Thiết kế cấu trúc pBI101::rd29A::DREB3

III. Nội dung nghiên cƣ́u

2.2.1.5. Thiết kế cấu trúc pBI101::rd29A::DREB3

Trình tự mồi đặc hiệu tách dòng không chứa trình tự enzyme cắt , vì vậy, để phục vụ thiết kế vector c huyển gen chúng tôi sƣ̉ dụng thêm trình tƣ̣ cặp mồi có thêm trình tƣ̣ nhận biết điểm cắt của BamHI, SacI.

Trƣớc tiên , nuôi lỏng khuẩn chƣ́a vector pBT::DREB3, sau đó tiến hành PCR plasmid thu đƣợc với cặp mồi đặc hiệu DREB3-BamHI/DREB3-SacI. Chu trình nhiệt: 940C/5 phút; 940C/30 giây, 570C/30 giây, 720C/40 giây; 720C/10 phút, 40C/∞, 30 chu kì, Tm = 570C. Thành phần phản ứng tƣơng tự phản ứng colony-PCR.

Sản phẩm PCR đƣợc tiến hành cắt BamHI, SacI.

Bảng 2.6. Thành phần phản ứng cắtbằng enzyme BamHI, SacI

STT Thành phần Thể tích

1 H2O khƣ̉ ion 37,5µl

2 Đệm Tango 10X 10µl

30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

SacI (10 u/µl) 1,5µl

4 DNA 50µl

Tổng 100µl

Đồng thời, nuôi lỏng khuẩn chƣ́a vector pBI ::rd29A, sau đó tách plasmid. Plasmid thu đƣợc tiến hành phản ƣ́ng cắt BamHI, SacI ở 370

C trong 3 giờ.

Tiến hành ligase sản phẩm gen DREB3 cắt BamHI, SacI vào vector pBI ::rd29A

cũng đƣợc xử lý BamHI, SacI.

Sản phẩm ligase đƣợc biến nạp vào tế bào E .coli, cấy trải trên môi trƣờng có chƣ́a kháng sinh kanamycin 50 mg/l. Chọn lọc các dòng khuẩn lạc biến nạp thành công , sau đó nuôi lỏng và tách plasmid phục vụ biến nạp vào Agrobacterium tumefaciens.

Biến nạp các vector tái tổ hợp vào tế bào A . tumefaciens bằng phương pháp biến nạp bằng xung điện : Tế bào khả biến A. Tumefaciens chủng C58 lấy tƣ̀ tủ -840C đặt vào trong đá 5 phút. Bổ sung 1µl vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến và mix nhẹ . Rửa Cuvette bằng cồn 1000

C, rửa lại bằng nƣớc khử ion rồi thấm khô , khử trùng bằng tia UV . Chuyển tất cả hỗn hợp dịch A. tumefaciens + vector tái tổ hợp vào Cuvette . Xung điện: 2,5kv, 25µF và điện trở 400. Sau đó bổ sung 700 µl LB lỏng và mix nhẹ. Đặt ngay vào đá. Chuyển dịch khuẩn tƣ̀ cuvette sang ống eppendorft 2ml. Ủ ở 28oC trong 1 giờ trên máy lắc. Chuyển 300µl vào các đĩa chọn lọc chứa kháng sinh kanamycin 50mg/l, rifamycin 50mg/l và carbenicillin 50mg/l. Ủ ở 280C từ 24-48 giờ. Tiến hành colony-PCR chọn lọc các dòng khuẩn thu đƣợc. Cuối cùng, điện di kiểm tra sản phẩm.

2.2.2. Phƣơng pháp tái sinh cây và chuyển gen thông qua Agrobacterium

Các thí nghiệm của phần nuôi cấy mô tế bào thực vật đƣợc thực hiện trong phòng nuôi cấy mô với điều kiện chiếu sáng theo quang chu kì 16 giờ sáng và 8 giờ tối, nhiệt độ phòng 250C ± 2, cƣờng độ chiếu sáng 2000 lux.

2.2.2.1. Phương pháp chuyển gen vào cây đậu tương thông qua Agrobacterium

Phƣơng pháp chuyển gen thông qua nách lá mầm đƣợc tiến hành dựa trên nghiên cứu của Olhoft và cs (2001) có cải tiến [2], [5], [9].

31

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Chủng vi khuẩn Agrobacterium có ch ứa gen quan tâm đƣợc bảo quản trong glycerol trong tủ - 800 đƣợc nuôi trong LB lỏng có bổ sung kháng sinh chọn lọc , nuôi lắc 200v/p trong điều kiện 280C qua đêm , sau đó cấy vạch trên môi trƣờng LB đặc có chƣ́a kháng sinh thích hợp , nuôi tối ở 280

C trong 2 ngày. Chọn khuẩn lạc tròn đều , đƣ́ng độc lập nuôi lỏng phục vụ biến nạp, mƣ́c OD600nm phù hợp là từ 0,6-1. Sau đó đem ly tâm lạnh thu cặn khuẩn, cặn khuẩn đƣợc hòa tan với dung dịch CCMl tạo dịch huyền phù khuẩn.

Bảng 2.7. Môi trƣờng nuôi cấy đậu tƣơng

STT MÔI TRƢỜNG THÀNH PHẦN

1 LBl Bacto pepton10g/l + NaCl 10g/l + yeast extract 5g/l, pH 7 LBđ Tƣơng tƣ̣ LBl nhƣng thêm Agar 9g/l

2 GM 3,052 g/l muối B5 + sucrose 20g/l + Agar 6g/l pH 5,8 1mg/l vitamin B5

3 CCMl

0,3052g/l Muối B 5 + 3,9g/l MES + sucrose 30g/l, pH 5,4 1mg/l vitamin B5 + 1,0-3,0 mg/l BAP + 0,2mM Acetosrington (AS) + 400mg/l L-cystein + 158mg/l sodium thiosulfate + 154mg/l DTT + 0,25mg/l GA3

CCMđ Tƣơng tƣ̣ CCMl nhƣng có thêm agar 6g/l

4

SIMl 0,3052g/l Muối B 5 + 0,59g/l MES + sucrose 30g/l, pH 5,6 1mg/l vitamin B5 + 1,0-3,0 mg/l BAP + 500 mg/l cefotaxim SIM0 Giống SIMl nhƣng có thêm thạch agar 6g/l

SIMKana 100

Giống SIM0 nhƣng thành phần kháng sinh bao gồm: 500 mg/l cefotaxim + 100 mg/l kanamycin

5 SEM

4,3g/l MS + 0,59g/l MES + sucrose 30g/l, pH 5,6 1mg/l vitamin B5 + 50mg/l L-asparanine + 100mg/l L-pyron glutamic acid + 0,1-0,5 mg/l IAA + 0,5-1,5 mg/l GA3 + 500

32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

cefotaxim + 75 kanamycin

6 RM 1,58 g/l MS + 0,59g/l MES + sucrose 20g/l + Aga 6g/l, pH 5,6 0,1mg/l IBA, 1mg/l vitamin B5 + 250mg/l cefotaxim Hạt chín đƣợc loại bỏ tạp chất, các hạt kém chất lƣợng và tiến hành khử trùng bằng khí clo. Khí clo đƣợc tạo ra bằng cách bổ sung 3ml HCl đậm đặc vào 100ml javen. Việc khử trùng đƣợc thực hiện trong một bình kín và đặt trong tủ hút. Sau khi khử trùng, cho hạt nảy mầm trên môi trƣờng GM. Sau 4-5 ngày cắt lấy phần lá mầm, hạt đậu tƣơng chín sau khi đƣợc khử trùng, nảy mầm, tách và thu phần lá mầm sẽ đƣợc gây tổn thƣơng bằng mũi dao nhọn từ 7-8 lần vào phần nách lá mầm . Lá mầm đã bị tổn thƣơng đƣợc ngâm trong dịch huyền phù vi khuẩn Agrobacterium chƣ́a gen quan tâm trong thời gian 30 phút. Sau thời gian nhiễm khuẩn, mẫu đƣợc chuyển sang môi trƣờng đồng nuôi cấy CCMđ. Quá trình đồng nuôi cấy diễn ra trong tối, ở 250C trong thời gian là 5 ngày.

Sau thời gian đồng nuôi cấy, mẫu biến nạp đƣợc lắc trong môi trƣờng cảm ƣ́ng tạo chồi (SIMl) có bổ sung 500mg/l cefotaxim với thời gian là 10 phút, sau đó thấm khô bằng giấy thấm khử trùng để rƣ̉a khuẩn . Cắt bỏ chồi chính trên các mảnh lá mầm và cấy mẫu lên môi trƣờng tạo cụm chồi có bổ sung 500mg/l cefotaxim. Sau thời gian 2 tuần, mẫu đƣợc chuyển sang môi trƣờng SIMkana100 đặc có bổ sung 500mg/l cefotaxim và kháng sinh kanamycin nồng độ 100mg/l.

Sau 2 tuần, các cụm chồi sống đƣợc trên môi trƣờng chọn lọc sẽ đƣợc chuyển sang môi trƣờng phát triển chồi (SEM) có bổ sung 500mg/l cefotaxim và kháng sinh kanamycin 50mg/l. Khi các chồi phát triển đạt kích thƣớc từ 3-5cm sẽ đƣợc chuyển sang môi trƣờng ra rễ (RM) có bổ sung 250mg/l cefotaxim để tạo cây hoàn chỉnh. Sau 2 tuần cây con ra rễ và phát triển hoàn chỉnh sẵn sàng cho ra bầu trấu : cát (1:1). Cây phát triển với 4-5 lá thật thì chuyển ra trồng trong bầu chƣ́a giá thể TN1 dƣới điều kiện nhà kính.

2.2.2.2. Phương pháp chuyển gen vào cây thuốc lá thông qua Agrobacterium

Quy trình biến nạp thuốc lá tiến hành theo Topping và cs [4], [9]. Bƣớc chuẩn bị khuẩn biến nạp giống với biến nạp ở đậu tƣơng , cặn khuẩn đƣợc hòa tan với dung dịch ½ MS thu dịch huyền phù khuẩn.

33

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Bảng 2.8. Môi trƣờng nuôi cấy thuốc lá

STT MÔI TRƢỜNG THÀNH PHẦN

1 MS MS + sucrose 30g/l + Agar 8g/l, pH 5,8

2 GM MS + sucrose 30g/l + Agar 8g/l + BAP 1mg/l, pH 5,8 3 RM MS + sucrose 30g/l + Aga 8g/l + IBA 0,1mg/l, pH 5,8

Cây con phát triển 3-4 lá thật, chọn các lá bánh tẻ để tiến hành biến nạp . Các mảnh lá đƣợc cắt với kích thƣớc khoảng 1cm2

và đặt lên môi trƣờng tái sinh GM. Sau hai ngày, mảnh lá sẽ đƣợc ngâm với dịch huyền phù vi khuẩn có chứa vector chuyển gen mang gen quan tâm. Sau 10 phút, các mảnh lá sẽ đƣợc đặt lên môi trƣờng đồng nuôi cấy GM (BAP 1mg/l) 2 ngày. Sau đó , các mảnh lá tiếp tục đƣợc chuyển lên môi trƣờng GM (BAP 1mg/l) có bổ sung kháng sinh chọn lọc kanamycin 50mg/l, cefotaxim 500mg/l để tái sinh. Sau 4-5 tuần các cụm chồi hình thành tiếp tục đƣợc cắt chuyển sang môi trƣờng GM mới.

Sau 4-5 tuần các chồi phát triển cao khoảng 2-3cm thì đƣợc cắt và chuyển sang môi trƣờng ra rễ RM, bổ sung kháng sinh chọn lọc kanamycin 50mg/l, cefotaxim 500mg/l để tái sinh.

Sau 3 - 4 tuần cây con ra rễ và phát triển hoàn chỉnh với 3-4 lá thật sẵn sàng cho ra bầu trấu : cát (1:1). Cây phát triển với 4-5 lá thật thì chuyển ra trồng trong bầu chƣ́a giá thể TN1 dƣới điều kiện nhà kính.

2.2.3. Phƣơng pháp phân tích cây chuyển gen

2.2.3.1. Phương pháp PCR

Các cây chuyển gen đƣợc trồng ra đất sau một thời gian thu mẫu lá tách DNA . Tiến hành phản ƣ́ng PCR tƣ̀ DNA tổng số của cây chuy ển gen, nhằm xác định nhanh ban đầu các cây đƣợc chuyển gen thành công.

2.2.3.2. Phương pháp gây hạn nhân tạo

Phƣơng pháp gây hạn nhân tạo đƣợc tiến hành nhằm đánh giá tính chịu hạn của cây chuyển gen xem vector chuyển gen có hoạt động và tăng khả năng của cây chuyển gen so với cây đối chƣ́ng.

34

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Các số liệu đƣợc xử lý theo phƣơng pháp thống kê sinh học trên máy vi tính bằng phần mềm Excel với các giá trị X, 2,  , SX ( Nguyễn Hải Tuất và cs, 1996) 13.

2.2.5. Phƣơng pháp xƣ̉ lý trình tƣ̣ gen và amino acid

Trình tự gen DREB3 đƣợc xƣ̉ lý và so sánh trên phân mềm BioEdit.

Các trình tự protein sử dụng để so sánh đƣợc lấy tƣ̀ các tài liệu phân loại các nhóm, họ. Sau đó, trình tự đầy đủ của protein này đƣợc thu thập trên NCBI , xƣ̉ lý cắt lấy đúng vùng trình tự AP2 và đem xử lý trên phần mềm so sánh độ tƣơng đồng và xây dựng sơ đồ cây phát sinh loài là Clustal W và Cobalt . Mã số và protein đƣợc tách đƣợc từ đối lƣợng loài cụ thể đƣợc nêu trong mục phụ lục.

Chƣơng 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. KẾT QUẢ TÁCH DÕNG GEN DREB3

3.1.1. Kết quả nhân gen DREB3 tƣ̀ RNA tổng số giống đậu tƣơng Nâu Cao Bằng

Hiện nay, trên ngân hàng gen thế giới có hai trình tự gen DREB3 đã đƣợc công nhận với mã số DQ055133.1 và DQ208969.1, trong đó DQ208969.1 có liên quan đến stress lạnh ở cây đậu tƣơng [15]. Chúng tôi dựa vào cấu trúc gen DREB3 (mã số : DQ055133.1) có kích thƣớc 819 bp để thiết kế cặp mồi đặc hiệu có trình tƣ̣ tƣơng ƣ́ng sau đây:

Mồi DREB3 forward ATGGCAGCTTTGATGGATTTTTAC Mồi DREB3 reverse ATTCAAAGAGGAGGAGCAGCTT

Sau đó , chúng tôi tiến hành gây hạn nhân tạo và thu mẫu lá của cây đậu tƣơng giống Nâu Cao Bằng bị hạn . Mẫu lá đậu tƣơng đƣợc tiến hành tách RNA tổng số . Tƣ̀ lƣợng RNA tổng số , chúng tôi tiến hành tổng hợp cDNA theo phản ƣ́ng tổng hợp cDNA đƣợc đề cập ở mục 2.2.1.2. Tiến hành nhân gen DREB3 bằng phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu DREB3 F/R tƣ̀ thƣ viện cDNA, sản phẩm PCR đƣợc điện di trên gel ag arose

35

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

0,8%. Kết quả hình 3.1 cho thấy đoạn gen thu đƣợc đúng kích thƣớc trình tƣ̣ gen

GmDREB3 mã số DQ055133.1.

Hình 3.1. Kết quả nhân gen DREB3 M: thang DNA chuẩn 1kb

3.1.2. Kết quả ghép nối đoạn gen DREB3 vào vector tách dòng

Kết quả biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến E. coli DH5α

Gen DREB3 đƣợc ligase vào vector tách dò ng pBT . Tiếp theo vector tái tổ hợp đƣợc biến nạp vào tế bào vi khuẩn khả biến E. coli DH5α bằng phƣơng pháp sốc nhiệt . Sau đó, sản phẩm biến nạp đƣợc cấy trải trên môi trƣờng LB đặc có bổ sung kháng sinh chọn lọc carbenicillin, X-gal và IPTG. Cơ chất X-gal giúp cho việc chọn lọc các dòng tế bào E.coli mang vector tái tổ hợp dễ dàng . Trên môi trƣờ ng có chƣ́a kháng sinh carbenicillin, X-gal và IPTG , phát triển hai loại khuẩn lạc : khuẩn lạc màu xanh v à khuẩn lạc màu trắng đƣợc thể hiện trong hình 3.2.

~ 820 bp

36

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.2. Kết quả biến nạp plasmid tái tổ hợp vào tế bào khả biến DH5α

Tất cả các khuẩn lạc này là nhƣ̃ng khuẩn lạc đã đƣợc biến nạp plasmid chƣ́a gen kháng kháng sinh carbenicillin, nhƣng chỉ có khuẩn lạc màu trắng mới mang plasmid tái tổ hợp. Vì vậy, các khuẩn lạc màu trắng đƣợc lựa chọn để thực hiện các bƣớc tiếp theo của quá trình tách dòng.

Kết quả kiểm tra vector tái tổ hợp bằng colony-PCR

Để kiểm tra chính xác các khuẩn lạc mang plasmid tái tổ hợp chƣ́a đoạn gen

DREB3 quan tâm, chúng tôi tiến hành sàng lọc khuẩn lạc bằng kỹ thuật colony -PCR. Vì số lƣợng khuẩn lạc là khá nhiều nên chúng tôi chọ n ngẫu nhiên 8 khuẩn lạc trắng để thƣ̣c hiện phản ƣ́ng colony-PCR sƣ̉ dụng cặp mồi pUC18 for/rev (hình 3.3). Sản phẩm colony- PCR đƣợc kiểm tra bằng phƣơng pháp điện di trên gel agarose 1%. Nếu khuẩn có plasmid mang gen DREB3 thì sản p hẩm PCR sẽ xuất hiện một băng có kích thƣớc mong muốn khoảnggần 1000 bp.

37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.3. Hình ảnh điện di sản phẩmcolony-PCR chọn lọc khuẩn lạc mang gen DREB3 M: thang DNA chuẩn 1kb, 1-8:các dòng khuẩn lạc đem chọn lọc

Hình ảnh điện di cho thấy, trong 8 dòng khuẩn lạc trắng kiểm tra có 7 dòng cho kết quả dƣơng tính với PCR , ngoại trừ dòng thứ 4 cho kết quả âm tính . Tƣ̀ kết quả colony - PCR, chúng tôi lựa chọn ngẫu nhiên 5 dòng khuẩn lạc (1, 2, 3, 5, 6) đem nuôi lỏng vào 3 ml LB lỏng có bổ sung carbenicillin, để tách plasmid phục vụ cho việc xác định trình tự.

Kết quả kiểm tra vector tái tổ hợp bằng BamHI

Hình 3.4. Điện di sản phẩmcắt kiểm tra plamid bằng enzyme BamHI

M: thang DNA chuẩn 1kb; (1,2,3,5,6): các dòng khuẩn lạc dương tính với PCR

Chúng tôi tiến hành phản ứng cắt kiểm tra plasmid bằng enzyme BamHI để khẳng định chắc chắn rằng plasmid mới tách chiết có mang đoạn gen DREB3 quan tâm . Sản

1 2 3 5 6 M

~ 820bp

~ 1000 bp 1 2 3 4 5 6 7 8 M

38

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

phẩm cắt plasmid đƣợc kiểm tra bằng phƣơng pháp điện di trên gel agarose 1%, kết quả đƣợc thể hiện qua hình 3.4. Kết quả cắt vector tái tổ hợp bằng enzyme hạn chế BamHI cho các băng kích thƣớc đúng ở tất cả các dòng lƣ̣a chọn . Vì vậy, chúng tôi c họn ngẫu nhiên plamid tách đƣợc tƣ̀ 3 dòng là 3, 5, 6 đem đi đọc trình tƣ̣.

Kết quả đọc trình tự

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....| dreb3-DQ055133.1 atggcagctttgatggatttttacagcagcagcacagagtttcaacttcactcagatccattcaggggtgaactaatggaagttcttgaaccttttatga DREB3-CLONE3 .............................................C................................................. DREB3-CLONE5 ............................................................................................... DREB3-CLONE6 ............................................................................................... 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 ....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|

dreb3-DQ055133.1 aaagtcctttctcaaccccttctccttcaaattcttgttttctttctacctcttactctccttcccccaacaactactctccctccctatactcaaacgg DREB3-CLONE3 .............................................................................................. DREB3-CLONE5 .............................................................................................. DREB3-CLONE6 .............................................................................................. 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 ....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....| dreb3-DQ055133.1 gttatcatccatacccaacaccacccaaaacttaattggtttcgggcaagggcagcccacatctcttgtgggcctgaaccacctaaccccatctcagatc DREB3-CLONE3 ..............T............................................................................. DREB3-COLNE5 ............................................................................................ DREB3-CLONE6 ............................................................................................ 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 ....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....|....| dreb3-DQ055133.1 tctcagatccaggcccaaatccagatccagaatcacagcaacacgctgagcttcctggggccgaagcccatccctatgaagcacgtgggcatgcctccga