“Nghiên cứu cấu trúc và dự đoán chức năng của họ gene mã hóa tiểu phần Nuclear factorYB liên quan đến tính chống chịu ở sắn (Manihot esculenta Crantz)” “Nghiên cứu cấu trúc và dự đoán chức năng của họ gene mã hóa tiểu phần Nuclear factorYB liên quan đến tính chống chịu ở sắn (Manihot esculenta Crantz)”“Nghiên cứu cấu trúc và dự đoán chức năng của họ gene mã hóa tiểu phần Nuclear factorYB liên quan đến tính chống chịu ở sắn (Manihot esculenta Crantz)”
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 Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan trên! Tác giả khóa luận Lê Hồng Thu Phương i LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực tập nghiên cứu môn Sinh học phân tử, viện Di truyền Nông nghiệp nhận nhiều quan tâm giúp đỡ, động viên thầy cô, gia đình bạn bè Trước hết, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Thị Lý Thu - Viện Di truyền Nơng nghiệp tận tình hướng dẫn dìu dắt tơi suốt thời gian thực tập Trong trình học tập thực đề tài, tơi nhận bảo nhiệt tình đầy trách nhiệm tập thể cán nghiên cứu môn Sinh học phân tử - Viện Di truyền Nông nghiệp, đặc biệt hướng dẫn nhiệt tình ThS Chu Đức Hà tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ q báu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới TS Hồng Thị Thao - Khoa Nông học - Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang động viên dẫn, đóng góp ý kiến tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa luận Bằng tình cảm chân thành, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè bên, động viên giúp đỡ suốt thời gian thực khóa luận Bắc Giang, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Lê Hoàng Thu Phương ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG V VII MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 10 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 11 4.1 Ý NGHĨA KHOA HỌC 11 4.2 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÂY SẮN 12 1.1.1 NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI CỦA CÂY SẮN 12 1.1.2 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI VÀ DI TRUYỀN CỦA CÂY SẮN 12 1.1.3 VAI TRÒ CỦA CÂY SẮN 16 1.1.4 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM17 1.2 TỔNG QUAN VỀ YẾU TỐ PHIÊN MÃ NF-YB 19 1.2.1 CẤU TRÚC CỦA NF-Y VÀ TIỂU PHẦN NF-YB 19 1.2.2 VAI TRÒ CỦA NF-YB ĐỐI VỚI THỰC VẬT 20 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ YẾU TỐ PHIÊN MÃ NF-YB HIỆN NAY 22 1.3.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ YẾU TỐ PHIÊN MÃ NF-YB TRÊN THẾ GIỚI 22 1.3.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ YẾU TỐ PHIÊN MÃ NF-YB Ở VIỆT NAM 23 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 25 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 iii 2.2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN CỦA TIỂU PHẦN NF-YB Ở SẮN 25 - MÃ ĐỊNH DANH HỌ GENE NF-YB Ở SẮN ĐƯỢC THU THẬP TỪ NGHIÊN CỨU TRƯỚC (CHU ĐỨC HÀ VÀ CS., 2017B) 2.2.2 PHƯƠNG PHÁP DỰ ĐOÁN YẾU TỐ ĐIỀU HÒA CIS- TRÊN VÙNG PROMOTER CỦA GENE MÃ HÓA 2.2.3 PHƯƠNG 26 NF-YB Ở SẮN PHÁP XÂY DỰNG CÂY PHÂN LOẠI CỦA HỌ TIỂU PHẦN YB Ở SẮN NF29 2.2.4 PHƯƠNG HÓA 27 PHÁP PHÂN TÍCH DỮ LIỆU BIỂU HIỆN CỦA CÁC GENE MÃ NF-YB Ở SẮN 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH PROTEIN CỦA TIỂU PHẦN NF-YB Ở SẮN 31 3.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH YẾU TỐ ĐIỀU HÒA CIS- TRÊN VÙNG PROMOTER CỦA CÁC GENE MÃ HÓA TIỂU PHẦN NF-YB Ở SẮN 34 3.3 KẾT QUẢ XÂY DỰNG CÂY PHÂN LOẠI CỦA HỌ TIỂU PHẦN NF-YB Ở SẮN 40 3.4 KẾT QUẢ SẮN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU BIỂU HIỆN CỦA GENE MÃ HÓA NF-YB Ở 43 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47 KẾT LUẬN 47 ĐỀ NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Chữ viết tắt ABA ABRE Thuật ngữ Tiếng Anh Abscisic acid Abscisic acid responsive Thuật ngữ Tiếng Việt Axit abscisic Yếu tố đáp ứng axit AURE CBF CIAT element Auxin responsive element CAAT-binding factor International center for abscisic Yếu tố đáp ứng auxin Yếu tố bám-CAAT Trung tâm Nông nghiệp CRE DNA FAOSTAT tropical agriculture Cis- regulatory element Deoxyribonucleic acid The food and agriculture nhiệt đới quốc tế Yếu tố điều hòa cisAxit deoxyribonucleic Ngân hàng liệu trực organization corporate tuyến tổ chức Nông statistical database Gene expression omnibus Lương giới Cơ sở liệu liệu GRAVY Grand average of biểu gen Độ ưa nước HAP HCN HSE IITA hydropathicity Histo-aspartic protease Hydrocyanic acid Heat stress element International institute of Histo-aspartic proteaza Axit xianhiđric Yếu tố đáp ứng nóng Viện Nơng nghiệp nhiệt kDa LTRE tropical agriculture Kilo dalton Low temperature đới quốc tế Kilô Danton Yếu tố đáp ứng lạnh Mb MBS MeJARE responsive element Megabyte MYB binding site Methyl jasmonate acid Megabyte Vị trí bám MYB Yếu tố đáp ứng đến axit GEO mW NF-Y NST pI RNA SARE responsive elements Molecular weight Nuclear factor-Y Isoelectric point Ribonucleic acid Salicylic acid responsive element TCTK TF Transcription factor v jasmonic Trọng lượng phân tử Nhân tố nhân-Y Nhiễm sắc thể Điểm đẳng điện Axit ribonucleic Yếu tố đáp ứng axit salicylic Tổng cục thống kê Nhân tố phiên mã USD United States dollar vi Đô la Mỹ DANH MỤC BẢNG BẢNG 2.1 THÔNG TIN VỀ CHÚ GIẢI CỦA HỌ GENE MÃ HÓA TIỂU PHẦN NF-YB Ở SẮN (CHU ĐỨC HÀ VÀ CS., 2017B) 25 BẢNG 2.2 MỘT SỐ CRE CƠ BẢN 28 NHÌN VÀO BẢNG 3.1 CĨ THỂ THẤY, KÍCH THƯỚC VÀ TRỌNG LƯỢNG CỦA CÁC PHÂN TỬ MENF-YB KHÁ NHỎ, CHỈ TỪ 135 ĐẾN 243 AMINO ACID NHÌN CHUNG KÍCH THƯỚC PROTEIN CỦA HỌ GENE MENF-YB TRUNG BÌNH ĐẠT 173 AMINO ACID PROTEIN MENF-YB5 CĨ KÍCH THƯỚC NHỎ NHẤT, 135 AMINO ACID; PROTEIN MENF-YB4 LÀ PHÂN TỬ LỚN NHẤT, TƯƠNG ỨNG VỚI 243 AMINO ACID NẰM TRONG KHOẢNG TRÊN 200 AMINO ACID ĐẾN 243 AMINO ACID PHÂN TỬ GỒM MENF-YB4, MENF-YB14 VÀ MENF-YB15 14 PHÂN TỬ MENF-YB CỊN LẠI CĨ KÍCH THƯỚC DƯỚI 200 AMINO ACID 31 BẢNG 3.1 ĐẶC TÍNH CỦA PROTEIN NF-YB Ở SẮN 32 BẢNG 3.2 MỘT SỐ CRE LIÊN QUAN ĐẾN MỨC ĐỘ BIỂU HIỆN ĐẶC THÙ Ở MÔ ĐƯỢC DỰ ĐỐN TRONG VÙNG PROMOTER CỦA HỌ GENE MÃ HĨA NF-YB Ở SẮN 36 BẢNG 3.3 MỘT SỐ CRE ĐÁP ỨNG HORMONE ĐƯỢC DỰ ĐOÁN TRONG VÙNG PROMOTER CỦA HỌ GENE MÃ HÓA NF-YB Ở SẮN 37 BẢNG 3.4 MỘT SỐ CRE ĐÁP ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN NGOẠI CẢNH BẤT LỢI ĐƯỢC DỰ ĐOÁN TRONG VÙNG PROMOTER CỦA HỌ GENE MÃ HÓA NF-YB Ở SẮN 39 vii DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI CÂY SẮN 13 HÌNH 1.2 GENOME CÂY SẮN (BREDESON ET AL., 2016) 15 TRONG NGHIÊN CỨU MỚI NHẤT VỀ GIẢI TRÌNH TỰ GENOME CỦA CÂY SẮN, CHIỀU DÀI CỦA 18 NST CỦA CÂY SẮN ĐẠT KHOẢNG 582,25 MB VỚI 2001 SCAFFOLDS CHƯA ĐƯỢC ĐỊNH DANH TRÊN CÁC NST TRONG ĐÓ, KHOẢNG 495,48 MB ĐƯỢC SẮP XẾP TRONG 40044 CONTIGS, TRONG KHI TỶ LỆ G≡C ĐẠT 35,9% CÓ TỔNG CỘNG 30003 LOCI CHỨA BẢN SAO MÃ PROTEIN, 85665 THẺ TRÌNH TỰ ĐƯỢC BIỂU HIỆN, CHIẾM 91,8% TRÌNH TỰ CĨ SẴN ĐÃ ĐƯỢC XÁC ĐỊNH NHẰM CUNG CẤP DƯ LI ÊU ĐỂ TIẾN HÀNH LẬP BẢN ĐỒ GENE SẮN KẾT QUẢ NÀY CHO THẤY SỰ XUẤT HIỆN GẦN NHƯ TỒN GENOME MÃ HĨA PROTEIN TRONG Q TRÌNH SẮP XẾP (BREDESON ET AL., 2016) 16 HÌNH 1.3 SẢN XUẤT SẮN TRÊN THẾ GIỚI NĂM 2013 (HOÀNG KIM VÀ CS., 2014) 17 HÌNH 2.1 CƠ SỞ DƯ LIỆU PHYTOZOME 26 HÌNH 2.2 CƠ SỞ DƯ LIỆU EXPASY 27 HÌNH 2.3 CƠ SỞ DƯ LIỆU PLANTCARE .27 HÌNH 2.4 PHẦN MỀM MEGA 6.0 29 HÌNH 2.5 HÌNH ẢNH MINH HỌA HỆ PHIÊN MÃ TIẾN HÀNH TRÊN 11 MẪU MÔ SẮN (WILSON ET AL., 2017) 30 HÌNH 3.1 DỰ ĐOÁN CÁC PROTEIN MENF-YB ĐÁP ỨNG HẠN DỰA TRÊN PHÂN TÍCH CÂY PHÂN LOẠI 41 HÌNH 3.2 MỨC ĐƠ BIỂU HIÊN CỦA HỌ GENE MÃ HĨA NF-YB Ở MÔ TRONG ĐIỀU KI ÊN THƯƠNG 45 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự gia tăng dân số cách nhanh chóng làm cho an ninh lương thực trở thành vấn đề cho giới Việt Nam Hơn nữa, sản xuất nông nghiệp chịu tác động đáng kể từ điều kiện môi trường bất thuận (như hạn hán, ngập úng, mặn, xói mịn đất) gây tượng biến đổi khí hậu Vì vậy, hiểu biết chế đáp ứng điều kiện bất lợi thực vật định hướng cho công tác chọn tạo giống trồng nhằm nâng cao tính chống chịu Thực vật thích nghi với mơi trường sống nhờ khả điều hòa biểu gene Trong đó, q trình điều hịa biểu gene đóng vai trị quan trọng thích ứng thực vật với điều kiện bất lợi (Mickelbart et al., 2015) Đến nay, nhiều chế đáp ứng xác định, chất biểu điều hòa gene tế bào Đặc biệt, nhân tố phiên mã (transcription factor, TF) chứng minh nhóm protein điều hịa quan trọng tham gia vào trình điều khiển biểu gene, từ liên quan trực tiếp đến chế đáp ứng thực vật với điều kiện ngoại cảnh bất thuận (Priest et al., 2009) Nuclear factor-Y (NF-Y), hay gọi yếu tố bám CAAT (CAATbinding factor, CBF), TF quan trọng tìm thấy tất loài thực vật (Mantovani, 1999; Laloum et al., 2013) Các nghiên cứu chứng minh rằng, NF-Y chức quan trọng q trình điều hịa sinh trưởng phát triển trồng, mà tham gia vào chế đáp ứng lại yếu tố bất lợi (Ma et al., 2015; Li et al., 2016) NF-Y bao gồm tiểu phần, NF-YA, NF-YB NF-YC, có chứa vùng bảo thủ để tạo liên kết DNA tương tác với tiểu phần khác để hình thành nên phức hợp NF-Y (Petroni et al., 2012; Laloum et al., 2013) Với thành tựu đạt việc giải mã genome lồi trồng, nhóm TF, có NF-Y thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học giới Cụ thể, NF-Y xác định phân tích số đối tượng trồng quan trọng như: mô hình Khóa luận tốt nghiệp Lê Hồng Thu Phương – D – CNSH4A mầm Arabidopsis thaliana (Laloum et al., 2013), ngô (Zea mays) (Nelson et al., 2007), lúa (Oryza sativa) (Miyoshi et al., 2003; Thirumurugan et al., 2008; Yang et al., 2017), đậu tương (Glycine max) (Quach et al., 2015), gene mã hóa cho nhóm NF-Y ghi nhận cam (Citrus sinensis) (Chu Đức Hà cs., 2016; 2017a) Gần đây, tiểu phần NF-YB (Chu Đức Hà cs., 2017b) công bố sắn (Manihot esculenta Crantz) Hiện nay, sắn đánh giá lương thực, hàng hóa nguyên liệu thiết yếu, giải pháp kinh tế cho hàng triệu nông dân sống vùng nông thôn Đông Nam Á, bao gồm Việt Nam (Howeler, 2003) Vì thế, sắn thu hút nhiều quan tâm thời gian gần đây, genome loài vừa giải mã thành cơng (Bredeson et al., 2016) Trong đó, NF-YB nghiên cứu sắn gồm 17 gene mã hóa cho tiểu phần NF-YB, ký hiệu MeNF-YB (Chu Đức Hà cs., 2017b) Câu hỏi đặt họ gene mã hóa tiểu phần NF-YB có cấu trúc chức nào? Trong đó, gene đóng vai trị quan trọng tham gia vào trình đáp ứng với điều kiện ngoại cảnh bất lợi sắn Chính vậy, chúng tơi thực đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc dự đốn chức của họ gene mã hóa tiểu phần Nuclear factorYB liên quan đến tính chớng chịu ở sắn (Manihot esculenta Crantz)” Mục tiêu nghiên cứu Kết nghiên cứu cung cấp liệu quan trọng để phân tích cấu trúc dự đốn chức gene mã hóa tiểu phần NF-YB liên quan đến sinh trưởng, phát triển tính chống chịu sắn Nội dung nghiên cứu - Phân tích đặc tính protein NF-YB sắn - Phân tích yếu tố điều hòa cis- đáp ứng với điều kiện bất lợi vùng promoter gene mã hóa NF-YB sắn - Xây dựng phân loại họ tiểu phần NF-YB sắn - Phân tích mức độ biểu gene mã hóa NF-YB liệu microarray xử lý hạn Khóa luận tốt nghiệp 10 Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Lê Gần đây, tần suất phân bố CRE đáp ứng bất lợi vùng promoter nhóm gene mã hóa protein giàu methionin A thaliana ghi nhận đạt ~ 0,54 CRE/gene (Chu et al., 2016) Những kết cho thấy quy tụ cách dày đặc CRE đáp ứng hormone đáp ứng bất lợi promoter, chứng tỏ họ gene MeNF-YB đóng vai trị quan trọng chống chịu điều kiện bất lợi, tương tự ghi nhận trước đối tượng trồng khác (Zanetti et al., 2017) Tóm lại, phân bố đa dạng CRE vùng promoter họ gene NF-YB sắn cho thấy gene NF-YB đóng vai trị quan trọng điều hịa q trình trao đổi chất, dẫn truyền tín hiệu thơng qua hormone đáp ứng với điều kiện ngoại cảnh bất lợi Các promoter chứa nhiều nhóm CRE đáp ứng hormone/bất lợi MeNF-YB4, MeNFYB7, MeNF-YB12 MeNF-YB14 sử dụng làm vật liệu kỹ thuật di truyền nhằm tăng cường khả chống chịu điều kiện bất lợi sắn 3.3 Kết xây dựng phân loại họ tiểu phần NF-YB ở sắn Để kiểm tra cấu trúc mối quan hệ phát sinh NF-YB sắn, đậu tương A thaliana, xây dựng phân loại dựa liên kết trình tự protein suy luận họ Như quan tâm đến việc xác định bất lợi phi sinh học, đặc biệt hạn hán liên quan đến gene MeNF-YB thơng qua phân tích phân loại cho nghiên cứu sâu hơn, GmNF-YB AtNF-YB liên quan đến hạn lựa chọn đưa vào phân tích phân loại MeNF-YB xác định Theo phân loại thể hình 3.1, cách sử dụng GmNF-YB (GmNF-YB01, GmNF-YB02, GmNF-YB04, GmNF-YB09, GmNF-YB15, GmNF-YB19, GmNF-YB024, GmNF-YB27, GmNF-YB32) AtNFYB01 đáp ứng hạn Khóa luận tốt nghiệp 40 Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A Lê Hình 3.1 Dự đốn protein MeNF-YB đáp ứng hạn dựa phân tích phân loại Khóa luận tốt nghiệp 41 Lê Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A Trên sở phân tích phân loại, phân loại tiểu phần NF-YB thành nhiều phân nhóm cùng với thơng số chúng Kết cho thấy MeNF-YB đa dạng GmNF-YB AtNF-YB khác Mặt khác, chứng ngày tăng gợi ý phân tích phân loại sử dụng để dự đốn chức gene gene có chức tương tự có liên quan đến sinh thái Do đó, phân tích phân loại cho phép dự đốn chức MeNF-YB nhiều protein GmNF-YB AtNF-YB biết chức Từ giá trị bootstrap nhánh phân loại cho thấy tiểu phần NF-YB chia làm nhóm Nhóm I gồm phân nhóm I A, IB, IC có thành viên MeNF-YB thuộc nhóm II Trong đó, thành viên họ NF-YB sắn xác định nằm cùng nhánh với số NF-YB đậu tương A thaliana (hình 3.1) Cụ thể, AtNF-YB01, ghi nhận gần có liên quan đến tính chống chịu hạn A thaliana (Nelson et al., 2007), cùng nhánh với thành viên MeNF-YB12 Bên cạnh đó, thành viên họ NF-YB đậu tương, GmNF-YB02 GmNF-YB24 (Quach et al., 2015), nằm cùng phân lớp với MeNF-YB14 MeNF-YB16 (hình 3.1) Trước đó, protein nằm cùng nhánh phân loại thường chia sẻ chức tương tự (Ha et al., 2014) Như vậy, gene mã hóa MeNFYB12, MeNF-YB14 MeNF-YB16 đáp ứng với điều kiện hạn, tương tự NF-YB tương đồng đậu tương (Quach et al., 2015) A thaliana (Nelson et al., 2007) Rõ ràng, loại trừ có nhiều bất lợi liên quan đến NF-YB nằm rải rác nhánh khác cây, số 17 thành viên MeNF-YB xác định Bằng chứng đậu tương A thaliana, protein GmNF-YB AtNF-YB liên quan đến bất lợi sử dụng dự đốn dựa phân tích sinh học, NF-YB liên quan đến bất lợi nhiều hơn, gom lại thành nhóm khác nhau, dự đốn Khóa luận tốt nghiệp 42 Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A Lê 3.4 Kết phân tích dữ liệu biểu gene mã hóa NF-YB ở sắn Dữ liệu biểu gene thành viên họ gene NF-YB khai thác dựa nghiên cứu cơng bố gần ngân hàng biểu tồn genome số mẫu mô quan quan trọng sắn (GEO accession: GSE82279) Trong nghiên cứu trước đó, ngân hàng liệu biểu tồn genome sắn loại mô, bao gồm mơ sẹo phơi hóa, tổ chức phát sinh phơi cấu tạo soma, mô phân sinh đỉnh rễ mô phân sinh đỉnh chồi truy cập để phân tích biểu gene NF-YB sắn Phân tích liệu microarray cho thấy, hầu hết gene NF-YB tăng cường phiên mã mơ Trong đó, MeNF-YB12 biểu mạnh mơ phân sinh đỉnh chồi, MeNF-YB2 tăng cường mơ sẹo phơi hóa Một số gene MeNF-YB4, MeNF-YB5, MeNF-YB8, MeNFYB13 biểu mạnh mô sẹo phơi hóa Điều chứng tỏ gene NF-YB sắn liên quan đến q trình sinh trưởng, phát triển mô phân sinh (Chu Đức Hà cs., 2017b) Trong nghiên cứu này, thông tin mức độ biểu gene mã hóa NF-YB nhóm nghiên cứu tập trung khai thác loại mô quan, bao gồm mô củ, rễ sợi, thân, chồi bên, lá, gân cuống (Wilson et al.,2017) Mức độ biểu gene mơ hình hóa đồ nhiệt cơng cụ Microsoft Excel Kết phân tích minh họa hình 3.2 Kết cho thấy hầu hết gene MeNF-YB có biểu mơ quan Đặc biệt, gene MeNF-YB2, MeNF-YB5, MeNF-YB12, MeNF-YB14 xác định có biểu mạnh tất mẫu mô, đồng thời đặc thù vị trí (hình 3.2) Trong đó, MeNF-YB2 biểu đặc thù thân củ, MeNF-YB12 tập trung mạnh củ chồi bên Trước đó, gene xác định có biểu đặc thù mơ sẹo phơi hóa mô phân sinh đỉnh rễ (Hà cs., 2017b), gene MeNF-YB5 MeNF-YB14 có biểu mạnh củ (hình 3.2) Khóa luận tốt nghiệp 43 Lê Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Khóa luận tốt nghiệp 44 Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A Lê Trường Đại học Nông – Lâm Bắc Giang Nông học Khoa Hình 3.2 Mức độ biểu của họ gene mã hóa NF-YB ở mơ điều kiện thường Khóa luận tốt nghiệp CNSH4A 45 Lê Hồng Thu Phương – D – Riêng gene MeNF-YB4, MeNF-YB8, MeNF-YB9, MeNF-YB10, MeNF-YB15, MeNF-YB17 mức độ biểu dừng lại mức độ có biểu tất loại mơ nghiên cứu Cịn lại số gene khác lại có mức độ biểu mạnh hầu hết mơ khơng đặc thù vị trí Bên cạnh đó, mức độ biểu vị trí khác rõ rệt Ở củ có gene có xu hướng biểu mạnh MeNF-YB5, MeNF-YB7, MeNF-YB11, MeNF-YB13, MeNF-YB14 gene có biểu đặc thù MeNF-YB2, MeNF-YB12 Ở thân có tới gene có xu hướng biểu mạnh gồm MeNF-YB5, MeNF-YB6, MeNF-YB7, MeNF-YB11, MeNFYB12, MeNF-YB13, MeNF-YB14 gene MeNF-YB2 có biểu đặc thù Tương tự chồi bên có gene MeNF-YB12 có biểu đặc thù mơ gene có xu hướng biểu mạnh gồm MeNF-YB1, MeNF-YB2, MeNF-YB5, MeNF-YB6, MeNF-YB7, MeNF-YB11, MeNFYB13, MeNF-YB14 Rễ sợi, lá, gân cuống có tới 11, 8, 10 gene có xu hướng biểu mạnh khơng có gene có biểu đặc thù mơ Phân tích cho thấy, MeNF-YB12 MeNF-YB14 dự đốn đáp ứng với điều kiện hạn (hình 3.1), hai gene có xu hướng biểu mạnh mơ quan điều kiện thường (hình 3.2) Vùng promoter gene chứa CRE đáp ứng bất lợi hormone (bảng 3.3, 3.4) Hơn nữa, yếu tố ABRE tìm thấy vùng promoter gene MeNF-YB14 (bảng 3.3) Có thể thấy rằng, gene đóng vai trị quan trọng chế đáp ứng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh sắn Trong đó, MeNF-YB12 Me-YB14 đáp ứng với điều kiện hạn thông qua đường phụ thuộc không phụ thuộc ABA Những phân tích rằng, gene NF-YB sắn liên quan đến q trình sinh trưởng, phát triển mơ quan có khả đáp ứng tác nhân bất lợi Đây xem dẫn liệu sơ khai quan trọng cho công tác chọn tạo giống sắn chất lượng cao Khóa luận tốt nghiệp 46 Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Lê KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận Phân tích đặc tính protein cho thấy phân tử MeNF-YB có kích thước trọng lượng nhỏ nên chúng dễ dàng xuất/nhập qua màng sinh học để thực chức tế bào Giá trị pI cho thấy họ NF-YB cư trú nhiều vị trí để thực chức điều hòa tế bào Tất protein họ NF-YB sắn ưa nước hầu hết không ổn định ống nghiệm Vùng promoter họ gene NF-YB sắn chứa số lượng lớn CRE đáp ứng hormone đáp ứng với điều kiện bất lợi Trong đó, tất CRE đáp ứng bất lợi xác định vùng promoter gene MeNF-YB12 MeNF-YB14 Tiểu phần NF-YB sắn, đậu tương A thaliana chia làm nhóm phân loại Ba thành viên, MeNF-YB12, MeNF-YB14 MeNF-YB16 xác định tương đồng xếp cùng nhánh với NFYB đậu tương A thaliana liên quan đến tính chống chịu hạn Khai thác liệu microarray tìm thấy kết biểu 17 gene MeNF-YB mơ quan sắn điều kiện thường Hầu hết gene MeNF-YB tăng cường phiên mã mơ quan Gene MeNF-YB2 biểu đặc thù thân củ MeNF-YB12 xác định đặc thù củ chồi bên Hai gene MeNF-YB5 MeNF-YB14 có biểu mạnh củ MeNF-YB12 MeNF-YB14 liên quan đến tính chống chịu với điều kiện hạn thông qua chế phụ thuộc không phụ thuộc ABA Đề nghị Đề nghị cần tiếp tục phát triển nghiên cứu nhằm lựa chọn gene ứng viên phục vụ cho công tác chọn tạo giống sắn chất lượng cao Khóa luận tốt nghiệp 47 Lê Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng việt Chu Đức Hà, Lê Thị Ngọc Quỳnh, Nguyễn Trọng Hiển, Lê Huy Hàm Lê Tiến Dũng (2015) Thiết lập tiêu hình thái đặc trưng cho phân loại giống sắn (Manihot esculenta Crantz) Việt Nam dựa mô tả hình thái giống KM 94, Tạp chí Sinh học 37, trang 31 - 38 Chu Đức Hà, Lê Quốc Oai, Nguyễn Văn Giang, Phạm Thị Lý Thu Lê Hùng Lĩnh (2016) Xác định phân tích cấu trúc họ gene mã hóa yếu tố phiên mã NF-YA cam ngọt, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam 1, trang 26 - 31 Chu Đức Hà, Nguyễn Thu Trang, Đoàn Thị Hải Dương, Vũ Thị Thu Hiền, Nguyễn Văn Giang, Phạm Thị Lý Thu Lê Tiến Dũng (2017a) Phân tích in silico họ gene mã hóa yếu tố phiên mã Nuclear factor-YB cam (Citrus siensis), Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nông nghiệp Việt Nam 3, trang 22 - 27 Chu Đức Hà, Lê Thị Thảo, Lê Quỳnh Mai Phạm Thị Lý Thu (2017b) Xác định gene mã hóa Nuclear factor-YB sắn (Manihot esculenta Crantz) cơng cụ tin sinh học, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN 1, trang 133 - 137 Đinh Thế Lộc, Võ Nguyên Quyền, Bùi Thế Hùng Nguyễn Thế Hùng (1997) Giáo trình Cây lương thực - tập 2, Nhà xuất Nơng nghiệp Hồng Kim Phạm Văn Biên (1996) Cây Sắn, NXB Nông nghiệp Lê Thị Thu Hiền, Trần Thị Phương Liên Nông Văn Thái (2007) Promoter ứng dụng công nghệ gen thực vật, Tạp chí Cơng nghệ sinh học Trần Ngọc Ngoạn (2007) Giáo Trình Cây Sắn, NXB Nơng Nghiệp II Tài liệu tiếng anh Awoleye, F., Duren, M.v., Dolezel, J., and Novak, F (1994) Nuclear DNA content and in vitro induced somatic polyploidization cassava (Manihot esculenta Crantz) breeding, Euphytica 76, pages 195 - 202 Khóa luận tốt nghiệp 48 Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Lê Bredeson, J.V., Lyons, J.B., Prochnik, S.E., Wu, G.A., Ha, C.M., Edsinger-Gonzales, E., Grimwood, J., Schmutz, J., Rabbi, I.Y., and Egesi, C (2016) Sequencing wild and cultivated cassava and related species reveals extensive interspecific hybridization and genetic diversity, Nat Biotech 34, pages 562 - 570 Edwards D, Murray JA and Smith AG (1998) Multiple genes encoding the conserved CCAAT-box transcription factor complex are expressed in Arabidopsis, Plant Physiol 117, pages 1015-1022 Feng Z-J, He G-H, Zheng W-J, Lu P-P, Chen M, Gong Y, Ma Y-Z and Xu Z-S (2015) Foxtail millet NF-Y families: genome-wide survey and evolution analyses identified two functional genes important in abiotic stresses, Front Plant Sci 6:1142 Gasteiger E, Gattiker A, Hoogland C, Ivanyi I, Appel RD and Bairoch A (2003) ExPASy: The proteomics server for in-depth protein knowledge and analysis, Nucleic Acids Res 31, pages 3784 - 3788 Goodstein DM, Shu S, Howson R, Neupane R, Hayes RD, Fazo J, Mitros T, Dirks W, Hellsten U, Putnam N and Rokhsar DS (2012) Phytozome: A comparative platform for green plant genomics, Nucleic Acids Res 40, pages 1178 - 1186 Ha CV, Esfahani MN, Watanabe Y, Tran UT, Sulieman S, Mochida K, Nguyen DV and Tran LS (2014) Genome-wide identification and expression analysis of the CaNAC family members in chickpea during development, dehydration and ABA treatments, PLoS One 9: e114107 Hahn S, Pinkham J, Wei R, Miller R and Guarente L (1988) The HAP3 regulatory locus of Saccharomyces cerevisiae encodes divergent overlapping transcripts, Mol Cell Biol 8, pages 655 - 663 Howeler, R.H (2003) Results, achievements and impact of the Nippon Foundation Cassava Project, Integrated cassava-based cropping systems in Asia Proceedings of the Workshop of the Nippon Foundation Cassava project in Thailand, Vietnam and China Thai Nguyen, pages 161 - 223 Khóa luận tốt nghiệp 49 Lê Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A 10 Kiraga J., Mackiewicz P., Mackiewicz D., Kowalczuk M., Biecek P., Polak N., Smolarczyk K., Dudek M R and Cebrat S (2007) The relationships between the isoelectric point and: length of proteins, taxonomy and ecology of organisms, BMC genomics 11 Kumar S, Stecher G and Tamura K (2016) MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets, Mol Biol Evol 33, pages 1870 - 1874 12 Laloum T, De Mita S, Gamas P, Baudin M and Niebel A (2013) CCAAT-box binding transcription factors in plants: Y so many? Trends Plant Sci 18, pages 157 - 166 13 Lescot M, Déhais P, Thijs G, Marchal K, Moreau Y, Van de Peer Y, Rouzé P and Rombauts S (2002) PlantCARE, a database of plant cisacting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences, Nucleic Acids Res 30, pages 325 - 327 14 Li S, Li K, Ju Z, Cao D, Fu D, Zhu H, Zhu B and Luo Y (2016) Genome-wide analysis of tomato NF-Y factors and their role in fruit ripening, BMC Genomics, pages 17 - 36 15 Liang M, Yin X, Lin Z, Zheng Q, Liu G and Zhao G (2014) Identification and characterization of NF-Y transcription factor families in Canola (Brassica napus L.), Planta 239, pages 107 - 126 16 Ma X, Zhu X, Li C, Song Y, Zhang W, Xia G and Wang M (2015) Overexpression of wheat NF-YA10 gene regulates the salinity stress response in Arabidopsis thaliana, Plant Physiol Biochem 86, pages 34 - 43 17 Malviya N, Jaiswal P and Yadav D (2016) Genome-wide characterization of Nuclear Factor Y (NF-Y) gene family of sorghum Sorghum bicolor (L.) Moench: a bioinformatics approach, Physiol Mol Biol Plants 22, pages 33 - 49 18 Mantovani R (1999) The molecular biology of the CCAAT-binding factor NF-Y, Gene 239, pages 15 - 27 Khóa luận tốt nghiệp 50 Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Lê 19 McNabb DS, Xing Y and Guarente L (1995) Cloning of yeast HAP5: a novel subunit of a heterotrimeric complex required for CCAAT binding, Genes Dev 9, pages 47 - 58 20 Mickelbart MV, Hasegawa PM and Bailey-Serres J (2015) Genetic mechanisms of abiotic stress tolerance that translate to crop yield stability, Nat Rev Genet 16, pages 237 - 251 21 Miyoshi K, Ito Y, Serizawa A and Kurata N (2003) OsHAP3 genes regulate chloroplast biogenesis in rice, Plant J 36, pages 532 - 540 22 Mu J., Tan H., Hong S., Liang Y., and Zuo J (2013) Arabidopsis transcription factor genes NF-YA1, 5, 6, and play redundant roles in male gametogenesis, embryogenesis, and seed development, Mol Plant, (1), pages 188-201 23 Nelson DE, Repetti PP, Adams TR, Creelman RA, Wu J, Warner DC, Anstrom DC, Bensen RJ, Castiglioni PP, Donnarummo MG, Hinchey BS, Kumimoto RW, Maszle DR, Canales RD, Krolikowski KA, Dotson SB, Gutterson N, Ratcliffe OJ and Heard JE (2007) Plant nuclear factor Y (NFY) B subunits confer drought tolerance and lead to improved corn yields on water-limited acres, Proc Natl Acad Sci U S A 104, pages 16450 - 16455 24 Ning Lei, Xiang Yu, Shuxia Li, Changying Zeng, Liangping Zou, Wenbin Liao and Ming Peng (2017) Phylogeny and expression pattern analysis of TCP transcription factors in cassava seedlings exposed to cold and/or drought stress, Scientific Reports 7: 10016 25 Petroni K, Kumimoto RW, Gnesutta N, Calvenzani V, Fornari M, Tonelli C, Holt BF , 3rd and Mantovani R (2012) The promiscuous life of plant Nuclear factor Y transcription factors, Plant Cell 24, pages 4777 - 4792 26 Priest HD, Filichkin SA and Mockler TC (2009) Cis-regulatory elements in plant cell signaling, Curr Opin Plant Biol 12, pages 643 - 649 27 Quach TN, Nguyen HT, Valliyodan B, Joshi T, Xu D and Nguyen HT (2015) Genome-wide expression analysis of soybean NF-Y genes reveals potential function in development and drought response, Mol Genet Genomics 290, pages 1095 - 1115 Khóa luận tốt nghiệp 51 Lê Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A 28 Siefers N, Dang KK, Kumimoto RW, Bynum Wet, Tayrose G and Holt BF (2009) Tissue-specific expression patterns of Arabidopsis NF-Y transcription factors suggest potential for extensive combinatorial complexity, Plant Physiol 149, pages 625 - 641 29 Thirumurugan T, Ito Y, Kubo T, Serizawa A and Kurata N (2008) Identification, characterization and interaction of HAP family genes in rice, Mol Genet Genomics 279, pages 279 - 289 30 Wilson M C., Mutka A M., Hummel A W., Berry J., Chauhan R D., Vijayaraghavan A., Taylor N J., Voytas D F., Chitwood D H and Bart R S (2017) Gene expression atlas for the food security crop cassava, New Phytol 213, pages 1632 - 1641 31 Yang W, Lu Z, Xiong Y and Yao J (2017) Genome-wide identification and co-expression network analysis of the OsNF-Y gene family in rice, The Crop Journal 5, pages 21 - 31 III Tài liệu web FAOSTAT: http://www.fao.org/faostat/en/#home Tổng cục Thống kê: https://www.gso.gov.vn/Default.aspx?tabid=217 Khóa luận tốt nghiệp 52 Hoàng Thu Phương – D – CNSH4A Lê PHỤ LỤC Kết phân tích yếu tố điều hòa cis- vùng promoter của gene mã hóa tiểu phần NF-YB ở sắn - Các CRE liên quan đến biểu đặc thù mô, đáp ứng hormone đáp ứng bất lợi vùng promoter gene MeNF-YB12 Khóa luận tốt nghiệp 53 Lê Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Các CRE liên quan đến biểu đặc thù mô, đáp ứng hormone đáp ứng bất lợi vùng promoter gene MeNF-YB14 Khóa luận tốt nghiệp 54 Hồng Thu Phương – D – CNSH4A Lê ... chúng tơi thực đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc dự đốn chức của họ gene mã hóa tiểu phần Nuclear factorYB liên quan đến tính chớng chịu ở sắn (Manihot esculenta Crantz)” Mục tiêu nghiên cứu... CỦA CÁC GENE MÃ HÓA TIỂU PHẦN NF -YB Ở SẮN 34 3.3 KẾT QUẢ XÂY DỰNG CÂY PHÂN LOẠI CỦA HỌ TIỂU PHẦN NF -YB Ở SẮN 40 3.4 KẾT QUẢ SẮN PHÂN TÍCH DỮ LIỆU BIỂU HIỆN CỦA GENE MÃ HÓA. .. promoter của họ gene mã hóa NF -YB ở sắn STT 10 11 12 13 14 15 16 17 CRE Gene MeNF -YB1 MeNF -YB2 MeNF -YB3 MeNF -YB4 MeNF -YB5 MeNF -YB6 MeNF -YB7 MeNF -YB8 MeNF -YB9 MeNF -YB1 0 MeNF -YB1 1 MeNF -YB1 2 MeNF -YB1 3