Luận án nghiên cứu biểu hiện gen MSR chịu stress mặn hạn - Chu Đức Hà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM CHU ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN MÃ HÓA METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE TRONG ĐIỀU KIỆN STRESS MẶN, HẠN Ở CÂY ARABIDOPSIS VÀ ĐẬU TƯƠNG LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM CHU ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN MÃ HÓA METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE TRONG ĐIỀU KIỆN STRESS MẶN, HẠN Ở CÂY ARABIDOPSIS VÀ ĐẬU TƯƠNG Chuyên ngành : Công nghệ Sinh học Mã số : 9420201 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Lê Tiến Dũng 2. Phạm Thị Lý Thu HÀ NỘI, 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả nghiên cứu đã nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác.

Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn, các tài liệu trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Chu Đức Hà ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận án này, nghiên cứu sinh đã nhận được sự tận tình giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân. Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Tiến Dũng, TS.

Phạm Thị Lý Thu, những người thầy, người cô và các anh chị đã tận tình dẫn dắt, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh xin biết ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô Ban Đào tạo Sau đại học - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp trong suốt quá trình học tập. Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các cán bộ, bạn bè đồng nghiệp công tác tại bộ môn Sinh học phân tử, phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử Sắn - Viện Di truyền Nông nghiệp, Trung tâm Tài nguyên Bền vững RIKEN (Nhật Bản) đã chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ động viên trong suốt quá trình thực hiện luận án. Đồng thời, luận án của nghiên cứu sinh cũng được hỗ trợ kinh phí từ đề tài của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam, mã số 106-NN.

Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên khích lệ trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Chu Đức Hà iii MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt.

vi Danh mục bảng. viii Danh mục hình. ix MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của luận án.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Ý nghĩa khoa học của luận án. Ý nghĩa thực tiễn của luận án.

Những đóng góp mới của luận án. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến đời sống thực vật. Tác động của biến đổi khí hậu đối với cây trồng nông nghiệp hiện nay.

Cơ chế tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật. Cơ chế đáp ứng của thực vật với điều kiện bất lợi. ai trò của n ym m thionin sul oxid r ductas và quá trình ôxi hóa m thionin ở thực vật. Quá trình ôxi hóa m thionin ở thực vật.

Tổng quan về họ enzyme methionine sulfoxide reductase. M thionin và prot in giàu m thionin ở thực vật. Một vài nét về m thionin và vai trò của methionine ở thực vật. Prot in giàu m thionin ở thực vật.

Tiềm năng ứng dụng của enzyme methionine sulfoxide reductase trong chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu ở cây trồng. 34 CHƯƠNG II T LIỆU À PHƯƠNG PH P NGHI N C U. ật liệu nghiên cứu. ật liệu cho nghiên cứu tin sinh học.

ật liệu cho nghiên cứu thực nghiệm. Thời gian và địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp tiếp cận bằng tin sinh học. Phương pháp tiếp cận bằng thực nghiệm. 47 CHƯƠNG III KẾT QUẢ À THẢO LU N.

Xác định và phân tích prot in giàu methionine ở Arabidopsis. Tìm kiếm, xác định và định danh g n mã hóa prot in giàu methionine ở Arabidopsis. Phân loại chức năng của prot in giàu m thionin ở Arabidopsis. Phân tích đặc tính cơ bản của prot in giàu m thionin ở Arabidopsis.

Phân tích mức độ biểu hiện g n mã hóa MRP trên Arabidopsis trong điều kiện thường và điều kiện bất lợi. Đánh giá mức độ đáp ứng của cây Arabidopsis thaliana chuyển gen biểu hiện quá mức g n At3G55240 với điều kiện bất lợi. Xác định và phân tích prot in giàu M thionin ở đậu tương. Tìm kiếm, xác định và định danh g n mã hóa prot in giàu methionine ở đậu tương.

Phân loại chức năng của g n mã hóa prot in giàu m thionin ở đậu tương. Phân tích mức độ biểu hiện của g n mã hóa prot in giàu methionine ở đậu tương. Phân tích in silico họ g n mã hóa n ym MSR ở đậu tương. Xác định họ g n mã hóa n ym MSRA ở g nom cây đậu tương.

Phân tích hiện tượng lặp g n của họ g n mã hóa n ym MSRA ở đậu tương. Phân tích một số đặc tính cơ bản của họ n ym MSRA ở đậu tương. Đánh giá đặc tính của họ g n mã hóa n ym MSR ở đậu tương. Dự đoán yếu tố điều hòa cis- ở vùng promot r của họ g n mã hóa enzyme MSR ở đậu tương.

Đánh giá mức độ biểu hiện của g n mã hóa MSR ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng tin sinh học. Phân tích mức độ đáp ứng của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng thực nghiệm. 97 KẾT LU N À Đ NGH. 105 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án.

106 Tài liệu tham khảo. 128 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ch iế Thu ng Tiếng Anh Thu ng Tiếng Việ 120 RH Root hair cells isolated 120 hours after Tế bào lông rễ thu ở thời điểm sowing giờ sau khi gi o 84 RH Root hair cells isolated 84 hours after Tế bào lông rễ thu ở thời điểm sowing giờ sau khi gi o ABA Abscisic acid Axit abscisic Cd Cadmium Cadimi CRE Cis- regulatory element Yếu tố điều hòa cis- cTP Chloroplast transited peptide Trình tự hướng vào lục lạp Cys Cysteine Cystein DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic fMet N-Formylmethionine N-Formylmethionin GEO Gene expression omnibus Kho dữ liệu biểu hiện gen Ile Isoleucine Isoleucin JA Jasmonic acid Axít asmonic Ka Nonsynonymous substitutions per Trị số thay thế trái nghĩa nonsynonymous site Ks Synonymous substitutions per Trị số thay thế đồng nghĩa synonymous site L Leaf Lá Lys Lysine Lysin Met Methionine Methionin MetO Methionine sulfoxide Methionin sulfoxit MetO2 Methionine sulfone Methionin sulfon Met-S-O Methionine-S-sulfoxide Methionin-S-sulfoxit Met-R-O Methionine-R-sulfoxide Methionin-R-sulfoxit MRP Methionine rich protein Prot in giàu m thionin mRNA Messenger RNA ARN thông tin vii MS Murashige-Skoog Murashige-Skoog MSR Methionine sulfoxide reducatase Methionin sulfoxit reducataza MYBR MYB recognition Yếu tố nhận biết MYB MYCR MYC recognition Yếu tố nhận biết MYC N Nodule Nốt sần NADPH Nicotinamide adenine dinucleotide Nicotinamit adenin dinucleotit phosphate phosphat NST Chromosome Nhiễm sắc thể OPH O-phosphohomoserine O-phosphohomoserin PEL Pseudo-etiolation in light Giả vàng úa trong ánh sáng pI Isoelectric point Điểm đ ng điện Phe Phenylalanine Phenylalanin PlantCARE Plant cis-acting regulatory element Yếu tố điều hòa cis- ở thực vật PS Phytosiderophore Phytosiderophore qRT-PCR Quantitative Realtime PCR PCR định lượng thời gian thực R Root Rễ RBC RIKEN Bioresource Center Trung tâm tài nguyên sinh học RIKEN RNA Ribonucleic acid Axit ribonucleic ROS Reactive oxygen species Gốc hoạt động chứa ôxi RT Root tips Chóp rễ S Sulfur Lưu huỳnh SA Salicylic acid Axít salicylic SAM Adenosyl-L-methionine Adenosyl-L-Methionin TF Transcription factor Nhân tố phiên mã TraVA Transcriptome variation analysis Phân tích hệ thống biểu hiện Trp Tryptophan Tryptophan βAP β-aspartyl phosphate β-aspartyl phosphat viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tóm tắt họ g n mã hóa n ym m thionin sul oxid reductase ở một số loài trong sinh giới. Danh sách mồi sử dụng cho phản ứng qRT-PCR.

Phân loại chức năng g n mã hóa MRP trong Arabidopsis. Một số phân tử MRP chứa nhiều Met ở Arabidopsis. Phân tích định khu nội bào của MRP và yếu tố điều hòa cis- của g n mã hóa MRP ở Arabidopsis. Gen AtMRP có mức độ phiên mã đáp ứng trong điều kiện hạn và mặn.

Thông tin về một số MRP có thành phần M t và kích thước phân tử nổi bật. Phân loại chức năng g n mã hóa MRP ở đậu tương th o Mapman. G n mã hóa GmMRP có mức độ biểu hiện đáp ứng với điều kiện hạn ở lá 6 và R. Thông tin chú giải về họ g n mã hóa n ym MSRA ở đậu tương.

Hiện tượng lặp gen ở họ enzyme MSRA ở đậu tương. Một số đặc tính cơ bản của họ n ym MSRA ở đậu tương. Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường. Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện hạn.

Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện mặn. 104 ix DANH MỤC HÌNH Hình. Sự chênh lệch giữa năng suất lý thuyết, tiềm năng và thực tế. Kịch bản biến đổi khí hậu trên thế giới trong giai đoạn 2020 - 2050.

Bản đồ xâm nhập mặn khu vực đồng bằng sông Cửu Long năm 6. Yếu tô bất thuận tác động đến đời sống của thực vật. Sự hình thành ROS trong tế bào thực vật. Quá trình ôxi hóa m thionin trong tế bào.

Phản ứng khử MetO về M t thông qua sự hoạt động của enzyme MSR. ai trò của M t và SAM liên quan đến các quá trình diễn ra trong tế bào thực vật. Cách tiếp cận để xác định MRP trên đối tượng Arabidopsis. Tìm kiếm yếu tố điều hòa cis- trên vùng promot r của các g n mã hóa AtMRP ở Arabidopsis.

Dự đoán sự xuất hiện của 3 CRE đáp ứng với yếu tố phi sinh học bất thuận trên vùng promot r của g n mã hóa AtMRP.