Mục tiêu của luận án nhằm xem xét vai trò của enzyme methionine sulfoxide reductase liên quan đến khả năng đáp ứng với điều kiện bất lợi ở thực vật, đồng thời cũng tìm hiểu về đối tượng cần được methionine sulfoxide reductase sửa chữa trong tế bào.
Trang 1VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
-
CHU ĐỨC HÀ
NGHIÊN CỨU SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN MÃ HÓA METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE TRONG ĐIỀU KIỆN
STRESS MẶN, HẠN Ở CÂY ARABIDOPSIS VÀ ĐẬU TƯƠNG
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP
HÀ NỘI – 2018
Trang 2Người hướng dẫn: 1 TS Lê Tiến Dũng
2 TS Phạm Thị Lý Thu
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ tại hội đồng chấm luận án cấp viện họp tại:
Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam Vào ngày tháng năm 2018
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Viện khoa học Nông nghiệp Việt Nam
Trang 3enzyme methionine sulfoxide reductase (MSR)
f x e re a e (MS A) methionine-R-sulfoxide reductase (MSRB),
ế ế ch ă ử á c methionine (Met) bị ôx a r l i Met
Đế ay, enzyme MS c a ế ế ch ng chị
á yế r ây r ng N v h enzyme MSR é a tiếp c n v ế ch ng chịu th c v t, t
ì ra ững gen ô á n t o gi ng nhằ â a
ch ng chịu ây r
Đ gi i quyế á â ỏ ặ ra ú ô ế r
ây ô ì Arabidopsis thaliana (Glycine max) v á
“Nghiên cứu sự biểu hiện của gen mã hóa methionine sulfoxide reductase trong điều kiện stress mặn, hạn ở cây Arabidopsis và đậu tương”
2 Mục tiêu của uận án
M a lu á ằ xe xé a rò a enzyme methionine sulfox e re a e a ế ă á u ki n b t l i
th c v ng thờ ũ ì u v ng cầ c methionine sulfoxide reductase sửa chữa trong tế C th a :
3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Kết qu c a lu á á ữ li u khoa h c mộ á th ng
v a rò a r e e e A thaliana á
u v ế á ộng c a yếu t b t l ến th c v ô a á
rì ôx a e e S xá ị â enzyme methionine sulfoxide reductase ữ u
Trang 4biết quan tr ng v a rò a h enzyme sửa chữa trong ch ng chị
t l i
Vi ì ế xá ị e a e zy e MS cung c p ngu n v t li á rị á u ch ă e Kết qu
xá ị á e a r e ethionine e zy e methionine f x e re a e á ng v u ki t l ũ
ị (1 ra ) T a ử 186 r 8
T ế V 178 T ế A á 15 , 29 ì , 7 , 4 ô rì ô
CHƯƠNG 1
T NG UAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ HOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
á a á T ế V T ế A
4 ộ a a : a ô r ờ ế
ờ ; Va rò a e zy e methionine sulfoxide reductase á
rì ôx a methionine th c v t; Methionine r e e e
th c v t; Ti ă ng d ng c a enzyme methionine sulfoxide reductase trong ch n t o gi ng nhằ â a ng chịu ây r ng
Trang 5Tron ũy c a một s d ng ch a ôx y ử ho ộng (ROS)
á a ây ra ữ ay r rú a â ử r
a ra r ế [127] Đ á á â ôx a
á r r ế a a a á r e á nhau e zy e y a OS r e
r e ửa ữa â ử [77] Tr ửa ữa ôx a
r e á á a a r ú a â [47, 80, 83] C 68 â ử ị ôx a r ế r e , ây xe
ị OS á ộ [138] S ôx a á methionine (Met) ộ amino acid quan tr ng a ị ị r y e e
nhi r c v r A thaliana [145] một s ây r ng quan
tr ng, bao g úa [65], a [41, 41] ô [186] Gầ ây u
Trung Qu ũ xá ị c h gen a MS r i
u d i [159] Tr Le ộng s ũ á á 5 gen
a enzyme MSRB r [99] T y ô e zy e
MS A ế ay ẫ a V y â ỏ ặ ra a gen a enzyme MSRA r ặ a á gen
y ì ế â rộng h gen y ì ử MetO c a h enzyme GmMSR (bao g m c MS A MS ) ế
Trang 6a M P r ế á ằ C r P [49, 50], WoLF PSORT [73], CELLO [184] a 2GO Basic [35]
Trang 7e hương ph p c đ nh y u t điều h a cis- trên v ng promoter của gen
mã hóa ở Arabidopsis
Trì e e a rì 1000 e e r r er
â ằ BioEDIT [68] ì ế x a yế á ABA (Abscisic acid responsive element, ABRE) [84, 133], yế
ế M (MYB recognition, MYBR) yế ế M C (MYC recognition, MYCR) [173]
hương ph p phân t ch mức đ biểu hiện của gen mã hóa protein giàu methionine ở Arabidopsis
Bi u hi n c a gen a M P A thaliana â r
ờ a r ữ r array GDS416 [26] ữ NA- e TraVA [86] tr a ữ r array xử
hương ph p dự đo n y u t điều h a cis- trên v ng promoter của gen
mã hóa ở đậu tương
Cá C ì ế r rì 1000 bp r r er a
Trang 8gen a enzyme MS ằ PlantCARE [101]
hương ph p phân t ch mức đ biểu hiện của gen mã hóa en yme ở đậu tương b ng thư viện d iệu trực tuy n
a hương ph p đ nh gi h nh th i cây Arabidopsis chuyển gen
H t gi ng A thaliana chuy n gen a á gen At3G55240
[75] i ch ng Col-0 e r a e r a ô r ờ ½ MS (Murashige-S ) ặ ô á y r y e [75], trong
u ki n c a ò ô y ô ế a g chu k 16 giờ á /8 ờ t i,
ờ ộ chiế á μ -2.s-1, nhi ộ ± oC [36]
b hương ph p m u Arabidopsis trong điều iện b t i
Cây A thaliana chuy n gen a á gen At3G55240
xử ặ r a e r ch a ô r ờ ½ MS sung NaCl
n ộ 175 mM T , ây y i ũ y a ô
r ờ ½ MS sung CdCl2 n ộ 7 µM Tr , cây A thaliana chuy n gen a á c gen At3G55240 xử
ằ á xử ây y trong ị NaC 250 mM t u ki
ò r ời gian 0 - 2 - ờ Cây r r
y a r ờ ờ
P á xử ẫ r A A
Trang 9A T r DNA e I (T er er S e f H a K ) NA xử DNA e I ử DNA ằ ộ e erTra A e
1 Xác định và phân tích protein giàu methionine ở Arabidopsis
ì k , x và d e ã ó r e à e onine
ở Arabidopsis
T ng s â ử MRP xá ịnh T t c M P ì
ô gen a ô â ử y ịnh b i gen nằm trong
a c s p xếp Cá gen AtMRP ân b r rá r m s c
th c a Arabidopsis, chỉ gen nằ r y Đ ì â AtMRP,
ch ă a á gen y xá ị r tham chiếu TAIR10
â ại ch ă ủ r e à e onine ở Arabidopsis
P â h dữ li ầ y á gen AtMRP Arabidopsis
a a á rì n ra trong tế Ha gen AtMRP c
xá ị a ế òa Tr , một s gen AtMRP
a â òa á rì u hi n c a gen Gen At4G34590 a e e z er Pr e y, ch a 6,33% Met, gầ ây
Trang 10nh , một s gen a M P Ara ũ â i
theo ch ă ỏ á ế r e (12 gen AtMRP - 11%), dẫn truy u (6 gen AtMRP - 5%), v n chuy n kim lo i (6 gen AtMRP - 5%), xử NA ( gen AtMRP - 4 ) rì ế ( gen AtMRP - 3%),
r r er a á gen a M P A thaliana T ng s 65 CRE
â r r er a 121 gen AtMRP i 0,54 CRE
r gen a M P S ặt c a A r r er a AtMRP
ch ng tỏ gen a ế ờ u ph thuộ A A trong khi s xu t hi n c a M M C y gen á ng
v u ki n b t l n, mặn [173] S â á y ặc c a
C y r r er a phần l á gen a M P y
ú á ng v u ki n b t l ô a ờng ph thuộc (hoặ ô thuộ ) A A
Mộ ặ m quan tr á a â ị r rú a á â
tử AtMRP trong tế P â cho th y, 21 AtMRP c d á â
l c l p bằ ô W PSO T / ặ C r P r â ử AtMRP xá ịnh nằm ty th ô a W PSO T / ặc CELLO K ằ ầ m m Blast2GO ũ y 9 â ử AtMRP r y
4 â í ộ bi u hi e ã ó MR r Ar d r
ều ki và ều ki n bất lợi
D a r á ịnh danh, m ộ bi u hi n c a 49 gen AtMRP, chiếm
Trang 11M c độ thay
đ i trong điều kiện m n
Ch giải ch c năng gen
Trang 12' úa' r ây A thaliana [75]
ộ ng củ â Ar d e
bi u hi e A 4 v ề k ấ ợ
D a r á ết qu â , At3G55240, bị ì u hi n m nh
nh r u ki n h ặ a gen c hi n nhữ u tiếp theo Tr ờ , ây y gen á
Dò y e C xử r ô r ờ sung 175 mM NaCl Kết qu cho th y ây i ch ò RBC u hi á ng nh y
c r u ki n xử NaCl cao T y ế y 8, s ây
y gen chết tr ă a i ch ng (Hì 3.8)
Trang 13Hình Đánh giá khả năng đáp ng của ng cây chuyển gen
và đối ch ng khi ý C C 2
c cây chuyển gen biểu hiện u mức At hiệu à và cây Arabidopsis o - đ i chứng hiệu à đư c v i d trên m i trư ng thạch ư ng cây ch t đư c uan s t đ n ngày sau
Trang 15bi u hi n Trong s xá ị c t ng s 13 gen a M P á ng
v u ki n h n á r a V ( 3.7)
Trong s 13 gen ô B ng 3.7, gen Glyma04g37040 a r e
á a ă ờng bi u hi n m nh nh t ô á
-f fold lầ t á V N c l i, gen Glyma02g10620 a
r e c 98 amino acid bị ì ầ t 44- - fold á V
( 3.7) Mộ r ờ á gen Glyma19g43580 ị
a r V ă ờ a
r T Glyma19g43580 At5G28640 r A thaliana, gen y a ế á rì â ằ
Trang 16Bảng 7 Gen mã hóa GmMR có m c độ biểu hiện đáp ng
với điều kiện hạn ở á V6 và R2
# Mã gen Met L Định danh Điều kiện hạn
hân tích in silico họ gen mã hóa en yme MSR ở đậu tư ng
â í ợ ặ e ủ e ã ó e z e MSRA ở u
D a r â rì , 3 cặp gen lặp c xá ị trong h gen a MS A M ộ ng c ộ
nucleotide c a á ặp gen lặp h gen GmMSRA á a t t 73,76 % (cặp gen ặ GmMSRA4/A7) ến 96,00 % (cặp gen GmMSRA2/A5) trong khi cặp gen GmMSRA1/A6 ộ r
Mặ á ặp gen lặ y â r á m s c th á
nhau trong genome c a Cặp gen lặp GmMSRA1/A6 rú
r m s c th s GmMSRA2 r m s c th s 2 lặp v i GmMSRA5 r m s c th s 14, trong khi GmMSRA4/A7 lầ t nằm
r m s c th s 8 8 Đ y y rằng t t c á gen lặp
trong h gen MSRA u xu á hi ng lặ r á
Trang 17nhi m s c th á a ( e e a a ) Tr Le ộng s ( ) ũ xá ị c 2 cặp gen lặp trong h e a e zy
MSRB nằ r á m s c th á a GmMSRB2/B5 GmMSRB3/B4 lầ â r m s c th s e e u
[99] Những kết qu y ị rằng hi ng lặ r á nhi m s c th á a th ế ch yếu gi â rộng
c a h gen a e zy e MS ( a m c MS A MS )
H ữa, tỷ l Ka/Ks c a 3 cặp gen lặ u nhỏ ng tỏ á rì
ch n l c t b o th c a h gen MSRA Đ u
a r á rì ế a a h gen GmMSRA, s a á giữa á e e á gen GmMSRA ây ra ột biế m
Điểm đẳng điện
Trang 18G MS A G MS A ịnh vị l c l p L a
ũy OS ì ế G MS A G MS A5 a a á rì ử MetO l c l p khi tế ặp b t l i Mặ á G MS A G MS A
â r á a a ế á rì n chuy ì y ú
ũ y ộ sửa chữa MetO t á ị r r ế
Hình 1 S đồ minh họa cây phân oại và cấu tr c vùng ảo thủ
cho enzyme MSRA ở đậu tư ng và A thaliana
T ế e ây á xây ng d a r c sử d rì
amino acid c a 7 G MS A r e a MS A A thaliana [145] Kết
qu cho th y, h enzyme MSRA a (Hì ) C ộc n a
G MS A -A -A -A -A7, r a G MS A
GmMSRA6 Hầu hế á r á ờng chia sẻ một
ặ a G MS A G MS A chung chi a a r â ử a (
A A MS A ô xu t hi n c a g Cy xú á Cy á o
Đánh giá đ c tính của họ gen mã hóa en yme MSR ở đậu tư ng
3.4.1 D u t ề ò - ở vù r er ủa h e ã ó enzyme MSR ở
Trong r ây gen a e zy e MS ì y [99] N y, h e zy e MS a m 7 gen a MS A
Trang 19gen a MS xá ị Đ ầ â
ch c ă gen a rò òa a ú x a C r
promoter c a h gen GmMSR ì ếm bằ ô PlantCARE [101]
Một s yếu t ộp TATA (TATA-box), hộp CAAT
x) xá ị r r er a h gen GmMSR ( a GmMSRA GmMSRB) N ì C r r er a á gen GmMSR â i theo ch ă a m
CRE a ến ph n á á u hi ặ ô a CRE á ng v i hormone hoặc
cho th y rằ MS ô c t ng h c t á ị r y tham gia
á rì ửa chữa sửa chữa â ử protein khi bị ôx a H ữa, s
t ũy r t nhi u GmMSRA3, - -B3 á t sần, vị r c d á
OS ây ra u ki n b t l (Hì 3.15)
Hình 1 M c độ biểu hiện của họ gen GmMSR trong điều kiện thường
ở các mẫu mô c quan ở đậu tư ng
84RH, 120RH: M u ng rễ thu sau và gi gieo hạt; A : phân sinh đỉnh ch i; F: Hoa; GP: Vỏ xanh; N: N t sần; L: L ; : ễ; : hóp rễ;
i tr đư c minh h a b ng d i nhiệt đ màu nh m thể hiện c c u
hư ng biểu hiện của m t gen t có biểu hiện đ n biểu hiện đặc th