TT Tên gen Met
(%)
Chiều dài (axit amin)
Số lần thay đổi ở mức độ biểu hiện Mô tả gen
Xử lý hạn Xử lý mặn
1 At1G32560 6,02 134 135,3 3,3 Protein chứa vùng LEA nhóm I
2 At1G33860 8,55 153 2,4 2,2 Protein chưa biết
3 At3G55240 6,12 95 -60,3 -26,9 Biểu hiện quá mức dẫn đến sự “giả vàng
úa dưới ánh sáng”
4 At3G59900 6,2 130 10,7 -2,6 Protein chưa biết
5 At3G62090 6,38 346 64,6 2,3 Nhân tố phiên mã bHLH liên quan đến
yếu tố MYC
6 At4G12334 6,25 113 -9,8 -3,0 Gen giả mã hóa cho protein trong họ chuỗi
truyền điện tử P450
7 At4G33467 8,91 102 337,5 6,2 Protein chưa biết
8 At4G34590 6,33 159 8,3 3,3 Nhân tố phiên mã bZIP11
9 At5G42325 6,03 233 2,7 2,4 Nhân tố phiên mã liên quan đến sự kéo dài
Gen At4G33467, mã hóa cho protein chưa biết đến chức năng và là gen có biểu hiện tăng mạnh nhất trong điều kiện hạn hán, mức độ thay đổi gấp hơn 330 lần so với nhóm đối chứng. Một gen khác như At1G32560, mã hóa cho protein
chứa vùng domain LEA nhóm 1 liên quan đến sự cảm ứng với điều kiện mất nước, gen này tăng mức biểu hiện gấp khoảng 135 lần trong điều kiện hạn. Gen mã hóa cho protein LEA như At1G32560 có vai trị trong q trình phát triển muộn của
phơi. LEA thường xuất hiện nhiều trong hạt và các mẫu mô thực vật trong điều kiện bất lợi như khô hạn, chịu mặn, nhiệt độ căng thẳng. Họ protein LEA được chứng minh rằng khi tăng cường biểu hiện sẽ giúp thực vật có khả năng chống chịu tốt hơn trong điều kiện chịu mặn [64]. Bên cạnh đó, gen At3G62090 mã hóa cho yếu tố phiên mã bHLH (helix loop helix-HLH) được đặc trưng bởi cấu trúc xoắn-vòng-xoắn cơ bản, có mức độ biểu hiện được tăng cường gấp 64 và 2 lần trong khi xử lý hạn và mặn. Ngược lại, trong số các gen có biểu hiện giảm,
At3G55240 bị kìm hãm biểu hiện mạnh nhất, mức độ biểu hiện của gen này bị
giảm tương ứng khoảng 60 và 26 lần trong điều kiện hạn và mặn. Ichikawa và cs (2006) đã báo cáo về sự biểu hiện quá mức của gen này gây ra hiện tượng “giả vàng úa trong điều kiện ánh sáng”. At3G55240 mã hóa cho protein nhỏ có chiều
dài 95 axit amin với vùng 3’ không dịch mã tương đối dài (330 bp). Các trình tự tương đồng với gen này cũng được tìm thấy trong các cây họ đậu và họ lúa nhưng khơng được tìm thấy trong động vật có vú. Điều này cho thấy đây là gen mã hóa cho protein đặc trưng chỉ được biểu hiện trong thực vật [43]. Tuy nhiên, chưa có bất kỳ một công bố nào cho đến nay báo cáo về sự liên hệ của gen At3G55240 với sự chống chịu điều kiện bất lợi. Chính vì vậy, chúng tơi đã chọn At3G55240 là
gen ứng viên cho các nghiên cứu tiếp theo để làm rõ hơn vai trò của gen đối với cây trồng trong các điều kiện cực đoan.
Trong Arabidopsis, có đến 50% gen mã hóa MRP có biểu hiện thay đổi
trong điều kiện bất lợi đều thuộc nhóm protein chưa biết được chức năng (Bảng
3.4). Số cịn lại được dự đốn là giữ các chức năng khác nhau trong tế bào, quan
phiên mã RNA protein giúp thực vật phản ứng với điều kiện bất lợi. Trong 6
AtMRP mã hóa cho protein tham gia vào q trình tín hiệu Ca2+, 3 gen có biểu hiện đáp ứng trong điều kiện mặn hoặc hạn hán: 1 gen có đáp ứng tăng cường biểu hiện và 2 gen có biểu hiện đáp ứng giảm biểu hiện (Bảng 3.4). Điều đó cho thấy rằng tín hiệu Ca2+ đóng vai trị quan trọng trong q trình phát tín hiệu khi thực vật chịu điều kiện bất lợi phi sinh học. Điều này cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đó về vai trị của calmodulin trong quá trình cân bằng ROS ở thực vật [4, 78, 81]. Hoạt tính xúc tác của catalase điều hịa nồng độ H2O2 trong Arabidopsis, bị kích thích bởi phức hệ Ca2+/calmodulin để duy trì mức độ cân bằng nội môi H2O2 [4]. Bên cạnh đó, có đến 13/20 AtMRP đóng vai trị là các nhân tố điều hòa phiên mã RNA, gồm 7 gen mã hóa MRP được tăng cường biểu hiện và 6 gen mã hóa MRP bị giảm biểu hiện với điều kiện hạn hán và/hoặc điều kiện chịu mặn.
At3G62090, At5G42325 và At4G34590 đều là những nhân tố phiên mã được tăng
cường biểu hiện trong cả điều kiện hạn hán và chịu mặn. At3G62090 thuộc họ
protein có cấu trúc cơ bản xoắn vòng xoắn (bHLH) hay còn gọi là nhân tố tương tác với phytochrome (PIF). Penfield và cs đã chỉ ra rằng PIF đóng vai trị quan trọng trong việc kiểm sốt các tín hiệu từ mơi trường tác động đến thực vật, đặc biệt là phản ứng với ánh sáng trong quá trình này mầm của hạt. Gen At3G62090 mã hóa cho PIF6. Trong điều kiện ánh sáng đỏ mạnh, PIF6 làm cho trụ dưới lá mầm ngắn hơn, trong khi dưới điều kiện ánh sáng xanh thì trụ dưới lá mầm lại có hình thái bình thường hay khác biệt khơng đáng kể [67]. At4G34590 hay cịn gọi là gen mã hóa cho nhân tố điều hịa phiên mã bZIP11 (basic region-leucine zipper). bZIP11 biểu hiện trong toàn bộ đời sống của thực vật và đặc biệt là ở các mô mạch như các gân xung quanh lá. Đặc biệt là biểu hiện ngoại bào mạnh của bZIP11 gây nên sự ức chế quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật [59].
Bảng 3.4. Kết quả phân loại chức năng gen bằng MAPMAN của các gen đáp ứng phiên mã với điều kiện bất lợi
Nhóm chức năng gen AtMRP1
srMRP2
Biểu hiện tăng Biểu hiện giảm Tổng số
Kiểm soát ion kim loại 2 1 - 1
Phản ứng điều kiện bất lợi 1 1 - 1
Xử lý RNA 4 - - -
Điều hòa phiên mã RNA 20 7 6 13
Biến đổi protein 12 1 1 2
Tín hiệu (Ca2+) 6 1 2 3
Chu trình tế bào 3 - 1 1
Sự phát triển 1 1 - 1
Vận chuyển (kim loại) 6 1 3 4
Chưa biết chức năng 56 13 13 26
1 Số lượng các gen, một gen có thể tham gia nhiều hơn một nhóm chức năng 2 srAtMRP: MRP có biểu hiện đáp ứng với điều kiện cực đoan
3.1.3. Dự đốn yếu tố điều hịa cis trên promoter của các gen mã hóa MRP đáp ứng điều kiện bất lợi
Yếu tố cis nằm trong vùng promoter của gen đóng vai trị như vị trí nhận biết và bám của các nhân tố phiên mã, cần thiết cho việc biểu hiện của gen đặc hiệu cho các mô hay các gen đáp ứng với điều kiện bất lợi. Khi phân tích promoter của các gen, một số yếu tố cis đáp ứng với điều kiện bất lợi đã được chỉ ra, và cũng là yếu tố điều khiển quan trọng liên quan đến hoạt động của các gen tham gia kiểm soát quá trình phản ứng với điều kiện bất lợi [2]. Do đó, để xác định các gen ứng viên
AtMRP có thể liên quan đến quá trình phản ứng với điều kiện cực đoan trên
A.thaliana, 5 yếu tố cis liên quan đến phản ứng với điều kiện bất lợi đã được tìm
kiếm trong vùng 1-kb ngược dịng từ vị trí bắt đầu phiên mã (+1) của các gen mã hóa MRP. Kết quả về dự đoán một số yếu tố cis trên promoter của các gen mã hóa MRP được trình bày trong Bảng 3.5.