வறட்சி நிலைமைகளின் கீழ் கடுகு வளர்ச்சி ஒழுங்குமுறை காரணிகளின் மரபணு அளவிலான அடையாளம் மற்றும் வெளிப்பாடு பகுப்பாய்வு.

குய்சோ மாகாணத்தில் பருவகால மழைப்பொழிவு சீரற்றதாக உள்ளது, வசந்த காலம் மற்றும் கோடை காலத்தில் அதிக மழைப்பொழிவு இருக்கும், ஆனால் ராப்சீட் நாற்றுகள் இலையுதிர் மற்றும் குளிர்காலத்தில் வறட்சி அழுத்தத்திற்கு ஆளாகின்றன, இது விளைச்சலை கடுமையாக பாதிக்கிறது. கடுகு என்பது முக்கியமாக குய்சோ மாகாணத்தில் வளர்க்கப்படும் ஒரு சிறப்பு எண்ணெய் வித்துப் பயிர். இது வலுவான வறட்சி சகிப்புத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் மலைப்பகுதிகளில் வளர்க்கப்படலாம். இது வறட்சியைத் தாங்கும் மரபணுக்களின் வளமான வளமாகும். வறட்சியைத் தாங்கும் மரபணுக்களின் கண்டுபிடிப்பு கடுகு வகைகளை மேம்படுத்துவதற்கும், கிருமி பிளாஸ்ம வளங்களில் புதுமைக்கும் மிக முக்கியமானது. GRF குடும்பம் தாவர வளர்ச்சி மற்றும் வளர்ச்சி மற்றும் வறட்சி அழுத்தத்திற்கு பதிலளிப்பதில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. தற்போது, ​​GRF மரபணுக்கள் அரபிடோப்சிஸ் 2, அரிசி (Oryza sativa) 12, ராப்சீட் 13, பருத்தி (Gossypium hirsutum) 14, கோதுமை (Triticum). aestivum)15, முத்து தினை (Setaria italica)16 மற்றும் Brassica17 ஆகியவற்றில் கண்டறியப்பட்டுள்ளன, ஆனால் கடுகில் GRF மரபணுக்கள் கண்டறியப்பட்டதாக எந்த அறிக்கையும் இல்லை. இந்த ஆய்வில், கடுகின் GRF குடும்ப மரபணுக்கள் மரபணு அளவிலான அளவில் அடையாளம் காணப்பட்டு, அவற்றின் இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகள், பரிணாம உறவுகள், ஹோமோலஜி, பாதுகாக்கப்பட்ட மையக்கருத்துகள், மரபணு அமைப்பு, மரபணு நகல், சிஸ்-கூறுகள் மற்றும் நாற்று நிலை (நான்கு-இலை நிலை) ஆகியவை பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன. வறட்சி அழுத்தத்தின் கீழ் வெளிப்பாடு வடிவங்கள் வறட்சி பதிலில் BjGRF மரபணுக்களின் சாத்தியமான செயல்பாடு குறித்த மேலும் ஆய்வுகளுக்கு ஒரு அறிவியல் அடிப்படையை வழங்கவும், வறட்சியைத் தாங்கும் கடுகு இனப்பெருக்கத்திற்கான வேட்பாளர் மரபணுக்களை வழங்கவும் விரிவாக பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டன.
இரண்டு HMMER தேடல்களைப் பயன்படுத்தி பிராசிகா ஜுன்சியா மரபணுவில் முப்பத்தி நான்கு BjGRF மரபணுக்கள் அடையாளம் காணப்பட்டன, இவை அனைத்தும் QLQ மற்றும் WRC களங்களைக் கொண்டுள்ளன. அடையாளம் காணப்பட்ட BjGRF மரபணுக்களின் CDS வரிசைகள் துணை அட்டவணை S1 இல் வழங்கப்பட்டுள்ளன. BjGRF01–BjGRF34 குரோமோசோமில் அவற்றின் இருப்பிடத்தின் அடிப்படையில் பெயரிடப்பட்டுள்ளன. இந்த குடும்பத்தின் இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகள் அமினோ அமில நீளம் மிகவும் மாறுபடும் என்பதைக் குறிக்கிறது, இது 261 aa (BjGRF19) முதல் 905 aa (BjGRF28) வரை இருக்கும். BjGRF இன் ஐசோஎலக்ட்ரிக் புள்ளி 6.19 (BjGRF02) முதல் 9.35 (BjGRF03) வரை சராசரியாக 8.33 ஆகவும், BjGRF இன் 88.24% ஒரு அடிப்படை புரதமாகும். BjGRF இன் கணிக்கப்பட்ட மூலக்கூறு எடை வரம்பு 29.82 kDa (BjGRF19) முதல் 102.90 kDa (BjGRF28) வரை இருக்கும்; BjGRF புரதங்களின் நிலையற்ற தன்மை குறியீடு 51.13 (BjGRF08) முதல் 78.24 (BjGRF19) வரை இருக்கும், அனைத்தும் 40 ஐ விட அதிகமாக இருக்கும், இது கொழுப்பு அமில குறியீடு 43.65 (BjGRF01) முதல் 78.78 (BjGRF22) வரை இருக்கும் என்பதைக் குறிக்கிறது, சராசரி ஹைட்ரோஃபிலிசிட்டி (GRAVY) -1.07 (BjGRF31) முதல் -0.45 (BjGRF22) வரை இருக்கும், அனைத்து ஹைட்ரோஃபிலிக் BjGRF புரதங்களும் எதிர்மறையான ஈர்ப்பு மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, இது எச்சங்களால் ஏற்படும் ஹைட்ரோபோபிசிட்டி இல்லாததால் இருக்கலாம். துணை செல்லுலார் உள்ளூர்மயமாக்கல் கணிப்பு, 31 BjGRF குறியிடப்பட்ட புரதங்கள் கருவில் உள்ளூர்மயமாக்கப்படலாம், BjGRF04 பெராக்ஸிசோம்களில் உள்ளூர்மயமாக்கப்படலாம், BjGRF25 சைட்டோபிளாஸில் உள்ளூர்மயமாக்கப்படலாம், மற்றும் BjGRF28 குளோரோபிளாஸ்ட்களில் உள்ளூர்மயமாக்கப்படலாம் (அட்டவணை 1), இது BjGRFகள் கருவில் உள்ளூர்மயமாக்கப்படலாம் மற்றும் டிரான்ஸ்கிரிப்ஷன் காரணியாக ஒரு முக்கிய ஒழுங்குமுறைப் பங்கை வகிக்கக்கூடும் என்பதைக் குறிக்கிறது.
வெவ்வேறு இனங்களில் உள்ள GRF குடும்பங்களின் பைலோஜெனடிக் பகுப்பாய்வு மரபணு செயல்பாடுகளை ஆய்வு செய்ய உதவும். எனவே, 35 ராப்சீட், 16 டர்னிப், 12 அரிசி, 10 தினை மற்றும் 9 அரபிடோப்சிஸ் GRFகளின் முழு நீள அமினோ அமில வரிசைகள் பதிவிறக்கம் செய்யப்பட்டு, அடையாளம் காணப்பட்ட 34 BjGRF மரபணுக்களின் அடிப்படையில் ஒரு பைலோஜெனடிக் மரம் கட்டமைக்கப்பட்டது (படம் 1). மூன்று துணைக் குடும்பங்களும் வெவ்வேறு எண்ணிக்கையிலான உறுப்பினர்களைக் கொண்டுள்ளன; 116 GRF TFகள் மூன்று வெவ்வேறு துணைக் குடும்பங்களாக (குழுக்கள் A~C) பிரிக்கப்பட்டுள்ளன, இதில் முறையே 59 (50.86%), 34 (29.31%) மற்றும் 23 (19.83)% GRFகள் உள்ளன. அவற்றில், 34 BjGRF குடும்ப உறுப்பினர்கள் 3 துணைக் குடும்பங்களில் சிதறிக்கிடக்கின்றனர்: குழு A (38.24%) இல் 13 உறுப்பினர்கள், குழு B (35.29%) இல் 12 உறுப்பினர்கள் மற்றும் குழு C (26.47%) இல் 9 உறுப்பினர்கள். கடுகு பாலிப்ளோயிடைசேஷன் செயல்பாட்டில், வெவ்வேறு துணைக் குடும்பங்களில் BjGRFs மரபணுக்களின் எண்ணிக்கை வேறுபட்டது, மேலும் மரபணு பெருக்கம் மற்றும் இழப்பு ஏற்பட்டிருக்கலாம். குழு C இல் அரிசி மற்றும் தினை GRF களின் பரவல் இல்லை என்பது குறிப்பிடத்தக்கது, அதே நேரத்தில் குழு B இல் 2 அரிசி GRF களும் 1 தினை GRF களும் உள்ளன, மேலும் பெரும்பாலான அரிசி மற்றும் தினை GRF கள் ஒரு கிளையில் தொகுக்கப்பட்டுள்ளன, இது BjGRF கள் டைகோட்களுடன் நெருங்கிய தொடர்புடையவை என்பதைக் குறிக்கிறது. அவற்றில், அரபிடோப்சிஸ் தாலியானாவில் GRF செயல்பாடு குறித்த மிகவும் ஆழமான ஆய்வுகள் BjGRF களின் செயல்பாட்டு ஆய்வுகளுக்கு ஒரு அடிப்படையை வழங்குகின்றன.
பிராசிகா நேபஸ், பிராசிகா நேபஸ், அரிசி, தினை மற்றும் அரபிடோப்சிஸ் தாலியானா GRF குடும்ப உறுப்பினர்கள் உட்பட கடுகின் பைலோஜெனடிக் மரம்.
கடுகு GRF குடும்பத்தில் மீண்டும் மீண்டும் நிகழும் மரபணுக்களின் பகுப்பாய்வு. பின்னணியில் உள்ள சாம்பல் கோடு கடுகு மரபணுவில் ஒரு ஒத்திசைக்கப்பட்ட தொகுதியைக் குறிக்கிறது, சிவப்பு கோடு BjGRF மரபணுவின் ஒரு ஜோடி பிரிக்கப்பட்ட மறுநிகழ்வுகளைக் குறிக்கிறது;
நான்காவது இலை நிலையில் வறட்சி அழுத்தத்தின் கீழ் BjGRF மரபணு வெளிப்பாடு. qRT-PCR தரவு துணை அட்டவணை S5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. தரவுகளில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடுகள் சிறிய எழுத்துக்களால் குறிக்கப்படுகின்றன.
உலகளாவிய காலநிலை தொடர்ந்து மாறிக்கொண்டே இருப்பதால், பயிர்கள் வறட்சி அழுத்தத்தை எவ்வாறு சமாளிக்கின்றன என்பதைப் படிப்பதும், அவற்றின் சகிப்புத்தன்மை வழிமுறைகளை மேம்படுத்துவதும் ஒரு சூடான ஆராய்ச்சிப் பொருளாக மாறியுள்ளது18. வறட்சிக்குப் பிறகு, தாவரங்களின் உருவ அமைப்பு, மரபணு வெளிப்பாடு மற்றும் வளர்சிதை மாற்ற செயல்முறைகள் மாறும், இது ஒளிச்சேர்க்கை மற்றும் வளர்சிதை மாற்ற இடையூறுகளை நிறுத்த வழிவகுக்கும், இது பயிர்களின் மகசூல் மற்றும் தரத்தை பாதிக்கும்19,20,21. தாவரங்கள் வறட்சி சமிக்ஞைகளை உணரும்போது, ​​அவை Ca2+ மற்றும் பாஸ்பாடிடிலினோசிட்டால் போன்ற இரண்டாவது தூதர்களை உருவாக்குகின்றன, அவை உள்செல்லுலார் கால்சியம் அயன் செறிவை அதிகரிக்கின்றன மற்றும் புரத பாஸ்போரிலேஷன் பாதையின் ஒழுங்குமுறை வலையமைப்பை செயல்படுத்துகின்றன22,23. இறுதி இலக்கு புரதம் நேரடியாக செல்லுலார் பாதுகாப்பில் ஈடுபட்டுள்ளது அல்லது TFகள் மூலம் தொடர்புடைய அழுத்த மரபணுக்களின் வெளிப்பாட்டை ஒழுங்குபடுத்துகிறது, இது தாவர மன அழுத்தத்திற்கு சகிப்புத்தன்மையை அதிகரிக்கிறது24,25. எனவே, வறட்சி அழுத்தத்திற்கு பதிலளிப்பதில் TFகள் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன. வறட்சி அழுத்தத்திற்கு பதிலளிக்கக்கூடிய TFகளின் வரிசை மற்றும் DNA பிணைப்பு பண்புகளின்படி, TFகளை GRF, ERF, MYB, WRKY மற்றும் பிற குடும்பங்கள்26 போன்ற வெவ்வேறு குடும்பங்களாகப் பிரிக்கலாம்.
GRF மரபணு குடும்பம் என்பது தாவர-குறிப்பிட்ட TF வகையாகும், இது வளர்ச்சி, வளர்ச்சி, சமிக்ஞை கடத்தல் மற்றும் தாவர பாதுகாப்பு பதில்கள் போன்ற பல்வேறு அம்சங்களில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது27. முதல் GRF மரபணு O. sativa28 இல் அடையாளம் காணப்பட்டதிலிருந்து, பல இனங்களில் அதிகமான GRF மரபணுக்கள் அடையாளம் காணப்பட்டு தாவர வளர்ச்சி, வளர்ச்சி மற்றும் மன அழுத்த பதிலை பாதிக்கும் என்று காட்டப்பட்டுள்ளது8, 29, 30,31,32. பிராசிகா ஜுன்சியா மரபணு வரிசையின் வெளியீட்டின் மூலம், BjGRF மரபணு குடும்பத்தை அடையாளம் காண்பது சாத்தியமானது33. இந்த ஆய்வில், முழு கடுகு மரபணுவிலும் 34 BjGRF மரபணுக்கள் அடையாளம் காணப்பட்டு, அவற்றின் குரோமோசோமால் நிலையின் அடிப்படையில் BjGRF01–BjGRF34 என பெயரிடப்பட்டன. அவை அனைத்தும் மிகவும் பாதுகாக்கப்பட்ட QLQ மற்றும் WRC களங்களைக் கொண்டுள்ளன. இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகளின் பகுப்பாய்வு, BjGRF புரதங்களின் அமினோ அமில எண்கள் மற்றும் மூலக்கூறு எடைகளில் உள்ள வேறுபாடுகள் (BjGRF28 தவிர) குறிப்பிடத்தக்கவை அல்ல என்பதைக் காட்டுகிறது, இது BjGRF குடும்ப உறுப்பினர்களுக்கு ஒத்த செயல்பாடுகள் இருக்கலாம் என்பதைக் குறிக்கிறது. மரபணு அமைப்பு பகுப்பாய்வு 64.7% BjGRF மரபணுக்களில் 4 எக்ஸான்கள் இருப்பதைக் காட்டியது, இது BjGRF மரபணு அமைப்பு பரிணாம வளர்ச்சியில் ஒப்பீட்டளவில் பாதுகாக்கப்பட்டுள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது, ஆனால் BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 மற்றும் BjGRF29 மரபணுக்களில் எக்ஸான்களின் எண்ணிக்கை அதிகமாக உள்ளது. எக்ஸான்கள் அல்லது இன்ட்ரான்களைச் சேர்ப்பது அல்லது நீக்குவது மரபணு அமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டில் வேறுபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கும் என்றும், இதன் மூலம் புதிய மரபணுக்களை உருவாக்கலாம் என்றும் ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. எனவே, பரிணாம வளர்ச்சியின் போது BjGRF இன் இன்ட்ரான் இழக்கப்பட்டது, இது மரபணு செயல்பாட்டில் மாற்றங்களை ஏற்படுத்தக்கூடும் என்று நாங்கள் ஊகிக்கிறோம். ஏற்கனவே உள்ள ஆய்வுகளுக்கு இணங்க, இன்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை மரபணு வெளிப்பாட்டுடன் தொடர்புடையது என்பதையும் கண்டறிந்தோம். ஒரு மரபணுவில் உள்ள இன்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அதிகமாக இருக்கும்போது, ​​மரபணு பல்வேறு சாதகமற்ற காரணிகளுக்கு விரைவாக பதிலளிக்க முடியும்.
மரபணு மற்றும் மரபணு பரிணாம வளர்ச்சியில் மரபணு நகல் ஒரு முக்கிய காரணியாகும்37. தொடர்புடைய ஆய்வுகள், மரபணு நகல் GRF மரபணுக்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பது மட்டுமல்லாமல், தாவரங்கள் பல்வேறு பாதகமான சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகளுக்கு ஏற்ப மாற்ற உதவும் புதிய மரபணுக்களை உருவாக்கும் வழிமுறையாகவும் செயல்படுகிறது என்பதைக் காட்டுகின்றன38. இந்த ஆய்வில் மொத்தம் 48 நகல் மரபணு ஜோடிகள் கண்டறியப்பட்டன, அவை அனைத்தும் பிரிவு நகல்களாக இருந்தன, இது பிரிவு நகல்களே இந்த குடும்பத்தில் மரபணுக்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதற்கான முக்கிய வழிமுறை என்பதைக் குறிக்கிறது. பிரிவு நகல் அரபிடோப்சிஸ் மற்றும் ஸ்ட்ராபெரியில் GRF மரபணு குடும்ப உறுப்பினர்களின் பெருக்கத்தை திறம்பட ஊக்குவிக்க முடியும் என்று இலக்கியத்தில் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் இந்த மரபணு குடும்பத்தின் ஒருங்கிணைந்த நகல் எந்த இனத்திலும் காணப்படவில்லை27,39. இந்த ஆய்வின் முடிவுகள் அரபிடோப்சிஸ் தாலியானா மற்றும் ஸ்ட்ராபெரி குடும்பங்கள் குறித்த தற்போதைய ஆய்வுகளுடன் ஒத்துப்போகின்றன, GRF குடும்பம் வெவ்வேறு தாவரங்களில் பிரிவு நகல் மூலம் மரபணுக்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கவும் புதிய மரபணுக்களை உருவாக்கவும் முடியும் என்று கூறுகின்றன.
இந்த ஆய்வில், கடுகில் மொத்தம் 34 BjGRF மரபணுக்கள் அடையாளம் காணப்பட்டன, அவை 3 துணைக் குடும்பங்களாகப் பிரிக்கப்பட்டன. இந்த மரபணுக்கள் ஒத்த பாதுகாக்கப்பட்ட மையக்கருத்துகள் மற்றும் மரபணு அமைப்புகளைக் காட்டின. கோலினியாரிட்டி பகுப்பாய்வு கடுகில் 48 ஜோடி பிரிவு நகல்களை வெளிப்படுத்தியது. BjGRF ஊக்குவிப்பு பகுதியில் ஒளி பதில், ஹார்மோன் பதில், சுற்றுச்சூழல் அழுத்த பதில் மற்றும் வளர்ச்சி மற்றும் வளர்ச்சி ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடைய சிஸ்-செயல்படும் கூறுகள் உள்ளன. 34 BjGRF மரபணுக்களின் வெளிப்பாடு கடுகு நாற்று நிலையில் (வேர்கள், தண்டுகள், இலைகள்) கண்டறியப்பட்டது, மேலும் வறட்சி நிலைமைகளின் கீழ் 10 BjGRF மரபணுக்களின் வெளிப்பாடு முறை கண்டறியப்பட்டது. வறட்சி அழுத்தத்தின் கீழ் BjGRF மரபணுக்களின் வெளிப்பாடு வடிவங்கள் ஒத்தவை மற்றும் ஒத்ததாக இருக்கலாம் என்று கண்டறியப்பட்டது. வறட்சி கட்டாயப்படுத்தல் ஒழுங்குமுறையில் ஈடுபாடு. BjGRF03 மற்றும் BjGRF32 மரபணுக்கள் வறட்சி அழுத்தத்தில் நேர்மறையான ஒழுங்குமுறை பாத்திரங்களை வகிக்கக்கூடும், அதே நேரத்தில் BjGRF06 மற்றும் BjGRF23 ஆகியவை miR396 இலக்கு மரபணுக்களாக வறட்சி அழுத்தத்தில் பங்கு வகிக்கின்றன. ஒட்டுமொத்தமாக, எங்கள் ஆய்வு பிராசிகேசி தாவரங்களில் பிஜேஜிஆர்எஃப் மரபணு செயல்பாட்டை எதிர்காலத்தில் கண்டுபிடிப்பதற்கான உயிரியல் அடிப்படையை வழங்குகிறது.
இந்த பரிசோதனையில் பயன்படுத்தப்பட்ட கடுகு விதைகளை குய்சோ எண்ணெய் விதை ஆராய்ச்சி நிறுவனம், குய்சோ வேளாண் அறிவியல் அகாடமி வழங்கியது. முழு விதைகளையும் தேர்ந்தெடுத்து மண்ணில் நடவும் (அடி மூலக்கூறு: மண் = 3:1), நான்கு இலை நிலைக்குப் பிறகு வேர்கள், தண்டுகள் மற்றும் இலைகளை சேகரிக்கவும். வறட்சியை உருவகப்படுத்த தாவரங்கள் 20% PEG 6000 உடன் சிகிச்சையளிக்கப்பட்டன, மேலும் இலைகள் 0, 3, 6, 12 மற்றும் 24 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு சேகரிக்கப்பட்டன. அனைத்து தாவர மாதிரிகளும் உடனடியாக திரவ நைட்ரஜனில் உறைந்தன, பின்னர் அடுத்த சோதனைக்காக -80°C உறைவிப்பான் பெட்டியில் சேமிக்கப்பட்டன.
இந்த ஆய்வின் போது பெறப்பட்ட அல்லது பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்ட அனைத்து தரவுகளும் வெளியிடப்பட்ட கட்டுரை மற்றும் துணைத் தகவல் கோப்புகளில் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன.