Nghiên cứu và phân tích nhóm gene kiểm soát đáp ứng đa bất lợi phi sinh học ở cây đậu gà (cicer arietinum) bằng công cụ tin sinh học dữ liệu lớn

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH NHĨM GENE KIỂM SỐT ĐÁP ỨNG ĐA BẤT LỢI PHI SINH HỌC Ở CÂY ĐẬU GÀ (Cicer arietinum) BẰNG CÔNG CỤ TIN SINH HỌC DỮ LIỆU LỚN” Hà Nội - 2022 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH NHĨM GENE KIỂM SỐT ĐÁP ỨNG ĐA BẤT LỢI PHI SINH HỌC Ở CÂY ĐẬU GÀ (Cicer arietinum) BẰNG CÔNG CỤ TIN SINH HỌC DỮ LIỆU LỚN” Tên sinh viên : Trịnh Thị Lam Hồng Khoa : Công nghệ sinh học Người hướng dẫn : ThS Nguyễn Quốc Trung TS Chu Đức Hà Hà Nội - 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv DANH MỤC VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích yêu cầu đề tài 1.2.1 Mục đích đề tài 1.2.2 Yêu cầu đề tài PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung đậu gà 2.1.1 Tên khoa học, phân loại thực vật nguồn gốc đậu gà 2.1.2 Một số đặc điểm chung hình thái đậu gà 2.1.3 Đặc điểm di truyền đậu gà 2.1.4 Vai trò đậu gà 2.3 Tình hình nghiên cứu 10 2.3.1 Một số nghiên cứu đậu gà bất lợi môi trường giới 10 2.3.2 Tình hình nghiên cứu đậu gà điều kiện bất lợi môi trường Việt Nam 11 PHẦN III: PHẠM VI, NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 3.1 Phạm vi nghiên cứu 14 3.2 Nội dung nghiên cứu 14 3.3 Vật liệu phương pháp nghiên cứu 14 3.3.1 Vật liệu nghiên cứu 14 i 3.3.2 Phương pháp nghiên cứu 14 PHẦN VI: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 4.1 Kết tìm kiếm sở liệu gene liên quan đến ảnh hưởng tác nhân hạn mặn đến đậu gà 20 4.2 Kết sàng lọc sở liệu biểu gene liên quan đến điều kiện hạn mặn đến đậu gà 24 4.3 Kết phân tích, xử lý liệu kết hợp liệu để xác định biểu gene đáp ứng với điều kiện hạn mặn 25 4.3.1 Kết phân tích xử lý liệu biểu hệ phiên mã stress hạn mặn đậu gà 25 4.3.2 Kết kết hợp chọn lọc liệu biểu gene phù hợp đáp ứng với ảnh hưởng hai tác nhân hạn mặn mặn đậu gà 28 4.4 Kết phân tích chức gene đáp ứng với điều kiện hạn mặn đậu gà 31 4.5 Kết phân tích đặc tính lý hóa protein liên quan đến điều kiện hạn mặn 35 4.6 Kết phân tích vị trí nội bào protein biểu mạnh với điều kiện hạn mặn đậu gà 38 PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan trực tiếp thực nghiên cứu khóa luận Mọi kết thu nguyên bản, không chỉnh sửa chép từ nghiên cứu khác Các số liệu, kết khóa luận chưa cơng bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan trên! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Trịnh Thị Lam Hồng iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp tơi xin bày tỏ biết ơn tới quan tâm, hướng dẫn tận tình thầy ThS Nguyễn Quốc Trung - Bộ môn Sinh học phân tử - Khoa Công nghệ sinh học - Học viện Nông Nghiệp Việt Nam với thầy TS Chu Đức Hà - Khoa Công nghệ Nông Nghiệp, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội định hướng, dẫn, giúp đỡ góp ý giúp tơi hồn thiện q trình thực khóa luận Tôi xin chân cảm ơn giúp đỡ quý báu tập thể cán thuộc môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp, nơi tơi tiến hành khóa luận tốt nghiệp Bên cạnh đó, tơi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình thầy Bộ môn Sinh học phân tử - Khoa Công nghệ sinh - Học viện Nông Nghiệp Việt Nam Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực Trịnh Thị Lam Hồng iv DANH MỤC VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Giải thích Tiếng Anh Giải thích Tiếng Việt ABA Abscisic acid - cDNA Complementary DNA DNA bổ sung DEG Differentially expressed gene Gene có biểu khác biệt FAOST AT Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database Ngân hàng liệu trực tuyến Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc FC Fold - change Tỉ số thay đổi hai đại lượng FPKM Fragments Per Kilobase Million Phân đoạn triệu Kilobase GEO Gene Expression Omnibus Mức độ biểu gene GEO NCBI Gene Expression Omnibus National Center for Biotechnology Information Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia biểu gene GRAV Y Grand average of hydropathicity Độ ưa nước trung bình 10 II Instability index Độ bất ổn định 11 L Length Chiều dài (aa) 12 mW Molecular weight Trọng lượng phân tử (kDa) 13 NST Chromosome Nhiễm sắc thể 14 PCD Pulse Crop Database Cơ sở liệu trồng Pulse 15 pI Theoretical pI Điểm đẳng điện 16 RNASeq Ribonucleic Acid Sequencing Trình tự RNA 17 TFs Transcription factors Yếu tố phiên mã v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần dinh dưỡng có đậu gà (dữ liệu tham khảo từ Cơ sở liệu dinh dưỡng quốc gia USDA (https://ndb.nal.usda.gov/ndb/) Bảng 4.1 Kết liên quan đến tìm kiếm sở liệu liên quan đến điều kiện hạn mặn 20 Bảng 4.2 Các gene có biểu tăng đồng thời hai tác nhân hạn mặn 29 Bảng 4.3 Các gene có biểu giảm đồng thời tác nhân hạn mặn 30 Bảng 4.4 Kết phân tích chức gene đáp ứng với mặn hạn đậu gà 31 Bảng 4.5 Phân tích đặc tính lý hóa gene có biểu kìm hãm mạnh tác động hạn mặn 36 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đặc điểm hình thái đậu gà (nguồn: Internet) Hình 2.2 Thống kê kích thước NST đậu gà (nguồn: Varshney et al., 2013) Hình 2.3 Vai trò đậu gà Hình 3.1 Phương pháp tìm kiếm từ khóa liên quan đến điều kiện hạn mặn tác động lên đậu gà 15 Hình 3.2 Tìm kiếm chọn lọc CSDL sử dụng chung hệ quy chiếu 15 Hình 3.3 Phương pháp kết hợp xử lý số liệu biểu liên quan đến hạn mặn đậu gà 16 Hình 3.5 Phương pháp xác định đặc tính lý hóa protein liên quan đến điều kiện hạn mặn 18 Hình 3.6 Phương pháp dự đốn vị trí phân bố nội bào protein đáp ứng với hạn mặn đậu gà 19 Hình 4.1 Số lượng sở liệu microarray liên quan đến stress hạn mặn đậu gà công cụ GEO NCBI 21 Hình 4.2 Tỉ lệ yếu tố liên quan đến liệu liên quan đến điều kiện hạn mặn tìm kiếm 25 Hình 4.3 Số lượng gene biểu mạnh điều kiện hạn 26 Hình 4.4 Số lượng gene biểu mạnh điều kiện mặn mạnh 27 Hình 4.5 Bản đồ nhiệt mô tả DEG hai liệu liên quan đến stress hạn mặn đậu gà 27 Hình 4.6 Kết tìm kiếm gene biểu mạnh với bất lợi môi trường 28 Hình 4.7 Số lượng protein dự đốn có khả xuất nội 38 bào 38 vii PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Tính cấp thiết đề tài Đậu gà (Cicer arietinum) loài họ đậu đóng vai trị quan trọng sản xuất nơng nghiệp giới Đậu gà giàu protein, chúng cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho người, đặc biệt người ăn chay Các loại họ đậu, bao gồm đậu gà đóng vai trị quan trọng ln canh trồng, hỗ trợ đất đai màu mỡ cách cố định đạm, có khả cải tạo đất trồng trọt ngăn ngừa dịch bệnh kiểm soát cỏ dại (Gunes et al., 2007) Đây loại trồng có giá trị dinh dưỡng cao, sử dụng phổ biến làm thực phẩm cho người, nguyên liệu chế biến thức ăn chăn ni, điều giúp cho trở thành loại công nghiệp quan trọng với người dân giới Tuy nhiên, vài thập kỷ qua, sản lượng suất họ đậu bị giảm đáng kể nước phát triển Nguyên nhân chủ yếu đến từ ảnh hưởng bất lợi môi trường đặc biệt hạn, mặn gây thiệt hại trực tiếp đến nông nghiệp, đe dọa an ninh lương thực quốc gia (Ryan, 1997) Các nỗ lực nghiên cứu phát triển nông nghiệp nhiều quốc gia tập trung vào việc tăng suất sản lượng trồng nhằm giảm thiệt hại cải thiện đề ninh lương thực (Amri et al., 2016) Cũng theo đó, mối quan tâm sản xuất đậu gà nghiên cứu, phân tích khả chống chịu chúng áp lực phi sinh học điển hạn, mặn Trước đây, nghiên cứu tiến hành nhằm xác định mức độ biểu số nhóm gene thiết yếu liên quan đến đáp ứng stress mặn hạn đậu gà nhóm gene mã hóa protein điều hịa (như nhân tố phiên mã NAC) (Hà Văn Chiến cs., 2014) protein chức (như protein vận chuyển đường sucrose SWEET) (La Việt Hồng cs., 2022) xác định phân tích mức độ phiên mã số quan phận điều kiện xử lý stress hạn Hầu hết báo cáo tập trung vào vai trị số nhóm gene cụ thể điều kiện hạn mặn, chưa có nhiều phân tích tiến Bảng 4.3 Các gene có biểu giảm đồng thời tác nhân hạn mặn STT Tên gene GSE70274 (Lần) GSE70377 (Lần) Ca_00759 -22,96 -20,78 Ca_02282 -25,38 -18,56 Ca_02410 -17,73 -35,64 Ca_04882 -140,55 -58,05 Ca_05326 -115,61 -18,07 Ca_05499 -86,16 -18,75 Ca_07290 -63,76 -41,39 Ca_07754 -231,66 -32,89 Ca_09232 -64,77 -15,77 10 Ca_10731 -832,70 -56,12 11 Ca_11640 -58,31 -29,33 12 Ca_12146 -30,75 -22,04 13 Ca_12448 -19,21 -25,70 14 Ca_13380 -35,03 -41,81 15 Ca_13432 -37,48 -17,41 16 Ca_14927 -88,59 -36,28 17 Ca_16099 -43,98 -36,44 18 Ca_16555 -25,06 -18,04 19 Ca_18704 -37,61 -24,50 20 Ca_18859 -58,09 -31,04 21 Ca_19509 -193,35 -16,63 22 Ca_22396 -67,61 -16,56 23 Ca_22885 -25,23 -58,66 24 Ca_23896 -21,09 -33,68 25 Ca_24594 -264,49 -23,17 26 Ca_26813 -383,29 -29,13 30 4.4 Kết phân tích chức gene đáp ứng với điều kiện hạn mặn đậu gà Để phân tích chức gene đáp ứng với hạn mặn đậu gà cổng thông tin PCD, Phytozome (Goodstein et al., 2012), NCBI (Jain et al., 2013) cung cấp hệ tham chiếu đậu gà 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 (ElGebali et al., 2019) để kiểm chứng chức gene Kết phân tích chức hầu hết gene đáp ứng stress hạn mặn đậu gà Bảng 4.4 Kết phân tích chức gene đáp ứng với mặn hạn đậu gà STT Tên gene Ca_00495 Ca_01016 Ca_02849 Ca_08179 Ca_09553 Ca_09735 Ca_13069 Ca_13252 Ca_13953 10 Ca_14015 Vị trí NST Ca_LG1_v3:4602389 460 5491 Ca_LG_1:12023224 1204 0628 Ca_LG1_v3:38701215 38 702587 Ca_LG3_v3:27862560 27 863486 Ca_LG3_v3:42307091 42 31003 Ca_LG4_v3:1815514 182 1955 Ca_LG4_v3:50967174 50 973617 Ca_LG4_v3:53548225 53 551120 Ca_LG_5:33112278 3311 4625 Ca_LG5_v3:10354108 10 358349 Mã PFAM Chú giải chức PF00657 GDSL-like lipase PF00067 Cytochrome P450 PF01852 StAR-related lipid-transfer PF03479 - PF08100 Omethyltransferase PF00069 Kinase PF16113 Enoyl-CoA hydratase/isomera se PF02984 Cyclin PF12638 Staygreen PF03031 NLI interacting factor-like phosphatase 31 11 Ca_15711 12 Ca_22375 13 Ca_23092 Ca_LG_6:5819477 58238 06 Ca_LG7_v3:15614856 15 617999 Ca_LG_8:11324773 1132 565 Ca_LG7_v3:29589128 29 595546 PF13507 PF03171 PF02466 14 Ca_23121 15 Ca_23668 contig51368:289 896 PF00588 16 Ca_00759 Ca_LG1_v3:7435479 743 5952 PF00808 17 Ca_02282 18 Ca_02410 19 Ca_04882 20 Ca_05326 21 Ca_05499 22 Ca_07290 23 Ca_07754 24 Ca_09232 25 Ca_10731 Ca_LG1_v3:27305929 27 308079 Ca_LG_1:35562369 3556 4078 Ca_LG2_v3:12609816 12 612269 Ca_LG_3:4272921 42745 41 Ca_LG_3:7420404 74244 48 Ca_LG_3:35322596 3532 8164 Ca_LG3_v3:39576462 39 581578 Ca_LG4_v3:12721329 12 732280 PF00056 PF05916 CobB/CobQ-like glutamine Amidotransferase 2OG-Fe(II) oxygenase NADH dehydrogenase Lactate dehydrogenase SpoU rRNA Methylase Histone-like transcription factor GINS complex protein PF07250 Glyoxal oxidase PF00078 Reverse transcriptase - - PF03004 Transposase PF13923 Zinc finger, C3HC4 type - - PF00955 Bicarbonate transporter PF05684 - 26 Ca_11640 Ca_LG_4:50901937 5090 2260 PF08541 3-Oxoacyl-[acylcarrier-protein (ACP)] synthase III 27 Ca_12146 - - - 28 Ca_12448 PF01594 AI-2E family transporter 29 Ca_13380 PF01370 Epimerase Ca_LG4_v3:41745827 41 748964 Ca_LG4_v3:55100780 55 106078 32 30 Ca_13432 31 Ca_14927 32 Ca_16099 33 Ca_16555 34 Ca_18704 35 Ca_18859 36 Ca_19509 37 Ca_22396 38 Ca_22885 39 Ca_23896 40 Ca_24594 41 Ca_26813 Ca_LG4_v3:55683999 55 687145 Ca_LG5_v3:26979456 26 980911 Ca_LG_6:10243649 1025 3656 Ca_LG_6:15674700 1567 8946 Ca_LG6_v3:18994275 18 995807 Ca_LG6_v3:20752504 20 756479 Ca_LG6_v3:31267031 31 271376 Ca_LG7_v3:15929252 15 931672 Ca_LG7_v3:24363090 24 365822 Ca_LG7_v3:41628735 41 630645 Ca_LG8_v3:2323287 233 0360 scaffold02690_v3:1427 018 PF00314 PF00909 PF01063 PF00501 PF04564 PF01012 PF07731 Thaumatin Ammonia transporter Amino-transferase nhóm IV AMP-binding enzyme U-box Electrontransferring flavoprotein Multicopper oxidase PF13041 PPR repeat family PF00098 Zinc finger PF03732 PF03732 PF03255 Retrotransposon capsid-like protein Retrotransposon capsid-like protein Acetyl co-enzyme A carboxylase carboxyltransferas e alpha subunit Từ kết cho thấy, vị trí cụ thể gene phân tích chủ yếu nằm đoạn nhiễm sắc thể Ca_LG4 với kết thu được, vị trí gene nằm Ca_LG1, Ca_LG3 Ca_LG6 với kết quả, gene tìm thấy chiếm số lượng Ca_LG7 với kết quả, vị trí Ca_LG8 có gene xuất số lượng gene tìm thấy nằm vị trí Ca_LG2 thấp nhất, có gene chưa xác định rõ vị trí NST Đa số DEG mã hóa protein điều hịa protein chức quan trọng tham gia vào trình chống chịu stress trồng 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 33 transporter (có vùng bảo thủ đặc trưng PF00955), Ca_14927 mã hóa cho ammonia transporter (có vùng bảo thủ đặc trưng PF00909) Trong đó, phần lớn DEG (24 tổng số 41) mã hóa protein điều hịa, chủ yếu enzyme nhân tố phiên mã 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) Hai gene 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) Histone-like transcription factor (với vùng bảo thủ đặc trưng PF00808) Bên cạnh đó, (trên tổng số 41) DEG, bao gồm Ca_08179, Ca_05326, Ca_07754, Ca_10731 Ca_12146 chưa giải chức gene hệ tham chiếu đậu gà Đáng ý, gene, ngoại trừ Ca_08179, có xu hướng kìm hãm biểu mẫu rễ xử lý stress hạn mặn đậu gà Như vậy, gene sử dụng làm nguồn vật liệu cho phân tích chức gene nghiên cứu Đối chiếu kết phân tích nghiên cứu trước đây, giải chức gene liên quan đến điều kiện bất lợi môi trường đề cập đến Các gene 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 gene chức chế đáp ứng stress) (Gasteiger et al., 2005) 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 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 34 anhydrase) (Badhan et al., 2018; Sinha et al., 2017) 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 oxi hóa, điều hịa phiên mã 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, DEG kìm hãm biểu điều kiện stress mặn đậu gà mã hóa cho nhóm pectin esterase, cysteine protease thụ cảm glutamate (Molina et al., 2008) 4.5 Kết phân tích đặc tính lý hóa protein liên quan đến điều kiện hạn mặn Để phân tích đặc tính lý hóa gene đáp ứng mạnh với điều kiện bất lợi môi trường, công cụ Expasy Protparam (Gasteiger et al., 2005) sử dụng để thu thông số liệu gene bao gồm đặc tính lý hóa protein phản ứng biểu mạnh với hạn mặn kích thước (aa), trọng lượng phân tử (kDa), điểm đẳng điện, độ bất ổn định, độ ưa nước trung bình Kết cho thấy kích thước phân tử 41 protein đạt từ 57 (Ca_05326) đến 1002 amino acid (Ca_09735) trọng lượng phân tử phân tử biến thiên từ 6,25 (Ca_05326) đến 112,63 kDa (Ca_09735).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 > Giá trị điểm đẳng điện phân tử dao động từ khoảng acid: Ca_23092 (4,12) đến khoảng base: Ca_07290 (10,05) Có 21 protein có độ bất ổn định thấp 41 (từ 14,84 đến 40,57) 20 protein có độ bất ổn định cao 41 (49,14 đến 68,73) chứng tỏ protein có tính ổn định khơng có tính ổn định điều kiện ống nghiệm (Có 10/41) protein có giá trị ưa nước trung bình đạt giá trị dương, cho thấy 10 phân tử có tính kỵ nước, phân tử cịn lại (31/40) có giá trị ưa nước trung bình đạt giá trị âm, cho thấy 31 phân tử có tính ưa nước 35 Bảng 4.5 Phân tích đặc tính lý hóa gene có biểu kìm hãm mạnh tác động hạn mặn STT Mã protein L (aa) mW( kDa) pI GRAVY II Ca_00495 367 40,36 8,32 -0,16 28,93 Ca_01016 300 32,63 5,19 -0,07 33,98 Ca_02849 265 29,92 9,02 -0,27 49,14 Ca_08179 308 32,78 5,58 -0,60 68,73 Ca_09553 371 40,98 5,55 -0,13 28,46 Ca_09735 1002 112,63 9,05 -0,46 48,38 Ca_13069 407 46,07 5,60 -0,30 35,90 Ca_13252 361 41,42 7,94 -0,44 42,15 Ca_13953 299 33,71 8,80 -0,11 27,20 10 Ca_14015 469 53,60 4,57 -0,44 51,12 11 Ca_15711 259 30,30 6,72 -0,52 45,73 12 Ca_22375 364 41,34 5,84 -0,53 42,69 13 Ca_23092 147 16,78 4,12 -0,60 39,19 14 Ca_23121 630 69,44 6,07 -0,05 35,71 15 Ca_23668 77 8,46 7,82 -0,41 45,55 16 Ca_00759 157 17,42 6,43 -0,59 38,92 17 Ca_02282 133 15,75 5,32 -0,56 54,89 18 Ca_02410 328 36,62 9,02 -0,66 47,36 19 Ca_04882 525 59,90 5,92 -0,26 48,98 20 Ca_05326 57 6,25 6,37 0,21 14,84 21 Ca_05499 108 12,12 9,69 0,16 40,11 22 Ca_07290 86 9,71 10,05 0,27 37,18 23 Ca_07754 254 28,12 6,66 -0,27 52,92 24 Ca_09232 723 80,88 9,05 0,13 42,6 25 Ca_10731 715 76,87 9,38 0,63 41,09 36 26 Ca_11640 156 16,94 6,29 -0,17 21,02 27 Ca_12146 188 20,74 4,73 -0,50 48,92 28 Ca_12448 663 73,48 8,81 0,29 38,19 29 Ca_13380 344 39,04 9,16 -0,45 40,57 30 Ca_13432 325 34,27 4,66 -0,12 50,92 31 Ca_14927 460 49,91 5,76 0,52 27,05 32 Ca_16099 75 8,44 4,98 -0,59 56,66 33 Ca_16555 694 75,90 6,90 -0,03 34,22 34 Ca_18704 415 45,62 7,56 0,10 47,42 35 Ca_18859 358 37,78 6,66 0,07 36,19 36 Ca_19509 418 46,55 6,07 -0,10 35,99 37 Ca_22396 384 43,2 5,02 0,05 33,18 38 Ca_22885 297 32,98 9,24 -0,96 42,63 39 Ca_23896 218 25,44 5,41 -0,39 42,25 40 Ca_24594 967 109,11 6,03 -0,46 51,30 41 Ca_26813 755 83,32 8,87 -0,52 40,34 Đối chiếu với kết phân tích biểu gene họ Factor-Y điều kiện nước xử lý abscisic acid đậu gà (Chu Đức Hà cs., 2018), thông tin chi tiết đặc điểm điển hình tất CaNF-Y, bao gồm chiều dài protein (L), trọng lượng phân tử (mW), độ bất ổn định (II), đẳng điện (pI) độ ưa nước (GRAVY), cách sử dụng công cụ Expasy ProtParam để phân tích Phân tích CaNF-YAs có chiều dài protein từ 206 đến 339 gốc amino acid kích thước CaNF-YBs CaNF-YCs nằm khoảng từ 104 đến 244 114 đến 357 gốc amino acid Trọng lượng phân tử CaNF-Y ghi lại từ 11,71 đến 40,52 kDa, giá trị pI chúng thay đổi từ acid (pI = 4,42) sang base (pI = 9,17) Đa số CaNF-Y, ngoại trừ CaNF-YB01, CaNF-YB07, CaNF-YB09, CaNF-YB11, CaNF-YB18, CaNF-YB19 and CaNFYB20, cho số khơng ổn định cao 40, CaNF-Y 37 phân loại khơng ổn định Ngồi ra, giá trị GRAVY hầu hết tất CaNF-Y, ngoại trừ CaNF-YC10, cho giá trị âm cho thấy chúng có tính chất ưa nước 4.6 Kết phân tích vị trí nội bào protein biểu mạnh với điều kiện hạn mặn đậu gà Dựa công cụ YLoc (Briesemeister et al., 2010), sử dụng trình tự amino acid xác định phương pháp xử lý số liệu, dự đốn trực tiếp vị trí phân bố nội bào bào protein mã hóa 41 DEG đáp ứng với điều kiện hạn mặn đậu gà đưa kết Kết thể hình 4.7 Hình 4.7 Số lượng protein dự đốn có khả xuất nội bào Cụ thể, protein phân bố vị trí khác Cụ thể, protein có khả xuất nhiều tế bào chất, bao gồm 16 protein: Ca_02849, Ca_09553, Ca_09735, Ca_13953, Ca_14015, Ca_22375, Ca_23121, Ca_02282, Ca_04882, Ca_05326, Ca_07754, Ca_11640, Ca_12146, Ca_12448, Ca_22396, Ca_26813 Tiếp theo nhân với 10 protein xuất bao gồm Ca_08179, Ca_13252, Ca_23092, Ca_23668, Ca_00759, Ca_02410, Ca_13380, Ca_16099, Ca_22885, Ca_24594 Theo tìm kiếm cho thấy có protein vị trí xuất nằm màng sinh chất, bao gồm: Ca_05499, 38 Ca_09232, Ca_13432, Ca_14927, Ca_18704, Ca_19509 Tìm thấy có protein có khả xuất lục lạp Ca_01016, Ca_10731, mạng lưới nội chất bao gồm protein Ca_00495 Ca_15711 Có protein có khả cư trú ty thể gồm Ca_13069 Ca_18859 Khả tìm thấy protein không bào, Peroxisome thể Golgi thấp với kết Ca_07290, Ca_16555 Ca_23896 Đối chiếu với kết phân tích vị trí cư trú nội bào họ gene mã hóa SWEET từ nghiên cứu phân tích cấu trúc họ gene mã hóa protein vận chuyển đường sucrose đậu gà (Chu Đức Hà cs., 2019) cho thấy phần lớn gene nằm nhiễm sắc thể, ngoại trừ CaSWEET21 chưa giải Họ gene SWEET phân bố rải rác hầu hết nhiễm sắc thể, khơng có gene ghi nhận nhiễm sắc thể Ca8 Nhiễm sắc thể Ca5 chứa nhiều gene CaSWEET Đáng ý, số gen SWEET nằm vị trí cận đầu mút nhiễm sắc thể, bao gồm gene CaSWEET01 CaSWEET03 (Ca1), CaSWEET04 (Ca2), CaSWEET08 CaSWEET09 (Ca3) CaSWEET16 (Ca5) Vị trí cận đầu mút nhiễm sắc thể cho bảo thủ đặc trưng cho lồi, đóng vai trò quan trọng chế nhận biết bắt cặp nguyên phân sớm (Calderón et al., 2014) 39 PHẦN V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 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 gene 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 1.002 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 Dự đốn vị trí phân bố nội bào protein cho thấy 16 protein dự đoán 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 40 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Nguyễn Quốc Trung, Tống Văn Hải, Trịnh Thị Lam Hồng, La Việt Hồng, Trần Đăng Khoa, Trần Văn Tiến, Chu Đức Hà (2022) Phân tích nhóm gene đáp ứng với stress hạn mặn đậu gà (Cicer arietinum) phân tích liệu giải mã hệ phiên mã Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thái Nguyên (chấp nhận đăng) 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt [1] Chu Đức Hà, Phùng Thị Vượng, Chu Thị Hồng, Phạm Thị Lý Thu, Phạm Phương Thu, Trần Thị Phương Liên, La Việt Hồng (2019) Định danh phân tích cấu trúc họ gen mã hóa protein vận chuyển đường sucrose đậu gà (Cicer arietinum), Tạp chí Khoa học Cơng nghệ-Đại học Thái Nguyên, 194(1), 133-138 Tài liệu Tiếng Anh [2] Abbo, S., Shtienberg, D., Lichtenzveig, J., Lev-Yadun, S., & Gopher, A (2004) The Chickpea, Summer Cropping, and a New Model for Pulse Domestication in the Ancient Near East The Quarterly review of biology, 78, 435-448 doi: 10.1086/378927 [3] Amri, M., Abbes, Z., Bouhadida, M., Halila, I., Najar, A., Kumari, S., Kharrat, M (2016) Achievements of the national chickpea (Cicer arietinum L.) breeding program in Tunisia [4] Badhan, S., Kole, P., Ball, A., & Mantri, N (2018) RNA sequencing of leaf tissues from two contrasting chickpea genotypes reveals mechanisms for drought tolerance Plant Physiol Biochem, 129, 295-304 doi: 10.1016/j.plaphy.2018.06.007 [5] Barrett, T., Wilhite, S E., Ledoux, P., Evangelista, C., Kim, I F., Tomashevsky, M., Soboleva, A (2013) NCBI GEO: archive for functional genomics data sets update Nucleic Acids Res, 41(Database issue), D991-995 doi: 10.1093/nar/gks1193 [6] Briesemeister, S., Rahnenführer, J., & Kohlbacher, O (2010) YLoc an interpretable web server for predicting subcellular localization Nucleic acids research, 38(Web Server issue), W497-W502 doi: 10.1093/nar/gkq477 [7] Calderón, M., Rey M D., Cabrera A., and Prieto P., (2014) The subtelomeric region is important for chromosome recognition and pairing during meiosis Sci Rep, 4(6488): 1-6 [8] Cummings, J., Stephen, A., Branch, W., Bruce, W., Correa, P., Lipkin, M., Wilkins, T (1981) Banbury Report Gastrointestinal Cancer [9] Cuong, T., Chu, H., Nguyen, K., Watanabe, Y., Viet La, H., Khanh, T., & Tran, L.-S (2018) Genome-Wide Identification of the TCP Transcription Factor Family in Chickpea (Cicer arietinum L.) and Their Transcriptional Responses to Dehydration and Exogenous Abscisic Acid Treatments Journal of Plant Growth Regulation, 37 doi: 10.1007/s00344-0189859-y [10] Chu, H., Nguyen, K., Watanabe, Y., Le, D., Pham, T., Mochida, K., & Tran, L.-S (2018) Identification, Structural Characterization and Gene Expression Analysis of Members of the Nuclear Factor-Y Family in Chickpea (Cicer arietinum L.) under Dehydration and Abscisic Acid Treatments International Journal of Molecular Sciences, 19, 3290 doi: 10.3390/ijms19113290 [11] Deokar, A A., Kondawar, V., Kohli, D., Aslam, M., Jain, P K., Karuppayil, S M., Srinivasan, R (2015) The CarERF genes in chickpea (Cicer arietinum L.) and the identification of CarERF116 as abiotic stress responsive transcription factor Functional & Integrative Genomics, 15(1), 27-46 doi: 10.1007/s10142-014-0399-7 [12] El-Gebali, S., Mistry, J., Bateman, A., Eddy, S R., Luciani, A., Potter, S C., Finn, R D (2019) The Pfam protein families database in 2019 Nucleic Acids Res, 47(D1), D427-d432 doi: 10.1093/nar/gky995 42 [13] Garg, R., Shankar, R., Thakkar, B., Kudapa, H., Krishnamurthy, L., Mantri, N., Jain, M (2016) Transcriptome analyses reveal genotype- and developmental stage-specific molecular responses to drought and salinity stresses in chickpea Scientific Reports, 6(1), 19228 doi: 10.1038/srep19228 [14] Gunes, A., Inal, A., Adak, M.S., Alpaslan, M., Bagci, E.G., Erol, T., and Pilbeam, D.J (2007) 687 Mineral nutrition of wheat, chickpea and lentil as affected by mixed cropping and soil 688 moisture Nutrient Cycling in Agroecosystems 78, 83-96 [15] Ha, C., Esfahani, M., Watanabe, Y., Tran, U., Sulieman, S., Mochida, K., Tran, L.-S (2014) Genome-Wide Identification and Expression Analysis of the CaNAC Family Members in Chickpea during Development, Dehydration and ABA Treatments PloS one, 9, e114107 doi: 10.1371/journal.pone.0114107 [16] Jain, M., Misra, G., Patel, R K., Priya, P., Jhanwar, S., Khan, A W., Chattopadhyay, D (2013) A draft genome sequence of the pulse crop chickpea (Cicer arietinum L.) Plant J, 74(5), 715-729 doi: 10.1111/tpj.12173 [17] Jukanti, A K., Gaur, P M., Gowda, C L., & Chibbar, R N (2012) Nutritional quality and health benefits of chickpea (Cicer arietinum L.): a review Br J Nutr, 108 Suppl 1, S1126 doi: 10.1017/s0007114512000797 [18] Kaashyap, M., Ford, R., Kudapa, H., Jain, M., Edwards, D., Varshney, R., & Mantri, N (2018) Differential Regulation of Genes Involved in Root Morphogenesis and Cell Wall Modification is Associated with Salinity Tolerance in Chickpea Scientific Reports, 8(1), 4855 doi: 10.1038/s41598-018-23116-9 [19] Kaur, M., Singh, N., & Sodhi, N S (2005) Physicochemical, cooking, textural and roasting characteristics of chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars Journal of Food Engineering, 69(4), 511-517 doi: https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.09.002 [20] Kendall, C W., Emam, A., Augustin, L S., & Jenkins, D J (2004) Resistant starches and health J AOAC Int, 87(3), 769-774 [21] Kumar, M., Chauhan, A S., Kumar, M., Yusuf, M A., Sanyal, I., & Chauhan, P S (2019) Transcriptome Sequencing of Chickpea (Cicer arietinum L.) Genotypes for Identification of Drought-Responsive Genes Under Drought Stress Condition Plant Molecular Biology Reporter, 37(3), 186-203 doi: 10.1007/s11105-019-01147-4 [22] La, H V., Chu, H D., Tran, C D., Nguyen, K H., Le, Q T N., Hoang, C M., Tran, L P (2022) 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, 819, 146210 doi: 10.1016/j.gene.2022.146210 [23] Mantri, N (2007) Gene expression profiling of chickpea responses to drought, cold and high-salinity using cDNA microarray [24] Mantri, N L., Ford, R., Coram, T E., & Pang, E C K (2007) Transcriptional profiling of chickpea genes differentially regulated in response to high-salinity, cold and drought BMC Genomics, 8(1), 303 doi: 10.1186/1471-2164-8-303 [25] Molina, C., Rotter, B., Horres, R., Udupa, S M., Besser, B., Bellarmino, L., Winter, P (2008) SuperSAGE: the drought stress-responsive transcriptome of chickpea roots BMC Genomics, 9(1), 553 doi: 10.1186/1471-2164-9-553 43 [26] Molina, C., Zaman-Allah, M., Khan, F., Fatnassi, N., Horres, R., Rotter, B., Kahl, G (2011) The salt-responsive transcriptome of chickpea roots and nodules via deepSuperSAGE BMC plant biology, 11, 31-31 doi: 10.1186/1471-2229-11-31 [27] Mudryj, A N., Yu, N., & Aukema, H M (2014) Nutritional and health benefits of pulses Appl Physiol Nutr Metab, 39(11), 1197-1204 doi: 10.1139/apnm-2013-0557 [28] Parween, S., Nawaz, K., Roy, R., Pole, A K., Venkata Suresh, B., Misra, G., Chattopadhyay, D (2015) An advanced draft genome assembly of a desi type chickpea (Cicer arietinum L.) Scientific Reports, 5(1), 12806 doi: 10.1038/srep12806 [29] Rashid, H., Taj, M., Rafiq, M., Shahzad, F., Jogezai, S., Taj, I., Samreen, Z (2020) Nutritional importance of Chickpea Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 16, 112-117 [30] Reddy, M.V., Singh, K.B., Saxena, M.C., Malhotra, R.S and Hanounik, S (1985) Tallest chickpea International chickpea Newsletter, 12: 7-8 [31] Roy, F., Boye, J I., & Simpson, B K (2010) Bioactive proteins and peptides in pulse crops: Pea, chickpea and lentil Food Research International, 43(2), 432-442 doi: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2009.09.002 [32] Ryan, J G (1997) A global perspective on pigeonpea and chickpea sustainable production systems: present status and future potential Recent advantages in pulses research [33] Sharma, S., Samriti, & Sharma, R (2020) Chapter - Chickpea economy in India In M Singh (Ed.), Chickpea: Crop Wild Relatives for Enhancing Genetic Gains (pp 225-250): Academic Press [34] Singh, K B (1997) Chickpea (Cicer arietinum L.) Field Crops Research, 53(1), 161170 doi: https://doi.org/10.1016/S0378-4290(97)00029-4 [35] Sinha, R., Gupta, A., & Senthil-Kumar, M (2017) Concurrent Drought Stress and Vascular Pathogen Infection Induce Common and Distinct Transcriptomic Responses in Chickpea Front Plant Sci, 8, 333 doi: 10.3389/fpls.2017.00333 [36] Thudi, M., Upadhyaya, H D., Rathore, A., Gaur, P M., Krishnamurthy, L., Roorkiwal, M., Varshney, R K (2014) Genetic Dissection of Drought and Heat Tolerance in Chickpea through Genome-Wide and Candidate Gene-Based Association Mapping Approaches PLOS ONE, 9(5), e96758 doi: 10.1371/journal.pone.0096758 [37] Toker, C., Canci, H., & Yıldırım, T (2007) Evaluation of perennial wild Cicer species for drought resistance Genet Resour Crop Evol., 54, 1781-1786 doi: 10.1007/s10722-0069197-y [38] Varshney, R K., Song, C., Saxena, R K., Azam, S., Yu, S., Sharpe, A G., Cook, D R (2013) Draft genome sequence of chickpea (Cicer arietinum) provides a resource for trait improvement Nature Biotechnology, 31(3), 240-246 doi: 10.1038/nbt.2491 [39] Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins M.R., Appel R.D., Bairoch A (2005) Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server; (In) John M Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press pp 571-607 Tài liệu Internet [40] USDA (2018) United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service, National Nutrient Database for Standard https://fdc.nal.usda.gov/fdc-app.html#/food-details/170457/nutrients [41] FAOSTAT (2019) https://www.fao.org/faostat/en/#home 44