zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã OsNAC6 vào giống lúa Pusa Basmati

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:92

Báo xấu

59
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những mục tiêu chính của luận văn: Phân lập gen mã hóa nhân tố phiên mã OsNAC6 điều khiển tính chịu hạn ở lúa; tập trung tối ưu hoá quy trình chuyển gen và thao tác di truyền trên cây lúa; tạo ra cây lúa chuyển gen OsNAC6 có khả năng chống chịu tốt với điều kiện hạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã OsNAC6 vào giống lúa Pusa Basmati

Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung MỞ ĐẦU Tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu (BĐKH) hiện nay đang là một vấn đề hết sức thời sự, thu hút sự quan tâm, lo lắng của toàn nhân loại. BĐKH hiện đang diễn ra thường xuyên trên diện rộng, vượt ra ngoài tầm kiểm soát của con người và gây ra những tác động rất lớn đến đời sống và kinh tế toàn cầu, đặc biệt là nông nghiệp. Vì vậy, việc nghiên cứu chọn tạo các giống cây trồng có khả năng thích ứng cao với bất lợi thời tiết là hết sức cần thiết và cấp bách. Việt Nam là một trong những quốc gia được dự đoán là bị ảnh hưởng nhiều nhất do tác động bởi biến đổi khí hậu. Diễn biến thời tiết trong những năm gần đây cho thấy hạn đã và đang là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất cây trồng; thậm chí có nơi, có vụ hạn gây thất thu làm sản lượng nông nghiệp không ổn định. Vì vậy, việc tạo ra các giống cây trồng có tính kháng hạn cao có ý nghĩa đặc biệt quan trọng góp phần tăng năng suất, xóa đói giảm nghèo, ổn định xã hội, tăng dân trí và vị thế quốc gia. Từ hàng ngàn năm về trước, con người đã biết tạo ra giống cây trồng mang các đặc tính mong muốn bằng phương pháp lai tạo giống (lai hữu tính giữa hai dòng mang gen mong muốn). Tuy nhiên, phương pháp này cần nhiều thời gian, công sức và trong nhiều trường hợp, cây lai thu được kèm cả tình trạng không mong muốn. Ngày nay, các nghiên cứu hệ gen đã xác định đặc tính, chức năng của các gen hữu ích và kỹ thuật di truyền đã chuyển trực tiếp các gen hữu ích vào các đối tượng cây trồng khác nhau và tạo ra các cây trồng chuyển gen mang các đặc tính quý như tăng tính chống chịu với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi, tăng năng suất và chất lượng, cải thiện môi trường nhờ giảm lượng thuốc trừ sâu hóa học cần sử dụng… Trong những năm vừa qua, hàng loạt các nghiên cứu chuyển các gen hữu ích vào các đối tượng cây trồng đã được tiến hành ở nhiều phòng thí nghiệm và Page 1
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung kết quả đã tạo được nhiều giống cây trồng chuyển gen mang các đặc tính quý như chống sâu, kháng thuốc diệt cỏ, năng suất cao, chất lượng tốt.... Đặc biệt một số giống chuyển gen đã được thương mại và diện tích gieo trồng ngày càng tăng trong sản xuất, đáp ứng được kỳ vọng của thực tế sản xuất. Tính trạng chịu hạn là tính trạng đa gen, vì vậy mặc dù rất nhiều nghiên cứu tạo giống cây trồng chuyển gen chịu hạn đã được nghiên cứu trong những năm qua nhưng kết quả là vẫn chưa có giống cây trồng chịu hạn thương mại hóa [9, 54, 60]. Gần đây, xu hướng tạo giống cây trồng chuyển gen chịu hạn đang tập trung vào các nhân tố phiên mã liên quan đến chịu hạn (gen điều khiển chịu hạn) vì những lý do: (1) sự biểu hiện của các gen liên quan đến tính chịu hạn liên quan chặt chẽ đến quá trình phiên mã, (2) các gen điều khiển tính chịu hạn mã hoá các protein có khả năng hoạt hoá sự biểu hiện của hàng loạt các gen chức năng liên quan đến chịu hạn thông qua quá trình phiên mã và kết quả là thực vật tăng cường tính chịu hạn. Điều này giải thích vì sao tính trạng chịu hạn là tính trạng đa gen nhưng chỉ cần chuyển một gen điều khiển tính chịu hạn có thể tăng sức chống hạn của cây chuyển gen. Vì vậy, việc phân lập và nghiên cứu đặc tính của các gen điều khiển đang trở thành vấn đề thời sự mang tính toàn cầu cả về nghiên cứu cơ bản lẫn nghiên cứu áp dụng. Hiện đã có rất nhiều công bố chuyển thành công các gen điều khiển chịu hạn vào cây mô hình Arabidopsis, lúa, cà chua, đậu tương, ngô... Dựa vào thực tế trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã OsNAC6 vào giống lúa Pusa Basmati“ Với những mục tiêu chính như sau: Phân lập gen mã hóa nhân tố phiên mã OsNAC6 điều khiển tính chịu hạn ở lúa. Tập trung tối ưu hoá quy trình chuyển gen và thao tác di truyền trên cây lúa. Tạo ra cây lúa chuyển gen OsNAC6 có khả năng chống chịu tốt với điều kiện hạn. Page 2
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. NÔNG NGHIỆP TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TOÀN CẦU 1.1.1. TÌNH HÌNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẦU TOÀN CẦU Theo Bộ Tài nguyên Môi trường, biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra trên phạm vi toàn cầu, khu vực và ở Việt Nam. Biến đổi khí hậu đã và sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi thế giới, trong đó có Việt Nam. Biến đổi khí hậu chính là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo trong một giai đoạn nhất định từ tính bằng thập kỷ hay hàng triệu năm. Sự biển đổi có thể là thay đổi thời tiết bình quân hay thay đổi sự phân bố các sự kiện thời tiết quanh một mức trung bình. Sự biến đổi khí hậu có thể giới hạn trong một vùng nhất định hay trên toàn Địa Cầu. Trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu được gọi chung bằng hiện tượng nóng lên toàn cầu. Nguyên nhân chính của hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu là do sự gia tăng các hoạt động tạo ra các chất thải khí gây hiệu ứng nhà kính (bao gồm hơi nước, CO2, CH4, N2O, O3, các khí CFC), các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ và bể chứa khí nhà kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái biển, ven bờ và đất liền khác. Theo Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng Khí hậu (Viện Khoa học Khí tượng thủy văn và Môi trường), tình hình biến đổi khí hậu ở Việt Nam đang diễn ra theo chiều hướng gia tăng tần suất và cường độ của các hiện tượng bão, mưa Page 3
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung lớn, nhiệt độ cao và hạn hán. Thời tiết trong năm 2010 diễn biến phức tạp, bất thường, dịch bệnh trên cây trồng, vật nuôi xảy ra ở nhiều huyện thị, hạn hán nặng ở vụ hè thu, lũ lụt hồi tháng 10/2010 đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất nông nghiệp của người dân. Theo Phó phòng Dự báo khí tượng hạn vừa và dài (Trung tâm dự báo Khí tượngThủy văn Trung ương) Nguyễn Đức Hoà thì trong những tháng tiếp theo của mùa khô 2010, ở Bắc bộ, đặc biệt là Bắc Trung bộ hạn hán sẽ gay gắt hơn nhiều so với năm ngoái. Cùng với đó, vào đầu vụ từ tháng 1 đến tháng 32011, mực nước trên các sông lớn sẽ ở mức thấp hơn TBNN, trong khi đó độ mặn vùng cửa sông khả năng cao hơn TBNN, nước mặn sẽ xâm nhập sâu vào các cửa sông và thẩm thấu ngầm, ảnh hưởng đến nhiều diện tích canh tác của các địa phương ven biển. Do vậy khả năng vào vụ có thể thiếu hụt lượng nước tưới tiêu tương đương với khoảng 200.000 ha. [80] 1.1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU TOÀN CẦU ĐẾN SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP Nông nghiệp thế giới hiện nay đang đối mặt với những khó khăn lớn do tình trạng biến đổi khí hậu gây ra. Tại Trung Quốc, hạn hán nghiêm trọng thường xuyên xảy ra ở các tỉnh miền Bắc. Tính trạng hạn hán kéo dài từ cuối tháng 7 năm nay đã ảnh hưởng nghiêm trọng vùng trồng ngô lớn nhất Trung Quốc và có nguy cơ thu hẹp 60% diện tích trồng trọt. Ấn Độ đang phải đối mặt với đợt hạn hán nghiêm trọng nhất trong vòng 7 năm qua. Hiện nay đã có hơn 1/3 số quận của Ấn Độ rơi vào tình trạng hạn hán. Thiếu hụt lượng mưa cần thiết có thể khiến tăng trưởng kinh tế của quốc gia này giảm sút 1% trong năm nay. Đợt hạn hán tồi tệ nhất trong lịch sử gần 20 năm qua tại Thái Lan trong năm nay đang đẩy quốc gia xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới đối mặt với vụ mùa thất thu. Thông báo mới nhất cho biết, sản lượng gạo của nước này trong vụ mùa tới, kết thúc vào tháng 8, có thể chỉ đạt 2 triệu tấn so với mức dự báo 5 triệu tấn trước đó. Page 4
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Chưa bao giờ vấn đề biến đổi khí hậu (BĐKH) lại được đề cập nhiều và nóng bỏng như trong thời điểm này. Theo nghiên cứu mới nhất của Liên Hợp Quốc [81], Việt Nam sẽ là quốc gia bị ảnh hưởng nhiều nhất ở khu vực Đông Nam Á từ sự BĐKH này. Việt Nam, một nước đang phát triển trong thời kỳ công nghiệp hóa, nằm trong nhóm nước dễ bị tổn thương bởi các vấn đề môi trường do BĐKH gây ra như lũ lụt, hạn hán, bão… Bên cạnh đó, với bờ biển dài, vấn đề mực nước biển dâng cao có thể làm mất 12,2% diện tích đất của Việt Nam và đe dọa tới chỗ sinh sống của 17 triệu người. Những biến động thời tiết bất thường gây thiệt hại lớn cho đời sống dân nhân và đất nước mà chúng ta thường gọi là thiên tai cần được nghiên cứu, xem xét theo hướng báo động toàn cầu về gia tăng nhiệt độ bề mặt trái đất và mực nước biển ngày càng dâng cao. Theo nghiên cứu mới nhất chuẩn bị công bố, đến cuối thế kỷ (2100), nhiệt độ của Việt Nam sẽ tăng lên khoảng 2 đến 4,5oC và mực nước biển sẽ dâng lên khoảng 10 đến 68 cm. Và nếu sự biến đổi khí hậu cứ diễn ra như với tốc độ hiện nay thì trong vòng khoảng 100 năm nữa, nhiều diện tích đất liền trên trái đất, trong đó có vùng đồng bằng châu thổ sông Cửu Long và sông Hồng, có thể sẽ ngập chìm trong nước biển [81]. Theo ước tính của IPCC, nếu mực nước biển dâng cao 1 m thì làm cho 22 triệu người Việt Nam mất nhà cửa, đồng bằng Sông Hồng sẽ bị ngập 5.000 km2 và đồng bằng Sông Cửu Long bị ngập 15.000 20.000 km2; mà đây là hai vựa lúa lớn nhất, tập trung đông dân cư nhất cả nước. Mất đất, sản lượng lương thực của Việt Nam sẽ giảm 12% (xấp xỉ 5 triệu tấn). Trong khi miền Trung vẫn chưa hết mùa mưa lũ, các tỉnh miền Bắc lại đang phải gồng mình chống hạn. Sự thay đổi khắc nghiệt và bất thường của thời tiết đang khiến cả dải đồng bằng sông Hồng "khát" nước. Mực nước các sông, hồ chứa đều xuống thấp, ba hồ thuỷ lợi lớn của miền Bắc là Hoà Bình, Thác Bà, Tuyên Quang hiện mới chỉ tích Page 5
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung được hơn 5,2 tỉ m3, còn thiếu hơn 4,5 tỉ m3 so với thiết kế, đe doạ ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực [82]. Theo tính toán của Tổng cục Thuỷ lợi, nếu kéo dài tình trạng ít mưa như hiện nay thì sẽ có khoảng 650.000 ha lúa Đông Xuân 2010 2011 rơi vào cảnh thiếu nước tưới. Trong khi đó, nhận định của Trung tâm Dự báo Khí tượng Thuỷ văn Trung ương cho thấy, thời tiết từ nay đến cuối năm và đặc biệt đúng thời điểm gieo cấy vụ Đông Xuân sẽ rất khắc nghiệt do khô hạn tiếp tục kéo dài. Đến hết năm 2010, dòng chảy các sông Bắc Bộ từ thượng lưu đến hạ lưu giảm nhanh và có khả năng nhỏ hơn mức trung bình nhiều năm (TBNN) từ 2040%. Trong đó, 2 hệ thống sông chính là sông Hồng và sông Thái Bình sẽ thiếu hụt với mức 3545%. 1.2. HẠN VÀ PHÂN LOẠI HẠN 1.2.1. KHÁI NIỆM HẠN Tất cả các sinh vật trên Trái đất đềucần có nước để duy trì các hoạt động sống của cơ thể, vì vậy nước có ý nghĩa sống còn đối với sinh vật, đặc biệt là thực vật – những sinh vật không có khả năng di chuyển để tìm nguồn nước. Lượng nước cần thiết cho cơ thể thực vật phụ thuộc vào từng loài và từng giai đoạn phát triển của chúng. Hạn đối với thực vật là khái niệm chỉ sự thiếu nước do môi trường gây ra trong suốt quá trình sống hay trong từng giai đọan phát triển, làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển. Mức độ tổn thương của thực vật do khô hạn gây ra có nhiều mức độ khác nhau: chết, chậm phát triển hay phát triển bình thường. Khả năng giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là “tính chịu hạn” của thực vật và những cây trồng có khả năng phát triển bình thường trong điều kiện Page 6
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung khô hạn gọi là “cây chịu hạn”. Khả năng có thể giảm thiểu mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là “tính chịu hạn” của thực vật [3]. Tuy nhiên, rất khó để xác định được thế nào là trạng thái hạn đặc trưng vì mức độ khô hạn do môi trường gây ra khác nhau theo từng mùa, từng năm, từng vùng địa lý và không thể dự đoán trước được. Mức độ khô hạn do môi trường gây nên ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của cây, làm giảm năng suất cây trồng, thậm chí có thể dẫn đến mất mùa... [61] Các yếu tố của môi trường như thành phần thổ nhưỡng, thời tiết, khí hậu, nhiệt độ cao, gió nóng... gây nên hiện tượng mất cân bằng áp suất thẩm thấu giữa cây và môi trường, dẫn đễn sự thiếu hụt nước trong tế bào, gây ra hiện tượng hạn hán. Hạn được phân biệt thành 3 loại là hạn không khí, hạn đất và hạn toàn diện [11]. 1.2.2. PHÂN LOẠI HẠN 1.2.2.1. Hạn không khí Hạn không khí thường có đặc trưng là nhiệt độ cao (39 42 0C) và độ ẩm thấp (
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung nói chung và cây lúa nói riêng thì hạn không khí thường gây ra hiện tượng héo tạm thời vì nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, làm cho mức độ thoát hơi nước nhanh vượt qua mức độ bình thường, lúc đó rễ hút nước không đủ bù lại lượng nước mất, cây lâm vào tình trạng mất cân bằng về nước. Nước cũng là sản phẩm khởi đầu, trung gian và giai đoạn cuối cùng của quá trình chuyển hóa hóa sinh, là môi trường để các phản ứng trao đổi chất xảy ra [63]. Vì vây, việc cung cấp đủ nước cho cây chính là một biện pháp canh tác quan trọng. Hướng nghiên cứu tăng cường tính chịu hạn của cây trồng là một trong những mục tiêu của các nhà tạo chọn giống. Mức độ thiếu hụt nước càng lớn thì ảnh hưởng càng xấu đến quá trình sinh trưởng của cây. Thiếu nước nhẹ thì giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ dẫn đến biến đổi hệ keo nguyên sinh chất, làm tăng quá trình già hóa tế bào. Khi bị khô kiệt nước, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào mô bị tổn thương và chết. 1.2.2.2. Hạn đất Mức độ khô hạn của đất tùy thuộc vào sự bốc hơi nước trên bề măt và khả năng giữ nước của đất. Hạn đất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức cây không thể lấy nước qua tế bào rễ, vì thế hạn đất có thể gây ra cho cây héo lâu dài. Hạn đất tác động trực tiếp đến bộ phận rễ làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Đối với cây trồng cạn, hạn đất cũng ảnh hưởng nghiêm trọng đến giai đoạn gieo hạt và nảy mầm. Lượng nước trong đất không đủ làm co mầm và héo; nếu thiếu nước nặng sẽ gây thui chột mầm và chết. 1.2.2.3. Hạn toàn diện Hạn toàn diện là hiện tượng khi có cả hạn đất và hạn không khí xảy ra cùng một lúc. Trong trường hợp này, cùng với sự mất nước do không khí làm cho Page 8
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung hàm lượng nước trong lá giảm nhanh dẫn đến nồng độ dịch bào tăng lên, mặc dù sức hút nước từ rễ của cây cũng tăng nhưng lượng nước trong đất đã cạn kiệt không đủ cung cấp cho cây. Hạn toàn diện thường dẫn đến hiện tượng héo vĩnh viễn, cây không có khả năng phục hồi. Ở nước ta, hạn toàn diện thường xảy ra ở các tỉnh miền Trung (Nghệ An, Hà Tĩnh…), gây nên thiệt hại đáng kể cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. 1.3. PHẢN ỨNG CỦA THỰC VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN Điều kiện bất lợi môi trường gây ra hàng loạt các thay đổi về hình thái, sinh lí, sinh hoá và phân tử, ảnh hưởng bất lợi cho sinh trưởng và phát triển của thực vật. Trong các điều kiện bất lợi môi trường, hạn là một trong những yếu tố quan trọng nhất, đặc biệt trong bối cảnh thay đổi khí hậu toàn cầu. Điều kiện hạn hán sẽ làm cho thực vật phải tạo ra hàng loạt các thay đổi về mặt sinh lý để tồn tại và thích nghi với điều kiện hạn như: Cụ thể hạn hán sẽ dẫn đến việc thực vật đóng các khí khổng, giảm hô hấp và quang hợp, giảm thể tích nước trong các mô, chậm quá trình sinh trưởng. Ở mức độ phân tử, điều kiện hạn sẽ làm cho thực vật gia tăng mức độ biểu hiện và tích luỹ của các gen/protein chống chịu stress [15, 59, 74]. Ở Arabidopsis, các protein như kinase, nhân tố phiên mã (transcription factor), phosphatase, protease, protein biểu hiện trong giai đoạn muộn của phôi (late embryogenesis abundant(LEA), protein sinh tổng hợp Abscisic acid (ABA), các protein sinh tổng hợp đường (proline, mannitol, sorbitol) và hàng loạt các protein chức năng khác tham gia vào quá trình chịu hạn ở thực vật [59]. Các protein tham gia vào quá trình chống hạn của thực vật được phân thành hai nhóm: (1) nhóm protein chức năng trực tiếp tham gia chống lại với điều kiện hạn (ABA, LEA, proline, mannitol, sorbitol...); (2) nhóm protein điều khiển sự biểu hiện của các gen chức năng liên quan đến tính chịu hạn (nhân tố phiên mã, Page 9
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung kinase...). Các nhân tố phiên mã này bám vào trình tự ADN đặc hiệu trên vùng khởi động gen của các gen chức năng tham gia vào tính chịu hạn và hoạt hóa sự biểu hiện của các gen này, kết quả là tăng cường tính chịu hạn ở thực vật. Các nghiên cứu về gen đã chứng minh vùng khởi động gen của nhiều gen chức năng chứa một hoặc nhiều trình tự ADN đặc hiệu là điểm bám của một nhân tố phiên mã. Điều này chứng tỏ một nhân tố phiên mã có thể hoạt hóa biểu hiện của nhiều gen chức năng. Các nghiên cứu biểu hiện gen đã chứng minh nhiều nhân tố phiên mã biểu hiện mạnh trong điều kiện hạn chứng tỏ nhóm protein này đóng vai trò quan trọng trong cơ chế điều hòa và biểu hiện của các gen tăng cường tính kháng hạn ở thực vât. [60, 74]. Điều kiện hạn hán Nhóm gen nhận, truyền tín hiệu (G protein, Kinase…) Các gen điều khiển biểu hiện Các nhân tố khởi đầu phiên mã (DREB, NAC, ZFHD, AREB, MYB, MYC, Các gen chức năng …) biểu hiện Các gen chức năng (late embryogenesis abundant (LEA), chaperones, proteases, transporters, sugars, proline, mannitol, sorbitol...) Thực vật tăng cường tính chịu hạn Page 10
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Hình 1. Cơ chế phân tử của quá trình tăng cường tính chịu hạn ở thực vật 1.3.1. CÁC GEN LIÊN QUAN ĐẾN CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA Sự thay đổi chuyển hóa sơ cấp trong cơ thể là một cách đáp ứng thông thường với điều kiện stress ở thực vật. Ví dụ, một cADN mã hoá cho enzym glyceraldehyde3phosphate dehydrogenase được phân lập từ cây C. plantagineum (bảng 1) tăng cường biểu hiện khi bị xử lý trong điều kiện hạn và xử lý ABA [68]. Tuy nhiên các mức độ tăng cường hoạt động của enzym có liên quan với các yếu tố stress môi trường ở thực vật, phản ánh sự gia tăng nhu cầu về năng lượng. Các protease có thể cũng là một đặc điểm quan trọng của các quá trình chuyển hoá trong điều kiện stress. Chúng góp phần làm ngừng việc sử dụng các protein thừa và phân hủy các chuỗi peptit trong các túi chứa, qua đó giải phóng các axit amin tự do để sử dụng cho việc tổng hợp số lượng lớn các protein mới (bảng 1 và 2, [24]). 1.3.2. CÁC GEN THAM GIA QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI TÍNH THẤM CỦA TẾ BÀO Thực vật có thể giữ được thế nước (giúp duy trì dòng chảy của nước trong cây) trong điều kiện khô hạn nhẹ bằng cách biến đổi tính thấm của tế bào, quá trình này bao gồm việc tận dụng các phân tử đường hay các giải pháp tương thích khác [12]. Cả các kênh dẫn nước và ion đều có vai trò quan trọng như nhau trong việc điều hòa dòng chảy của nước và sự liên hệ giữa các kênh này với điều kiện stress hạn đã được khẳng định qua việc phân lập được các gen mã hóa cho protein của các kênh này, biểu hiện trong việc đáp ứng sự khô hạn. Phân tử cADN 7a từ cây đậu Hà Lan (bảng 2, [24]) mã hóa một chuỗi peptit với các điểm đặc trưng của các kênh dẫn ion, trong khi phân tử cADN RD28 từ cây A. thaliana (bảng 1, [72]) và có thể là cả phân tử cADN H25 từ cây C. plantagineum Page 11
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung đều mã hóa cho protein của các kênh dẫn nước [16]. 1.3.3. CÁC GEN THAM GIA BIẾN ĐỔI CẤU TRÚC Các nhà khoa học đã chứng minh điều kiện stress hạn là nguyên nhân gây ra sự biến đổi trong thành phần hóa học, đặc điểm sinh lý của thành tế bào và những sự thay đổi này có thể liên quan đến các gen mã hóa cho enzym sinh tổng hợp S adenosylmethionine (bảng 1, [21]). Trong điều kiện binh thường, việc tăng cường biểu hiện của các gen sinh tổng hợp Sadenosyl Lmethionine có liên quan đến các vùng đang diễn ra sự hóa gỗ [47]. Do đó, việc tăng cường biểu hiện trong các mô chịu điều kiện stress hạn có thể dẫn đến việc hóa gỗ của thành tế bào. Quá trình kéo dài tế bào bị dừng lại dưới điều kiện stress hạn kéo dài liên tục và ngay sau đó các quá trình hóa gỗ được khởi động [44]. Bảng 1. Các gen được tăng cường biểu hiện bởi stress hạn và mã hoá cho chuỗi polypeptide của các protein có chức năng đã biết (J.Ingram và D. Bartels) Page 12
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Page 13
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Espartero và cộng sự đã chứng minh được ở nấm sự thiếu nước có thể gây ra hiện tượng đồng cảm ứng phiên mã enzym sinh tổng hợp SadenosylL methionine với các enzym khác như enzym thủy phân SadenosylLhomocystein hay một enzym chuyển hóa methyl cần thiết cho việc tạo thành tế bào [21]. Bảng 2. Các cADN tăng cường biểu hiện trong điều kiện hạn nhưng chức năng chưa xác định (J.Ingram và D. Bartels) Page 14
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung 1.3.4. CÁC GEN THAM GIA QUÁ TRÌNH PHÁ HỦY VÀ KHÔI PHỤC Các gen cảm ứng với điều kiện hạn mã hóa cho các protein có trình tự tương đồng với các enzym phân hủy protein đã được phân lập từ P. sativum (bảng 2, [24]) vµ A. thaliana (bảng 1 và 2 [8, 35, 36, 70]). Một trong những chức năng của các enzyme này là phá hủy các protein bị mất chức năng do tác động của điều kiện hạn [24]. Trong giai đoạn đầu của quá trình bị hạn hán, A. Thaliana tăng cường tổng hợp các phân tử ARN thông tin mã hóa cho các protein ubiquitin có hoạt Page 15
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung tính mạnh [35]. Một protein dung hợp trong nhóm này có hoạt tính ubiquitin được phát hiện ra trong quá trình dung giải protein và sự gia tăng này có thể tương đồng với việc phân hủy protein đã xảy ra vì quá trình gắn ubiquitin có vai trò xác định protein cho quá trình phân hủy Sản phẩm của gen cảm ứng điều kiện hạn được phân lập bằng phương pháp sàng lọc biệt hóa có trình tự tương đồng với các protein shock nhiệt (bảng 2; [35]). Các gen mã hóa cho các protein này có thể là các chaperonin, có liên quan đến việc sửa chữa protein thông qua sự trợ giúp các các phân tử protein khác để phục hồi cấu trúc tự nhiên của protein sau khi bị phá hủy hay gấp nếp sai trong quá trình bị hạn. Các protein shock nhiệt có khối lượng phân tử nhỏ cũng có thể là các chaperonin. 1.3.5. CÁC GEN LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC LOẠI BỎ ĐỘC TỐ Các enzym liên quan đến việc loại bỏ độc tố trung gian trong các quá trình chuyển hóa hiếu khí như khử hóa glutathione, bẻ gẫy liên kết superoxide được tăng cường trong quá trình đáp ứng lại stress hạn chứng tỏ chúng có vai trò quan trọng trong các quá trình chống chịu [39]. Việc giảm lượng nước ở lá và đóng khí khổng dẫn đến việc giảm lượng CO 2 [58]. Sự gia tăng hoạt động hô hấp sáng trong quá trình hạn hán cũng đồng thời xảy ra do có sự tăng cường các hoạt động oxi hóa glycolate, dẫn đến việc tạo ra các phân tử H2O2 [39]. Điều này có thể giải thích tại sao các gen mã hóa cho các enzym có hoạt tính loại bỏ độc tố như ascorbate peroxidase (bảng 1; [39]) và superoxide dismutase (bảng 1; [49, 69]) lại tăng cường biểu hiện trong quá trình đáp ứng hạn hán. Page 16
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Hình 2. Phân loại các gen biểu hiện đáp ứng với điều kiện hạn ở thực vật 1.4. CÁC NHÂN TỐ PHIÊN MÃ ĐIỀU KHIỂN CÁC GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU HẠN Dòng chảy di truyền từ ADN đến protein trải qua quá trình rất quan trọng là quá trình phiên mã. Các nhân tố phiên mã bám vào trình tự ADN đặc hiệu trên vùng khởi động gen của các gen đích và điều hòa biểu hiện các gen này. Page 17
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung Hình 3. Mô hình quá trình phiên mã Nhóm gen mã hóa các nhân tố phiên mã chiếm khoảng 8 10 % trong mỗi hệ gen và đóng vai trò quan trọng trong mọi hoạt động của sự sống như quá trình sinh trưởng, phát triển và chống chịu với bất lợi môi trường... Ở lúa, hơn 2600 gen mã hóa nhân tố phiên mã đã được phân lập và phân chia thành các nhóm, họ và siêu họ dựa theo trình tự nucleotide và chức năng. Rất nhiều gen mã hóa nhân tố phiên mã liên quan đến chịu hạn đã được nghiên cứu chức năng ở mức độ phân tử. Đặc điểm đặc trưng của các protein điều khiển (nhân tố phiên mã) là có hai vùng hoạt động (domain): (1) vùng hoạt hoá các protein chức năng (activation domain) và (2) vùng liên kết (binding domain) với các trật tự ADN đặc hiệu (cis acting element) trên vùng điều khiển của gen (promoter). Các nhân tố phiên mã điều khiển các gen chịu hạn được phân loại dựa vào trật tự ADN đặc hiệu mà chúng liên kết. Vùng khởi động (promoter) của hầu hết các gen liên quan đến tính chịu hạn thường chứa một hoặc nhiều trật tự ADN đặc hiệu phổ biến là: ABRE (ABA responsive element y ếu tố đáp ứng ABA) và DREB/CRT (Dehydration responsive element/C repeat y ếu t ố/đoạn C lặp lại đáp ứng hạn), NAC, MYB... với chức năng tương ứng là điểm bám của các protein điều khiển Page 18
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung quá trình phiên mã biểu hiện phụ thuộc và không phụ thuộc vào nồng độ ABA (hình 4) Hình 4. Hệ thống điều khiển phiên mã của vùng ADN đặc hiệu và nhân tố phiên mã điều khiển biểu hiện các gen chức năng tham gia phản ứng chống chịu với điều kiện bất lợi ở Arabidopsis 1.4.1. CÁC NHÂN TỐ PHIÊN MÃ ĐIỀU KHIỂN GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU HẠN KHÔNG PHỤ THUỘC ABA Page 19
Luân văn tốt nghiệp Nguyễn Thị Phương Dung a. Nhóm nhân tố NAC Các nhân tố phiên mã họ NAC chứa trình tự đồng nhất (đầu tiên được phát hiện từ petunia NAM, từ Arabidopsis ATAF1, ATAF2 và CUC) gọi là vùng hoạt động NAC ở đầu Ntận cùng, là một họ gen đặc trưng của thực vật có vai trò quan trọng trong việc xác định mô phân sinh đỉnh chồi [50]; biệt hóa các cơ quan rễ, hoa trong sinh trưởng phát triển thực vật [7]; phản ứng với điều kiện bị tổn thương và tác nhân gây hại tấn công [7; 14]. Có ít nhất 100 gen NAC trong hệ gen Arabidopsis và 75 gen NAC trong hệ gen lúa đã được phân lập nhưng chỉ một số ít gen NAC được nghiên cứu chức năng [46]. Phần lớn protein của gen NAC chứa đựng vùng bám ADN ở tận cùng đầu N có độ bảo thủ cao, trình tự tín hiệu định vị nhân và một vùng tận cùng đầu C biến đổi [29]. Dựa vào phân tích trình tự axit amin, các gen thuộc nhóm NAC ở thực vật có thể được chia thành vài phân họ như NAM, ATAF và OsNAC3. Ở lúa, OsNAC1 và OsNAC2 được xếp vào trong phân họ NAM. Trong phân họ này còn bao gồm NAM và CUC. Trong khi đó, OsNAC5 và OsNAC6 thuộc hoàn toàn phân họ ATAF. Ngoài những thành phần của các phân họ này thì trong bộ gen của lúa còn có các gen OsNAC3, OsNAC4 (thuộc phân họ OsNAC3), OsNAC7 và OsNAC8. Trật tự ADN đặc hiệu NACR bao gồm 62 nucleotide lần đầu tiên được phát hiện trên đoạn điều khiển gen ERD1 (early responsive to dehydration1) liên quan đến tính kháng hạn ở thực vật. Sản phẩm protein của ba gen điều khiển quá trình phiên mã thuộc nhóm gen NAC bám vào trật tự ADN đặc hiệu NACR (14bp CACTAAATTGTCAC và trình tự lõi CATGTG giống MYC) trên đoạn điều khiển các gen tăng cường tính kháng hạn làm cho các gen này biểu hiện mạnh và kết quả là cây chuyển gen có tính kháng rất cao với điều kiện hạn. Các phân tích ADN microarray về sự liên quan giữa biểu hiện của các gen điều Page 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học

320 tài liệu

1248 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.