప్రతిస్పందించే TFల క్రమం మరియు DNA బైండింగ్ లక్షణాల ప్రకారం, TFలను GRF, ERF, MYB, WRKY మరియు ఇతర కుటుంబాలు26 వంటి వివిధ కుటుంబాలుగా విభజించవచ్చు.
GRF జన్యు కుటుంబం అనేది ఒక రకమైన మొక్కల-నిర్దిష్ట TF, ఇది పెరుగుదల, అభివృద్ధి, సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌డక్షన్ మరియు మొక్కల రక్షణ ప్రతిస్పందనలు వంటి వివిధ అంశాలలో ముఖ్యమైన పాత్రలను పోషిస్తుంది27. మొదటి GRF జన్యువు O. sativa28లో గుర్తించబడినప్పటి నుండి, అనేక జాతులలో మరిన్ని GRF జన్యువులు గుర్తించబడ్డాయి మరియు మొక్కల పెరుగుదల, అభివృద్ధి మరియు ఒత్తిడి ప్రతిస్పందనను ప్రభావితం చేస్తాయని చూపబడింది8, 29, 30,31,32. బ్రాసికా జున్సియా జన్యు శ్రేణి ప్రచురణతో, BjGRF జన్యు కుటుంబం యొక్క గుర్తింపు సాధ్యమైంది33. ఈ అధ్యయనంలో, మొత్తం ఆవపిండి జన్యువులో 34 BjGRF జన్యువులను గుర్తించారు మరియు వాటి క్రోమోజోమల్ స్థానం ఆధారంగా BjGRF01–BjGRF34 అని పేరు పెట్టారు. అవన్నీ అత్యంత సంరక్షించబడిన QLQ మరియు WRC డొమైన్‌లను కలిగి ఉంటాయి. భౌతిక రసాయన లక్షణాల విశ్లేషణలో BjGRF ప్రోటీన్ల (BjGRF28 తప్ప) అమైనో ఆమ్ల సంఖ్యలు మరియు పరమాణు బరువులలో తేడాలు గణనీయంగా లేవని తేలింది, ఇది BjGRF కుటుంబ సభ్యులు ఇలాంటి విధులను కలిగి ఉండవచ్చని సూచిస్తుంది. జన్యు నిర్మాణ విశ్లేషణలో 64.7% BjGRF జన్యువులు 4 ఎక్సోన్‌లను కలిగి ఉన్నాయని తేలింది, ఇది BjGRF జన్యు నిర్మాణం పరిణామంలో సాపేక్షంగా సంరక్షించబడిందని సూచిస్తుంది, కానీ BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 మరియు BjGRF29 జన్యువులలో ఎక్సోన్‌ల సంఖ్య పెద్దదిగా ఉంది. ఎక్సోన్‌లు లేదా ఇంట్రాన్‌లను జోడించడం లేదా తొలగించడం వల్ల జన్యు నిర్మాణం మరియు పనితీరులో తేడాలు వస్తాయని, తద్వారా కొత్త జన్యువులు 34,35,36 ఏర్పడతాయని అధ్యయనాలు చూపించాయి. అందువల్ల, BjGRF యొక్క ఇంట్రాన్ పరిణామ సమయంలో కోల్పోయిందని, ఇది జన్యు పనితీరులో మార్పులకు కారణమవుతుందని మేము ఊహిస్తున్నాము. ఇప్పటికే ఉన్న అధ్యయనాలకు అనుగుణంగా, ఇంట్రాన్‌ల సంఖ్య జన్యు వ్యక్తీకరణతో ముడిపడి ఉందని కూడా మేము కనుగొన్నాము. జన్యువులోని ఇంట్రాన్‌ల సంఖ్య పెద్దగా ఉన్నప్పుడు, జన్యువు వివిధ అననుకూల కారకాలకు త్వరగా స్పందించగలదు.
జన్యుసంబంధమైన మరియు జన్యు పరిణామంలో జన్యు నకిలీ ఒక ప్రధాన అంశం37. సంబంధిత అధ్యయనాలు జన్యు నకిలీ GRF జన్యువుల సంఖ్యను పెంచడమే కాకుండా, మొక్కలు వివిధ ప్రతికూల పర్యావరణ పరిస్థితులకు అనుగుణంగా ఉండటానికి కొత్త జన్యువులను ఉత్పత్తి చేసే సాధనంగా కూడా పనిచేస్తుందని చూపించాయి38. ఈ అధ్యయనంలో మొత్తం 48 నకిలీ జన్యు జతలు కనుగొనబడ్డాయి, ఇవన్నీ సెగ్మెంటల్ నకిలీలు, ఈ కుటుంబంలో జన్యువుల సంఖ్యను పెంచడానికి సెగ్మెంటల్ నకిలీలు ప్రధాన యంత్రాంగం అని సూచిస్తున్నాయి. అరబిడోప్సిస్ మరియు స్ట్రాబెర్రీలలో GRF జన్యు కుటుంబ సభ్యుల విస్తరణను సెగ్మెంటల్ నకిలీ సమర్థవంతంగా ప్రోత్సహించగలదని సాహిత్యంలో నివేదించబడింది మరియు ఈ జన్యు కుటుంబం యొక్క టెన్డం నకిలీ ఏ జాతిలోనూ కనుగొనబడలేదు27,39. ఈ అధ్యయనం యొక్క ఫలితాలు అరబిడోప్సిస్ థాలియానా మరియు స్ట్రాబెర్రీ కుటుంబాలపై ఇప్పటికే ఉన్న అధ్యయనాలకు అనుగుణంగా ఉన్నాయి, GRF కుటుంబం వివిధ మొక్కలలో సెగ్మెంటల్ నకిలీ ద్వారా జన్యువుల సంఖ్యను పెంచగలదని మరియు కొత్త జన్యువులను ఉత్పత్తి చేయగలదని సూచిస్తున్నాయి.
ఈ అధ్యయనంలో, ఆవపిండిలో మొత్తం 34 BjGRF జన్యువులను గుర్తించారు, వీటిని 3 ఉపకుటుంబాలుగా విభజించారు. ఈ జన్యువులు సారూప్య సంరక్షించబడిన మూలాంశాలు మరియు జన్యు నిర్మాణాలను చూపించాయి. కోలినియారిటీ విశ్లేషణ ఆవపిండిలో 48 జతల సెగ్మెంట్ డూప్లికేషన్‌లను వెల్లడించింది. BjGRF ప్రమోటర్ ప్రాంతంలో కాంతి ప్రతిస్పందన, హార్మోన్ల ప్రతిస్పందన, పర్యావరణ ఒత్తిడి ప్రతిస్పందన మరియు పెరుగుదల మరియు అభివృద్ధితో సంబంధం ఉన్న సిస్-యాక్టింగ్ అంశాలు ఉన్నాయి. ఆవపిండి మొలక దశలో (మూలాలు, కాండం, ఆకులు) 34 BjGRF జన్యువుల వ్యక్తీకరణ మరియు కరువు పరిస్థితులలో 10 BjGRF జన్యువుల వ్యక్తీకరణ నమూనా కనుగొనబడ్డాయి. కరువు ఒత్తిడిలో BjGRF జన్యువుల వ్యక్తీకరణ నమూనాలు సారూప్యంగా ఉన్నాయని మరియు సారూప్యంగా ఉండవచ్చని కనుగొనబడింది. కరువు బలవంతపు నియంత్రణలో పాల్గొనడం. BjGRF03 మరియు BjGRF32 జన్యువులు కరువు ఒత్తిడిలో సానుకూల నియంత్రణ పాత్రలను పోషించవచ్చు, అయితే BjGRF06 మరియు BjGRF23 కరువు ఒత్తిడిలో miR396 లక్ష్య జన్యువులుగా పాత్రలను పోషిస్తాయి. మొత్తంమీద, మా అధ్యయనం బ్రాసికేసి మొక్కలలో BjGRF జన్యు పనితీరు యొక్క భవిష్యత్తు ఆవిష్కరణకు జీవసంబంధమైన ఆధారాన్ని అందిస్తుంది.
ఈ ప్రయోగంలో ఉపయోగించిన ఆవాల గింజలను గుయిజౌ ఆయిల్ సీడ్ రీసెర్చ్ ఇన్స్టిట్యూట్, గుయిజౌ అకాడమీ ఆఫ్ అగ్రికల్చరల్ సైన్సెస్ అందించాయి. మొత్తం విత్తనాలను ఎంచుకుని వాటిని మట్టిలో నాటండి (ఉపరితలం: నేల = 3:1), మరియు నాలుగు-ఆకుల దశ తర్వాత వేర్లు, కాండం మరియు ఆకులను సేకరించండి. కరువును అనుకరించడానికి మొక్కలను 20% PEG 6000 తో చికిత్స చేశారు మరియు 0, 3, 6, 12 మరియు 24 గంటల తర్వాత ఆకులను సేకరించారు. అన్ని మొక్కల నమూనాలను వెంటనే ద్రవ నత్రజనిలో స్తంభింపజేసి, తదుపరి పరీక్ష కోసం -80°C ఫ్రీజర్‌లో నిల్వ చేశారు.
ఈ అధ్యయనంలో పొందిన లేదా విశ్లేషించబడిన అన్ని డేటా ప్రచురించబడిన వ్యాసం మరియు అనుబంధ సమాచార ఫైళ్లలో చేర్చబడ్డాయి.