Nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC đáp ứng hạn ở cây họ đậu - Luận án tiến sĩ nông nghiệp của Nguyễn Hữu Kiên

Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC ứng phó hạn hán ở cây họ đậu, tối ưu hóa năng suất trong điều kiện khô hạn.

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

159

Thời gian đọc

24 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
1. Vai trò yếu tố phiên mã NAC ở cây họ đậu khi gặp hạn
Số trang:
159 trang
Trường:
Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam
Chuyên ngành:
Công nghệ sinh học
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I. Vai trò yếu tố phiên mã NAC ở cây họ đậu khi gặp hạn

Hạn hán gây tổn thất nghiêm trọng cho ngành nông nghiệp toàn cầu. Cây trồng mất nước sẽ suy giảm quang hợp, chậm phát triển và giảm năng suất. Nhóm cây họ đậu (Fabaceae) giữ vị trí then chốt trong an ninh lương thực và cải tạo đất. Tuy nhiên, nhóm cây này rất nhạy cảm với tình trạng thiếu nước. Để tồn tại, thực vật kích hoạt nhiều mạng lưới phản ứng phân tử phức tạp. Trong mạng lưới đó, yếu tố phiên mã NAC đóng vai trò điều hòa trung tâm. Protein NAC liên kết đặc hiệu với trình tự DNA mục tiêu. Quá trình này điều khiển hàng loạt chu trình sinh lý để duy trì sự sống tế bào. Nghiên cứu sâu về nhóm protein này mở ra giải pháp tạo giống thích ứng biến đổi khí hậu. Việc hiểu rõ cơ chế phiên mã giúp bảo vệ năng suất cây họ đậu trước hạn hán khốc liệt.

1.1. Tác động của hạn hán và các dạng stress phi sinh học

Hạn hán là dạng stress phi sinh học phổ biến và nguy hiểm nhất đối với cây trồng. Khi đất thiếu nước, rễ cây không thể hút đủ ẩm để duy trì sự sống. Tế bào thực vật mất trương lực, lá héo rũ và khí khổng buộc phải đóng lại. Quá trình quang hợp bị đình trệ nghiêm trọng. Hạn hán kéo theo hiện tượng tích tụ các gốc oxy hóa tự do (ROS). Các gốc tự do này phá hủy màng lipid, protein và acid nucleic trong tế bào. Cây họ đậu chịu ảnh hưởng nặng nề nhất ở giai đoạn ra hoa và tạo quả. Thiếu nước kéo dài làm rụng hoa, hạt lép và giảm mạnh sản lượng thu hoạch. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến nguồn cung cấp protein thực vật cho con người. Do đó, nâng cao khả năng chịu hạn là mục tiêu cấp bách hàng đầu.

1.2. Cấu trúc miền bảo thủ của họ gen NAC NAC gene family

Các protein thuộc họ gen NAC (NAC gene family) có cấu trúc đặc trưng riêng biệt. Tên gọi NAC xuất phát từ ba gen đầu tiên được phát hiện gồm NAM, ATAF và CUC. Phía đầu N của protein chứa miền bảo thủ NAC gồm khoảng 150 đến 160 acid amin. Miền này chia thành năm đoạn nhỏ được ký hiệu từ A đến E. Đoạn bảo thủ đảm nhận chức năng gắn kết với vị trí DNA đặc hiệu và hình thành cấu trúc dimer. Ngược lại, vùng đầu C có tính biến động rất cao giữa các loài. Vùng đầu C đóng vai trò kích hoạt hoặc kìm hãm sự phiên mã của gen đích. Sự phân hóa này giúp protein NAC linh hoạt điều hòa nhiều quá trình sinh học. Chúng phản ứng nhạy bén trước các thay đổi bất lợi từ môi trường xung quanh.

II. Yếu tố phiên mã NAC trong con đường truyền tín hiệu ABA

Acid abscisic (ABA) là phytohormone thực vật quan trọng nhất khi chống chịu stress mất nước. Khi gặp khô hạn, nồng độ ABA nội sinh trong rễ và lá tăng vọt. Hormone này kích hoạt chuỗi truyền tin để điều hòa đóng khí khổng, hạn chế thoát hơi nước. Yếu tố phiên mã NAC tham gia trực tiếp vào mạng lưới tín hiệu do ABA điều khiển. Nhiều thành viên gen NAC phản ứng mạnh mẽ sau khi cây tiếp nhận tín hiệu ABA. Chúng liên kết với các yếu tố điều hòa cis trên promoter của gen hạ nguồn. Quá trình này thúc đẩy tổng hợp các chất bảo vệ tế bào như proline và đường hòa tan. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa ABA và protein NAC giúp cây duy trì trạng thái cân bằng sinh lý ổn định.

2.1. Cơ chế truyền tín hiệu phụ thuộc và độc lập với ABA

Thực vật kích hoạt hai con đường phản ứng chính khi gặp hạn: phụ thuộc ABA và độc lập ABA. Trong con đường truyền tín hiệu ABA, các thụ thể PYR/PYL/RCAR nhận diện hormone. Chúng ức chế phosphatase PP2C và giải phóng kinase SnRK2 để phosphoryl hóa các yếu tố phiên mã. Một số thành viên trong họ NAC được hoạt hóa thông qua chuỗi tín hiệu này. Đồng thời, một nhóm gen NAC khác lại hoạt động theo con đường độc lập với ABA. Nhóm gen này nhận biết trực tiếp tín hiệu mất nước từ màng tế bào. Hai con đường hoạt động song song và có sự tương tác chéo chặt chẽ. Sự phối hợp đa chiều bảo đảm hệ thống phòng vệ của cây luôn sẵn sàng ứng phó với mọi mức độ mất nước.

2.2. Điều hòa cân bằng nước và căng thẳng thẩm thấu osmotic stress

Mất nước gây ra hiện tượng căng thẳng thẩm thấu (osmotic stress) nghiêm trọng trong tế bào chất. Nước từ tế bào thoát ra ngoài môi trường khiến nồng độ ion tăng cao. Protein NAC điều hòa phiên mã các gen mã hóa protein kênh vận chuyển nước aquaporin và enzyme tổng hợp chất thẩm thấu. Nồng độ proline, betaine và sucrose nội bào tăng nhanh chóng. Các phân tử này giữ nước cho tế bào và bảo vệ cấu trúc màng sinh học. Ngoài ra, protein NAC còn kích hoạt hệ thống enzyme chống oxy hóa như SOD, CAT và POD. Hoạt động này dọn sạch các gốc oxy hóa gây độc, bảo vệ cơ quan quang hợp. Nhờ vậy, cây duy trì được thế nước ổn định và phục hồi nhanh khi được tưới lại.

III. Phân tích biểu hiện gen đáp ứng hạn ở nhóm cây họ đậu

Đậu tương và đậu gà là hai đại diện tiêu biểu của nhóm cây họ đậu (Fabaceae). Cả hai loài đều sở hữu số lượng lớn gen mã hóa protein NAC trong hệ gen. Nghiên cứu tập trung phân lập các gen NAC có mức độ cảm ứng cao trong điều kiện thiếu nước. Gen GmNAC085 từ cây đậu tương được xác định là nhân tố then chốt. Đoạn mã hóa của gen được tách dòng thành công bằng kỹ thuật RT-PCR. Phân tích tin sinh học cho thấy GmNAC085 mang đầy đủ các motif đặc trưng của họ NAC. Thử nghiệm trên nấm men chứng minh protein này có hoạt tính kích hoạt phiên mã mạnh. Khám phá này khẳng định vai trò điều hòa tích cực của GmNAC085 trong phản ứng chống chịu hạn.

3.1. Phân lập và tách dòng gen GmNAC085 từ cây đậu tương

Cây đậu tương được nuôi trồng trong điều kiện chuẩn và xử lý gây hạn nhân tạo. RNA tổng số được tách chiết từ các mô lá và rễ ở nhiều mốc thời gian khác nhau. Sau khi kiểm tra độ tinh sạch, RNA được chuyển đổi thành cDNA thông qua phản ứng phiên mã ngược. Cặp mồi đặc hiệu được thiết kế để khuếch đại chính xác vùng mã hóa của gen GmNAC085. Đoạn gen sau đó được gắn vào vector tách dòng và xác định trình tự nucleotide. Trình tự thu được cho thấy cấu trúc khung đọc mở hoàn chỉnh mã hóa chuỗi polypeptide chức năng. Protein GmNAC085 có độ tương đồng cao với các yếu tố phiên mã chống chịu stress ở các loài thực vật khác.

3.2. Mức độ biểu hiện gen đáp ứng hạn tại các mô thực vật

Kỹ thuật Real-time PCR (qRT-PCR) được sử dụng để định lượng mức biểu hiện gen đáp ứng hạn. Kết quả phân tích cho thấy GmNAC085 được kích hoạt mạnh mẽ tại cả mô rễ và mô lá khi cây gặp khô hạn. Mức độ biểu hiện của gen đạt đỉnh sau vài giờ tiếp xúc với stress mất nước hoặc xử lý bằng hormone ABA ngoại sinh. Mô rễ có phản ứng sớm và nhạy hơn so với mô thân lá. Điều này phản ánh vai trò của rễ như một cơ quan cảm biến hạn hán đầu tiên. Dưới điều kiện sinh trưởng bình thường, gen GmNAC085 duy trì mức biểu hiện cơ bản rất thấp. Sự gia tăng phiên mã đột biến dưới stress chứng minh đây là gen chuyên trách bảo vệ cây.

IV. Quá biểu hiện gen NAC giúp nâng cao khả năng chịu hạn

Để kiểm chứng chức năng sinh học của gen, phương pháp chuyển gen được áp dụng rộng rãi. Quá biểu hiện gen (overexpression) là kỹ thuật đưa gen đích dưới sự điều khiển của promoter mạnh để tăng cường sản phẩm protein. Kỹ thuật này giúp quan sát rõ rệt những thay đổi về kiểu hình và sinh lý của cây thí nghiệm. Nhiều nghiên cứu khẳng định dòng cây mang gen NAC ngoại lai có sức sống vượt trội khi thiếu nước. Cây chuyển gen duy trì hàm lượng nước tương đối cao hơn và giảm mức độ tổn thương màng tế bào. Sự biểu hiện liên tục của yếu tố phiên mã tạo ra hàng rào bảo vệ vững chắc cho thực vật trước áp lực môi trường khắc nghiệt.

4.1. Đánh giá chức năng qua quá biểu hiện gen overexpression

Cấu trúc mang gen GmNAC085 dưới sự điều hòa của promoter CaMV 35S mạnh được đưa vào mô hình cây chuyển gen (transgenic plants) Arabidopsis thaliana. Phương pháp chuyển gen qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens bằng kỹ thuật nhúng hoa cho hiệu quả cao. Các dòng cây biến nạp gen thế hệ T1, T2 và T3 được chọn lọc nghiêm ngặt trên môi trường chứa kháng sinh. Kết quả phân tích phân tử xác nhận gen đích đã tích hợp ổn định vào hệ gen của cây mô hình. Mức độ biểu hiện của RNA thông tin GmNAC085 trong các dòng chuyển gen cao gấp nhiều lần so với cây đối chứng tự nhiên. Cây chuyển gen sinh trưởng bình thường mà không có bất thường hình thái.

4.2. Khảo sát khả năng chịu hạn ở mô hình cây chuyển gen transgenic plants

Các dòng cây chuyển gen và cây đối chứng hoang dã cùng trải qua thử nghiệm ngừng tưới nước kéo dài. Cây hoang dã nhanh chóng héo rũ, lá úa vàng và chết sau 14 ngày khô hạn. Ngược lại, cây mang gen GmNAC085 giữ được độ tươi của lá và tỷ lệ sống sót sau khi tưới lại đạt trên 80%. Tốc độ mất nước qua bề mặt lá của dòng chuyển gen thấp hơn đáng kể so với dòng đối chứng. Phân tích sinh hóa cho thấy cây chuyển gen tích lũy lượng proline cao và duy trì hàm lượng diệp lục ổn định. Khả năng chịu hạn vượt bậc này khẳng định gen GmNAC085 đóng vai trò tích cực trong việc tăng cường sức đề kháng trước tình trạng thiếu nước.

V. Ứng dụng mô hình cây chuyển gen phát triển nông nghiệp

Nghiên cứu về yếu tố phiên mã NAC mang lại giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn to lớn. Biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm gia tăng tần suất và mức độ nghiêm trọng của hạn hán. Các vùng canh tác truyền thống đối mặt với nguy cơ suy giảm năng suất cây trồng nghiêm trọng. Ứng dụng kỹ thuật di truyền để chuyển các gen triển vọng như GmNAC085 sang các giống cây trồng chủ lực là hướng đi chiến lược. Giải pháp này giúp rút ngắn thời gian chọn tạo giống so với phương pháp lai truyền thống. Thành công trên mô hình thí nghiệm tạo tiền đề vững chắc cho việc phát triển các giống cây trồng chống chịu cao trong thực tế sản xuất nông nghiệp.

5.1. Tiềm năng ứng dụng công nghệ gen trên cây họ đậu Fabaceae

Họ cây họ đậu (Fabaceae) bao gồm nhiều cây kinh tế quan trọng như đậu nành, đậu xanh, đậu đen và đậu phộng. Việc chuyển giao các gen NAC hữu ích vào các giống đậu địa phương giúp cải thiện sức chịu hạn trên đồng ruộng. Cây trồng biến nạp gen có thể sinh trưởng ổn định tại các vùng đất khô cằn hoặc đồi dốc. Nhờ rễ phát triển sâu và cơ chế giữ nước hiệu quả, cây duy trì năng suất hạt ngay cả trong mùa khô hạn. Đồng thời, khả năng cố định đạm sinh học của nốt sần cũng được bảo vệ tốt hơn dưới điều kiện thiếu ẩm. Đây là giải pháp bền vững nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cho người nông dân.

5.2. Định hướng chọn tạo giống cây trồng chống chịu hạn hán

Bên cạnh kỹ thuật chuyển gen cổ điển, công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas và chọn giống nhờ chỉ thị phân tử đang mở ra kỷ nguyên mới. Dữ liệu giải trình tự họ gen NAC cung cấp nguồn chỉ thị di truyền giá trị phục vụ công tác sàng lọc nguồn gen quý. Các nhà khoa học có thể tối ưu hóa promoter của các gen NAC nội sinh để tăng cường phản ứng tự nhiên của cây trước stress. Hướng tiếp cận này hạn chế các rào cản pháp lý liên quan đến sinh vật biến đổi gen. Kết hợp nghiên cứu cơ bản với chọn giống hiện đại sẽ đẩy nhanh quá trình thương mại hóa các giống đậu tương chịu hạn, góp phần bảo đảm an ninh lương thực bền vững.

Mục lục chi tiết luận án

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
2.1. Mục tiêu tổng quát
2.2. Mục tiêu cụ thể
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
3.1. Ý nghĩa khoa học
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
4. Những đóng góp mới của luận án
1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hạn hán và những ảnh hưởng bất lợi của hạn hán đối với cây trồng
1.1.1. Những thiệt hại của ngành trồng trọt do hạn hán gây ra
1.1.2. Hạn hán và nguyên nhân gây ra hạn hán ở cây trồng
1.1.3. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng
1.1.3.1. Ảnh hưởng của hạn tới sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng
1.1.3.2. Ảnh hưởng của hạn tới đặc điểm hình thái và giải phẫu
1.1.3.3. Ảnh hưởng của hạn tới mối quan hệ giữa cây và nước
1.1.3.4. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình quang hợp
1.1.3.5. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình hô hấp
1.1.3.6. Ảnh hưởng của hạn tới sự hấp thu dinh dưỡng khoáng
1.1.3.7. Ảnh hưởng của hạn tới sự cân bằng hormone
1.1.3.8. Ảnh hưởng của hạn tới hàm lượng protein, axit amin và khoáng chất
1.1.3.9. Ảnh hưởng của hạn tới lipid
1.1.3.10. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình oxy hóa
1.1.3.11. Ảnh hưởng của hạn tới các phân tử
1.2. Sự đáp ứng của cây trồng với hạn
1.3. Vai trò của yếu tố phiên mã NAC trong quá trình đáp ứng với stress hạn của cây trồng
1.3.1. Tổng quan yếu tố phiên mã NAC
1.3.2. Cấu trúc đặc trưng của các protein NAC
1.3.3. Chức năng của yếu tố phiên mã NAC trong quá trình đáp ứng với hạn ở cây trồng
1.4. Vai trò của cây họ đậu
1.4.1. Vai trò của cây đậu tương
1.4.2. Vai trò của cây đậu gà
1.5. Ảnh hưởng của hạn tới cây đậu tương và đậu gà
1.6. Cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây họ đậu sử dụng kỹ thuật chuyển gen
2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
2.1.1. Vật liệu thực vật
2.1.2. Các chủng khuẩn, nấm men và vector
2.1.3. Các cặp mồi được sử dụng cho PCR và qRT-PCR
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
2.2.1. Thời gian nghiên cứu
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Trồng và xử lý cây đậu tương
2.3.2. Tách chiết, tinh sạch RNA và tổng hợp cDNA cho tách dòng gen GmNAC085
2.3.3. Thiết kế cấu trúc vector và phân tích khả năng hoạt động phiên mã của GmNAC085 trong nấm men
2.3.4. Thiết kế cấu trúc vector biểu hiện gen GmNAC085 trong cây mô hình Arabidopsis
2.3.5. Phương pháp biến nạp và sàng lọc cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085
2.3.6. Phương pháp phân tích cây chuyển gen 35S:GmNAC085 bằng kỹ thuật lai southern blot
2.3.7. Đánh giá khả năng sinh trưởng của các cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện thường
2.3.8. Phương pháp đo hàm lượng diệp lục ở lá
2.3.9. Đánh giá khả năng chịu hạn của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện xử lý hạn
2.3.9.1. Phương pháp đánh giá hạn trên cùng khay
2.3.9.2. Phương pháp cân trọng lượng cốc
2.3.9.3. Phương pháp đo nhiệt độ bề mặt lá của cây WT và cây chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện xử lý hạn
2.3.10. Đo tỷ lệ thành phần nước, mức độ rò rỉ ion và độ ẩm đất
2.3.11. Xác định hàm lượng malondiadehyde và khả năng hoạt động của các enzyme chống oxy hóa
2.3.12. Phương pháp trồng, xử lý và thu mẫu của cây đậu gà
2.3.13. Tách chiết RNA, xử lý DNAseI, và tổng hợp cDNA cho phân tích qRT-PCR
2.3.14. Phân tích sự biểu hiện của các gen bằng kỹ thuật qRT-PCR
2.3.15. Tiêu chuẩn lựa chọn gen CaNAC đáp ứng hạn tiềm năng
2.3.16. Phân tích ý nghĩa thống kê
3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu chức năng của gen GmNAC085 trong quá trình đáp ứng với điều kiện hạn ở cây mô hình Arabidopsis
3.1.1. Kết quả thiết kế cấu trúc vector và phân tích sự hoạt động phiên mã của GmNAC085 trong nấm men
3.1.2. Kết quả phân lập và thiết kế vector biểu hiện gen GmNAC085 trong cây mô hình Arabidopsis
3.1.3. Kết quả sàng lọc và lựa chọn các dòng cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085
3.1.4. Kết quả đánh giá kiểu hình của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 OE1 và OE2 ở điều kiện thường
3.1.5. Kết quả đánh giá khả năng kháng hạn của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085
3.1.6. Kết quả đánh giá mức độ phá hủy tế bào và tốc độ thoát hơi nước của các cây chuyển gen 35S:GmNAC085 ở điều kiện xử lý hạn
3.1.7. Sự biểu hiện của GmNAC085 tăng cường bảo vệ cây Arabidopsis chuyển gen chống lại phản ứng oxy hóa do stress hạn gây ra
3.1.8. Sự biểu hiện của GmNAC085 làm tăng mức biểu hiện của các gen chỉ thị trong cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 ở điều kiện stress hạn
3.2. Đánh giá mức độ biểu hiện của các gen CaNAC trong cây đậu gà ở điều kiện xử lý hạn và ABA
3.2.1. Kết quả so sánh tỷ lệ thành phần nước giữa hai giống đậu gà Hashem và ILC482 ở điều kiện xử lý mất nước
3.2.2. Đặc trưng biểu hiện của các gen CaNAC ở lá và rễ của giống Hashem và ILC482 trong điều kiện xử lý hạn
3.2.3. Đặc trưng biểu hiện của các gen CaNAC ở lá và rễ của giống Hashem và ILC482 trong điều kiện xử lý ABA
3.2.4. Sự biểu hiện khác nhau của các gen CaNAC ở trong lá của 2 giống ILC482 và Hashem
3.2.5. Sự biểu hiện khác nhau của các gen CaNAC trong rễ của 2 giống ILC482 và Hashem
3.2.6. Lựa chọn các gen CaNAC tiềm năng cho nghiên cứu chức năng sâu hơn
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu vai trò của các yếu tố phiên mã nac đáp ứng với điều kiện hạn ở cây họ đậu

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (159 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------- NGUYỄN HỮU KIÊN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CÁC YẾU TỐ PHIÊN MÃ NAC ĐÁP ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN HẠN Ở CÂY HỌ ĐẬU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------- NGUYỄN HỮU KIÊN NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA CÁC YẾU TỐ PHIÊN MÃ NAC ĐÁP ỨNG VỚI ĐIỀU KIỆN HẠN Ở CÂY HỌ ĐẬU Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 9420201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. Trần Phan Lam Sơn HÀ NỘI - 2020 ii luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Văn Đồng và TS. Trần Phan Lam Sơn.

Các kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã được công bố trong các Tạp chí khoa học quốc tế và đã được sự đồng ý của tất cả các tác giả trong các bài báo, và chưa từng được sử dụng để công bố trong các công trình nghiên cứu để nhận học vị nào khác. Tất cả trích dẫn đều ghi rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 TÁC GIẢ Nguyễn Hữu Kiên i luan an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn chương trình đào tạo hợp tác quốc tế IPA (International Program Associate) liên kết giữa Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS, Việt Nam) và Viện Nghiên cứu RIKEN Nhật (Bản) đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.

Nguyễn Văn Đồng (Nguyên Giám đốc Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Tế bào Thực vật – Viện Di truyền Nông nghiệp) và TS. Trần Phan Lam Sơn (Trưởng Nhóm nghiên cứu về con đường dẫn truyền tín hiệu (nay đổi tên thành Nhóm nghiên cứu về đáp ứng với yếu tố bất lợi) thuộc Trung tâm Khoa học về nguồn tài nguyên bền vững, Viện RIKEN, Nhật Bản) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện và hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các postdoc, kỹ thuật viên và nhân viên trong nhóm nghiên cứu của TS. Trần Phan Lam Sơn, nơi tôi thực hiện các nội dung của luận án đã hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện vể thời gian cho tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Đào tạo Sau đại học, thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam và lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình đặc biệt bố mẹ, anh chị và vợ luôn ủng hộ, động viên, khích lệ và là chỗ dựa về tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án nghiên cứu. Ngoài ra, tôi cũng gửi lời cảm ơn tới bạn bè và đồng nghiệp đã luôn ủng hộ và có những ý kiến đóng góp quý báu để tôi có thể hoàn thành luận án nghiên cứu này. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 TÁC GIẢ Nguyễn Hữu Kiên ii luan an MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC BẢNG. x DANH MỤC HÌNH.

xii MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu của luận án. Mục tiêu tổng quát.

Mục tiêu cụ thể. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.

Những đóng góp mới của luận án. TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Hạn hán và những ảnh hưởng bất lợi của hạn hán đối với cây trồng. Những thiệt hại của ngành trồng trọt do hạn hán gây ra.

Hạn hán và nguyên nhân gây ra hạn hán ở cây trồng. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng. Ảnh hưởng của hạn tới sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Ảnh hưởng của hạn tới đặc điểm hình thái và giải phẫu.

Ảnh hưởng của hạn tới mối quan hệ giữa cây và nước. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình quang hợp. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình hô hấp. Ảnh hưởng của hạn tới sự hấp thu dinh dưỡng khoáng.

Ảnh hưởng của hạn tới sự cân bằng hormone. Ảnh hưởng của hạn tới hàm lượng protein, axit amin và khoáng chất.19 iii luan an 1. Ảnh hưởng của hạn tới lipid. Ảnh hưởng của hạn tới quá trình oxy hóa.

Ảnh hưởng của hạn tới các phân tử. Sự đáp ứng của cây trồng với hạn. Vai trò của yếu tố phiên mã NAC trong quá trình đáp ứng với stress hạn của cây trồng. Tổng quan yếu tố phiên mã NAC.

Cấu trúc đặc trưng của các protein NAC. Chức năng của yếu tố phiên mã NAC trong quá trình đáp ứng với hạn ở cây trồng. Vai trò của cây họ đậu. Vai trò của cây đậu tương.

Vai trò của cây đậu gà. Ảnh hưởng của hạn tới cây đậu tương và đậu gà. Cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây họ đậu sử dụng kỹ thuật chuyển gen. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Vật liệu nghiên cứu. Vật liệu thực vật. Các chủng khuẩn, nấm men và vector. Các cặp mồi được sử dụng cho PCR và qRT-PCR.

Thời gian và địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Trồng và xử lý cây đậu tương. Tách chiết, tinh sạch RNA và tổng hợp cDNA cho tách dòng gen GmNAC085. Thiết kế cấu trúc vector và phân tích khả năng hoạt động phiên mã của GmNAC085 trong nấm men. 49 iv luan an 2.

Thiết kế cấu trúc vector biểu hiện gen GmNAC085 trong cây mô hình Arabidopsis. Phương pháp biến nạp và sàng lọc cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085. Phương pháp phân tích cây chuyển gen 35S:GmNAC085 bằng kỹ thuật lai southern blot. Đánh giá khả năng sinh trưởng của các cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện thường.

Phương pháp đo hàm lượng diệp lục ở lá. Đánh giá khả năng chịu hạn của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện xử lý hạn. Phương pháp đánh giá hạn trên cùng khay. Phương pháp cân trọng lượng cốc.

Phương pháp đo nhiệt độ bề mặt lá của cây WT và cây chuyển gen 35S:GmNAC085 trong điều kiện xử lý hạn. Đo tỷ lệ thành phần nước, mức độ rò rỉ ion và độ ẩm đất. Xác định hàm lượng malondiadehyde và khả năng hoạt động của các enzyme chống oxy hóa. Phương pháp trồng, xử lý và thu mẫu của cây đậu gà.

Tách chiết RNA, xử lý DNAseI, và tổng hợp cDNA cho phân tích qRT-PCR. Phân tích sự biểu hiện của các gen bằng kỹ thuật qRT-PCR. Tiêu chuẩn lựa chọn gen CaNAC đáp ứng hạn tiềm năng. Phân tích ý nghĩa thống kê.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu chức năng của gen GmNAC085 trong quá trình đáp ứng với điều kiện hạn ở cây mô hình Arabidopsis. Kết quả thiết kế cấu trúc vector và phân tích sự hoạt động phiên mã của GmNAC085 trong nấm men. Kết quả phân lập và thiết kế vector biểu hiện gen GmNAC085 trong cây mô hình Arabidopsis.

Kết quả sàng lọc và lựa chọn các dòng cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085. Kết quả đánh giá kiểu hình của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 OE1 và OE2 ở điều kiện thường. Kết quả đánh giá khả năng kháng hạn của cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085. Kết quả đánh giá mức độ phá hủy tế bào và tốc độ thoát hơi nước của các cây chuyển gen 35S:GmNAC085 ở điều kiện xử lý hạn.

Sự biểu hiện của GmNAC085 tăng cường bảo vệ cây Arabidopsis chuyển gen chống lại phản ứng oxy hóa do stress hạn gây ra. Sự biểu hiện của GmNAC085 làm tăng mức biểu hiện của các gen chỉ thị trong cây Arabidopsis chuyển gen 35S:GmNAC085 ở điều kiện stress hạn. Đánh giá mức độ biểu hiện của các gen CaNAC trong cây đậu gà ở điều kiện xử lý hạn và ABA. Kết quả so sánh tỷ lệ thành phần nước giữa hai giống đậu gà Hashem và ILC482 ở điều kiện xử lý mất nước.

Đặc trưng biểu hiện của các gen CaNAC ở lá và rễ của giống Hashem và ILC482 trong điều kiện xử lý hạn. Đặc trưng biểu hiện của các gen CaNAC ở lá và rễ của giống Hashem và ILC482 trong điều kiện xử lý ABA. Sự biểu hiện khác nhau của các gen CaNAC ở trong lá của 2 giống ILC482 và Hashem. Sự biểu hiện khác nhau của các gen CaNAC trong rễ của 2 giống ILC482 và Hashem.

Lựa chọn các gen CaNAC tiềm năng cho nghiên cứu chức năng sâu hơn. 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 113 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .115 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 134 vi luan an DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ tiếng anh Thuật ngữ tiếng việt ABA Abscisic acid Axit abscisic Ade Adenine A-đê-nin ABRC3 ABA response complex 3 Phức hợp đáp ứng ABA 3 AD Activation domain Vùng trình tự hoạt hóa AP2/ERF APETALA2/Ethylene response Các yếu tố liên kết đáp ứng element binding factors với ethylene APX Ascorbate peroxidase Ascorbate peroxidase AREB/ABF Abscisic acid-responsive Liên kết yếu tố đáp ứng ABA element binding ATP Adenosine triphosphate Adenosine triphosphat bZIP bZIP transcription factor Yếu tố phiên mã bZIP CAT Catalase Catalaza CCA1 Circadian clock associated 1 Liên kết nhịp sinh học 1 cDNA complementary DNA ADN bổ sung CO2 Carbon dioxide cacbon điôxít CSD1 Copper/Zinc superoxide Copper/Zinc superoxide dismutase 1 dismutase 1 D Drought Xử lý hạn DAD Days after drought Ngày sau xử lý hạn DNA Deoxinucleic acid Axit deoxinucleic DREB Dehydration responsive Protein liên kết với yếu tố đáp element-binding protein ứng mất nước ERD1 Early responsive to Đáp ứng sớm với bất lợi mất dehydration stress 1 nước 1 GM Germination medium Môi trường nảy mầm vii luan an GR Glutathione reductase Glutathione reductase His Histidine Histidin IAA Indole-3-acetic acid Axit indole-3-acetic LB Lysogeny broth Môi trường giàu dinh dưỡng nuôi khuẩn E.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

Nguyễn Hữu Kiên (2020). Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu [Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam]. LuanAn.net. https://luanan.net/nong-hoc/luan-an-tien-si-nghien-cuu-vai-tro-yeu-to-phien-ma-nac-dap-ung-han-o-cay-ho-dau

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ nông nghiệp nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC ứng phó hạn hán ở cây họ đậu, tối ưu hóa năng suất trong điều kiện khô hạn.

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Năm bảo vệ: 2020.

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" thuộc chuyên ngành Công nghệ sinh học. Danh mục: Nông Học.

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" có bao nhiêu trang?

Luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" có 159 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ nghiên cứu vai trò yếu tố phiên mã NAC dưới hạn ở cây họ đậu" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter