Sự đa dạng trong trình tự gen GmDreb5 của một số giống đậu tương địa phương Việt Nam

Chu Hoàng Mậu và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 97(09): 41 - 47<br /> <br /> SỰ ĐA DẠNG TRONG TRÌNH TỰ GEN GmDREB5 CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU<br /> TƯƠNG ĐỊA PHƯƠNG VIỆT NAM<br /> Chu Hoàng Mậu1*, Nguyễn Vũ Thanh Thanh1,<br /> Vì Thị Xuân Thủy2, Vũ Thị Hường3<br /> 1<br /> Đại học Thái Nguyên, 2 Trường Đại học Tây Bắc,<br /> 3<br /> Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Giang<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Protein DREB không trực tiếp tham gia vào quá trình kháng hạn, tuy nhiên, nó là nhân tố kích hoạt<br /> đồng thời sự biểu hiện của các gen liên quan đến tính chịu hạn, trong đó có gen liên quan đến sự kéo<br /> dài rễ của cây đậu tương. Trong nghiên cứu này, gen GmDREB5 được chúng tôi phân lập từ 7 giống<br /> đậu tương địa phương Việt Nam có kích thước 924 bp, mã hóa 307 amino acid, chứa vùng AP2 và<br /> DNA binding site, đem so sánh với trình tự của giống đậu tương Trung Quốc có mã số EF583447.<br /> Dựa trên phân tích trình tự nucleotid và trình tự amino acid của gen GmDREB5 thì 8 giống đậu tương<br /> nghiên cứu được phân bố trong 2 nhóm, nhóm I gồm 4 giống chịu hạn kém (LBG, HE598783,<br /> HE647690, FR822737) và nhóm II gồm 4 giống chịu hạn tốt (XLS, HE648568, HE648567,<br /> EF583447). Khoảng cách di truyền dựa trên trình tự nucleotid là 3,7% và dựa trên trình tự amino<br /> acid là 6,1%. Những sai khác về trình tự nucleotid và trình tự amino acid của gen GmDREB5 giữa<br /> nhóm đậu tương chịu hạn tốt và nhóm chịu hạn kém có liên quan như thế nào với hoạt động phiên<br /> mã của gen liên quan đến sự kéo dài của rễ đậu tương cần có những nghiên cứu tiếp theo.<br /> Từ khóa: Hạn, đậu tương địa phương, đa dạng, kéo dài rễ, GmDREB5, kích hoạt phiên mã.<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Khô hạn là yếu tố chính làm giảm năng suất<br /> đậu tương, có thể làm giảm 70%. Đặc tính<br /> chịu hạn của cây đậu tương liên quan chặt chẽ<br /> đến đặc tính hoá keo của nguyên sinh chất và<br /> đặc điểm quá trình trao đổi chất. Tính chịu<br /> hạn của cây đậu tương là tính trạng đa gen,<br /> bao gồm các gen mà sản phẩm của chúng tác<br /> động trực tiếp tới quá trình chịu hạn và sản<br /> phẩm của chúng kích hoạt quá trình phiên mã<br /> của nhóm gen chịu hạn. Protein DREB tuy<br /> không trực tiếp tham gia vào quá trình kháng<br /> hạn nhưng nó giữ vai trò là nhân tố kích hoạt<br /> đồng thời sự biểu hiện của các gen liên quan<br /> đến tính chịu hạn và không phụ thuộc vào<br /> ABA, trong đó có gen liên quan đến sự kéo<br /> dài rễ của cây đậu tương.<br /> DREBs thuộc họ ERF của các nhân tố phiên<br /> mã, bao gồm hai nhóm là DREB1/CBF và<br /> DREB2 được hình thành bởi tác động của yếu<br /> tố lạnh và mất nước. Các DREBs tham gia<br /> vào con đường tín hiệu stress sinh học. Yếu tố<br /> AP2/ERF đặc trưng bởi sự hiện diện của miền<br /> *<br /> <br /> Tel: 0913383289; E-mail: mauchdhtn@gmail.com<br /> <br /> AP2/ERF, đóng vai trò quan trọng trong việc<br /> điều hòa biểu hiện gen, đáp ứng với các stress<br /> sinh học và phi sinh học [3]. AP2/ERF tạo<br /> thành một siêu họ lớn, được chia thành ba<br /> nhóm có tên là AP2, ERF và RAV dựa trên<br /> sự tương đồng về trình tự [2]. Protein AP2<br /> có chứa hai vùng AP2/ERF [4], RAV chứa<br /> một miền AP2/ERF và miền B3 [4], họ<br /> protein ERF có chứa một miền AP2/ERF<br /> duy nhất, và đôi khi còn chia thành hai phân<br /> họ lớn, phân họ CBF/ DREB và phân họ<br /> ERF. Gen trong phân họ CBF/ DREB giữ vai<br /> trò rất quan trọng trong các phản ứng của<br /> thực vật với stress phi sinh học bằng cách<br /> nhận diện được các yếu tố mất nước (DRE)<br /> với trình tự lõi A GCCGAC [4] và chỉ có<br /> một vài thành viên của ERF và phân họ<br /> CBF/DREB được đặc trưng ở cây đậu tương.<br /> GmDREB5 là một thành viên trong họ gen<br /> DREB được chúng tôi phân lập từ 7 giống đậu<br /> tương địa phương Việt Nam thuộc 2 nhóm<br /> chịu hạn tốt và chịu hạn kém [1, 5] so sánh với<br /> trình tự gen có mã số EF583447 trên GenBank<br /> [6] để xác định sự đa dạng di tuyền. Sự sai<br /> khác của các trình tự gen GmDREB5 có liên<br /> 41<br /> <br /> Chu Hoàng Mậu và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> quan thế nào đến sự biểu hiện gen kéo dài rễ<br /> cây đậu tương sẽ là cơ sở cho việc ứng dụng<br /> kỹ thuật tạo cây chuyển gen bằng cách điều<br /> khiển sự biểu hiện của DREBs, tăng khả năng<br /> biểu hiện của nhóm gen chịu hạn, trong đó có<br /> gen liên quan đến sự kéo dài rễ của cây đậu<br /> tương. Điều này sẽ mở ra một cơ hội tuyệt vời<br /> để phát triển cây đậu tương chuyển gen có khả<br /> năng chịu hạn cao.<br /> VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP<br /> Các trình tự gen được phân lập từ một số<br /> giống đậu tương địa phương như: Xanh Tiên<br /> Đài, Cúc lông Phú Bình, Xanh Ba Bể, Vàng<br /> Ngân Sơn, Bản Giốc, Xuân Lạng Sơn, Lơ<br /> <br /> 42<br /> <br /> 97(09): 41 - 47<br /> <br /> Bắc Giang và trình tự có mã số EF583447 ở<br /> GenBank được sử dụng làm vật liệu nghiên<br /> cứu. Sử dụng các phần mềm chuyên dụng<br /> phân tích các trình tự gen để xác định sự đa<br /> dạng trong trình tự gen và trinh tự amino acid.<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Sự đa dạng của trình tự gen GmDREB5<br /> Chúng tôi tiến hành so sánh trình tự<br /> nucleotide của gen GmDREB5 phân lập từ<br /> một số giống đậu tương địa phương Việt Nam<br /> với trình tự nucleotid của gen GmDREB5 đã<br /> công bố trên Ngân hàng gen quốc tế (NCBI)<br /> có mã số EF583447, kết quả thu được thể<br /> hiện ở hình 1.<br /> <br /> Chu Hoàng Mậu và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 97(09): 41 - 47<br /> <br /> Hình 1. Trình tự nucleotid của gen GmDREB5 phân lập từ một số giống đậu tương địa phương<br /> Việt Nam và trình tự nucleotid của gen GmDREB5 có mã số EF583447 trên GenBank<br /> BG: Phân lập từ giống Lơ Bắc Giang; LS: Phân lập từ giống Xuân Lạng Sơn;<br /> EF583447 trên Ngân hàng gen quốc tế do Chen phân lập từ giống đậu tương Trung Quốc;<br /> FR822737: Phân lập từ giống Xanh Tiên Đài; HE598783: Phân lập từ giống Cúc lông Phú Bình;<br /> HE648567: Phân lập từ giống Xanh Ba Bể; HE647690: Phân lập từ giống Vàng Ngân Sơn;<br /> HE648568: Phân lập từ giống Bản Giốc.<br /> <br /> Kết quả so sánh trình tự nucleotid của gen<br /> GmDREB5 phân lập từ bảy giống đậu tương<br /> địa phương Việt Nam và trình tự nucleotid<br /> của gen GmDREB5 có mã số EF583447 trên<br /> Ngân hàng gen quốc tế cho thấy, trình tự<br /> nucleotid của gen GmDREB5 có một số sai<br /> khác tại một số vị trí nucleotid, đặc biệt xuất<br /> <br /> hiện một số đột biến xóa một vài đoạn<br /> nucleotid ngắn từ 3-9 bp. Kết quả xác định hệ<br /> số tương đồng và khoảng cách di truyền về<br /> gen GmDREB5 của 8 giống đậu tương LBG,<br /> XLS, EF583447, FR822737, HE598783,<br /> HE648567, HE647690, HE648568 được thể<br /> hiện ở bảng 1.<br /> <br /> 43<br /> <br /> Chu Hoàng Mậu và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 97(09): 41 - 47<br /> <br /> Bảng 1. Hệ số tương đồng và hệ số sai khác của<br /> trình tự gen GmDREB5 của các giống đậu tương<br /> nghiên cứu<br /> <br /> Hình 2. Biểu đồ hình cây so sánh mức độ tương<br /> đồng của trình tự gen GmDREB5 phân lập từ 8<br /> giống đậu tương<br /> Chú thích:<br /> BG: Phân lập từ giống Lơ Bắc Giang; LS: Phân lập từ giống Xuân Lạng Sơn;<br /> EF583447 trên Ngân hàng gen quốc tế do Chen phân lập từ giống đậu tương Trung quốc;<br /> FR822737: Phân lập từ giống Xanh Tiên Đài; HE598783: Phân lập từ giống Cúc lông Phú Bình;<br /> HE648567: Phân lập từ giống Xanh Ba Bể; HE647690: Phân lập từ giống Vàng Ngân Sơn;<br /> HE648568: Phân lập từ giống Bản Giốc.<br /> <br /> Kết quả ở bảng 1 cho thấy hệ số tương đồng<br /> về từng cặp trình tự gen GmDREB5 trong 8<br /> giống đậu tương dao động từ 91,6 % đến 99,7<br /> %, hệ số sai khác từ 0,3% đến 8,9%. Biểu đồ<br /> hình cây (Hình 2) thể hiện mối quan hệ di<br /> truyền của 8 giống đậu tương trên cơ sở phân<br /> tích trình tự gen GmDREB5, kết quả phân tích<br /> cho thấy 8 giống đậu tương được phân thành<br /> 2 nhóm chính có khoảng cách di truyền là<br /> 3,7%. Nhóm I gồm 4 giống LBG, HE598783,<br /> HE647690 và FR822737. Nhóm II gồm 4<br /> giống XLS, HE648567, HE648568 và<br /> EF583447. Giống đậu tương LBG cùng nhóm<br /> phụ với các giống đậu tương có mã số<br /> HE598783 và HE647690, FR822737 và<br /> HE647690 là các giống chịu hạn kém. Giống<br /> đậu tương XLS cùng nhóm phụ với các giống<br /> đậu tương có mã số HE648567, HE648568 và<br /> EF583447 là các giống chịu hạn tốt.<br /> Sự đa dạng của trình tự amino acid của<br /> protein DREB5<br /> Gen GmDREB5 mà chúng tôi phân lập từ 7<br /> giống đậu tương địa phương Việt Nam có<br /> kích thước 924 bp mã hoá 307 amino acid.<br /> Protein DREB5 của cây đậu tương chứa vùng<br /> AP2 có 61 amino acid, từ vị trí amino acid<br /> 105 đến 165. Miền gắn DNA tìm thấy trong<br /> 44<br /> <br /> sự điều hòa phiên mã của thực vật như là<br /> APETALA2 và EREBP (ethylene responsive<br /> element binding protein). Miền EREBP chứa<br /> hộp GCC có 11bp là nhân tố phản ứng đối<br /> với ethylene (ERE), đây chính là yếu tố cần<br /> thiết trong cấu trúc của promotor cho phản<br /> ứng với ethylene. EREBP và yếu tố ràng<br /> buộc CBF1 có trình tự lặp lại C tham gia vào<br /> việc phản ứng chống lại các bất lợi từ môi<br /> trường bao gồm một bản copy của miền<br /> AP2. Trong cấu trúc protein DREB5 có các<br /> điểm DNA binding (DNA binding site) có<br /> 11 amino acid ở vị trí amino acid 108, 109,<br /> 111, 113, 115, 117, 121, 123, 130, 132, 135.<br /> Chúng tôi tiến hành so sánh trình tự amino<br /> acid trong chuỗi polypeptide do gen<br /> GmDREB5 mã hoá của 7 giống đậu tương<br /> địa phương Việt Nam với trình tự amino acid<br /> trong chuỗi polypeptid của giống đậu tương<br /> đã công bố trên Ngân hàng gen quốc tế, kết<br /> quả so sánh thể hiện ở hình 3.<br /> So sánh trình tự amino acid mã hoá bởi gen<br /> GmDREB5 phân lập từ 7 giống đậu tương địa<br /> phương với trình tự amino acid mã hoá bởi<br /> gen GmDREB5 của giống đậu tương đã công<br /> bố trên ngân hàng gen quốc tế cho thấy trình<br /> tự amino acid của 8 giống đậu tương cho thấy<br /> có sự tương đồng cao (86,7 %- 99,0 %). Trình<br /> <br /> Chu Hoàng Mậu và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> tự amino acid của giống LBG so với giống<br /> EF583447 sai khác ở 46 vị trí, sai khác so với<br /> giống FR822737 ở 8 vị trí, sai khác so với<br /> giống HE598783 ở 3 vị trí, sai khác so với<br /> giống HE648567 ở 49 vị trí, sai khác so với<br /> giống HE647690 ở 7 vị trí và sai khác so với<br /> giống HE648568 ở 49 vị trí. Trình tự amino<br /> acid của giống XLS so với giống EF583447<br /> sai khác ở 5 vị trí, sai khác so với giống<br /> FR822737 ở 45 vị trí, sai khác so với giống<br /> HE598783 ở 49 vị trí, sai khác so với giống<br /> <br /> 97(09): 41 - 47<br /> <br /> HE648567 ở 3 vị trí, sai khác so với giống<br /> HE647690 ở 53 vị trí và sai khác so với giống<br /> HE648568 ở 3 vị trí.<br /> Kết quả xác định hệ số tương đồng, khoảng<br /> cách di truyền và mối quan hệ di truyền của 8<br /> giống đậu tương LBG, XLS, EF583447,<br /> FR822737, HE598783, HE648567, HE647690,<br /> HE648568 trên cơ sở so sánh trình tự amino<br /> acid của DREB5 được thể hiện ở bảng 2 và sơ<br /> đồ hình 4.<br /> <br /> Hình 3. Trình tự amino acid của protein DREB5 ở một số giống đậu tương địa phương Việt Nam và của<br /> protein ở giống đậu tương trên GenBank<br /> BG: Phân lập từ giống Lơ Bắc Giang; LS: Phân lập từ giống Xuân Lạng Sơn;<br /> EF583447 trên Ngân hàng gen quốc tế do Chen phân lập từ giống đậu tương Trung Quốc;<br /> FR822737: Phân lập từ giống Xanh Tiên Đài; HE598783: Phân lập từ giống Cúc lông Phú Bình;<br /> HE648567: Phân lập từ giống Xanh Ba Bể; HE647690: Phân lập từ giống Vàng Ngân Sơn;<br /> HE648568: Phân lập từ giống Bản Giốc.<br /> <br /> 45<br /> <br />