Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Tổng quan về yếu tố phiên mã NF-YB

1.1.1. Cấu trúc của NF-Y và tiểu phần NF-YB

TF được đặc trưng bởi protein liên kết với chuỗi DNA ngắn trong

vùng promoter của các gene và do đó điều hòa sự biểu hiện của gene, TF

có thể làm tăng cường hoặc kìm hãm phiên mã. Các TF đóng vai trò quan

trọng trong nhiều q trình sinh lý, sinh hóa diễn ra trong tế bào. Trong đó,

NF-Y còn được gọi là protein hoạt hóa heterotrimeric (Histo-aspartic

protease, HAP) hoặc yếu tố bám CAAT là một nhóm TF được tìm thấy

trong hầu hết các lồi trong sinh giới, có thể kể đến như nấm men (Hahn et al.,

1988; McNabb et al., 1995), thực vật (Edwards et al., 1998; Siefers et al.,

2009) và một số loài động vật khác như Mus (chuột nhắt), Rattus (chuột cống)

và Homo sapiens (lồi người). Trong đó, sự có mặt của nhóm NF-Y đã được

ghi nhận ở tất cả các loài thực vật (Laloum et al., 2013). Một số nghiên cứu đã

ghi nhận vai trò của NF-Y trong điều hòa các q trình phát triển (Li et al.,

2016) và đáp ứng với yếu tố bất lợi ở thực vật (Quach et al., 2015).

Trong đó, tiểu phần NF-YB được mã hóa bởi 1 họ đa gene. Tiểu

phần NF-YB đặc trưng bởi vùng tương tác NF-YA và NF-YC bảo thủ và

một miền liên kết DNA. Trình tự của NF-YB có liên quan đến một vùng

bảo thủ có sự tương đồng về cấu trúc amino acid với vùng gấp histone của

histone H2B (Laloum et al., 2013). Mẫu này gồm ba liên kết α - helix được

phân tách bằng hai miền vòng kiềm β. Nó liên quan đến sự tương tác

protein - DNA và protein - protein và được tìm thấy trong các protein

chuyển hóa DNA khác nhau.

1.1.2. Vai trò của NF-YB đối với thực vật

Các TF tham gia trong mạng lưới điều hòa hoạt động gene đáp ứng

các điều kiện bất lợi đã biết cho tới nay được xác định thuộc hầu hết các

nhóm TF lớn ở thực vật, trong đó NF-Y là một trong những TF được

nghiên cứu nhiều nhất. Các báo cáo ban đầu về gene NF-Y trong thực vật

đã được công bố rất sớm, từ những năm 1990 (Li et al., 1992; Edwards et

Khóa luận tốt nghiệp



12



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nơng - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



al., 1998). Trong thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã làm sáng tỏ các chức

năng sinh học của phức hợp NF-Y trong A. thaliana và các loài thực vật

khác, chứng tỏ rằng phức hợp này hoạt động trong q trình sinh trưởng,

phát sinh phơi, phát triển hạt giống, thời gian ra hoa, sự kéo dài rễ, abscisic

acid (ABA), hạn hán, sự kéo dài của tiểu cầu (Mantovani, 1999; Petroni et

al., 2012). Tất cả những nghiên cứu này cho thấy họ gene NF-Y là một họ

gene lớn và rất quan trọng đối với nhiều khía cạnh của cuộc sống thực vật.

NF-Y cũng có một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng với bất lợi

phi sinh học, chẳng hạn như hạn hán, mặn, lạnh, và nhiệt. Nhiều tiểu phần

của NF-YA, NF-YB và NF-YC đóng vai trò quan trọng trong đáp ứng với

hạn hán (Nelson et al., 2007; Li et al., 2008). Siêu biểu hiện của NF-YA5 đã

kìm hãm sự mất nước ở lá và tăng cường tính chịu hạn, trong khi NF-YA5

đột biến làm cây chuyển gene nhạy cảm hơn với hạn, điều này gợi ý rằng

NF-YA5 đóng vai trò quan trọng trong cơ chế đáp ứng hạn ở thực vật (Li et

al., 2008). Ngoài NF-YA, NF-YB cũng tham gia vào khả năng chống chịu

hạn của A. thaliana. Sự biểu hiện quá mức của NF-YB1 tăng cường hạn hán

của cây trồng (Nelson et al., 2007). Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng

đến sự biểu hiện của các gene liên quan đến tín hiệu ABA, NF-YB1 có thể

điều chỉnh đáp ứng hạn theo con đường tín hiệu khơng phụ thuộc ABA

(Nelson et al., 2007).

Trước đây, AtNF-YB9 mã hóa LEC1, đã được chứng minh là một

chất điều khiển sự phát triển phôi (Mu et al., 2013). Nhiều báo cáo đã cho

rằng gene mã hóa NF-Y ở A. thaliana đóng vai trò thiết yếu bổ sung trong

q trình phát triển phôi (Mu et al., 2013). Các cây A. thaliana biểu hiện

quá mức AtNF-YB1 đã làm tăng khả năng chống chịu hạn so với đối chứng

(Mu et al., 2013). Khi các cây ngơ chuyển gene có biểu hiện q mức

ZmNF-YB2 dẫn đến sự gia tăng đáng kể năng suất hạt trong điều kiện thiếu

hụt nước (Nelson et al., 2007). Trong lúa mì (Triticum aestivum), sự biểu

hiện quá mức của TaNF-YB3, một gene được điều chỉnh bởi ánh sáng, dẫn

đến sự gia tăng đáng kể lượng chất diệp lục và quang hợp (Ma et al., 2015).

Khóa luận tốt nghiệp



13



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nơng học



Các thí nghiệm cho thấy NF-YB2 và NF-YB3, từ A. thaliana và lúa mạch

(Hordeum vulgare) có vai trò tương đồng và bổ sung trong việc kích thích

sự ra hoa của A. thaliana.

Các gene mã hóa tiểu phần NF-YB đã được giải mã trên một số cây

trồng quan trọng. Trong số đó, 32 gene mã hóa NF-YB đã được xác định

trên genome của đậu tương (Quach et al., 2015). Nghiên cứu trên cây kê

(Foxtail millet) cũng đã tìm ra được 15 gene NF-YB, được đặt tên là SiNFYB (Feng et al., 2015). Có thể thấy rằng, các gene mã hóa NF-YB ở thực

vật nói chung là 1 họ đa gene, số lượng gene thành viên rất đa dạng giữa

loài này với lồi khác. Sự khác nhau này, có lẽ được giải thích do sự sai

khác về số lượng NST của mỗi loài và liên quan đến chức năng của NF-YB

trong tế bào thực vật. Khả năng tham gia của các NF-YB trong phản ứng

với bất lợi sinh học đã được biết đến một cách gián tiếp qua các tín hiệu,

các phân tích chức năng.

1.2. Tình hình nghiên cứu về yếu tố phiên mã NF-YB

hiện nay

1.2.1. Tình hình nghiên cứu về yếu tố phiên mã NF-YB trên thế giới

Kết quả của một cách tiếp cận di truyền chức năng đã xác định được

một nhân tố phiên mã NF-Y, AtNF-YB1, hoạt động thông qua một cơ chế

chưa được mô tả trước đây để cải thiện hiệu suất trong A. thaliana trong

điều kiện hạn hán. Một yếu tố phiên mã ngơ ZmNF-YB2, có hoạt tính tương

đương. Trong các điều kiện hạn chế về nước, cây ngơ biến đổi gene có biểu

hiện ZmNF-YB2 tăng lên cho thấy khả năng chịu hạn dựa trên phản ứng của

một số thông số liên quan đến bất lợi, bao gồm hàm lượng chất diệp lục, độ

mở của khí khổng, nhiệt độ lá, giảm sự héo và duy trì quang hợp. Những sự

thích nghi bất lợi này góp phần vào lợi thế về năng suất hạt đối với ngô

trong các môi trường hạn chế nước (Nelson et al., 2007).

Sử dụng các lợi thế của dự thảo bộ gene đậu tương gần đây và thông

tin về các đặc trưng chức năng của TF NF-Y trong thực vật, đã xác định và

điều tra 68 gene NF-Y (21 GmNF-YA, 32 GmNF-YB, 15 GmNF-YC) và 13

Khóa luận tốt nghiệp



14



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



gene NC2 cho mơ hình biểu hiện của chúng trong các mô đậu tương và để

đáp ứng với hạn hán. Các phân tích phát sinh lồi cho thấy protein của đậu

tương có tính tương đồng lớn đối với A. thaliana và rất nhiều trong số

chúng có liên quan mật thiết với chức năng NF-Y trong thực vật. Phân tích

biểu hiện ở các mô khác nhau của hoa, lá, rễ, hạt của các giai đoạn phát

triển khác nhau, cho thấy rằng một số nhóm đậu tương NF-Y có thể tham

gia vào các phản ứng phát triển và bất lợi cụ thể (Quach et al., 2015).

Tổng số 33 NF-Y bao gồm 8 tiểu phần NF-YA, 11 NF-YB và 14 NFYC đã được truy cập từ genome của cây lúa miến. Nghiên cứu này đã mơ

tả đặc tính của họ gene NF-Y cây lúa miến về cấu trúc gene, vị trí NST,

motif protein, cây phân loại, sao chép gene và biểu hiện in silico trong các

bất lợi phi sinh học. Gene SbNF-Y được xác định phân bố trên tất cả 10

NST của lúa miến với sự thay đổi tần suất và 18 trong số 33 SbNF-Ys đã

được tìm thấy là khơng liên kết. Sự kiện sao chép phân đoạn được tìm thấy

là tính năng vượt trội dựa trên nghiên cứu mơ hình gene sao chép. Một số

nhóm orthologs và paralogs đã được tiết lộ thơng qua phân tích cây phân

loại của protein SbNF-Y cùng với 36 protein của A. thaliana và 28 protein

NF-Y của gạo. Phân tích biểu hiện in silico dưới áp suất abiotic bằng cách

sử dụng các dữ liệu trong bản sao của lúa cho thấy một vài gene lúa miến

NF-Y liên quan đến muối, hạn hán, lạnh và nhiệt (Malviya et al., 2016).

Trong Brassica napus, mỗi tiểu phần NF-YA, NF-YB, NF-YC tạo

thành một phân họ. Thực vật NF-Ys đã được báo cáo là có liên quan đến

một số bất lợi phi sinh học. Trong nghiên cứu này, tác giả đã chứng minh

rằng nhiều thành viên của 33 BnNF-Ys đáp ứng nhanh chóng với điều kiện

ngập, mặn, hạn hán hoặc ABA. BnNF-YAs, 7 BnNF-YBs và 2 BnNF-YCs đã

được điều chỉnh tăng lên do áp suất muối, trong khi biểu hiện của 13

BnNF-YAs, 10 BnNF-YB và 4 BnNF-YCs đã được tạo ra do hạn hán. Dưới

tác dụng NaCl, biểu hiện của 1 BnNF-YA10 và 4 NF-YBs (BnNF-YB3,

BnNF-YB7, BnNF-YB10, và NF-YB14) đã được tăng lên rất nhiều. Một số

thành viên của họ NF-Y thể hiện các hình thức biểu hiện tuyến cận giáp.

Khóa luận tốt nghiệp



15



Lê Hoàng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



Các promoter của tất cả các BnNF-Y đáp ứng bất lợi có chứa ít nhất 2 loại

cis- liên quan đến bất lợi như ABRE, DRE, MYB, hoặc MYC. Các ciselement tổ chức BnNF-Ys là tương tự như của A. thaliana và các vùng

promoter biểu hiện mức độ cao hơn về chuỗi nucleotide với B. rapa hơn so

với B. oleracea (Liang et al., 2014).

1.2.2. Tình hình nghiên cứu về yếu tố phiên mã NF-YB ở Việt Nam

Gần đây, Chu Đức Hà và cộng sự (2017a) đã có nghiên cứu xác định

và phân tích cấu trúc gene mã hóa TF NF-YB ở cam ngọt (Citrus sinensis).

Kết quả đã xác định được 19 gene mã hóa cho tiểu phần NF-YB, được đặt

tên lần lượt từ CsNF-YB1 đến CsNF-YB19 tương ứng với 19 thành viên

trên genome cam ngọt. Hầu hết các gene này phân bố rải rác trên bộ NST

của cam ngọt, ngoại trừ 2 gene CsNF-YB18 và CsNF-YB19 chưa được chú

giải trên hệ tham chiếu hiện tại. Hầu hết các gene CsNF-YB đều được tăng

cường phiên mã tại ít nhất 1 mơ hoặc cơ quan chính. Gene CsNF-YB6 được

tăng cường phiên mã ở lá, trong khi CsNF-YB3 và CsNF-YB7 có thể được

tích lũy nhiều ở callus. Một số gene như CsNF-YB5, CsNF-YB13, CsNFYB15 có mức độ biểu hiện rất mạnh ở cả 4 mô, cơ quan chính trên cây cam

ngọt, chứng tỏ các gene này có thể tham gia vào nhiều q trình trong tế

bào, có lẽ cũng liên quan đến cơ chế đáp ứng điều kiện ngoại cảnh bất lợi ở

cây cam ngọt (Chu Đức Hà và cs., 2017a).

Tiếp theo, Chu Đức Hà và cộng sự (2017b) đã nghiên cứu xác định

các gene mã hóa NF-YB trên sắn (Manihot esculenta Crantz) bằng công cụ

tin sinh học. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tiến hành xác định các

gene mã hóa NF-YB dựa trên genome của sắn đã được giải mã gần đây.

Thông tin về chú giải họ gene, vị trí phân bố trên NST và đặc tính của gene

đã được phân tích. Dữ liệu biểu hiện của các gene mã hóa NF-YB được tìm

hiểu dựa trên dữ liệu microarray trên cổng thông tin Gene Expression

Omnibus (GEO). Kết quả đã xác định được 17 gene mã hóa cho tiểu phần

NF-YB ở sắn. Các gene này phân bố rải rác trên genome của sắn. Cấu trúc

của họ gene MeNF-YB rất đa dạng về chiều dài và sự sắp xếp exon/intron.

Khóa luận tốt nghiệp



16



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



Các gene cùng nằm trên một nhánh phân loại thường có cấu trúc

exon/intron tương đồng nhau. Phân tích dữ liệu microarray cho thấy, hầu

hết các gene NF-YB đều được tăng cường phiên mã tại ít nhất 1 mơ chính.

Điều này chứng tỏ rằng các gene NF-YB ở sắn có thể liên quan đến các quá

trình sinh trưởng, phát triển của các mô phân sinh. Kết quả của nghiên cứu

này sẽ cung cấp những dẫn liệu quan trọng về đặc tính của NF-YB, từ đó

góp phần xác định họ TF NF-Y ở cây sắn (Chu Đức Hà và cs., 2017b).

1.3. Giới thiệu về cây sắn

1.3.1. Nguồn gốc, phân loại của cây sắn

Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) hay còn có tên khác: khoai mì,

cassava, tapioca, yuca, mandioca, manioc, maniok, singkong, ubi kayu,

aipim, macaxeir, kappa, maracheeni. Là cây lương thực ăn củ hàng năm, có

thể sống lâu năm, thuộc chi Sắn (Manihot), họ Thầu dầu (Euphorbiaceae),

bộ Sơ ri (Malpighiales), lớp Hai lá mầm (Magnoliopsida) và thuộc ngành

Thực vật có hạt (Rosanae). Cây sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của

châu Mỹ La tinh và được trồng cách đây khoảng 5000 năm. Trung tâm phát

sinh cây sắn được giả thiết tại vùng Đông Bắc của Brazil, nơi có nhiều

chủng loại sắn trồng và hoang dại. Về nguồn gốc tiến hóa, M. esculenta

Crantz được thuần hóa có quan hệ gần gũi với hai lồi M. flabellifolia Pohl

và M. peruvuana Mueller được tìm thấy hoang dại ngồi tự nhiên. Trong

đó, phân lồi flabellifolia được cơng nhận chính thức là gần gũi nhất của

cây sắn.

Người Bồ Đào Nha đã đưa cây sắn đến Congo (Châu Phi) vào thế kỷ

16. Ở châu Á, sắn xuất hiện ở Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 và Sri Lanka vào

đầu thế kỷ 18. Sau đó, sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanmar và các

nước châu Á khác ở cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19. Cây sắn được đưa vào

Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18 (Hoàng Kim và cs., 1996). Sắn được trồng

phổ biến ở hầu hết các tỉnh của Việt Nam từ Bắc đến Nam. Diện tích sắn

trồng nhiều nhất ở vùng Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, trung du và miền núi

phía Bắc, duyên hải miền Trung và Bắc Trung Bộ.

Khóa luận tốt nghiệp



17



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nơng học



1.3.2. Đặc điểm hình thái và di truyền của cây sắn

1.3.2.1. Đặc điểm hình thái của cây sắn

Nhìn chung, các giống sắn khác nhau có thể được phân biệt qua đặc

điểm hình thái trên một số cơ quan chính, bao gồm lá đỉnh, lá trưởng thành,

thân, rễ (Chu Đức Hà và cs., 2015). Một số đặc điểm hình thái được đánh

giá là ổn định và hầu như ít thay đổi do điều kiện ngoại cảnh (Trần Ngọc

Ngoạn, 2007) đặc trưng cho từng giống.

Lá cây sắn thuộc loại lá đơn, mọc xen kẽ trên thân, cành. Lá sắn có

những khía sâu tạo thành các thùy lá, số lượng thùy trên mỗi lá phụ thuộc

vào giống. Mặt trên của lá có màu xanh thẫm, mặt dưới lá xanh nhạt có gân

lá nổi rõ, ở giữa lá đối với một số giống có lớp sáp trắng, lớp sáp này giúp

cho cây chống hạn rất tốt. Cây sắn thường có lá kèm còn gọi là lá nguyên,

lá kèm có 1 - 2 thùy, mọc tại vị trí cuống lá chính và gắn vào thân cây

(Đinh Thế Lộc và cs., 1997).

Hoa sắn thuộc loại hoa chùm có cuống dài, thường mọc ở phía ngọn

thân, số lượng hoa cái ít hơn hoa đực và thường nở trước hoa đực nên cây

thường thụ phấn chéo nhờ gió và cơn trùng. Quả sắn thuộc loại quả nang,

mở khi chín, có màu nâu nhạt đến đỏ tía, có hình lục giác, đường kính 1 1,5 cm chia thành ba ngăn, mỗi ngăn có một hạt. Quả có khi nhẵn nhưng

thường có 6 cánh, khúc khuỷu, hình thành từ những cánh của bầu hoa. Màu

sắc từ lục nhạt, hơi vàng đến lục hay đỏ tía khá đậm. Hạt sắn hình trứng,

tiết diện hơi giống hình tam giác, hạt có vân hoặc những vết nâu đỏ trên

nền màu kem hoặc xám nhạt (Đinh Thế Lộc và cs., 1997).

Sắn thường có một thân đơn, mọc thẳng, thuộc loại thân gỗ cao trung

bình từ 2 - 3 m, đường kính thân trung bình 2 - 6 cm, giữa thân có lõi trắng

và xốp nên rất yếu. Màu sắc thân tùy thuộc vào giống và từng giai đoạn

phát triển của cây. Thân non có màu xanh hoặc màu đỏ tía. Thân già màu

sắc thay đổi thành màu vàng, vàng tro, xám, trắng bạc hay xám lục. Thân

có nhiều mắt sắp xếp xen kẽ nhau theo vị trí của lá, nhìn bề ngồi thân

khúc khuỷu, xù xì (Đinh Thế Lộc và cs., 1997). Chiều cao cây của các

Khóa luận tốt nghiệp



18



Lê Hồng Thu Phương D - CNSH4A



Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang

Khoa Nông học



giống sắn chịu ảnh hưởng bởi đặc điểm di truyền và điều kiện ngoại cảnh.

Mỗi giai đoạn sinh trưởng khác nhau chiều cao cây khác nhau và chiều cao

tăng dần theo thời gian sinh trưởng.

Rễ con là rễ ở mô phân sinh. Rễ con lúc đầu mọc dài theo hướng

ngang sau đó phát triển theo hướng xuyên xuống sâu. Rễ cái đối với cây

mọc từ hạt mọc theo hướng thẳng đứng và từ rễ cái sẽ mọc ra nhiều rễ con.

Rễ con chủ yếu làm nhiệm vụ hút nước và dinh dưỡng để nuôi cây. Rễ con

nếu gặp điều kiện không thuận lợi sẽ mọc đâm sâu để hút nước và dinh

dưỡng. Rễ củ được hình thành do sự phình to và tích lũy tinh bột của rễ

con. Rễ con tập trung được nhiều dinh dưỡng, khi gặp điều kiện thuận lợi

tượng tầng sẽ phát triển mạnh tạo thành củ. Những rễ con phát triển ở

những mô phân sinh thường tập trung nhiều dinh dưỡng nên phần lớn

những rễ này dễ phát triển thành củ. Củ thường phát triển theo hướng nằm

ngang hoặc chếch xuyên sâu vào đất. (Đinh Thế Lộc và cs., 1997). Hai loại

rễ này không khác nhau về cấu tạo và đều có thể phát triển thành củ, nhưng

thực tế, đa số củ được hình thành là rễ của mô phân sinh.

1.3.2.2. Đặc điểm di truyền học của cây sắn

Sắn là cây đa bội thể phức tạp, có 36 nhiễm sắc thể (NST). Sắn có

phổ thích nghi rộng, có khả năng giữ được các đặc tính ưu tú thông qua

phương pháp chọn lọc và nhân giống vơ tính, vì vậy rất thuận lợi cho cơng

tác cải tiến giống (Hoàng Kim và cs., 1996).

Các giống sắn trên thế giới được nghiên cứu chủ yếu ở trung tâm

Nông nghiệp nhiệt đới quốc tế (International center for tropical agriculture,

CIAT) tại Colombia và Thái Lan, viện Nông nghiệp nhiệt đới quốc tế

(International institute of tropical agriculture, IITA) tại Nigeria, cùng với

viện nghiên cứu quốc gia và các trường đại học ở những nước trồng, tiêu

thụ nhiều sắn. CIAT, IITA đã có những chương trình nghiên cứu rộng lớn

về thu thập, nhập nội, chọn tạo và cải tiến giống sắn, kết hợp với các

chương trình sắn quốc gia.

Khóa luận tốt nghiệp



19



Lê Hoàng Thu Phương D - CNSH4A



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×