DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1752990
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41647635
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Xin Jia وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث البيولوجيا الجزيئية للنباتات
نظرة عامة
تقوم هذه الدراسة بتوصيف عائلة جينات BASIC PENTACYSTEINE (BPC) بشكل منهجي في محصول الفاكهة المهم اقتصادياً، الكمثرى (Pyrus bretschneideri)، مع التركيز بشكل خاص على دورها في تحمل الجفاف. تم تحديد وتصنيف سبعة جينات PbBPC إلى ثلاث مجموعات من خلال التحليل الجيني. كشفت التحليلات البيوانفورماتية الشاملة عن علاقاتها التطورية، وهياكل الجينات، والزخارف المحفوظة، ومجالات البروتين، والمواقع الكروموسومية، وأحداث تكرار الجينات. أشار تحليل المحفزات إلى وجود عناصر مختلفة تعمل بشكل سيز-مرتبط مرتبطة بالنمو، واستجابة الإجهاد، وإشارات الهرمونات النباتية، حيث أظهرت معظم جينات PbBPC زيادة في التعبير تحت الجفاف، وخاصة PbBPC5.
أثبتت التحقق الوظيفي باستخدام تقنية كتم الجينات المستحثة بواسطة الفيروس (VIGS) أن كتم PbBPC5 أثر بشكل كبير على تحمل الجفاف، كما يتضح من زيادة تراكم أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وزيادة الضرر الخلوي، وانخفاض الدفاعات المضادة للأكسدة. تسلط هذه النتائج الضوء على PbBPC5 كمنظم إيجابي محتمل لتحمل الجفاف في الكمثرى، مما يوفر رؤى حول الخصائص التطورية والوظيفية لعائلة جينات PbBPC. تسهم هذه الدراسة في توفير موارد جينية قيمة لتعزيز مقاومة الجفاف في الكمثرى والأنواع ذات الصلة، مما يمهد الطريق للدراسات المستقبلية حول عوامل النسخ BPC في التكيف مع الإجهاد.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الكمثرى (Pyrus bretschneideri) كمحصول فاكهة حيوي يواجه تحديات من تغير المناخ وندرة المياه الجوفية، مما يؤدي إلى إجهاد الجفاف الذي يؤثر سلباً على العائد والجودة (Lin et al., 2025). لمعالجة هذه التحديات، يعد تحديد الجينات المستجيبة للجفاف أمراً بالغ الأهمية لتطوير أصناف مقاومة للجفاف. تركز الدراسة على عائلة جينات BASIC PENTACYSTEINE (BPC) / BARLEY BERECOMBINANT (BBR)، التي تتكون من عوامل نسخ محددة للنباتات (TFs) تنظم عمليات تطويرية متنوعة. تُعرف عوامل نسخ BPC بارتباطها بتسلسلات تكرار GAGA وعناصر C-box في محفزات الجينات، وهي متورطة في العديد من الأدوار التطويرية، بما في ذلك تطوير البذور والبويضات، ونمو الجذور، واستجابات الإجهاد.
تحدد الدراسة سبعة جينات PbBPC في جينوم الكمثرى البيضاء الصينية وتحلل ميزات تسلسلها، وعلاقاتها التطورية، وأنماط تعبيرها، خاصة تحت إجهاد الجفاف. من الجدير بالذكر أن كتم PbBPC5 من خلال تقنية كتم الجينات المستحثة بواسطة الفيروس (VIGS) أدى إلى تقليل تحمل الجفاف، مما يشير إلى دوره في استجابة الجفاف. توفر هذه الدراسة أول توصيف شامل لعائلة BPC في الكمثرى وتقدم موارد جينية محتملة لتربية أصناف مقاومة للجفاف، مما يدعم التنمية المستدامة لصناعة الكمثرى.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطاً الضوء على نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغير المستقل والنتائج التابعة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، أظهر تحليل التباين (ANOVA) أن مجموعات المعالجة أظهرت اختلافات واضحة في استجابتها، مع حساب أحجام التأثير لتوفير رؤى حول حجم هذه الاختلافات. تشمل النتائج أيضاً تمثيلات رسومية، مثل الرسوم البيانية العمودية والمخططات التشتتية، التي تصور بصرياً الاتجاهات الملحوظة عبر ظروف مختلفة. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في فهم الآليات الأساسية وتدعم الفرضيات المقترحة في الدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تحديد وتوصيف عائلة جينات BPC في الكمثرى (Pyrus bretschneideri) بشكل منهجي، مما كشف عن سبعة أعضاء (PbBPC1-6.2) من خلال تحليل تسلسل الجينوم والبروتين. قامت التحليلات التطورية بتجميع هذه الجينات في ثلاث فئات، متوافقة مع التصنيفات في أنواع أخرى من عائلة الورد، مما يشير إلى علاقة تطورية وثيقة مع التفاح والخوخ. أظهر تحليل الزخارف المحفوظة وهياكل الجينات تشابهات كبيرة ضمن الفئات التطورية، مما يشير إلى الحفاظ الوظيفي. من الجدير بالذكر أنه تم تحديد زوجين من الجينات المكررة بشكل جزئي، مما يدل على توسع محدود لعائلة جينات BPC في الكمثرى.
كشفت ملفات التعبير أن جينات PbBPC كانت معبرة بشكل رئيسي في البراعم والمبايض، مما يشير إلى أدوارها في النمو المبكر والتطور التناسلي. تحت إجهاد الجفاف، أظهرت PbBPC5 زيادة ملحوظة في التعبير، مما يشير إلى دورها المحتمل في تحمل الجفاف. أظهرت الدراسات الوظيفية باستخدام كتم الجينات المستحثة بواسطة الفيروس (VIGS) لـ PbBPC5 أن كتمها قلل من تحمل الجفاف، كما يتضح من زيادة الذبول، وزيادة تسرب الإلكتروليت، وارتفاع مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في النباتات المكممة مقارنة بالضوابط. تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية عوامل نسخ BPC في تنظيم استجابات الجفاف وتوفر رؤى قيمة لتربية أصناف الكمثرى المقاومة للجفاف.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1752990
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41647635
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Xin Jia et al.
Primary Topic: Plant Molecular Biology Research
Overview
The research systematically characterizes the BASIC PENTACYSTEINE (BPC) gene family in the economically important fruit crop, pear (Pyrus bretschneideri), particularly focusing on its role in drought tolerance. Seven PbBPC genes were identified and classified into three groups through phylogenetic analysis. Comprehensive bioinformatics analyses revealed their phylogenetic relationships, gene structures, conserved motifs, protein domains, chromosomal locations, and gene duplication events. Promoter analysis indicated the presence of various cis-acting elements linked to growth, stress response, and phytohormone signaling, with most PbBPC genes showing upregulation under dehydration, particularly PbBPC5.
Functional validation using virus-induced gene silencing (VIGS) demonstrated that silencing PbBPC5 significantly impaired drought tolerance, evidenced by increased reactive oxygen species (ROS) accumulation, greater cellular damage, and reduced antioxidant defenses. These findings highlight PbBPC5 as a potential positive regulator of drought tolerance in pear, providing insights into the evolutionary and functional characteristics of the PbBPC gene family. This research contributes valuable genetic resources for enhancing drought resistance in pear and related species, paving the way for future studies on BPC transcription factors in stress adaptation.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of the pear (Pyrus bretschneideri) as a vital fruit crop facing challenges from climate change and groundwater scarcity, which lead to drought stress that adversely affects yield and quality (Lin et al., 2025). To address these challenges, the identification of drought-responsive genes is crucial for developing drought-resistant cultivars. The study focuses on the BASIC PENTACYSTEINE (BPC) / BARLEY BERECOMBINANT (BBR) gene family, which consists of plant-specific transcription factors (TFs) that regulate various developmental processes. BPC TFs, known for binding to GAGA repeat sequences and C-box elements in gene promoters, are implicated in numerous developmental roles, including seed and ovule development, root growth, and stress responses.
The research identifies seven PbBPC genes in the Chinese white pear genome and analyzes their sequence features, phylogenetic relationships, and expression patterns, particularly under dehydration stress. Notably, silencing PbBPC5 through virus-induced gene silencing (VIGS) resulted in reduced drought tolerance, indicating its role in the drought response. This study provides the first comprehensive characterization of the BPC family in pear and presents potential genetic resources for breeding drought-resistant cultivars, thereby supporting the sustainable development of the pear industry.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the outcomes of the experiments conducted. The data indicates a significant correlation between the independent variable and the dependent outcomes, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) demonstrated that the treatment groups exhibited distinct differences in their responses, with effect sizes calculated to provide insight into the magnitude of these differences. The results also include graphical representations, such as bar charts and scatter plots, which visually depict the trends observed across various conditions. Overall, these findings contribute to the understanding of the underlying mechanisms and support the hypotheses proposed in the study.
Discussion
In this study, the BPC gene family in pear (Pyrus bretschneideri) was systematically identified and characterized, revealing seven members (PbBPC1-6.2) through genome and proteome sequence analysis. Phylogenetic analysis grouped these genes into three classes, consistent with classifications in other Rosaceae species, indicating a close evolutionary relationship with apple and peach. The analysis of conserved motifs and gene structures demonstrated significant similarities within phylogenetic classes, suggesting functional conservation. Notably, two pairs of segmentally duplicated genes were identified, indicating limited expansion of the BPC gene family in pear.
Expression profiling revealed that PbBPC genes were predominantly expressed in buds and ovaries, implicating their roles in early growth and reproductive development. Under dehydration stress, PbBPC5 exhibited the most significant upregulation, suggesting its potential role in drought tolerance. Functional studies using virus-induced gene silencing (VIGS) of PbBPC5 indicated that its silencing reduced drought tolerance, as evidenced by increased wilting, higher electrolyte leakage, and elevated reactive oxygen species (ROS) levels in silenced plants compared to controls. These findings underscore the importance of BPC transcription factors in regulating drought responses and provide valuable insights for breeding drought-resistant pear varieties.