ANALYSIS OF A CORE SET OF DROUGHT AND SALT THE DROUGHT AND SALT-RESPONSIVE GENES BY EXPLORING MICROARRAY DATASETS IN CHICKPEA (Cicer arietinum)
TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 ANALYSIS OF A CORE SET OF DROUGHT AND SALT THE DROUGHT AND SALT-RESPONSIVE GENES BY EXPLORING MICROARRAY DATASETS IN CHICKPEA (Cicer arietinum) Nguyen Quoc Trung1, Tong Van Hai1, Trinh Thi Lam Hong1, La Viet Hong2, Phan Thi Thu Hien2, Tran Van Tien4, Chu Duc Ha3* 1Vietnam 3VNU National University of Agriculture, 2Hanoi Pedagogical University - University of Engineering and Technology, 4National Academy of Public Administration ARTICLE INFO Received: 27/02/2022 Revised: 18/4/2022 Published: 18/4/2022 KEYWORDS Chickpea Drought stress Salt stress Transcriptome Differentially expressed gene Bioinformatics ABSTRACT The purpose of this research was to define a core set of differentially expressed genes (DEGs) in roots under the drought and salt stress in chickpea (Cicer arietinum) By exploring all potential microarray datasets related to drought and salt stress in chickpea, a total of 41 DEGs (|fold-change| ≥ 15), including 15 highly up-regulated (fold-change ≥ 15) and 26 highly downregulated (fold-change ≤ -15) genes was screened in drought- and salt- treated roots By annotating against the assemblies of chickpea, we found that most of 41 DEG-encoded proteins were annotated as functional and regulatory proteins Next, our results indicated that 41 DEG-encoded proteins were highly variable in physic-chemical features, like sizes, molecular weights, isoelectric points, instability index and grand average of hydropathy Furthermore, the prediction of subcellular localization suggested that 41 proteins were localized on many major organelles, especially in the nucleus, cytoplasm and plasma membrane Taken together, our study could provide a significant core set of DEGs related to drought and salt stress in roots of chickpea for further functional characterization PHÂN TÍCH NHĨM GEN CHÍNH ĐÁP ỨNG VỚI STRESS HẠN VÀ MẶN Ở CÂY ĐẬU GÀ (Cicer arietinum) BẰNG PHÂN TÍCH DỮ LIỆU GIẢI MÃ HỆ PHIÊN MÃ Nguyễn Quốc Trung1, Tống Văn Hải1, Trịnh Thị Lam Hồng1, La Việt Hồng2, Phan Thị Thu Hiền2, Trần Văn Tiến4, Chu Đức Hà3* 1Học viện Nông nghiệp Việt Nam, 2Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội, 4Học viện Hành Q́c gia 3Trường THƠNG TIN BÀI BÁO Ngày nhận bài: 27/02/2022 Ngày hồn thiện: 18/4/2022 Ngày đăng: 18/4/2022 TỪ KHÓA Đậu gà Hạn Mặn Hệ phiên mã Gen có biểu đáp ứng Tin sinh học TÓM TẮT Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định nhóm gen có mức độ biểu khác biệt (DEG) mẫu rễ điều kiện stress hạn mặn đậu gà (Cicer arietinum) Bằng cách khai thác liệu microarray liên quan đến stress hạn mặn đậu gà, tổng cộng 41 DEG (|fold-change| ≥ 15), bao gồm 15 DEG tăng cường biểu mạnh (fold-change ≥ 15) 26 DEG kìm hãm biểu mạnh (fold-change ≤ -15) sàng lọc mẫu rễ điều kiện stress hạn mặn đậu gà Dựa hệ tham chiếu đậu gà, phần lớn DEG giải chức mã hóa cho protein điều hòa chức liên quan đến chế đáp ứng chống chịu stress thẩm thấu Phân tích đặc tính lý hóa cho thấy protein đa dạng kích thước, trọng lượng phân tử, điểm đẳng điện, độ bất ổn định độ ưa nước trung bình Bên cạnh đó, 41 protein dự đốn cư trú nhiều bào quan tế bào, chủ yếu nhân, tế bào chất màng sinh chất Tóm lại, kết nghiên cứu cung cấp thơng tin nhóm DEG quan trọng liên quan đến stress hạn mặn rễ đậu gà định hướng cho phân tích chức gen DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5595 * Corresponding author Email: cd.ha@vnu.edu.vn http://jst.tnu.edu.vn 163 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 Giới thiệu Đậu gà (Cicer arietinum) loài quan trọng thứ ba họ đậu trồng phổ biến giới Là loại có nhiều mục đích sử dụng khác nhau, đậu gà canh tác nhiều vùng sinh thái giới Hạt đậu gà, chứa nhiều chất dinh dưỡng, sử dụng làm thực phẩm có giá trị cho người, nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi sản xuất nhiên liệu sinh học [1] Bên cạnh đó, trồng luân phiên đậu gà, tương tự họ đậu khác, giúp cải tạo đất có khả cố định nitơ [2] Tuy nhiên, canh tác đậu gà giới gặp nhiều khó khăn ảnh hưởng điều kiện bất thuận, điển stress hạn mặn [3] Tại Việt Nam, đậu gà chưa trồng phổ biến, hầu hết nghiên cứu dừng lại quy mô phịng thí nghiệm nhà kính Do đó, tìm hiểu chế đáp ứng stress hạn mặn đậu gà quan tâm nay, thông tin di truyền đậu gà giải mã thành cơng gần đây, từ phục vụ công tác khảo nghiệm chọn tạo giống đậu gà thích ứng với biến đổi khí hậu Việt Nam [3] Trước đây, nghiên cứu tiến hành nhằm xác định mức độ biểu số nhóm gen thiết yếu liên quan đến đáp ứng stress mặn hạn đậu gà Cụ thể, nhóm gen mã hóa protein điều hịa (như nhân tố phiên mã NAC) [4] protein chức (như protein vận chuyển đường sucrose SWEET) [5] xác định phân tích mức độ phiên mã số quan/bộ phận điều kiện xử lý stress hạn Trước đó, số nhóm protein tham gia vào điều hịa biểu gen, điển nhân tố phiên mã ARF phân tích điều kiện stress mặn đậu gà [6] Hầu hết báo cáo tập trung vào vai trò số nhóm gen cụ thể điều kiện stress hạn mặn, chưa có nhiều phân tích tiến hành với liệu phiên mã toàn hệ gen Gần đây, với thành tựu cơng nghệ giải trình tự hệ phiên mã, mức độ biểu toàn hệ gen đậu gà điều kiện xử lý stress phân tích Theo đó, liệu biểu toàn hệ gen rễ điều kiện xử lý stress hạn [7]-[9] mặn [10], [11] nghiên cứu cách riêng lẻ, từ phân tích chức nhóm gen có biểu khác biệt (differentially expressed gene, DEG) để đưa chế đáp ứng với stress cấp độ phân tử Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu kết hợp liệu microarray GEO NCBI để tìm danh sách DEG điều kiện xử lý stress mặn hạn đậu gà, từ đề xuất gen ứng viên định hướng cho phân tích chức gen [3] Nghiên cứu thực khai thác tất liệu microarray liên quan đến xử lý stress hạn mặn đậu gà Theo đó, nghiên cứu tái phân tích liệu nhằm đưa danh sách DEG tiềm có mức độ phiên mã đáp ứng mạnh Chức gen sau tiếp tục giải dựa hệ tham chiếu đậu gà Cuối cùng, tính chất vị trí cư trú nội bào protein phân tích công cụ tin sinh học Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu nghiên cứu Nghiên cứu thu thập tất liệu microarray liên quan đến xử lý stress hạn mặn đậu gà sở GEO NCBI [12] theo mô tả nghiên cứu trước Bên cạnh đó, hệ tham chiếu, bao gồm hệ gen hệ protein đậu gà [13] khai thác sở Phytozome [14] NCBI 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tìm kiếm liệu microarray: Tất liệu RNA-Seq liên quan đến xử lý stress hạn (với từ khóa ‘drought’) mặn (với từ khóa ‘salt’) đậu gà (với từ khóa ‘chickpea’) khai thác cổng GEO NCBI [12] Các thông tin bố trí thí nghiệm, mẫu thu thập liệu biểu thu thập để sàng lọc Theo đó, liệu microarray mẫu quan/bộ phận xử lý stress hạn mặn sử dụng để tái phân tích http://jst.tnu.edu.vn 164 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 - Phương pháp phân tích liệu microarray: Mức độ biểu toàn hệ gen liệu RNA-Seq tái phân tích dựa theo mơ tả nghiên cứu trước [4], [5] Trong đó, giá trị fold-change gen tính theo cơng thức (FPKM xử lý stress)/(FPKM điều kiện đối chứng) Trong nghiên cứu này, DEG định nghĩa gen có giá trị |fold-change| ≥ 15, nghĩa gen tăng cường biểu (giá trị fold-change ≥ 15) gen kìm hãm biểu (giá trị fold-change ≤ -15) Các liệu sau mơ hình hóa theo đồ thị nhiệt ngôn ngữ Python [15] - Phương pháp giải chức gen: Mã định danh DEG đối chiếu vào giải hệ gen đậu gà mô tả nghiên cứu trước [13] Cụ thể, cổng PCD (Pulse Crop Database), Phytozome [14] NCBI cung cấp hệ tham chiếu đậu gà [13] sử dụng để tìm kiếm trình tự protein đầy đủ tương ứng với mã định danh DEG Sau đó, trình tự protein đầy đủ DEG khai thác truy vấn cổng Pfam [16] để kiểm chứng chức gen - Phương pháp phân tích tính chất protein: Trình tự protein đầy đủ DEG sử dụng để truy vấn công cụ Expasy Protparam [17] theo mô tả nghiên cứu trước [4], [5] Theo đó, tính chất protein, bao gồm kích thước (số lượng gốc amino acid), trọng lượng phân tử (kilo Dalton), điểm đẳng điện (< 7, = >7 tương ứng độ acid, trung tính độ base), độ bất ổn định (< 41 ≥ 41 tương ứng ổn định bất ổn định) độ ưa nước trung bình (< > tương ứng ưa nước kỵ nước) phân tích [17] - Phương pháp dự đốn vị trí cư trú nội bào protein: Trình tự protein đầy đủ DEG phân tích công cụ Yloc [18] theo nghiên cứu trước [5] Theo đó, dựa tín hiệu đặc trưng cho bào quan, protein dự đốn nằm bào quan tế bào thực vật, bao gồm nhân, tế bào chất, ty thể, màng sinh chất, hệ thống bao gói, peroxisome, thể Golgi, khơng bào lục lạp [18] Kết bàn luận 3.1 Phân tích liệu biểu hiện microarray liên quan đến stress hạn mặn đậu gà Để thu thập liệu microarray ứng viên cho phân tích, nghiên cứu rà sốt tất liệu liên quan đến stress hạn mặn đậu gà cổng GEO NCBI [12] Kết xác định tổng số 10 liệu, gồm liệu microarray giải mã hệ phiên mã mẫu lá, rễ, chồi hoa xử lý hạn liệu microarray phân tích mẫu rễ chồi xử lý mặn (Bảng 1) Dựa tiêu chí chọn mẫu xử lý phương pháp phân tích liệu, nghiên cứu lựa chọn liệu GSE70274 (đại diện cho stress hạn) GSE70377 (đại diện cho stress mặn) để tái phân tích nhằm tìm nhóm DEG đáp ứng với hai điều kiện xử lý Bảng Khai thác liệu microarray liên quan đến stress hạn mặn đậu gà STT 10 Mã liệu GSE104609 GSE89228 GSE70274 GSE12812 GSE8554 GSE7416 GSE110127 GSE70377 GSE26638 GSE7418 Điều kiện Hạn Hạn Hạn Hạn Hạn Hạn Mặn Mặn Mặn Mặn Mẫu xử lý Lá giai đoạn phân sinh đỉnh chồi Lá giai đoạn sinh trưởng Rễ giai đoạn sinh trưởng sinh thực Rễ - tuần tuổi Chồi, hoa, mô rễ giai đoạn sinh thực Chồi lá, hoa non giai đoạn sinh thực Rễ giai đoạn sinh dưỡng sinh thực Rễ giai đoạn sinh trưởng sinh thực Rễ giai đoạn sinh trưởng Chồi rễ giai đoạn sinh trưởng Phương pháp Illumina HiSeq 2000 Agilent ChickpeaGXP_8X60K chip Illumina HiSeq 2000 SAGE:26:NlaIII Pulse Chip Pulse Chip Ion Torrent PGM Illumina HiSeq 2000 454 GS Pulse Chip Tiếp theo, phân tích liệu microarray cho thấy số lượng DEG đáp ứng mẫu rễ xử lý stress hạn mặn tương đối khác biệt Cụ thể, kết tái phân tích liệu GSE70274 cho thấy số lượng DEG đáp ứng với điều kiện xử lý stress hạn mẫu rễ (giá trị |fold-change| ≥ 15) thu 2.627 gen, với 220 gen có mức độ biểu tăng mạnh (fold-change ≥ 15) 2.407 gen http://jst.tnu.edu.vn 165 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 có biểu giảm mạnh (fold-change ≤ -15) (Hình 1) Kết tái phân tích liệu GSE70377 614 DEG mẫu rễ xử lý stress mặn, bao gồm 474 gen tăng cường biểu mạnh 140 gen kìm hãm biểu mạnh (Hình 1) Hình Bản đồ nhiệt mơ tả DEG hai liệu liên quan đến stress hạn mặn đậu gà Kết kết hợp liệu xác định tổng số 41 DEG có xu hướng biểu tương tự xử lý stress hạn mặn Trong đó, nghiên cứu 15 DEG tăng cường biểu (fold-change ≥ 15) 26 DEG kìm hãm biểu (fold-change ≤ -15) điều kiện xử lý stress hạn mặn (Bảng 1) Trong đó, Ca_22375 xác định DEG có mức độ biểu tăng mạnh mẫu rễ stress hạn (73,96 lần), gen Ca_23121 tăng cường phiên mã mạnh rễ xử lý stress mặn (149,54 lần) (Bảng 2) Bên cạnh đó, Ca_10731 Ca_22885 DEG kìm hãm biểu mạnh mẫu rễ stress hạn mặn, với giá trị đạt -832,70 -58,66 lần (Bảng 2) Bảng Mức độ biểu giải chức gen 41 DEG đáp ứng stress hạn mặn đậu gà Mức độ biểu (fold) Stress hạn Stress mặn 19,54 74,69 21,20 19,02 21,59 27,20 16,37 19,81 18,43 23,18 28,39 32,80 19,70 124,95 22,57 29,37 17,54 23,25 64,26 64,31 Mã PFAM PF00657 PF00067 PF01852 PF08100 PF00069 PF16113 PF02984 PF12638 PF03031 STT Tên gen 10 Ca_00495 Ca_01016 Ca_02849 Ca_08179 Ca_09553 Ca_09735 Ca_13069 Ca_13252 Ca_13953 Ca_14015 11 Ca_15711 67,24 15,23 PF13507 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Ca_22375 Ca_23092 Ca_23121 Ca_23668 Ca_00759 Ca_02282 Ca_02410 Ca_04882 Ca_05326 Ca_05499 Ca_07290 Ca_07754 73,96 16,79 59,89 16,72 -22,96 -25,38 -17,73 -140,55 -115,61 -86,16 -63,76 -231,66 31,25 16,75 149,54 74,58 -20,78 -18,56 -35,64 -58,05 -18,07 -18,75 -41,39 -32,89 PF03171 PF02466 PF00056 PF00588 PF00808 PF05916 PF07250 PF00078 PF03004 PF13923 - http://jst.tnu.edu.vn 166 Chú giải chức GDSL-like lipase Cytochrome P450 StAR-related lipid-transfer O-methyltransferase Kinase Enoyl-CoA hydratase/isomerase Cyclin Staygreen NLI interacting factor-like phosphatase CobB/CobQ-like glutamine amidotransferase 2OG-Fe(II) oxygenase NADH dehydrogenase Lactate dehydrogenase SpoU rRNA methylase Histone-like transcription factor GINS complex protein Glyoxal oxidase Reverse transcriptase Transposase Zinc finger, C3HC4 type Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology STT Tên gen 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Ca_09232 Ca_10731 Ca_11640 Ca_12146 Ca_12448 Ca_13380 Ca_13432 Ca_14927 Ca_16099 Ca_16555 Ca_18704 Ca_18859 Ca_19509 Ca_22396 Ca_22885 Ca_23896 Ca_24594 41 Ca_26813 Mức độ biểu (fold) Stress hạn Stress mặn -64,77 -15,77 -832,70 -56,12 -58,31 -29,33 -30,75 -22,04 -19,21 -25,70 -35,03 -41,81 -37,48 -17,41 -88,59 -36,28 -43,98 -36,44 -25,06 -18,04 -37,61 -24,50 -58,09 -31,04 -193,35 -16,63 -67,61 -16,56 -25,23 -58,66 -21,09 -33,68 -264,49 -23,17 -383,29 -29,13 Mã PFAM PF00955 PF08541 PF01594 PF01370 PF00314 PF00909 PF01063 PF00501 PF04564 PF01012 PF07731 PF13041 PF00098 PF03732 PF03732 PF03255 227(05): 163 - 170 Chú giải chức Bicarbonate transporter 3-Oxoacyl-(acyl-carrier-protein) synthase III AI-2E family transporter Epimerase Thaumatin Ammonia transporter Amino-transferase nhóm IV AMP-binding enzyme U-box Electron-transferring flavoprotein Multicopper oxidase PPR repeat family Zinc finger Retrotransposon capsid-like protein Retrotransposon capsid-like protein Acetyl co-enzyme A carboxylase carboxyltransferase alpha subunit Chú thích: “-“: Chưa xác định Trong nghiên cứu trước đây, xử lý stress hạn gây thay đổi mức độ biểu toàn hệ gen đậu gà cách đa dạng Cụ thể, tổng số 1562 DEG (|fold-change| ≥ 2), gồm 693 gen tăng cường biểu 869 gen kìm hãm biểu xác định xử lý stress hạn [7] Kiểm tra mức độ phiên mã toàn hệ gen mẫu xử lý ngừng tưới tổng số 1078 DEG (|fold-change| ≥ 2), gồm 403 gen tăng cường biểu 775 gen kìm hãm biểu [8] Trong liệu xử lý stress mặn mẫu rễ giai đoạn, tổng số 761 DEG (|foldchange| > 1), bao gồm 510 gen tăng cường biểu 251 gen kìm hãm biểu 1309 DEG (bao gồm 1000 gen tăng cường biểu 309 gen kìm hãm biểu hiện) xác định giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sinh thực [10] 3.2 Chú giải chức các gen đáp ứng stress hạn mặn đậu gà Trong nghiên cứu này, giải chức 41 DEG đáp ứng stress hạn mặn đậu gà tiến hành cách phân tích hệ tham chiếu đậu gà [13] khai thác PCD, Phytozome [14] NCBI Kết cho thấy, đa số DEG mã hóa protein điều hịa protein chức quan trọng tham gia vào trình chống chịu stress trồng (Bảng 2) Cụ thể, 12 (trên tổng số 41) DEG xác định mã hóa cho nhóm protein chức năng, chủ yếu protein vận chuyển Ca_09232 mã hóa cho bicarbondate transporter (có vùng bảo thủ đặc trưng PF00955) [16], Ca_14927 mã hóa cho ammonia transporter (có vùng bảo thủ đặc trưng PF00909) [16] (Bàng 2) Trong đó, phần lớn DEG (24 tổng số 41) mã hóa protein điều hịa, chủ yếu enzyme nhân tố phiên mã (Bảng 2) Ví dụ, Ca_09553 Ca_23092 DEG mã hóa cho hai enzyme, O-methyltransferase (với vùng bảo thủ đặc trưng PF08100) NADH dehydrogenase (với vùng bảo thủ đặc trưng PF02466) [16] Hai gen, Ca_07290 Ca_00759 DEG giải mã hóa cho thành viên nhóm nhân tố phiên mã, bao gồm Zinc finger C3HC4 type (với vùng bảo thủ đặc trưng PF13923) Histonelike transcription factor (với vùng bảo thủ đặc trưng PF00808) [16] Bên cạnh đó, (trên tổng số 41) DEG, bao gồm Ca_08179, Ca_05326, Ca_07754, Ca_10731 Ca_12146 chưa giải chức gen [16] hệ tham chiếu đậu gà [13] (Bảng 2) Đáng ý, gen (ngoại trừ Ca_08179) có xu hướng kìm hãm biểu mẫu rễ xử lý stress hạn mặn http://jst.tnu.edu.vn 167 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 đậu gà (Bảng 1, 2) Như vậy, gen sử dụng làm nguồn vật liệu cho phân tích chức gen nghiên cứu Trước đây, gen cảm ứng với bất lợi thẩm thấu (bao gồm stress hạn mặn) ghi nhận mã hóa cho nhóm protein chính, bao gồm nhóm protein chức (protein đóng vai trị trực tiếp chế kháng stress) protein điều hòa (các yếu tố tham gia vào điều hịa chuyển hóa tín hiệu biểu gen chức chế đáp ứng stress) [17], [18] Trong chế đáp ứng kháng stress hạn đậu gà, hàng loạt DEG ghi nhận mã hóa cho protein liên quan đến điều hịa đóng/mở khí khổng, sửa đổi thành tế bào (như xyloglucan endotransglycosylase), vận chuyển xuyên màng truyền tín hiệu, cân nội mơi, điều hịa phiên mã sinh tổng hợp lipid [7], [8] Ngoài ra, số DEG đáp ứng stress hạn mã hóa nhóm nhân tố phiên mã MYB, số enzyme liên quan đến khử dạng ôxi nguyên tử hoạt động (như ascorbate peroxidase), số enzyme tham gia vào chế quang hợp (như carbonic anhydrase) [7], [8] Tương tự, stress mặn, hầu hết DEG báo cáo mã hóa cho protein liên quan đến cấu trúc thành tế bào, vận chuyển xuyên màng, dẫn truyền tín hiệu, đáp ứng stress ơxi hóa điều hòa phiên mã [9] Cụ thể, hầu hết DEG tăng cường biểu điều kiện stress mặn đậu gà mã hóa cho protein vận chuyển lipid, nhân tố phiên mã NAC, protein vận chuyển đường, nhóm enzyme peroxidase, cytochrome P450 LEA, DEG kìm hãm biểu điều kiện stress mặn đậu gà mã hóa cho nhóm pectin esterase, cysteine protease, abscisic acid hydroxylase thụ cảm glutamate [9] 3.3 Phân tích đặc tính vị trí cư trú protein liên quan đến stress hạn mặn đậu gà Để khai thác tính chất protein mã hóa 41 DEG đáp ứng với stress hạn mặn đậu gà, đặc tính lý hóa vị trí cư trú nội bào phân tích cơng cụ tin sinh học [17], [19] dựa theo nghiên cứu trước [4], [5] Theo đó, kết phân tích đặc tính lý hóa dự đốn vị trí phân bố protein trình bày bảng Các protein có kích thước dao động từ 57 (Ca_05326) đến 1002 gốc amino acid (Ca_09735 quy định enzyme kinase), tương ứng với trọng lượng phân tử dao động từ 6,25 đến 112,63 kDa (Bảng 3) Phần lớn protein (25 tổng số 41) có điểm đẳng điện < 7, tương ứng với tính acid, 16 (trên tổng số 41) protein có tính base, với giá trị điểm đẳng điện > (Bảng 3) Hầu hết protein (31 tổng số 41) có độ ưa nước trung bình đạt giá trị âm, chứng tỏ protein có tính ưa nước, 10 (trên tổng số 41) protein có tính kỵ nước, với độ ưa nước trung bình có giá trị dương (Bảng 3) Ngồi ra, 21 20 (trên tổng số 41) protein có độ bất ổn định < 41 > 41, chứng tỏ protein có tính ổn định khơng có tính ổn định điều kiện ống nghiệm Bảng Đặc tính protein mã hóa 41 DEG đáp ứng stress hạn mặn đậu gà STT 10 11 12 13 14 15 Mã protein Ca_00495 Ca_01016 Ca_02849 Ca_08179 Ca_09553 Ca_09735 Ca_13069 Ca_13252 Ca_13953 Ca_14015 Ca_15711 Ca_22375 Ca_23092 Ca_23121 Ca_23668 http://jst.tnu.edu.vn L 367 300 265 308 371 1002 407 361 299 469 259 364 147 630 77 mW 40,36 32,63 29,92 32,78 40,98 112,63 46,07 41,42 33,71 53,60 30,30 41,34 16,78 69,44 8,46 pI 8,32 5,19 9,02 5,58 5,55 9,05 5,60 7,94 8,80 4,57 6,72 5,84 4,12 6,07 7,82 168 GRAVY -0,16 -0,07 -0,27 -0,60 -0,13 -0,46 -0,30 -0,44 -0,11 -0,44 -0,52 -0,53 -0,60 -0,05 -0,41 II 28,93 33,98 49,14 68,73 28,46 48,38 35,90 42,15 27,20 51,12 45,73 42,69 39,19 35,71 45,55 Vị trí cư trú Mạng lưới nội chất Lục lạp Tế bào chất Nhân Tế bào chất Tế bào chất Ty thể Nhân Tế bào chất Tế bào chất Mạng lưới nội chất Tế bào chất Nhân Tế bào chất Nhân Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology STT 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Mã protein Ca_00759 Ca_02282 Ca_02410 Ca_04882 Ca_05326 Ca_05499 Ca_07290 Ca_07754 Ca_09232 Ca_10731 Ca_11640 Ca_12146 Ca_12448 Ca_13380 Ca_13432 Ca_14927 Ca_16099 Ca_16555 Ca_18704 Ca_18859 Ca_19509 Ca_22396 Ca_22885 Ca_23896 Ca_24594 Ca_26813 L 157 133 328 525 57 108 86 254 723 715 156 188 663 344 325 460 75 694 415 358 418 384 297 218 967 755 mW 17,42 15,75 36,62 59,90 6,25 12,12 9,71 28,12 80,88 76,87 16,94 20,74 73,48 39,04 34,27 49,91 8,44 75,90 45,62 37,78 46,55 43,20 32,98 25,44 109,11 83,32 pI 6,43 5,32 9,02 5,92 6,37 9,69 10,05 6,66 9,05 9,38 6,29 4,73 8,81 9,16 4,66 5,76 4,98 6,90 7,56 6,66 6,07 5,02 9,24 5,41 6,03 8,87 227(05): 163 - 170 GRAVY -0,59 -0,56 -0,66 -0,26 0,21 0,16 0,27 -0,27 0,13 0,63 -0,17 -0,50 0,29 -0,45 -0,12 0,52 -0,59 -0,03 0,10 0,07 -0,10 0,05 -0,96 -0,39 -0,46 -0,52 II 38,92 54,89 47,36 48,98 14,84 40,11 37,18 52,92 42,60 41,09 21,02 48,92 38,19 40,57 50,92 27,05 56,66 34,22 47,42 36,19 35,99 33,18 42,63 42,25 51,30 40,34 Vị trí cư trú Nhân Tế bào chất Nhân Tế bào chất Tế bào chất Màng sinh chất Không bào Tế bào chất Màng sinh chất Lục lạp Tế bào chất Tế bào chất Tế bào chất Nhân Màng sinh chất Màng sinh chất Nhân Peroxisome Màng sinh chất Ty thể Màng sinh chất Tế bào chất Nhân Thể Golgi Nhân Tế bào chất Ghi chú: L - kích thước (gớc amino acid), mW - trọng lượng phân tử (kDa), pI - điểm đẳng điện, GRAVY độ ưa nước trung bình, II - độ bất ổn định Tiếp theo, dự đốn vị trí cư trú nội bào rằng, protein mã hóa 41 DEG phân bố đa dạng bào quan tế bào (Bảng 3) Cụ thể, (trên tổng số 41) protein, Ca_00495 Ca_15711 dự đoán cư trú mạng lưới nội chất, (bao gồm Ca_01016 Ca_10731) (bao gồm Ca_13069 Ca_18859) protein xác định nằm bào quan lục lạp ty thể (Bảng 3) Trong đó, có protein phân bố bào quan, thể Golgi (Ca_23896), peroxisome (Ca_16555) không bào (Ca_07290) (Bảng 3) Đáng ý, protein lại dự đoán nằm rải rác màng sinh chất (6 tổng số 41), nhân (10 tổng số 41) tế bào chất (16 tổng số 41) (Bảng 3) Kết luận Khai thác liệu microarray sàng lọc 2.627 614 DEG đáp ứng với stress hạn mặn (giá trị |fold-change| ≥ 15) rễ đậu gà Trong đó, 15 26 DEG tăng cường kìm hãm biểu stress hạn mặn rễ xác định Chú giải chức gen cho thấy 12 DEG mã hóa cho protein chức năng, 24 DEG mã hóa cho protein điều hịa DEG chưa giải chức Các protein chủ yếu enzyme, nhân tố phiên mã protein vận chuyển, tham gia trực tiếp vào chế chống chịu stress thẩm thấu tế bào Đánh giá đặc tính cho thấy protein có kích thước từ 57 (6,25 kDa) đến 1002 gốc amino acid (112,63 kDa) 25 protein có tính acid 16 protein có tính base 31 protein có tính ưa nước 10 protein có tính kỵ nước Trong đó, 16 protein dự đốn cư trú tế bào chất, 10 protein nằm nhân tế bào protein nằm màng sinh chất, protein lại nằm rải rác bào quan tế bào http://jst.tnu.edu.vn 169 Email: jst@tnu.edu.vn TNU Journal of Science and Technology 227(05): 163 - 170 TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1] L Yegrem, “Nutritional composition, antinutritional factors, and utilization trends of Ethiopian chickpea (Cicer arietinum L.),” Int J Food Sci, vol 2021, p 5570753, 2021 [2] N Esfahani, S Sulieman, J Schulze, K Yamaguchi-Shinozaki, K Shinozaki, and L S Tran, “Mechanisms of physiological adjustment of N2 fixation in Cicer arietinum L (chickpea) during early stages of water deficit: single or multi-factor controls,” Plant J, vol 79, no 6, pp 964-980, 2014 [3] A Rani, P Devi, U Jha, K D Sharma, K Siddique, and H Nayyar, “Developing climate-resilient chickpea involving physiological and molecular approaches with a focus on temperature and drought stresses,” Front Plant Sci, vol 10, p 1759, 2020 [4] C V Ha, N Esfahani, Y Watanabe, U T Tran, and S Sulieman, “Genome-wide identification and expression analysis of the CaNAC family members in chickpea during development, dehydration and ABA treatments,” Plos ONE, vol 9, no 12, p e114107, 2014 [5] V H La, D H Chu, D C Tran, H K Nguyen, T Q Le, M C Hoang, P B Cao, A C Pham, D B Nguyen, Q T Nguyen, V L Nguyen, V C Ha, T H Le, H H Le, D T Le, and L S Tran, “Insights into the gene and protein structures of the CaSWEET family members in chickpea (Cicer arietinum), and their gene expression patterns in different organs under various stress and abscisic acid treatments,” Gene, vol 819, p 146210, 2022 [6] V K Singh, M S Rajkumar, and R Garg, “Genome-wide identification and co-expression network analysis provide insights into the roles of auxin response factor gene family in chickpea,” Sci Rep, vol 7, p 10895, 2017 [7] S Badhan, P Kole, A Ball, and N Mantri, “RNA sequencing of leaf tissues from two contrasting chickpea genotypes reveals mechanisms for drought tolerance,” Plant Physiol Biochem, vol 129, pp 295-304, 2018 [8] R Sinha, A Gupta, and M Senthil-Kumar, “Concurrent drought stress and vascular pathogen infection induce common and distinct transcriptomic responses in chickpea,” Front Plant Sci, vol 8, p 333, 2017 [9] C Molina, B Rotter, and R Horres, “SuperSAGE: the drought stress-responsive transcriptome of chickpea roots,” BMC Genomics, vol 9, p 553, 2008 [10] M Kaashyap, R Ford, H Kudapa, and M Jain, “Differential regulation of genes involved in root morphogenesis and cell wall modification is associated with salinity tolerance in chickpea,” Sci Rep, vol 8, no 1, p 4855, 2018 [11] C Molina, M Zaman-Allah, F Khan, and N Fatnassi, “The salt-responsive transcriptome of chickpea roots and nodules via deepSuperSAGE,” BMC Plant Biol, vol 11, p 31, 2011 [12] T Barrett, S E Wilhite, P Ledoux, C Evangelista, I F Kim, M Tomashevsky, K A Marshall, K H Phillippy, P M Sherman, M Holko, A Yefanov, H Lee, N Zhang, C L Robertson, N Serova, S Davis, and A Soboleva, “NCBI GEO: archive for functional genomics data sets – update,” Nucleic Acids Res, vol 41, pp D991-D995, 2013 [13] M Jain, G Misra, R K Patel, P Priya, S Jhanwar, A W Khan, N Shah, V K Singh, R Garg, G Jeena, M Yadav, C Kant, P Sharma, G Yadav, S Bhatia, A K Tyagi, and D Chattopadhyay, “A draft genome sequence of the pulse crop chickpea (Cicer arietinum L.),” Plant J, vol 74, no 5, pp 715-729, 2013 [14] D M Goodstein, S Shu, R Howson, R Neupane, R D Hayes, J Fazo, T Mitros, W Dirks, U Hellsten, N Putnam, and D S Rokhsar, “Phytozome: A comparative platform for green plant genomics,” Nucleic Acids Res, vol 40, pp D1178-D1186, 2012 [15] Y Liao, G K Smyth, and W Shi, “The R package Rsubread is easier, faster, cheaper and better for alignment and quantification of RNA sequencing reads,” Nucleic Acids Res, vol 47, p e47, 2019 [16] S El-Gebali, J Mistry, A Bateman, S R Eddy, A Luciani, S C Potter, M Qureshi, L J Richardson, G A Salazar, A Smart, E L Sonnhammer, L Hirsh, L Paladin, D Piovesan, S C Tosatto, and R D Finn, “The Pfam protein families database in 2019,” Nucleic Acids Res, vol 47, p gky995, 2018 [17] E Gasteiger, C Hoogland, A Gattiker, S Duvaud, M R Wilkins, R D Appel, and A Bairoch, “Protein identification and analysis tools on the ExPASy Server,” In John M Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press, pp 571-607, 2005 [18] K Shinozaki and K Yamaguchi-Shinozaki, “Gene networks involved in drought stress response and tolerance,” J Exp Bot, vol 58, no 2, pp 221-227, 2007 [19] S Briesemeister, J Rahnenführer, and O Kohlbacher, “YLoc - an interpretable web server for predicting subcellular localization,” Nucleic Acids Res, vol 38, pp W497-W502, 2010 http://jst.tnu.edu.vn 170 Email: jst@tnu.edu.vn