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 TS Lê Tiến Dũng TS Phạm Thị Lý Thu HÀ NỘI, 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu trình bày luận án thực Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cảm ơn, tài liệu trích dẫn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Chu Đức Hà ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, nghiên cứu sinh nhận tận tình giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Tiến Dũng, TS Phạm Thị Lý Thu, người thầy, người cô anh chị tận tình dẫn dắt, động viên tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu khoa học hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin biết ơn ý kiến đóng góp quý báu thầy, cô Ban Đào tạo Sau đại học - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban lãnh đạo Viện Di truyền Nơng nghiệp suốt q trình học tập Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn cán bộ, bạn bè đồng nghiệp công tác mơn 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) chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ động viên suốt trình thực luận án Đồng thời, luận án nghiên cứu sinh hỗ trợ kinh phí từ đề tài Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Việt Nam, mã số 106-NN.02-2013.46 Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên khích lệ suốt q trình học tập hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận án Chu Đức Hà iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu luận án Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 3.1 Ý nghĩa khoa học luận án 3.2 Ý nghĩa thực tiễn luận án Những đóng góp luận án CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Ảnh hưởng điều kiện môi trường đến đời sống thực vật 1.1.1 Tác động biến đổi khí hậu trồng nông nghiệp 1.1.2 Cơ chế tác động yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật 1.1.3 Cơ chế đáp ứng thực vật với điều kiện bất lợi 15 1.2 trò n ym m thionin sul oxid r ductas q trình ơxi hóa m thionin thực vật 18 1.2.1 Q trình ơxi hóa m thionin thực vật 18 1.2.2 Tổng quan họ enzyme methionine sulfoxide reductase 21 1.3 M thionin prot in giàu m thionin thực vật 29 1.3.1 Một vài nét m thionin vai trò methionine thực vật 29 iv 1.3.2 Prot in giàu m thionin thực vật 32 1.4 Tiềm ứng dụng enzyme methionine sulfoxide reductase chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu trồng 34 CHƯƠNG II T LIỆU À PHƯƠNG PH P NGHI N C U 38 2.1 ật liệu nghiên cứu 38 2.1.1 ật liệu cho nghiên cứu tin sinh học 38 2.1.2 ật liệu cho nghiên cứu thực nghiệm 38 2.2 Thời gian địa điểm nghiên cứu 38 2.2.1 Thời gian nghiên cứu 38 2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 38 2.3 Phương pháp nghiên cứu 39 2.3.1 Phương pháp tiếp cận tin sinh học 39 2.3.2 Phương pháp tiếp cận thực nghiệm 47 CHƯƠNG III KẾT QUẢ À THẢO LU N 51 3.1 Xác định phân tích prot in giàu methionine Arabidopsis 51 3.1.1 Tìm kiếm, xác định định danh g n mã hóa prot in giàu methionine Arabidopsis 51 3.1.2 Phân loại chức prot in giàu m thionin Arabidopsis 53 3.1.3 Phân tích đặc tính prot in giàu m thionin Arabidopsis 55 3.1.4 Phân tích mức độ biểu g n mã hóa MRP Arabidopsis điều kiện thường điều kiện bất lợi 60 3.1.5 Đánh giá mức độ đáp ứng Arabidopsis thaliana chuyển gen biểu mức g n At3G55240 với điều kiện bất lợi 67 3.2 Xác định phân tích prot in giàu M thionin đậu tương 74 3.2.1 Tìm kiếm, xác định định danh g n mã hóa prot in giàu methionine đậu tương 75 v 3.2.2 Phân loại chức g n mã hóa prot in giàu m thionin đậu tương 76 3.2.3 Phân tích mức độ biểu g n mã hóa prot in giàu methionine đậu tương 78 3.3 Phân tích in silico họ g n mã hóa n ym MSR đậu tương 82 3.3.1 Xác định họ g n mã hóa n ym MSRA g nom đậu tương 83 3.3.2 Phân tích tượng lặp g n họ g n mã hóa n ym MSRA đậu tương 85 3.3.3 Phân tích số đặc tính họ n ym MSRA đậu tương 87 3.4 Đánh giá đặc tính họ g n mã hóa n ym MSR đậu tương 90 3.4.1 Dự đoán yếu tố điều hòa cis- vùng promot r họ g n mã hóa enzyme MSR đậu tương 90 3.4.2 Đánh giá mức độ biểu g n mã hóa MSR đậu tương điều kiện thường điều kiện ngoại cảnh bất lợi tin sinh học 93 3.4.3 Phân tích mức độ đáp ứng g n mã hóa MSRB đậu tương điều kiện thường điều kiện ngoại cảnh bất lợi thực nghiệm 97 KẾT LU N À Đ NGH 105 Danh mục cơng trình cơng bố có liên quan đến luận án 106 Tài liệu tham khảo 107 Phụ lục 128 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Ch iế 120 RH Thu ng Tiếng Anh Root hair cells isolated 120 hours after Thu Tế bào lông rễ thu thời điểm sau gi o sowing 84 RH Root hair cells isolated 84 hours after ng Tiếng Việ Tế bào lông rễ thu thời điểm sau gi o sowing 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 liệu biểu gen Ile Isoleucine Isoleucin JA Jasmonic acid Axít asmonic Ka Nonsynonymous substitutions per Trị số thay trái nghĩa nonsynonymous site Ks Synonymous substitutions per Trị số thay 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 ánh sáng pI Isoelectric point Điểm đ ng điện Phe Phenylalanine Phenylalanin PlantCARE Plant cis-acting regulatory element Yếu tố điều hòa cis- 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 ơxi 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 Trp Tryptophan Tryptophan βAP β-aspartyl phosphate β-aspartyl phosphat viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tóm tắt họ g n mã hóa n ym m thionin sul oxid reductase số loài sinh giới 26 Bảng 2.1 Danh sách mồi sử dụng cho phản ứng qRT-PCR 47 Bảng 3.1 Phân loại chức g n mã hóa MRP Arabidopsis 53 Bảng 3.2 Một số phân tử MRP chứa nhiều Met Arabidopsis 55 Bảng 3.3 Phân tích định khu nội bào MRP yếu tố điều hòa ciscủa g n mã hóa MRP Arabidopsis 57 Bảng 3.4 Gen AtMRP có mức độ phiên mã đáp ứng điều kiện hạn mặn 65 Bảng 3.5 Thông tin số MRP có thành phần M t kích thước phân tử bật 76 Bảng 3.6 Phân loại chức g n mã hóa MRP đậu tương th o Mapman 77 Bảng 3.7 G n mã hóa GmMRP có mức độ biểu đáp ứng với điều kiện hạn R 81 Bảng 3.8 Thông tin giải họ g n mã hóa n ym MSRA đậu tương 84 Bảng 3.9 Hiện tượng lặp gen họ enzyme MSRA đậu tương 85 Bảng 3.10 Một số đặc tính họ n ym MSRA đậu tương 88 Bảng 3.11 Tóm tắt kết phân tích biểu g n mã hóa MSRB đậu tương điều kiện thường 102 Bảng 3.12 Tóm tắt kết phân tích biểu g n mã hóa MSRB đậu tương điều kiện hạn 103 Bảng 3.13 Tóm tắt kết phân tích biểu g n mã hóa MSRB đậu tương điều kiện mặn 104 ... biểu gen mã hóa methionine sulfoxide reductase điều kiện stress mặn, hạn Arabidopsis đậu tương” Mục iêu nghiên cứu lu n án Mục tiêu luận án nhằm x m xét vai trò enzyme methionine sulfoxide reductase. .. 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. .. 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