خشک سالی کے حالات میں سرسوں کی نشوونما کے ضابطے کے عوامل کی جینوم وسیع شناخت اور اظہار تجزیہ

Guizhou صوبے میں بارش کی موسمی تقسیم غیر مساوی ہے، موسم بہار اور گرمیوں میں زیادہ بارش ہوتی ہے، لیکن ریپسیڈ کے پودے موسم خزاں اور سردیوں میں خشک سالی کے لیے حساس ہوتے ہیں، جو کہ پیداوار کو شدید متاثر کرتے ہیں۔ سرسوں ایک خاص تیل کے بیج کی فصل ہے جو بنیادی طور پر صوبہ گوئزو میں اگائی جاتی ہے۔ اس میں قحط برداشت کی مضبوطی ہے اور اسے پہاڑی علاقوں میں اگایا جا سکتا ہے۔ یہ خشک سالی کے خلاف مزاحمت کرنے والے جینز کا بھرپور وسیلہ ہے۔ سرسوں کی اقسام کی بہتری کے لیے خشک سالی کے خلاف مزاحمت کرنے والے جینز کی دریافت انتہائی اہمیت کی حامل ہے۔ اور جراثیم کے وسائل میں جدت۔ GRF خاندان پودوں کی نشوونما اور نشوونما اور خشک سالی کے دباؤ کے ردعمل میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ فی الحال، GRF جین Arabidopsis 2، چاول (Oryza sativa) 12، rapeseed 13، کپاس (Gossypium hirsutum) 14، گندم (Triticum) میں پائے گئے ہیں۔ aestivum) 15، موتی باجرا (Setaria italica) 16 اور Brassica17، لیکن سرسوں میں GRF جینز کی کوئی اطلاع نہیں ہے۔ اس تحقیق میں، سرسوں کے GRF خاندانی جینوں کی جینوم کی سطح پر شناخت کی گئی اور ان کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات، ارتقائی تعلقات، ہومولوجی، محفوظ شکلیں، جین کی ساخت، جین کی نقلیں، cis-عناصر اور بیج لگانے کے مرحلے (چار پتیوں کا مرحلہ) کا تجزیہ کیا گیا۔ خشک سالی کے دباؤ کے تحت اظہار کے نمونوں کا جامع تجزیہ کیا گیا تاکہ خشک سالی کے ردعمل میں BjGRF جینوں کے ممکنہ کام کے بارے میں مزید مطالعات کے لیے سائنسی بنیاد فراہم کی جا سکے اور خشک سالی برداشت کرنے والی سرسوں کی افزائش کے لیے امیدوار جین فراہم کی جا سکے۔
دو HMMER تلاشوں کا استعمال کرتے ہوئے Brassica juncea جینوم میں چونتیس BjGRF جینوں کی شناخت کی گئی، جن میں سے سبھی QLQ اور WRC ڈومینز پر مشتمل ہیں۔ شناخت شدہ BjGRF جینوں کے CDS سلسلے کو ضمنی جدول S1 میں پیش کیا گیا ہے۔ BjGRF01–BjGRF34 کا نام کروموسوم پر ان کے مقام کی بنیاد پر رکھا گیا ہے۔ اس خاندان کی فزیک کیمیکل خصوصیات بتاتی ہیں کہ امینو ایسڈ کی لمبائی انتہائی متغیر ہے، 261 aa (BjGRF19) سے 905 aa (BjGRF28) تک۔ BjGRF کا آئیسو الیکٹرک پوائنٹ 6.19 (BjGRF02) سے 9.35 (BjGRF03) تک ہے جس کی اوسط 8.33 ہے، اور BjGRF کا 88.24% ایک بنیادی پروٹین ہے۔ BjGRF کی پیشن گوئی مالیکیولر وزن کی حد 29.82 kDa (BjGRF19) سے 102.90 kDa (BjGRF28) ہے؛ BjGRF پروٹینوں کا عدم استحکام کا اشاریہ 51.13 (BjGRF08) سے 78.24 (BjGRF19) تک ہے، سبھی 40 سے زیادہ ہیں، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ فیٹی ایسڈ انڈیکس 43.65 (BjGRF01) سے 78.78 (BjGRF25) سے 78.78 (بی جے جی آر ایف 19) سے زیادہ ہے۔ -1.07 (BjGRF31) سے -0.45 (BjGRF22)، تمام ہائیڈرو فیلک BjGRF پروٹینز کی منفی GRAVY قدریں ہیں، جو باقیات کی وجہ سے ہائیڈروفوبیسیٹی کی کمی کی وجہ سے ہوسکتی ہیں۔ سب سیلولر لوکلائزیشن کی پیشن گوئی سے پتہ چلتا ہے کہ 31 BjGRF انکوڈ شدہ پروٹین کو نیوکلئس میں لوکلائز کیا جا سکتا ہے، BjGRF04 کو پیروکسیسومز میں لوکلائز کیا جا سکتا ہے، BjGRF25 کو سائٹوپلازم میں لوکلائز کیا جا سکتا ہے، اور BjGRF28 کو کلوروپلاسٹ (ٹیبل 1) میں لوکلائز کیا جا سکتا ہے، یہ بتاتا ہے کہ BjGRF ایک اہم مقام ہے نقل کے عنصر کے طور پر ریگولیٹری کردار۔
مختلف انواع میں GRF خاندانوں کا فائیلوجنیٹک تجزیہ جین کے افعال کا مطالعہ کرنے میں مدد کر سکتا ہے۔ لہذا، 35 ریپسیڈ، 16 شلجم، 12 چاول، 10 جوار اور 9 عربیڈوپسس جی آر ایف کے مکمل طوالت کے امینو ایسڈ کی ترتیب کو ڈاؤن لوڈ کیا گیا اور 34 شناخت شدہ BjGRF جینز (تصویر 1) کی بنیاد پر ایک فائیلوجنیٹک درخت بنایا گیا۔ تین ذیلی فیملیز میں اراکین کی مختلف تعداد ہوتی ہے۔ 116 GRF TFs کو تین مختلف ذیلی فیملیز (گروپ A~C) میں تقسیم کیا گیا ہے، جس میں بالترتیب 59 (50.86%)، 34 (29.31%) اور 23 (19.83)% شامل ہیں۔ ان میں سے، 34 BjGRF فیملی ممبران 3 ذیلی فیملیز میں بکھرے ہوئے ہیں: گروپ A میں 13 ممبران (38.24%)، گروپ B میں 12 ممبران (35.29%) اور گروپ C میں 9 ممبران (26.47%)۔ مسٹرڈ پولی پلائیڈائزیشن کے عمل میں، مختلف ذیلی فیملیز میں BjGRFs جینز کی تعداد مختلف ہوتی ہے، اور جین کی افزائش اور نقصان ہو سکتا ہے۔ یہ بات قابل غور ہے کہ گروپ C میں چاول اور باجرے کے GRF کی کوئی تقسیم نہیں ہے، جبکہ گروپ B میں چاول کے 2 GRF اور 1 باجرے کے GRF ہیں، اور زیادہ تر چاول اور باجرے کے GRF کو ایک شاخ میں گروپ کیا گیا ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ BjGRFs کا گہرا تعلق ڈیکوٹس سے ہے۔ ان میں سے، Arabidopsis thaliana میں GRF فنکشن پر سب سے زیادہ گہرائی سے مطالعہ BjGRFs کے فنکشنل اسٹڈیز کی بنیاد فراہم کرتا ہے۔
سرسوں کا فائیلوجنیٹک درخت جس میں براسیکا نیپس، براسیکا نیپس، چاول، باجرا اور عربیڈوپسس تھالیانا جی آر ایف فیملی کے ارکان شامل ہیں۔
سرسوں کے GRF خاندان میں دہرائے جانے والے جینوں کا تجزیہ۔ پس منظر میں سرمئی لکیر سرسوں کے جینوم میں ایک مطابقت پذیر بلاک کی نمائندگی کرتی ہے، سرخ لکیر BjGRF جین کے الگ الگ دہرائے جانے والے جوڑے کی نمائندگی کرتی ہے۔
چوتھے پتے کے مرحلے پر خشک سالی کے دباؤ کے تحت BjGRF جین کا اظہار۔ qRT-PCR ڈیٹا کو ضمنی جدول S5 میں دکھایا گیا ہے۔ اعداد و شمار میں نمایاں فرق چھوٹے حروف سے ظاہر ہوتا ہے۔
جیسا کہ عالمی آب و ہوا میں تبدیلیاں جاری ہیں، اس بات کا مطالعہ کرنا کہ فصلیں کس طرح خشک سالی کے دباؤ سے نمٹتی ہیں اور ان کے برداشت کے طریقہ کار کو بہتر بنانا ایک گرما گرم تحقیقی موضوع بن گیا ہے۔ خشک سالی کے بعد، پودوں کی مورفولوجیکل ساخت، جین کا اظہار اور میٹابولک عمل تبدیل ہو جائیں گے، جو کہ فوٹو سنتھیسز اور میٹابولک خلل کے خاتمے کا باعث بن سکتے ہیں، جس سے فصلوں کی پیداوار اور معیار 19,20,21 متاثر ہو سکتے ہیں۔ جب پودے خشک سالی کے اشارے محسوس کرتے ہیں، تو وہ Ca2+ اور phosphatidylinositol جیسے دوسرے میسنجر پیدا کرتے ہیں، انٹرا سیلولر کیلشیم آئن کی ارتکاز کو بڑھاتے ہیں اور پروٹین فاسفوریلیشن پاتھ وے 22,23 کے ریگولیٹری نیٹ ورک کو چالو کرتے ہیں۔ حتمی ہدف پروٹین سیلولر ڈیفنس میں براہ راست ملوث ہے یا TFs کے ذریعے متعلقہ تناؤ کے جینز کے اظہار کو منظم کرتا ہے، تناؤ 24,25 میں پودوں کی رواداری کو بڑھاتا ہے۔ اس طرح، TFs خشک سالی کے دباؤ کا جواب دینے میں ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ خشک سالی کے تناؤ کے جواب دینے والے TFs کی ترتیب اور DNA بائنڈنگ خصوصیات کے مطابق، TFs کو مختلف خاندانوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، جیسے GRF، ERF، MYB، WRKY اور دیگر خاندانوں26۔
GRF جین فیملی پودوں کے لیے مخصوص TF کی ایک قسم ہے جو مختلف پہلوؤں جیسے کہ ترقی، نشوونما، سگنل کی منتقلی اور پودوں کے دفاعی ردعمل میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ چونکہ O. sativa28 میں پہلے GRF جین کی شناخت کی گئی تھی، بہت سے انواع میں زیادہ سے زیادہ GRF جینوں کی نشاندہی کی گئی ہے اور پودوں کی نشوونما، نشوونما اور تناؤ کے ردعمل کو متاثر کرتے ہوئے دکھایا گیا ہے8, 29, 30,31,32 Brassica juncea genome sequence کی اشاعت کے ساتھ، BjGRF جین خاندان کی شناخت ممکن ہو گئی۔ اس تحقیق میں، پورے سرسوں کے جینوم میں 34 BjGRF جینوں کی نشاندہی کی گئی اور ان کی کروموسومل پوزیشن کی بنیاد پر BjGRF01–BjGRF34 کا نام دیا گیا۔ ان سب میں انتہائی محفوظ QLQ اور WRC ڈومینز شامل ہیں۔ فزیک کیمیکل خصوصیات کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ BjGRF پروٹینز (سوائے BjGRF28) کے امائنو ایسڈ نمبروں اور مالیکیولر وزن میں فرق اہم نہیں تھا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ BjGRF خاندان کے افراد میں بھی اسی طرح کے افعال ہو سکتے ہیں۔ جین کی ساخت کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ BjGRF جینوں میں سے 64.7% 4 exons پر مشتمل ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ BjGRF جین کا ڈھانچہ ارتقاء میں نسبتاً محفوظ ہے، لیکن BjGRF10، BjGRF16، BjGRP28 اور BjGRF29 جینز میں ایکسونز کی تعداد زیادہ ہے۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ exons یا introns کے اضافے یا حذف ہونے سے جین کی ساخت اور افعال میں فرق پیدا ہو سکتا ہے، اس طرح نئے جینز 34,35,36 بنتے ہیں۔ لہذا، ہم قیاس کرتے ہیں کہ BjGRF کا انٹرن ارتقاء کے دوران کھو گیا تھا، جو جین کے کام میں تبدیلی کا سبب بن سکتا ہے۔ موجودہ مطالعات سے ہم آہنگ، ہم نے یہ بھی پایا کہ انٹرنز کی تعداد جین کے اظہار سے وابستہ تھی۔ جب کسی جین میں انٹرن کی تعداد زیادہ ہوتی ہے، تو جین مختلف ناگوار عوامل کا فوری جواب دے سکتا ہے۔
جین کی نقل جینومک اور جینیاتی ارتقاء میں ایک اہم عنصر ہے۔ متعلقہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ جین کی نقل نہ صرف GRF جینوں کی تعداد میں اضافہ کرتی ہے، بلکہ پودوں کو مختلف منفی ماحولیاتی حالات کے مطابق ڈھالنے میں مدد کرنے کے لیے نئے جین پیدا کرنے کا ایک ذریعہ بھی ہے۔ اس تحقیق میں مجموعی طور پر 48 ڈپلیکیٹ جین کے جوڑے پائے گئے، جن میں سے سبھی سیگمنٹل ڈپلیکیشنز تھے، جو اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ اس خاندان میں جینز کی تعداد بڑھانے کا سب سے بڑا طریقہ کار سیگمنٹل ڈپلیکیشنز ہیں۔ ادب میں یہ بتایا گیا ہے کہ قطعاتی نقل عربیڈوپسس اور اسٹرابیری میں GRF جین خاندان کے افراد کی افزائش کو مؤثر طریقے سے فروغ دے سکتی ہے، اور اس جین کے خاندان کی کسی بھی قسم کی 27,39 نسلوں میں کوئی ٹینڈم ڈپلیکیشن نہیں پائی گئی۔ اس مطالعے کے نتائج عربیڈوپسس تھالیانا اور اسٹرابیری خاندانوں پر موجودہ مطالعات سے مطابقت رکھتے ہیں، یہ تجویز کرتے ہیں کہ جی آر ایف فیملی جینز کی تعداد میں اضافہ کر سکتی ہے اور مختلف پودوں میں سیگمنٹل ڈپلیکیشن کے ذریعے نئے جین پیدا کر سکتی ہے۔
اس تحقیق میں، سرسوں میں کل 34 BjGRF جینوں کی نشاندہی کی گئی، جنہیں 3 ذیلی خاندانوں میں تقسیم کیا گیا۔ ان جینوں نے اسی طرح کے محفوظ محرکات اور جین کے ڈھانچے کو دکھایا۔ کولینیرٹی تجزیہ سے سرسوں میں 48 جوڑے سیگمنٹ ڈپلیکیشنز کا انکشاف ہوا۔ BjGRF پروموٹر ریجن میں روشنی کے ردعمل، ہارمونل ردعمل، ماحولیاتی تناؤ کے ردعمل، اور نمو اور ترقی سے وابستہ cis- ایکٹنگ عناصر شامل ہیں۔ 34 BjGRF جینوں کا اظہار سرسوں کے بیج کے مرحلے (جڑیں، تنوں، پتے) اور خشک سالی کے حالات میں 10 BjGRF جینوں کے اظہار کے انداز میں پایا گیا۔ یہ پایا گیا کہ خشک سالی کے دباؤ کے تحت BjGRF جین کے اظہار کے نمونے ایک جیسے تھے اور ایک جیسے ہوسکتے ہیں۔ قحط سالی میں ملوث ہونا جبری ضابطہ۔ BjGRF03 اور BjGRF32 جینز خشک سالی کے تناؤ میں مثبت ریگولیٹری کردار ادا کر سکتے ہیں، جبکہ BjGRF06 اور BjGRF23 خشکی کے تناؤ میں miR396 ٹارگٹ جین کے طور پر کردار ادا کرتے ہیں۔ مجموعی طور پر، ہمارا مطالعہ Brassicaceae پودوں میں BjGRF جین فنکشن کی مستقبل کی دریافت کے لیے حیاتیاتی بنیاد فراہم کرتا ہے۔
اس تجربے میں استعمال ہونے والے سرسوں کے بیج Guizhou آئل سیڈ ریسرچ انسٹی ٹیوٹ، Guizhou اکیڈمی آف ایگریکلچرل سائنسز نے فراہم کیے تھے۔ پورے بیج کو منتخب کریں اور انہیں مٹی میں لگائیں (سبسٹریٹ: مٹی = 3:1)، اور چار پتیوں کے مرحلے کے بعد جڑوں، تنوں اور پتوں کو جمع کریں۔ خشک سالی سے نمٹنے کے لیے پودوں کو 20% PEG 6000 کے ساتھ علاج کیا گیا، اور پتے 0، 3، 6، 12 اور 24 گھنٹے کے بعد جمع کیے گئے۔ تمام پودوں کے نمونوں کو فوری طور پر مائع نائٹروجن میں منجمد کر دیا گیا اور پھر اگلے ٹیسٹ کے لیے -80 ° C فریزر میں محفوظ کر دیا گیا۔
اس مطالعہ کے دوران حاصل کردہ یا تجزیہ کردہ تمام ڈیٹا شائع شدہ مضمون اور اضافی معلومات کی فائلوں میں شامل ہیں۔