1.3.1. Khái quát về hiện tượng methyl hóa ADN
Methyl hóa ADN là một trong những cơ chế sửa đổi gen có vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động của gen. Không giống như trong tế bào động vật, sự methyl hóa ADN trong tế bào thực vật không chỉ xảy ra ở vùng trình tự CG đối xứng mà còn ở các vùng trình tự CHH và CHG (với H = A, T hoặc C) có tỷ lệ phần trăm thấp hơn, tương ứng là 1,7% và 6,7%. Methyl hóa ADN với tỷ lệ phần trăm cao chủ yếu được tìm thấy trong heterochromatin nơi chứa các transposons và các trình tự lặp đi lặp lại [10]. Methyl hóa ở thực vật thường xảy ra trong hệ gen và chỉ có 5% gen được methyl hóa trong promoter của chúng, cơ chế này thường liên quan đến sự ức chế biểu hiện gen.
16
Hình 1.6. Sơ đồ đại diện của các con đường methyl hóa cytosine, demethylation, và mutagenesis của cytosine và 5-mC. [40]
Methyl hóa ADN rất quan trọng đối với sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng để đáp ứng các điều kiện bất lợi từ môi trường [40]. Là một trong những sửa đổi cấu trúc ADN đầu tiên được phát hiện, methyl hóa ADN đã được quan sát thấy ở nhiều sinh vật. Việc methyl hoá ADN nhân tạo thường xảy ra ở vị trí 5 của cytosine, tạo ra 5-methylcytosine. Trong các điều kiện tăng trưởng bình thường, tỷ lệ cytosines được methyl hóa trong thực vật là 20-30% [40]. Có rất nhiều bằng chứng chỉ ra rằng những thay đổi của gen khi bị methyl hóa ảnh hưởng đáng kể đến khả năng đáp ứng của thực vật đối với các điều kiện bất lợi từ môi trường [40].
1.3.2. Mối liên quan giữa sự methyl hóa ADN và khả năng chống chịu điều kiện bất lợi ở thực vật.
Methyl hóa ADN để đáp ứng với các điều kiện bất lợi từ môi trường được chứng minh là đặc tính của cơ quan và gen [62]. Trong nghiên cứu của Zhikang Li và cộng
17
sự [60], phương pháp methyl hóa kết hợp với sự biểu hiện gen ở các giống khác nhau nhằm đánh giá ảnh hưởng của sự methyl hóa ADN đối với sự biểu hiện của các gen trong cùng một loài. Kết quả cho thấy tổng cộng khoảng 39% (2010) và 30% (966) các gen trong giống lúa N22 / IR64 và PK / IR64, đã được tìm thấy có liên quan đến các vùng methyl hóa khác nhau. Điều này cho thấy rằng biểu hiện của các gen liên quan đến các vùng methyl hóa khác nhau phụ thuộc vào hướng thay đổi trạng thái methyl hóa. Nhìn chung, các gen gần với các vùng methyl hóa thể hiện mức độ sao chép thấp hơn (giảm xuống) so với toàn bộ hệ gen. Sự methyl hóa ADN dường như tương quan với tình trạng bật / tắt biểu hiện gen đối với các vùng methyl hóa (14,5% đối với N22 / IR64 và 7,2% đối với PK / IR64) [62]. Đối với các trường hợp khác, trạng thái methyl hóa ADN tương quan với sự khác biệt về số lượng trong biểu hiện gen.
Hơn nữa, phân tích mức độ biểu hiện gen DEGs của các vùng methyl hóa khác nhau cho thấy mối tương quan giữa tình trạng methyl hóa và mức độ biểu hiện gen.
Các kết quả trong nghiên cứu này đã chỉ ra rằng sự methyl hoá gen đóng một vai trò quan trọng trong việc điều hòa sự biểu hiện gen của các giống lúa [62].
Methyl hóa của các gen liên quan đến đáp ứng điều kiện bất lợi và điều chỉnh mức độ biểu hiện gen. Sự biểu hiện của các gen liên quan đến sự khác nhau giữa các giống lúa. Việc tăng cường kích hoạt hoặc kìm hãm nhiều gen phụ thuộc vào cấu trúc chromatin và sự methyl hóa ADN [62].
Một vài ví dụ điển hình về sự methyl hóa của các gen liên quan đến các phản ứng stress phi sinh học và sự điều hòa biểu hiện gen đã được thể hiện trong nghiên cứu của Zhikang Li và cộng sự [60], Sự biểu hiện quá mức các gen mã hóa protein này đã được chứng minh có liên quan đến tình trạng methyl hóa ADN . Ví dụ, các nhân tố sao chép, chẳng hạn như A20 / AN1 (Os05g23470), homeobox (Os02g43330 và Os03g43930) và AGL19 (Os10g39130) biểu hiện methyl hóa không đồng đều trong N22 / IR64 và / hoặc PK / IR64. Tình trạng methyl hóa của các nhân tố phiên mã này có thể điều chỉnh sự biểu hiện của hàng loạt các gen đích khác.
18