Giới Tên sinh vật MSRA MSRB
Sinh vật nhân chuẩn quang hợp
Arabidopsis thaliana 5 9
Populus trichocarpa (bạch dương) 5 4
Vitis vinifera (nho) 3 3
Oryza sativa (lúa gạo) 4 3
Physcomitrella patens (rêu) 5 3
Chlamydomonas reinhardtii 5 3
Ostreococcus lucimarinus 3 3
Ostreococcus tauri 4 3
Sinh vật nhân sơ quang hợp Anabaena sp. PCC 7120 2 1 Synechocystis sp. PCC 6803 2 1 Synechococcus sp. CC9311 2 2 Sinh vật nhân chuẩn không quang hợp
Homo sapiens (con người) 1 3
Drosophila melanogaster (Ruồi
giấm) 1 1
Saccharomyces cerevisiae (Nấm men) 1 1 Sinh vật nhân sơ
Bên cạnh đó, những nghiên cứu về tăng hoạt tính in vivo của enzyme MSR được ghi nhận là làm tăng sức đề kháng với tác nhân oxi hóa - khử ở nấm men, ở ruồi giấm và động vật có vú [32, 38, 48]. Trên thực vật, lần đầu tiên đã ghi nhận vai trò của enzyme MSRA ở lục lạp của cây Arabidopsis liên quan đến quá trình sửa
chữa MetO [45]. Bên cạnh đó, những nghiên cứu về enzyme MSRB liên quan đến việc duy trì sự hoạt động của q trình quang hợp trong điều kiện mơi trường bất lợi cũng được công bố [30].
Những nghiên cứu về ảnh hưởng của enzyme MSR đến khả năng đề kháng và tính chống chịu của cây trồng cũng đang được các nhà khoa học quan tâm. Năm 2010, Oh và cs, đã tạo ra cây cà chua chuyển gen siêu biểu hiện gen CaMSRB2 làm tăng khả năng đề kháng cao với tác nhân oxi hóa và sự lây nhiễm phytophthora [40]. Gần đây, trong cơng trình nghiên cứu của Li và cs, 2012 đã mơ tả vai trị của gen AtMSRB7 và AtMSRB8 ở tế bào chất liên quan đến tính chống chịu các tác nhân oxi hóa [36].
Việc phát hiện một cách có hệ thống các phân tử protein có Met mẫn cảm với ROS cũng như quá trình sửa chữa MetO bởi enzyme MSR đã thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học. Người ta thấy rằng, siêu biểu hiện gen mã hóa MSR có thể đem lại tính kháng tác nhân oxi hóa cho tế bào nấm men hoặc tế bào động vật [32]. Nhóm nghiên cứu Le và cs, 2013 cịn ghi nhận rằng, nhóm gen mã hóa cho enzyme MSRB ở đậu tương vừa có khả năng khử MetO trên protein vừa có khả năng khử MetO tự do, đây được coi là hoạt tính mới đối với nhóm enzyme MSRB [35].
Mặc dù vậy, cho đến nay người ta vẫn khơng biết có bao nhiêu protein mẫn cảm với oxi hóa Met và trong số đó, có bao nhiêu protein có thể được sửa chữa bởi enzyme MSR.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề của biến đổi khí hậu tồn cầu, với nền nơng nghiệp là một lợi thế to lớn, điều kiện ngoại cảnh bất lợi có tác hại rất lớn đến sinh trưởng và phát triển của thực vật. Việc cải thiện và phát triển các giống cây trồng có khả năng chống chịu cao, sức đề kháng tốt giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng giống, đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và góp phần tích cực trong xuất khẩu. Nhìn chung, ở nước ta hiện nay, các cơng bố về tính chống chịu bất lợi mơi trường ở thực vật nói chung thường tập trung vào các gen chịu mặn - Saltol, gen chịu ngập úng - Sub1, gen chịu lạnh - COR, gen chịu hạn trên các đối tượng lúa, ngô, đậu tương [1, 2]. Các nghiên cứu này đi sâu vào phân tích QTL liên kết với các tính trạng chống chịu bất lợi mơi trường nhờ sử dụng chỉ thị phân tử SSR, AFLP, RFLP…
Ở Việt Nam, chưa có cơng trình nghiên cứu nào về oxi hóa Met cũng như vai trị của các enzyme MSR. Các nghiên cứu của Le và cộng sự về enzyme MSR được công bố khá nhiều [32, 35], tuy nhiên những nghiên cứu này được thực hiện chủ yếu tại Nhật và Mỹ. Có thể thấy rằng, nghiên cứu của chúng tôi sẽ mở đầu cho một hướng đi mới liên quan đến đặc tính và chức năng của các MSR trong việc đáp ứng với điều kiện môi trường bất lợi, tạo tiền đề phát triển một số giống cây nông nghiệp mới trong tương lai.
1.4. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Giả thiết rằng q trình oxi hóa Met trên protein gây ra bởi các gốc tự do chứa oxi (ROS) làm hư hỏng chức năng của protein, dẫn tới giảm sức sống của cây trong điều kiện ngoại cảnh bất lợi và việc tăng hiệu quả sửa chữa những hư hỏng này bởi các MSR có thể đem lại tính kháng điều kiện bất lợi cho cây, do đó trong khn khổ luận văn này, chúng tơi tập trung vào phân tích các MSRA ở hệ gen đậu tương với các mục tiêu chính như sau:
‒ Tìm hiểu đặc tính và chức năng của các MSRA được phân lập từ hệ gen của cây đậu tương Glycine max.
‒ Đánh giá khả năng sử dụng cơ chế sửa chữa oxi hóa Met của các MSRA trong việc phát triển các giống cây trồng có khả năng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trường
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. VẬT LIỆU
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
Các chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae:
Tên chủng Đặc điểm
∆3MSR
Chủng nấm men đã bị bất hoạt đồng thời cả 3 gen mã hóa cho các MSR (yMSRA, yMSRB và yfRMSR) [32]
∆3MSR, p425GPD-A3 Chủng nấm men đột biến ∆3MSR được siêu biểu hiện
gen MSRA3 của đậu tương, promoter GPD
∆3MSR, p425GPD-yA Chủng nấm men đột biến ∆3MSR được siêu biểu hiện
gen MSRA của nấm men, promoter GPD
∆3MSR, p425yPRO-yA Chủng nấm men đột biến ∆3MSR được siêu biểu hiện
gen MSRA của nấm men, promoter nấm men yPRO
∆3MSR, p425GPD Chủng nấm men đột biến ∆3MSR mang vector trống p425GPD
Chủng vi khuẩn Escherichia coli DH5α sử dụng làm tế bào khả biến cho thí
nghiệm tách dịng gen.
Chủng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens đã được biến nạp vector pGreen 35S::MSRA6 và hạt Arabidopsis thaliana kiểu dại (Columbia) sử dụng cho thí
nghiệm tạo cây chuyển gen bằng phương pháp nhúng hoa.
Các vector: vector tách dòng pBluescript II KS (+/-) (pKS), vector biểu hiện nấm men p425GPD.
2.1.2. Hóa chất
Các hóa chất chính sử dụng được liệt kê trong bảng 2.1