قۇرغاقچىلىق شارائىتىدا گۆرجۈك ئۆسۈشىنى تەڭشەش ئامىللىرىنىڭ گېنوم دائىرىسىنى ئېنىقلاش ۋە ئىپادىلەش ئانالىزى

گۇيجۇ ئۆلكىسىدە يامغۇرنىڭ پەسىللىك تەقسىملىنىشى تەكشى ئەمەس، باھار ۋە يازدا يامغۇر كۆپ بولىدۇ، ئەمما راپس ئۇرۇقى كۆچەتلىرى كۈز ۋە قىشتا قۇرغاقچىلىق بېسىمىغا ئاسان ئۇچرايدۇ، بۇ مەھسۇلاتقا ئېغىر تەسىر كۆرسىتىدۇ. خاردال ئاساسلىقى گۇيجۇ ئۆلكىسىدە ئۆستۈرۈلىدىغان ئالاھىدە مايلىق زىرائەت. ئۇ قۇرغاقچىلىققا چىداملىق بولۇپ، تاغلىق رايونلاردا ئۆستۈرگىلى بولىدۇ. ئۇ قۇرغاقچىلىققا چىداملىق گېنلارنىڭ مول بايلىقى. قۇرغاقچىلىققا چىداملىق گېنلارنىڭ بايقىلىشى خاردال تۈرلىرىنى ياخشىلاش ۋە گېرمپلازما بايلىقىدا يېڭىلىق يارىتىش ئۈچۈن ئىنتايىن مۇھىم. GRF ئائىلىسى ئۆسۈملۈكلەرنىڭ ئۆسۈشى ۋە تەرەققىياتى ۋە قۇرغاقچىلىق بېسىمىغا تاقابىل تۇرۇشتا مۇھىم رول ئوينايدۇ. ھازىر GRF گېنى Arabidopsis 2، گۈرۈچ (Oryza sativa) 12، راپس ئۇرۇقى 13، پاختا (Gossypium hirsutum) 14، بۇغداي (Triticum) 15، ئىنچىكە تارا (Setaria italica) 16 ۋە Brassica 17 دە بايقالغان، ئەمما خاردالدا GRF گېنى بايقالغانلىقى توغرىسىدا ھېچقانداق دوكلات يوق. بۇ تەتقىقاتتا، خاردالنىڭ GRF ئائىلىسىدىكى گېنلىرى گېنوم سەۋىيىسىدە ئېنىقلاندى ۋە ئۇلارنىڭ فىزىكىلىق ۋە خىمىيىلىك ئالاھىدىلىكلىرى، تەرەققىيات مۇناسىۋىتى، گومولوگىيەسى، ساقلانغان موتىفلىرى، گېن قۇرۇلمىسى، گېن كۆپەيتىلىشى، سىس ئېلېمېنتلىرى ۋە كۆچەت باسقۇچى (تۆت يوپۇرماق باسقۇچى) تەھلىل قىلىندى. قۇرغاقچىلىق بېسىمى ئاستىدا ئىپادىلىنىش ئەندىزىسى ئومۇميۈزلۈك تەھلىل قىلىنىپ، BjGRF گېنلىرىنىڭ قۇرغاقچىلىققا بولغان ئىنكاسىدىكى ئىقتىدارى توغرىسىدا تېخىمۇ چوڭقۇر تەتقىقاتلار ئۈچۈن ئىلمىي ئاساس يارىتىلدى ۋە قۇرغاقچىلىققا چىداملىق خاردالنى يېتىشتۈرۈش ئۈچۈن كاندىدات گېنلار بىلەن تەمىنلەندى.
Brassica juncea گېنومىدا ئىككى HMMER ئىزدەش ئۇسۇلى ئارقىلىق 34 BjGRF گېنى ئېنىقلاندى، بۇلارنىڭ ھەممىسى QLQ ۋە WRC رايونلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئېنىقلانغان BjGRF گېنلىرىنىڭ CDS تىزىملىكى قوشۇمچە جەدۋەل S1 دا كۆرسىتىلدى. BjGRF01–BjGRF34 نىڭ خروموسومادىكى ئورنىغا ئاساسەن ئاتالغان. بۇ ئائىلىنىڭ فىزىكىلىق-خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتى ئامىنو كىسلاتاسىنىڭ ئۇزۇنلۇقىنىڭ ئىنتايىن ئۆزگىرىدىغانلىقىنى، 261 aa (BjGRF19) دىن 905 aa (BjGRF28) گىچە ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. BjGRF نىڭ ئىزوئېلېكتر نۇقتىسى 6.19 (BjGRF02) دىن 9.35 (BjGRF03) گىچە بولۇپ، ئوتتۇرىچە 8.33 بولىدۇ، BjGRF نىڭ %88.24 ى ئاساسىي ئاقسىل. BjGRF نىڭ مۆلچەرلەنگەن مولېكۇلا ئېغىرلىقى دائىرىسى 29.82 kDa (BjGRF19) دىن 102.90 kDa (BjGRF28) گىچە؛ BjGRF ئاقسىللىرىنىڭ مۇقىمسىزلىق كۆرسەتكۈچى 51.13 (BjGRF08) دىن 78.24 (BjGRF19) گىچە بولۇپ، ھەممىسى 40 تىن يۇقىرى، بۇ ياغ كىسلاتاسى كۆرسەتكۈچىنىڭ 43.65 (BjGRF01) دىن 78.78 (BjGRF22) گىچە ئىكەنلىكىنى، ئوتتۇرىچە سۇغا چىداملىقلىق (GRAVY) نىڭ -1.07 (BjGRF31) دىن -0.45 (BjGRF22) گىچە ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ، بارلىق سۇغا چىداملىق BjGRF ئاقسىللىرىنىڭ GRAVY قىممىتى مەنپىي، بۇ قالدۇق ماددىلارنىڭ سۇغا چىداملىقلىقنىڭ كەمچىللىكىدىن بولۇشى مۇمكىن. ھۈجەيرە ئاستىدىكى يەرلىكلىشىشنى مۆلچەرلەش نەتىجىسىدە، 31 BjGRF كودلانغان ئاقسىلنىڭ يادرودا، BjGRF04 نىڭ پېروكسىسومىدا، BjGRF25 نىڭ سىتوپلازمىدا ۋە BjGRF28 نىڭ خىلوروپلاستلاردا مەۋجۇت بولۇشى مۇمكىنلىكى كۆرسىتىلدى (1-جەدۋەل)، بۇ BjGRF نىڭ يادرودا مەۋجۇت بولۇشى ۋە ترانسكرىپسىيە ئامىلى سۈپىتىدە مۇھىم تەڭشەش رولىنى ئوينايدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
ھەر خىل تۈرلەردىكى GRF ئائىلىلىرىنىڭ فىلوگېنېتىك ئانالىزى گېن فۇنكسىيەسىنى تەتقىق قىلىشقا ياردەم بېرەلەيدۇ. شۇڭا، 35 دانە راپس ئۇرۇقى، 16 دانە شالغۇت، 12 دانە گۈرۈچ، 10 دانە تارىق ۋە 9 دانە ئەرەبىدوپسىس GRF نىڭ تولۇق ئۇزۇنلۇقتىكى ئامىنو كىسلاتا تىزىملىكى چۈشۈرۈلۈپ، 34 دانە ئېنىقلانغان BjGRF گېنىغا ئاساسەن فىلوگېنېتىك دەرەخ قۇرۇلدى (1-رەسىم). ئۈچ تارماق ئائىلىدە ئوخشىمىغان ساندىكى ئەزالار بار؛ 116 دانە GRF TF ئۈچ خىل تارماق ئائىلىگە (A~C گۇرۇپپىسى) بۆلۈنگەن بولۇپ، ئايرىم-ئايرىم ھالدا GRF نىڭ %59 نى (%50.86)، %34 نى (%29.31) ۋە %23 نى (%19.83) ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. بۇلارنىڭ ئىچىدە، 34 دانە BjGRF ئائىلىسى ئەزاسى 3 تارماق ئائىلىگە تارقالغان: A گۇرۇپپىسىدا 13 ئەزا (%38.24)، B گۇرۇپپىسىدا 12 ئەزا (%35.29) ۋە C گۇرۇپپىسىدا 9 ئەزا (%26.47). خاردال پولىپلوئىدلىشىش جەريانىدا، ھەر خىل تارماق ئائىلىلەردىكى BjGRFs گېنلىرىنىڭ سانى ئوخشىمايدۇ، گېننىڭ كۆپىيىشى ۋە يوقىلىشى يۈز بەرگەن بولۇشى مۇمكىن. شۇنىڭغا دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدۇكى، C گۇرۇپپىسىدا گۈرۈچ ۋە تارا GRF نىڭ تارقىلىشى يوق، B گۇرۇپپىسىدا بولسا 2 گۈرۈچ GRF ۋە 1 تارا GRF بار، ھەمدە گۈرۈچ ۋە تارا GRF نىڭ كۆپىنچىسى بىر تارماققا توپلانغان، بۇ BjGRF نىڭ قوش مۆھۈرلۈك بىلەن زىچ مۇناسىۋەتلىك ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇلارنىڭ ئىچىدە، Arabidopsis thaliana دىكى GRF نىڭ فۇنكسىيەسى توغرىسىدىكى ئەڭ چوڭقۇر تەتقىقاتلار BjGRF نىڭ فۇنكسىيەلىك تەتقىقاتى ئۈچۈن ئاساس يارىتىپ بېرىدۇ.
خاردالنىڭ فىلوگېنېتىك دەرىخى، مەسىلەن، Brassica napus، Brassica napus، گۈرۈچ، تارىق ۋە Arabidopsis thaliana GRF ئائىلىسىدىكىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.
خاردال GRF ئائىلىسىدىكى تەكرارلىنىدىغان گېنلارنى تەھلىل قىلىش. ئارقا كۆرۈنۈشتىكى كۈلرەڭ سىزىق خاردال گېنومىدىكى سىنخرونلاشتۇرۇلغان بۆلەكنى، قىزىل سىزىق BjGRF گېنىنىڭ بىر جۈپ پارچىلانغان تەكرارلىنىشىنى كۆرسىتىدۇ؛
تۆتىنچى يوپۇرماق باسقۇچىدا قۇرغاقچىلىق بېسىمى ئاستىدا BjGRF گېنىنىڭ ئىپادىلىنىشى. qRT-PCR سانلىق مەلۇماتلىرى قوشۇمچە جەدۋەل S5 دا كۆرسىتىلدى. سانلىق مەلۇماتلاردىكى مۇھىم پەرقلەر كىچىك ھەرپلەر بىلەن كۆرسىتىلدى.
يەر شارى كېلىماتى داۋاملىق ئۆزگىرىۋاتقان بولغاچقا، زىرائەتلەرنىڭ قۇرغاقچىلىق بېسىمىغا قانداق تاقابىل تۇرىدىغانلىقىنى تەتقىق قىلىش ۋە ئۇلارنىڭ چىدامچانلىق مېخانىزمىنى ياخشىلاش قىزىق تەتقىقات تېمىسىغا ئايلاندى18. قۇرغاقچىلىقتىن كېيىن، ئۆسۈملۈكلەرنىڭ مورفولوگىيەلىك قۇرۇلمىسى، گېن ئىپادىسى ۋە ماددا ئالمىشىش جەريانلىرى ئۆزگىرىدۇ، بۇ فوتوسىنتېزنىڭ توختىشى ۋە ماددا ئالمىشىش قالايمىقانلىشىشىغا ئېلىپ كېلىپ، زىرائەتلەرنىڭ ھوسۇلى ۋە سۈپىتىگە تەسىر كۆرسىتىدۇ19،20،21. ئۆسۈملۈكلەر قۇرغاقچىلىق سىگنالىنى سېزگەندە، Ca2+ ۋە فوسفاتىدىلىنوزىتول قاتارلىق ئىككىنچى خەۋەرچىلەرنى ئىشلەپچىقىرىدۇ، ھۈجەيرە ئىچىدىكى كالتسىي ئىئونىنىڭ قويۇقلۇقىنى ئاشۇرىدۇ ۋە ئاقسىل فوسفورلىنىش يولىنىڭ تەڭشەش تورىنى قوزغىتىدۇ22،23. ئاخىرقى نىشان ئاقسىل ھۈجەيرە مۇداپىئەسىگە بىۋاسىتە قاتنىشىدۇ ياكى TFs ئارقىلىق مۇناسىۋەتلىك بېسىم گېنلىرىنىڭ ئىپادىسىنى تەڭشەيدۇ، ئۆسۈملۈكلەرنىڭ بېسىمغا بولغان چىدامچانلىقىنى ئاشۇرىدۇ24،25. شۇڭا، TFs قۇرغاقچىلىق بېسىمىغا ئىنكاس قايتۇرۇشتا مۇھىم رول ئوينايدۇ. قۇرغاقچىلىق بېسىمىغا ئىنكاس قايتۇرىدىغان TFs نىڭ تەرتىپى ۋە DNA باغلىنىش خۇسۇسىيىتىگە ئاساسەن، TFs نى GRF، ERF، MYB، WRKY ۋە باشقا ئائىلىلەرگە بۆلۈشكە بولىدۇ26.
GRF گېن ئائىلىسى ئۆسۈملۈككە خاس TF نىڭ بىر تۈرى بولۇپ، ئۆسۈش، تەرەققىيات، سىگنال ئۆتكۈزۈش ۋە ئۆسۈملۈك مۇداپىئە ئىنكاسى قاتارلىق ھەر خىل جەھەتلەردە مۇھىم رول ئوينايدۇ27. تۇنجى GRF گېنى O. sativa دا بايقالغاندىن بۇيان28، نۇرغۇن تۈرلەردە بارغانسېرى كۆپ GRF گېنلىرى بايقالغان ۋە ئۆسۈملۈكلەرنىڭ ئۆسۈشى، تەرەققىياتى ۋە بېسىم ئىنكاسىغا تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقى ئىسپاتلانغان8،29،30،31،32. Brassica juncea گېنوم تەرتىپىنىڭ ئېلان قىلىنىشى بىلەن، BjGRF گېن ئائىلىسىنى ئېنىقلاش مۇمكىن بولدى33. بۇ تەتقىقاتتا، پۈتۈن خاردال گېنومىدا 34 BjGRF گېنى بايقالغان ۋە ئۇلارنىڭ خروموسوما ئورنىغا ئاساسەن BjGRF01–BjGRF34 دەپ ئاتالغان. ئۇلارنىڭ ھەممىسىدە يۇقىرى دەرىجىدە ساقلانغان QLQ ۋە WRC رايونلىرى بار. فىزىكىلىق-خىمىيىلىك خۇسۇسىيەتلەرنى تەھلىل قىلىش BjGRF ئاقسىللىرىنىڭ (BjGRF28 دىن باشقا) ئامىنو كىسلاتا سانى ۋە مولېكۇلا ئېغىرلىقىدىكى پەرقنىڭ مۇھىم ئەمەسلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، بۇ BjGRF ئائىلىسى ئەزالىرىنىڭ ئوخشاش فۇنكسىيەگە ئىگە بولۇشى مۇمكىنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. گېن قۇرۇلمىسى ئانالىزى BjGRF گېنلىرىنىڭ %64.7 ىدە 4 ئېكسون بارلىقىنى كۆرسەتتى، بۇ BjGRF گېن قۇرۇلمىسىنىڭ تەرەققىيات جەريانىدا نىسبەتەن ساقلانغانلىقىنى، ئەمما BjGRF10، BjGRF16، BjGRP28 ۋە BjGRF29 گېنلىرىدىكى ئېكسون سانىنىڭ چوڭ ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تەتقىقاتلاردا ئېكسون ياكى ئىنترونلارنىڭ قوشۇلۇشى ياكى ئۆچۈرۈلۈشى گېن قۇرۇلمىسى ۋە ئىقتىدارىدا پەرقلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىپ، يېڭى گېنلارنىڭ پەيدا بولىدىغانلىقى كۆرسىتىلدى34،35،36. شۇڭا، بىز BjGRF نىڭ ئىنترونىنىڭ تەرەققىيات جەريانىدا يوقاپ كەتكەنلىكىنى، بۇنىڭ گېن ئىقتىدارىدا ئۆزگىرىش پەيدا قىلىشى مۇمكىنلىكىنى پەرەز قىلىمىز. مەۋجۇت تەتقىقاتلارغا ماس ھالدا، بىز يەنە ئىنترون سانىنىڭ گېن ئىپادىسى بىلەن مۇناسىۋەتلىك ئىكەنلىكىنى بايقىدۇق. بىر گېندىكى ئىنترون سانى كۆپ بولغاندا، گېن ھەر خىل پايدىسىز ئامىللارغا تېز ئىنكاس قايتۇرالايدۇ.
گېننىڭ كۆپىيىشى گېنوم ۋە گېن تەرەققىياتىدىكى مۇھىم ئامىل37. مۇناسىۋەتلىك تەتقىقاتلار گېننىڭ كۆپىيىشى پەقەت GRF گېنلىرىنىڭ سانىنى ئاشۇرۇپلا قالماي، يەنە ئۆسۈملۈكلەرنىڭ ھەر خىل ناچار مۇھىت شارائىتىغا ماسلىشىشىغا ياردەم بېرىدىغان يېڭى گېنلارنى ھاسىل قىلىشنىڭ ۋاسىتىسى ئىكەنلىكىنى كۆرسەتتى38. بۇ تەتقىقاتتا جەمئىي 48 قېتىم كۆپەيتىلگەن گېن جۈپلىرى بايقالدى، بۇلارنىڭ ھەممىسى بۆلەكلىك كۆپىيىش بولۇپ، بۆلەكلىك كۆپىيىشنىڭ بۇ ئائىلىدىكى گېنلارنىڭ سانىنى ئاشۇرۇشتىكى ئاساسلىق مېخانىزم ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. ئەدەبىياتلاردا بۆلەكلىك كۆپىيىشنىڭ Arabidopsis ۋە قۇلۇپنایدىكى GRF گېن ئائىلىسى ئەزالىرىنىڭ كۆپىيىشىنى ئۈنۈملۈك ئىلگىرى سۈرىدىغانلىقى خەۋەر قىلىنغان، ھەمدە بۇ گېن ئائىلىسىنىڭ ھېچقانداق تۈرىدە ئىككى خىل كۆپىيىشى بايقالمىغان27،39. بۇ تەتقىقاتنىڭ نەتىجىسى Arabidopsis thaliana ۋە قۇلۇپنای ئائىلىسىدىكى مەۋجۇت تەتقىقاتلار بىلەن ماس كېلىدۇ، بۇ GRF ئائىلىسىنىڭ ھەر خىل ئۆسۈملۈكلەردە بۆلەكلىك كۆپىيىش ئارقىلىق گېن سانىنى كۆپەيتىپ، يېڭى گېنلارنى ھاسىل قىلالايدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.
بۇ تەتقىقاتتا، خاردالدا جەمئىي 34 BjGRF گېنى بايقالغان بولۇپ، ئۇلار 3 تارماق ئائىلىگە بۆلۈنگەن. بۇ گېنلار ئوخشاش ساقلانغان موتىف ۋە گېن قۇرۇلمىسىنى كۆرسەتكەن. كوللېنىيارلىق ئانالىزى خاردالدا 48 جۈپ بۆلەك كۆپەيتىلگەنلىكىنى بايقىغان. BjGRF ئىلگىرى سۈرگۈچى رايونىدا يورۇقلۇق ئىنكاسى، گورمون ئىنكاسى، مۇھىت بېسىمىغا ئىنكاسى ۋە ئۆسۈش ۋە تەرەققىيات بىلەن مۇناسىۋەتلىك cis-ئەمەلىيەت ئېلېمېنتلىرى بار. خاردال كۆچىتى باسقۇچىدا (يىلتىز، غول، يوپۇرماق) 34 BjGRF گېنىنىڭ ئىپادىلىنىشى ۋە قۇرغاقچىلىق شارائىتىدا 10 BjGRF گېنىنىڭ ئىپادىلىنىش ئەندىزىسى بايقالغان. قۇرغاقچىلىق بېسىمى ئاستىدا BjGRF گېنلىرىنىڭ ئىپادىلىنىش ئەندىزىسى ئوخشاش ئىكەنلىكى ۋە ئوخشاش بولۇشى مۇمكىنلىكى بايقالغان. قۇرغاقچىلىقنى تەڭشەشكە قاتنىشىش. BjGRF03 ۋە BjGRF32 گېنلىرى قۇرغاقچىلىق بېسىمىدا ئاكتىپ تەڭشەش رولىنى ئوينايدۇ، BjGRF06 ۋە BjGRF23 بولسا miR396 نىشان گېنلىرى سۈپىتىدە قۇرغاقچىلىق بېسىمىدا رول ئوينايدۇ. ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا، بىزنىڭ تەتقىقاتىمىز Brassicaceae ئۆسۈملۈكلىرىدە BjGRF گېنىنىڭ ئىقتىدارىنى كەلگۈسىدە بايقاش ئۈچۈن بىئولوگىيىلىك ئاساس بىلەن تەمىنلەيدۇ.
بۇ تەجرىبىدە ئىشلىتىلگەن گۆرجوۋ دېھقانچىلىق پەنلىرى ئاكادېمىيىسىنىڭ گۈيجۇ ماي ئۇرۇقى تەتقىقات ئىنستىتۇتى تەمىنلىگەن. پۈتۈن ئۇرۇقلارنى تاللاپ، تۇپراققا تىكىڭ (ئاساسلىق قىسمى: تۇپراق = 3:1)، ۋە تۆت يوپۇرماقلىق باسقۇچتىن كېيىن يىلتىز، غول ۋە يوپۇرماقلارنى يىغىڭ. قۇرغاقچىلىقنى تەقلىد قىلىش ئۈچۈن ئۆسۈملۈكلەرگە %20 PEG 6000 بىر تەرەپ قىلىندى، يوپۇرماقلار 0، 3، 6، 12 ۋە 24 سائەتتىن كېيىن يىغىۋېلىندى. بارلىق ئۆسۈملۈك ئەۋرىشكىلىرى دەرھال سۇيۇق ئازوتتا توڭلىتىلدى، ئاندىن كېيىنكى سىناق ئۈچۈن -80 سېلسىيە گرادۇسلۇق توڭلاتقۇدا ساقلاندى.
بۇ تەتقىقات جەريانىدا قولغا كەلتۈرۈلگەن ياكى تەھلىل قىلىنغان بارلىق سانلىق مەلۇماتلار ئېلان قىلىنغان ماقالە ۋە قوشۇمچە ئۇچۇر ھۆججەتلىرىگە كىرگۈزۈلگەن.