খরা পরিস্থিতিতে সরিষার বৃদ্ধি নিয়ন্ত্রণের কারণগুলির জিনোম-ব্যাপী সনাক্তকরণ এবং প্রকাশ বিশ্লেষণ

গুইঝো প্রদেশে বৃষ্টিপাতের মৌসুমী বন্টন অসম, বসন্ত ও গ্রীষ্মে বেশি বৃষ্টিপাত হয়, তবে র‍্যাপসিডের চারা শরৎ ও শীতকালে খরার চাপের জন্য সংবেদনশীল হয়, যা ফলনকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করে। সরিষা হল একটি বিশেষ তৈলবীজ ফসল যা মূলত গুইঝো প্রদেশে জন্মে। এর খরা সহনশীলতা শক্তিশালী এবং পাহাড়ি অঞ্চলে এটি চাষ করা যেতে পারে। এটি খরা-প্রতিরোধী জিনের একটি সমৃদ্ধ উৎস। সরিষার জাত উন্নত করার জন্য এবং জার্মপ্লাজম সম্পদের উদ্ভাবনের জন্য খরা-প্রতিরোধী জিন আবিষ্কার অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উদ্ভিদের বৃদ্ধি এবং বিকাশ এবং খরার চাপের প্রতিক্রিয়ায় GRF পরিবার গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। বর্তমানে, Arabidopsis 2, চাল (Oryza sativa) 12, র‍্যাপসিড 13, তুলা (Gossypium hirsutum) 14, গম (Triticum) 15, মুক্তা বাজরা (Setaria italica) 16 এবং Brassica17-এ GRF জিন পাওয়া গেছে, তবে সরিষায় GRF জিন সনাক্ত হওয়ার কোনও রিপোর্ট নেই। এই গবেষণায়, জিনোম-ব্যাপী স্তরে সরিষার GRF পরিবারের জিনগুলি চিহ্নিত করা হয়েছিল এবং তাদের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, বিবর্তনীয় সম্পর্ক, সমরূপতা, সংরক্ষিত মোটিফ, জিন গঠন, জিনের অনুলিপি, cis-উপাদান এবং চারা পর্যায় (চার-পাতার পর্যায়) বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। খরার চাপের অধীনে প্রকাশের ধরণগুলি ব্যাপকভাবে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল যাতে খরা প্রতিক্রিয়ায় BjGRF জিনের সম্ভাব্য কার্যকারিতা সম্পর্কে আরও গবেষণার জন্য একটি বৈজ্ঞানিক ভিত্তি প্রদান করা যায় এবং খরা-সহনশীল সরিষা প্রজননের জন্য প্রার্থী জিন সরবরাহ করা যায়।
দুটি HMMER অনুসন্ধান ব্যবহার করে ব্রাসিকা জুনসিয়া জিনোমে চৌত্রিশটি BjGRF জিন সনাক্ত করা হয়েছিল, যার সবকটিতেই QLQ এবং WRC ডোমেন রয়েছে। চিহ্নিত BjGRF জিনের CDS ক্রমগুলি পরিপূরক সারণী S1 এ উপস্থাপন করা হয়েছে। BjGRF01–BjGRF34 ক্রোমোজোমে তাদের অবস্থানের উপর ভিত্তি করে নামকরণ করা হয়েছে। এই পরিবারের ভৌত রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্দেশ করে যে অ্যামিনো অ্যাসিডের দৈর্ঘ্য অত্যন্ত পরিবর্তনশীল, 261 aa (BjGRF19) থেকে 905 aa (BjGRF28) পর্যন্ত। BjGRF এর আইসোইলেকট্রিক বিন্দু 6.19 (BjGRF02) থেকে 9.35 (BjGRF03) পর্যন্ত, যার গড় 8.33, এবং BjGRF এর 88.24% একটি মৌলিক প্রোটিন। BjGRF এর পূর্বাভাসিত আণবিক ওজন পরিসীমা 29.82 kDa (BjGRF19) থেকে 102.90 kDa (BjGRF28) পর্যন্ত; BjGRF প্রোটিনের অস্থিরতা সূচক 51.13 (BjGRF08) থেকে 78.24 (BjGRF19) পর্যন্ত, সবগুলি 40 এর বেশি, যা নির্দেশ করে যে ফ্যাটি অ্যাসিড সূচক 43.65 (BjGRF01) থেকে 78.78 (BjGRF22), গড় জল-অনুপ্রবেশ (GRAVY) -1.07 (BjGRF31) থেকে -0.45 (BjGRF22) পর্যন্ত, সমস্ত জল-অনুপ্রবেশ (BjGRF22) প্রোটিনের GRAVY মান নেতিবাচক, যা অবশিষ্টাংশের কারণে সৃষ্ট জল-অনুপ্রবেশের অভাবের কারণে হতে পারে। সাবসেলুলার স্থানীয়করণের পূর্বাভাস দেখিয়েছে যে 31টি BjGRF এনকোডেড প্রোটিন নিউক্লিয়াসে স্থানীয়করণ করা যেতে পারে, BjGRF04 পেরোক্সিসোমে স্থানীয়করণ করা যেতে পারে, BjGRF25 সাইটোপ্লাজমে স্থানীয়করণ করা যেতে পারে এবং BjGRF28 ক্লোরোপ্লাস্টে স্থানীয়করণ করা যেতে পারে (সারণী 1), যা ইঙ্গিত করে যে BjGRF নিউক্লিয়াসে স্থানীয়করণ করা যেতে পারে এবং ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর হিসাবে একটি গুরুত্বপূর্ণ নিয়ন্ত্রক ভূমিকা পালন করতে পারে।
বিভিন্ন প্রজাতির GRF পরিবারের ফাইলোজেনেটিক বিশ্লেষণ জিনের কার্যকারিতা অধ্যয়ন করতে সাহায্য করতে পারে। অতএব, 35টি রেপসিড, 16টি শালগম, 12টি চাল, 10টি বাজরা এবং 9টি অ্যারাবিডোপসিস GRF-এর পূর্ণ-দৈর্ঘ্যের অ্যামিনো অ্যাসিড ক্রম ডাউনলোড করা হয়েছিল এবং 34টি চিহ্নিত BjGRF জিনের উপর ভিত্তি করে একটি ফাইলোজেনেটিক গাছ তৈরি করা হয়েছিল (চিত্র 1)। তিনটি উপপরিবারে বিভিন্ন সংখ্যক সদস্য রয়েছে; 116টি GRF TF-কে তিনটি ভিন্ন উপপরিবারে (গ্রুপ A~C) বিভক্ত করা হয়েছে, যার মধ্যে যথাক্রমে 59 (50.86%), 34টি (29.31%) এবং 23টি (19.83)% GRF রয়েছে। তাদের মধ্যে, 34টি BjGRF পরিবারের সদস্য 3টি উপপরিবারে ছড়িয়ে ছিটিয়ে রয়েছে: 13 জন সদস্য A গ্রুপে (38.24%), 12 জন সদস্য B গ্রুপে (35.29%) এবং 9 জন সদস্য C গ্রুপে (26.47%)। সরিষার পলিপ্লয়েডাইজেশন প্রক্রিয়ায়, বিভিন্ন উপ-পরিবারে BjGRFs জিনের সংখ্যা ভিন্ন হয় এবং জিন পরিবর্ধন এবং ক্ষতি হতে পারে। এটি লক্ষণীয় যে গ্রুপ C-তে ধান এবং বাজরা GRF-এর কোনও বন্টন নেই, যেখানে গ্রুপ B-তে 2টি ধান GRF এবং 1টি বাজরা GRF রয়েছে এবং বেশিরভাগ ধান এবং বাজরা GRF-কে একটি শাখায় গোষ্ঠীবদ্ধ করা হয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে BjGRF-গুলি দ্বি-কোষের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। তাদের মধ্যে, Arabidopsis thaliana-তে GRF ফাংশনের উপর সবচেয়ে গভীর গবেষণা BjGRF-এর কার্যকরী অধ্যয়নের জন্য একটি ভিত্তি প্রদান করে।
সরিষার ফাইলোজেনেটিক গাছ যার মধ্যে রয়েছে ব্রাসিকা ন্যাপাস, ব্রাসিকা ন্যাপাস, চাল, বাজরা এবং অ্যারাবিডোপসিস থালিয়ানা জিআরএফ পরিবারের সদস্য।
সরিষার জিআরএফ পরিবারের পুনরাবৃত্তিমূলক জিনের বিশ্লেষণ। পটভূমিতে ধূসর রেখাটি সরিষার জিনোমে একটি সিঙ্ক্রোনাইজড ব্লককে প্রতিনিধিত্ব করে, লাল রেখাটি বিজেজিআরএফ জিনের একজোড়া খণ্ডিত পুনরাবৃত্তিকে প্রতিনিধিত্ব করে;
চতুর্থ পাতার পর্যায়ে খরার চাপের অধীনে BjGRF জিনের প্রকাশ। qRT-PCR তথ্য পরিপূরক সারণি S5 এ দেখানো হয়েছে। তথ্যের মধ্যে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য ছোট হাতের অক্ষর দ্বারা নির্দেশিত।
বিশ্বব্যাপী জলবায়ু পরিবর্তনের সাথে সাথে, ফসল কীভাবে খরার চাপ মোকাবেলা করে এবং তাদের সহনশীলতা উন্নত করে তা অধ্যয়ন করা একটি আলোচিত গবেষণার বিষয় হয়ে উঠেছে18। খরার পরে, উদ্ভিদের আকারগত গঠন, জিন প্রকাশ এবং বিপাকীয় প্রক্রিয়া পরিবর্তিত হবে, যা সালোকসংশ্লেষণ এবং বিপাকীয় ব্যাঘাত বন্ধ করে দিতে পারে, যা ফসলের ফলন এবং গুণমানকে প্রভাবিত করতে পারে19,20,21। যখন উদ্ভিদ খরার সংকেত অনুভব করে, তখন তারা Ca2+ এবং ফসফ্যাটিডাইলিনোসিটলের মতো দ্বিতীয় বার্তাবাহক তৈরি করে, আন্তঃকোষীয় ক্যালসিয়াম আয়ন ঘনত্ব বৃদ্ধি করে এবং প্রোটিন ফসফোরাইলেশন পথের নিয়ন্ত্রক নেটওয়ার্ক সক্রিয় করে22,23। চূড়ান্ত লক্ষ্য প্রোটিন সরাসরি কোষীয় প্রতিরক্ষায় জড়িত থাকে বা TFs এর মাধ্যমে সম্পর্কিত স্ট্রেস জিনের প্রকাশ নিয়ন্ত্রণ করে, যা উদ্ভিদের স্ট্রেস সহনশীলতা বৃদ্ধি করে24,25। সুতরাং, TFs খরার চাপের প্রতিক্রিয়া জানাতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। খরার চাপ-প্রতিরোধী TFs এর ক্রম এবং DNA বন্ধন বৈশিষ্ট্য অনুসারে, TFs কে বিভিন্ন পরিবারে ভাগ করা যেতে পারে, যেমন GRF, ERF, MYB, WRKY এবং অন্যান্য পরিবার26।
GRF জিন পরিবার হল এক ধরণের উদ্ভিদ-নির্দিষ্ট TF যা বৃদ্ধি, বিকাশ, সংকেত ট্রান্সডাকশন এবং উদ্ভিদ প্রতিরক্ষা প্রতিক্রিয়ার মতো বিভিন্ন দিকগুলিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। O. sativa28-তে প্রথম GRF জিন সনাক্ত হওয়ার পর থেকে, অনেক প্রজাতির মধ্যে আরও বেশি সংখ্যক GRF জিন সনাক্ত করা হয়েছে এবং উদ্ভিদের বৃদ্ধি, বিকাশ এবং চাপ প্রতিক্রিয়াকে প্রভাবিত করতে দেখা গেছে8, 29, 30,31,32। Brassica juncea জিনোম সিকোয়েন্স প্রকাশের সাথে সাথে, BjGRF জিন পরিবারের সনাক্তকরণ সম্ভব হয়েছে33। এই গবেষণায়, পুরো সরিষার জিনোমে 34টি BjGRF জিন সনাক্ত করা হয়েছিল এবং তাদের ক্রোমোজোম অবস্থানের উপর ভিত্তি করে BjGRF01–BjGRF34 নামকরণ করা হয়েছিল। এগুলির সকলের মধ্যে অত্যন্ত সংরক্ষিত QLQ এবং WRC ডোমেন রয়েছে। ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে BjGRF প্রোটিনের (BjGRF28 ব্যতীত) অ্যামিনো অ্যাসিড সংখ্যা এবং আণবিক ওজনের পার্থক্য উল্লেখযোগ্য ছিল না, যা ইঙ্গিত করে যে BjGRF পরিবারের সদস্যদের একই রকম কার্যকারিতা থাকতে পারে। জিন গঠন বিশ্লেষণে দেখা গেছে যে BjGRF জিনের 64.7%-এ 4টি এক্সন রয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে BjGRF জিন গঠন বিবর্তনে তুলনামূলকভাবে সংরক্ষিত, কিন্তু BjGRF10, BjGRF16, BjGRP28 এবং BjGRF29 জিনে এক্সনের সংখ্যা বেশি। গবেষণায় দেখা গেছে যে এক্সন বা ইন্ট্রন যোগ বা মুছে ফেলার ফলে জিনের গঠন এবং কার্যকারিতায় পার্থক্য দেখা দিতে পারে, যার ফলে নতুন জিন তৈরি হতে পারে34,35,36। অতএব, আমরা অনুমান করি যে বিবর্তনের সময় BjGRF-এর ইন্ট্রন হারিয়ে গিয়েছিল, যা জিনের কার্যকারিতায় পরিবর্তন আনতে পারে। বিদ্যমান গবেষণার সাথে সামঞ্জস্য রেখে, আমরা আরও দেখতে পেয়েছি যে ইন্ট্রনের সংখ্যা জিনের প্রকাশের সাথে যুক্ত ছিল। যখন একটি জিনে ইন্ট্রনের সংখ্যা বড় হয়, তখন জিনটি দ্রুত বিভিন্ন প্রতিকূল কারণের প্রতি সাড়া দিতে পারে।
জিনোমিক এবং জেনেটিক বিবর্তনের ক্ষেত্রে জিন ডুপ্লিকেশন একটি প্রধান কারণ। সম্পর্কিত গবেষণায় দেখা গেছে যে জিন ডুপ্লিকেশন কেবল GRF জিনের সংখ্যা বৃদ্ধি করে না, বরং উদ্ভিদকে বিভিন্ন প্রতিকূল পরিবেশগত অবস্থার সাথে খাপ খাইয়ে নিতে সাহায্য করার জন্য নতুন জিন তৈরির মাধ্যম হিসেবেও কাজ করে। এই গবেষণায় মোট 48টি ডুপ্লিকেট জিন জোড়া পাওয়া গেছে, যার সবকটিই ছিল সেগমেন্টাল ডুপ্লিকেশন, যা ইঙ্গিত করে যে এই পরিবারে জিনের সংখ্যা বৃদ্ধির জন্য সেগমেন্টাল ডুপ্লিকেশনই প্রধান প্রক্রিয়া। সাহিত্যে রিপোর্ট করা হয়েছে যে সেগমেন্টাল ডুপ্লিকেশন কার্যকরভাবে অ্যারাবিডোপসিস এবং স্ট্রবেরিতে GRF জিন পরিবারের সদস্যদের প্রসারণকে উৎসাহিত করতে পারে, এবং এই জিন পরিবারের কোনও টেন্ডেম ডুপ্লিকেশন পাওয়া যায়নি27,39। এই গবেষণার ফলাফল অ্যারাবিডোপসিস থালিয়ানা এবং স্ট্রবেরি পরিবারের উপর বিদ্যমান গবেষণার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা পরামর্শ দেয় যে GRF পরিবার বিভিন্ন উদ্ভিদে সেগমেন্টাল ডুপ্লিকেশনের মাধ্যমে জিনের সংখ্যা বৃদ্ধি করতে এবং নতুন জিন তৈরি করতে পারে।
এই গবেষণায়, সরিষায় মোট ৩৪টি BjGRF জিন সনাক্ত করা হয়েছিল, যেগুলিকে ৩টি উপপরিবারে বিভক্ত করা হয়েছিল। এই জিনগুলি একই রকম সংরক্ষিত মোটিফ এবং জিন কাঠামো দেখিয়েছিল। সমরৈখিকতা বিশ্লেষণে সরিষায় ৪৮ জোড়া সেগমেন্ট ডুপ্লিকেশন প্রকাশ পেয়েছে। BjGRF প্রবর্তক অঞ্চলে আলোর প্রতিক্রিয়া, হরমোন প্রতিক্রিয়া, পরিবেশগত চাপ প্রতিক্রিয়া এবং বৃদ্ধি এবং বিকাশের সাথে সম্পর্কিত cis-acting উপাদান রয়েছে। সরিষার চারা পর্যায়ে (শিকড়, কান্ড, পাতা) ৩৪টি BjGRF জিনের প্রকাশ সনাক্ত করা হয়েছিল এবং খরা পরিস্থিতিতে ১০টি BjGRF জিনের প্রকাশ প্যাটার্ন পাওয়া গেছে। দেখা গেছে যে খরার চাপের অধীনে BjGRF জিনের প্রকাশ প্যাটার্ন একই রকম ছিল এবং একই রকম হতে পারে। খরায় জড়িত থাকা বাধ্যতামূলক নিয়ন্ত্রণ। BjGRF03 এবং BjGRF32 জিন খরার চাপে ইতিবাচক নিয়ন্ত্রক ভূমিকা পালন করতে পারে, যেখানে BjGRF06 এবং BjGRF23 খরার চাপে miR396 লক্ষ্য জিন হিসাবে ভূমিকা পালন করে। সামগ্রিকভাবে, আমাদের গবেষণা ব্রাসিকেসি উদ্ভিদে BjGRF জিনের কার্যকারিতার ভবিষ্যতের আবিষ্কারের জন্য একটি জৈবিক ভিত্তি প্রদান করে।
এই পরীক্ষায় ব্যবহৃত সরিষার বীজ গুইঝো কৃষি বিজ্ঞান একাডেমির গুইঝো তেল বীজ গবেষণা ইনস্টিটিউট সরবরাহ করেছে। সম্পূর্ণ বীজ নির্বাচন করে মাটিতে রোপণ করুন (স্তর: মাটি = 3:1), এবং চার-পাতার পর্যায়ের পরে শিকড়, কাণ্ড এবং পাতা সংগ্রহ করুন। খরা অনুকরণ করার জন্য গাছগুলিকে 20% PEG 6000 দিয়ে শোধন করা হয়েছিল, এবং 0, 3, 6, 12 এবং 24 ঘন্টা পরে পাতা সংগ্রহ করা হয়েছিল। সমস্ত উদ্ভিদের নমুনা অবিলম্বে তরল নাইট্রোজেনে হিমায়িত করা হয়েছিল এবং তারপরে পরবর্তী পরীক্ষার জন্য -80°C ফ্রিজারে সংরক্ষণ করা হয়েছিল।
এই গবেষণার সময় প্রাপ্ত বা বিশ্লেষণ করা সমস্ত তথ্য প্রকাশিত নিবন্ধ এবং সম্পূরক তথ্য ফাইলে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে।