phÂn lẬp vÀ nghiÊn cỨu gen mà hÓa nhÂn tỐ phiÊn mà … tat luan an.pdf · thụ trong...

28
ĐẠI HC QUC GIA HÀ NI TRƢỜNG ĐẠI HC KHOA HC TNHIÊN ----------------------- Nguyễn Duy Phƣơng PHÂN LP VÀ NGHIÊN CU GEN MÃ HÓA NHÂN TPHIÊN MÃ LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHU HN CA THC VT Chuyên ngành: Hóa sinh hc Mã s: 62420116 DTHO TÓM TT LUN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Ni - 2015

Upload: letram

Post on 29-Aug-2019

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-----------------------

Nguyễn Duy Phƣơng

PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA

NHÂN TỐ PHIÊN MÃ LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH

CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT

Chuyên ngành: Hóa sinh học

Mã số: 62420116

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội - 2015

Page 2: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

Công trình đƣợc hoàn thành tại:

Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. Phạm Xuân Hội

2. GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa

Phản biện 1: .............................................

Phản biện 2: .............................................

Phản biện 3: .............................................

Luận án sẽ đƣợc bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Đại học

Quốc gia họp tại:

Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

vào hồi......giờ......., ngày.......tháng.......năm 2015

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thƣ viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm thông tin - Thƣ viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

Page 3: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Hạn là yếu tố môi trƣờng gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sản

xuất nông nghiệp, làm giảm năng suất, sản lƣợng cây trồng và dẫn tới

tình trạng mất an ninh lƣơng thực. Đặc biệt, trong bối cảnh biến đổi

khí hậu toàn cầu, tình trạng hạn hán xảy ra ngày càng thƣờng xuyên

hơn, với mức độ ngày càng trầm trọng, nhiều lúc vƣợt quá tầm kiểm

soát của con ngƣời. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các gen liên quan

tới tính kháng hạn để tiến tới tạo giống cây trồng biến đổi gen có khả

năng chịu hạn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với việc duy trì và

tăng sản lƣợng nông nghiệp, góp phần giữ ổn định an ninh lƣơng

thực quốc gia.

Tính trạng chịu hạn là tính trạng đa gen và sự biểu hiện của các

gen liên quan chặt chẽ với quá trình phiên mã. Các nhà khoa học đã

chứng minh đƣợc chức năng quan trọng của nhóm gen điều khiển

trong việc tăng cƣờng tính chịu hạn ở thực vật. Do đó, việc nghiên

cứu phân lậ c đặ ố phiên

mã liên quan đến chịu hạn đang trở thành xu hƣớng triển vọng và

nhận đƣợc sự quan tâm đặc biệt. Hàng loạt gen mã hóa nhân tố phiên

mã liên quan đến chịu hạn đã đƣợc xác định và chuyển vào các giống

cây trồng khác nhau. Các gen mã hóa nhân tố phiên mã mặc dù

không tham gia trực tiếp vào quá trình đáp ứng với điều kiện hạn

nhƣng sự biểu hiện của chúng lại có vai trò điều hòa biểu hiện của rất

nhiều gen chức năng khác, dẫn tới làm tăng cƣờng khả năng chịu hạn

của thực vật. Nhiều cây trồng chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã

đã đƣợc chứng minh tăng cƣờng khả năng chịu hạn so với cây không

chuyển gen

Page 4: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

2

Ở Việt Nam, cho đến nay chúng ta vẫn chƣa có một nghiên cứu

cơ bản hoàn chỉnh nào về phân lập và nghiên cứu chức năng gen liên

quan đến đáp ứng chống chịu hạn ở thực vật, đặc biệt là nhóm gen

mã hóa nhân tố phiên mã.

Xuất phát từ trên, chúng tôi tiến hành đề tài luận án

tiến sĩ “Phân lập và nghiên cứu gen mã hóa nhân tố phiên mã liên

quan đến tính chịu hạn của thực vật” với mục tiêu xác định một

gen mã hóa nhân tố phiên mã mới có liên quan tới tăng cƣờng tính

chống chịu hạn ở thực vật.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Phân lập và xác định trình tự gen mã hóa nhân tố phiên mã điều

khiển tính chịu hạn từ lúa.

- Nghiên cứu một số đặc tính của gen mã hóa nhân tố phiên mã

phân lập đƣợc trên cây lúa chuyển gen mô hình.

3. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

Gen mã hóa nhân tố phiên mã liên quan tới đáp ứng chống chịu

stress hạn của lúa Oryza sativa L.

Nội dung nghiên cứu của đề tài:

- Phân lập gen mã hóa nhân tố phiên mã liên quan đến chống chịu

điều kiện bất lợi ở lúa.

- Nghiên cứu đặc điểm chức năng của protein OsNLI-IF.

- Thiết kế các hệ vector biểu hiện gen OsNLI-IF trong tế bào thực

vật.

- Nghiên cứu biểu hiện OsNLI-IF trong cây chuyển gen mô hình.

4. Địa điểm thực hiện đề tài

Các nghiên cứu của luận án đƣợc thực hiện tại Bộ môn Bênh học

Phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp (Viện Khoa học Nông nghiệp

Page 5: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

3

Việt Nam), e

và Phòng Thí nghiệm

Sinh học Phân tử Thực vật thuộc Trung tâm Kỹ thuật Di truyền và

Công nghệ Sinh học Quốc tế (New Delhi, Ấn Độ).

5. Đóng góp mới của đề tài

Luận án là công trình đầu tiên ở Việt Nam thực hiện một cách có

hệ thống về nghiên cứu cơ bản theo định hƣớng ứng dụng gen

OsNLI-IF chƣa đƣợc xác định chức năng. Gen OsNLI-IF đƣợc chứng

minh mã hóa một nhân tố phiên mã hoạt động cảm ứng với điều kiện

ngoại cảnh bất lợi nhƣ hạn, mặn, lạnh, nhiệt độ cao và có khả năng

tăng cƣờng tính chịu hạn trong các cây chuyển gen mô hình (thuốc

lá/ lúa). Ngoài ra, các vector biểu hiện gen OsNLI-IF đƣợc điểu khiển

bởi các promoter hoạt động liên tục (35S và Ubiquitin) và hoạt động

trong điều kiện stress (Lip9) đã đƣợc chuyển vào cây mô hình để

nghiên cứu biểu hiện gen. Chính vì vậy, các kết quả nghiên cứu của

luận án là hoàn toàn mới, có giá trị khoa học và ý nghĩa thực tiễn

trong công tác chọn tạo giống cây trồng chuyển gen.

6. Ứng dụng thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của luận án lần đầu tiên đã chứng minh vai

trò tăng cƣờng tính chịu hạn của gen OsNLI-IF trong các dòng cây

chuyển gen. Trên cơ sở kết quả của luận án, các vector biểu hiện gen

OsNLI-IF do luận án tạo ra đang đƣợc nghiên cứu chuyển vào các

giống cây trồng quan trọng nhƣ ngô, đậu tƣơng, bông… để chọn tạo

các giống cây chuyển gen kháng hạn nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết

của sản xuất trong điều kiện thay đổi khí hậu toàn cầu.

7. Bố cục của luận án

Luận án gồm 179 trang bao gồm: Phần mở đầu (03 trang); Tổng

quan tài liệu (41 trang); Nguyên liệu và phƣơng pháp nghiên cứu (28

Page 6: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

4

trang); Kết quả nghiên cứu và thảo luận (70 trang); Kết luận (02

trang); Kiến nghị (01 trang); Các công trình khoa học của tác giả liên

177 quan đến luận án (01 trang); Tài liệu tham khảo (18 trang),

tài liệu gồm 2 thứ tiếng tiếng Việt (17 ) và tiếng Anh (160

); Phụ lục (06 trang). Luận án có 11 bảng, 45 hình.

Page 7: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

5

Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. HẠN HÁN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT

Hạn đối với thực vật là khái niệm đƣợc dùng để chỉ trạng thái

thiếu nƣớc do môi trƣờng gây nên trong suốt quá trình sống hay

trong từng giai đoạn sống, làm ảnh hƣởng đến quá trình sinh trƣởng

và phát triển của thực vật. Môi trƣờng khô hạn gây ra hàng loạt

những tác động tiêu cực tới thực vật ở tất cả các cấp độ, từ hình thái

tới phân tử và ở tất cả các giai đoạn phát triển. Để đối phó với điều

kiện hạn hán, thực vật sẽ khởi động cơ chế phòng vệ chống lại sự

thiếu hụt nƣớc, sau đó sẽ là một loạt các cơ chế ở các cấp độ khác

nhau. Đáp ứng chống chịu stress hạn của thực vật đƣợc thực hiện

thông qua một chuỗi các quá trình rất phức tạp với sự tham gia của

hàng loạt các yếu tố và có thể chia thành 3 giai đoạn: nhận tín hiệu –

dẫn truyền tín hiệu – đáp ứng chống chịu khởi đầu chuỗi truyền tín

hiệu.

1.2. ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN Ở THỰC

VẬT

Thực vật thích nghi với môi trƣờng sống nhờ khả năng điều hòa

nhanh biểu hiện của các gen chức năng. Quá trình điều hòa biểu hiện

gen đóng một vai trò quan trọng trong đáp ứng của thực vật với các

điều kiện stress phi sinh học, trong đó có hạn hán. Các nghiên cứu

gần đây đã chứng minh stress hạn tác động tới tất cả các bƣớc trong

quá trình điều hòa hoạt động gen của thực vật, bao gồm: điều hòa quá

trình phiên mã, điều hòa sau phiên mã, điều hòa quá trình dịch mã,

điều hòa sau dịch mã, điều hòa hoạt động gen thông qua các phân tử

RNA không mã hóa và yếu tố di truyền ngoại sinh (ví dụ nhƣ quá

trình methyl hóa DNA hay quá trình biến đổi histone).

Page 8: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

6

1.3. VAI TRÒ CỦA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ TRONG ĐÁP ỨNG STRESS HẠN

Trong hệ gen thực vật có khoảng 7% gen mã hóa nhân tố phiên

mã (TF), trong số đó có rất nhiều gen liên quan đến đáp ứng chống

chịu stress. Các TF tham gia trong mạng lƣới điều hòa hoạt động gen

đáp ứng stress hạn đã biết cho tới nay đƣợc xác định thuộc hầu hết

các nhóm TF lớn của thực vật, trong đó đƣợc nghiên cứu nhiều nhất

là các nhóm AP2/ERF, NAC, WRKY, MYB/MYC, bZIP hay ZF.

1.4. NGHIÊN CỨU NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA LÚA

BẰNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN GEN THỰC VẬT

Việc phát triển các giống lúa chịu hạn và giảm lƣợng nƣớc tiêu

thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản

lƣợng và đảm bảo an ninh lƣơng thực. Một hƣớng nghiên cứu phổ

biến và rất đƣợc quan tâm hiện nay là tăng cƣờng biểu hiện các gen

đáp ứng hoặc liên quan đến đáp ứng chống chịu hạn trong cây lúa

chuyển gen. Do cơ chế chống chịu hạn phức tạp của thực vật, việc sử

dụng các gen điều hòa (mã hóa các protein tham gia vào mạng lƣới

điều hòa đáp ứng stress) trong nghiên cứu chuyển gen tạo giống lúa

chịu hạn thƣờng mang lại hiệu quả cao hơn so với các gen chức năng

(mã hóa protein/ enzyme trực tiếp tham gia vào đáp úng chống chịu

stress). Tuy nhiên, cho đến nay mới chỉ có một vài nghiên cứu chứng

minh khả năng chịu hạn của các dòng lúa chuyển gen trong điều kiện

thử nghiệm trên đồng ruộng. Ở Việt Nam chƣa có một nghiên cứu

hoàn chỉnh nào về các gen liên quan đến đáp ứng chống chịu stress ở

thực vật, đặc biệt là nhóm gen mã hoá nhân tố phiên mã liên quan tới

đáp ứng chống chịu hạn ở lúa.

Page 9: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

7

Chƣơng 2. VẬT LIỆU & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. VẬT LIỆU

2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Thƣ viện cDNA sơ cấp của lúa Oryza sativa L. xử lý điều kiện

hạn và mặn ấp bởi Bộ môn Bệnh học Phân tử, Viện Di

truyền Nông nghiệp. Hạt lúa PB1 và hạt thuốc lá Nicotiana tabacum

(L.) doTrung tâm Kỹ thuật Di truyền & Công nghệ sinh học Quốc tế

(Ấn Độ) cung cấp.

2.1.2. Chủng vi sinh vật

Chủng vi khuẩn E. coli DH5α đƣợc mua từ hãng Fermentas

(Mỹ); chủng vi khuẩn E. coli XLOR, XL1-Blue MRF và phage “trợ

giúp” đƣợc mua từ Công ty Agilent Technologies (Mỹ); chủng vi

khuẩn E. coli Rosetta (DE3) khả biến đƣợc mua từ Công ty Merck

Millipore (Mỹ); chủng vi khuẩn Agrobacterium LBA4404 khả biến,

chủng nấm men Saccharomyces cerevisiae YM4271 và AH109 đƣợc

mua từ Công ty Clontech (Mỹ).

2.1.3. Vector và oligonucleotide

Các vector pLacZi/JRC0332, pLacZi/JRC0528, pLacZi/JRC2606,

pHISi/JRC0332, pHISi/JRC0528, pHISi/JRC2606 do nhóm nghiên

cứu của Phạm Xuân Hội thiết kế và cung cấp; vector YEpGAP, pBI-

Lip9, pBI-Ubi do nhóm nghiên cứu của Kazuko Yamaguchi-

Shinozaki thiết kế và cung cấp; các vector pAD-GAL4, pGBKT7

đƣợc mua từ Công ty Clontech; vector pET28a đƣợc mua từ hãng

Novagen, vector pRT101 do nhóm nghiên cứu của Reinhard Topfer

thiết kế; vector pCAMBIA1301 đƣợc mua từ Công ty Marker Gene

Technologies; vector pGEM-T đƣợc mua của hãng Promega.

Các cặp sử dụng làm mồi oligonucleotide đầu dò

Page 10: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

8

đƣợc đặt mua từ hãng Invitrogen (Mỹ) và Sigma (Mỹ).

2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Xử lý mẫu thực vật theo phƣơng pháp của Qin (2007), Dubouzet

(2003) và Tran (2004).

- Tách chiết, định lƣợng DNA/RNA

- Nhân dòng gen OsNLI-IF vào vector pGEM-T

- Thiết kế vector biểu hiện gen OsNLI-IF

Hình 2.2: Sơ đồ thiết kế vector pCAM-35S/OsNLI-IF

Hình 2.3: Sơ đồ thiết kế vector pBI-Lip9 và pBI-Ubi

- Sàng lọc gen từ thƣ viện cDNA bằng kỹ thuật lai phân tử trong tế

bào nấm men.

- Tạo kháng thể đa dòng kháng protein OsNLI-IF tái tổ hợp

- Tạo cây chuyển gen biểu hiện OsNLI-IF

Page 11: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

9

Chƣơng 3. KẾT QUẢ & THẢO LUẬN

3.1. PHÂN LẬP GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ LIÊN QUAN

ĐẾN CHỐNG CHỊU ĐIỀU KIỆN BẤT LỢI Ở LÚA

Trong nghiên cứu đƣợc công bố năm 2003, Rabbani và cộng sự

đã xác định đƣợc 72 gen biểu hiện cảm ứng với các điều kiện stress

khác nhau ở lúa. Khi phân tích trình tự promoter của các gen này, hai

motif (đoạn trình tự lặp lại) có trình tự là CCTCCTCC và CTCCAC

đƣợc tìm thấy xuất hiện lặp lại nhiều lần trong vùng promoter của

nhiều gen và đƣợc dự đoán là những yếu tố cis điều hòa biểu hiện

gen trong điều kiện stress. Chúng tôi đã sử dụng hai đoạn DNA kích

thƣớc 50 bp đƣợc tổng hợp dựa trên trình tự của hai promoter

JRC0528 và JRC0332 có chứa đồng thời cả hai motif làm “mồi câu”

trong thí nghiệm sàng lọc gen mã hoá nhân tố phiên mã từ thƣ viện

cDNA bằng kỹ thuật Y1H.

Bảng 3.2: Protein liên kết với đoạn DNA đích

Protein liên kết JRC0332 Protein liên kết JRC0528

Protein Số KL Protein Số KL

OsNLI-IF 3 OsNLI-IF 5

R2R3 typical-P-type 1 Protein họ Zinc Finger 1

Protein cảm ứng lạnh 1 Protein C3HC4-type ring finger 1

Nhân tố ức chế dịch mã EIF4D 1 Protein liên kết RNA 1

Dehydrogenase 1 Protein ribosomal 60S 1

Protein liên kết RNA 1 Protein giống methallothionein 1

Protein mang acyl 1 Carboxylase ribulose-bisphosphate 1

Protein liên kết RNA 1 Protein chuyển hóa lipid 1

Systeine synthase 1 Protein ƣu nhiệt 1

Protein ƣu nhiệt 1 Protein liên kết axit béo 1

Trình tự DNA không xác định 5 Trình tự DNA không xác định 4

Chúng tôi đã sàng lọc thƣ viện cDNA xử lý stress hạn và mặn

của lúa và xác định đƣợc 37 dòng cDNA dƣơng tính, trong đó có 8

Page 12: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

10

dòng mã hóa cho protein NLI-IF (Bảng 3.2). Tám dòng cDNA đều

có chiều dài ~1850 bp, trong đó vùng ORF dài 1.320 bp mã hóa cho

439 axit amin, vùng không mã hóa đầu 5’ dài 311 bp, vùng không mã

hóa đầu 3’ dài 219 bp. Gen OsNLI-IF sau đó đƣợc nhân bản bằng

phản ứng PCR với cặp mồi đặc hiệu và nhân dòng vào vector pGEM-T.

3.2. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CHỨC NĂNG CỦA OsNLI-IF

3.2.1. Biểu hiện của OsNLI-IF trong các điều kiện stress

Mức độ biểu hiện gen OsNLI-IF trong cây lúa đƣợc phân tích

trong các điều kiện stress giả định, bao gồm mất nƣớc, hạn, mặn,

lạnh, nhiệt độ cao và hormone ABA.

Hình 3.14: Biểu hiện của OsNLI-IF trong điều kiện bất lợi.

Ghi chú: (Hình trên) OsNLI-IF mRNA được phát hiện bằng đầu dò gắn

phóng xạ P32

; rRNA 18S được điện di trên gel agarose. (Hình dưới) Mức

độ biểu hiện OsNLI-IF được xác định bằng Real-time RT-PCR với khuôn là

mẫu RNA tách chiết từ mô thân & lá (cột màu xám) và mô rễ (cột màu đen);

mức độ biểu hiện gen tại thời điểm chưa xử lý stress có giá trị bằng 1; gen

actin được sử dụng làm gen nội chuẩn; giá trị thể hiện trên đồ thị là kết quả

trung bình của 3 lần thí nghiệm.

Page 13: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

11

Kết quả phân tích bằng kỹ thuật lai RNA và Real-time RT-PCR

cho thấy OsNLI-IF tăng cƣờng biểu hiện bởi các yếu tố stress mặn,

hạn, mất nƣớc, lạnh, nhiệt độ cao trong mô rễ và không cảm ứng biểu

hiện với ABA (Hình 3.14).

3.2.2. Hoạt tính liên kết đặc hiệu DNA đích của OsNLI-IF

Để chứng minh khả năng liên kết đặc hiệu DNA của protein

OsNLI-IF, chúng tôi sử dụng kỹ thuật Y1H với hai đoạn DNA đích

JRC0528 và JRC0332 đột biến (Hình 3.17A). Đoạn gen OsNLI-IF

đƣợc ghép nối với trình tự mã hoá domain hoạt hoá phiên mã AD-

GAL4 trên vector biểu hiện pAD-GAL4 và biến nạp vào tế bào nấm

men chỉ thị YM4271.

Hình 3.17: Khả năng liên kết DNA đặc hiệu của OsNLI-IF

Ghi chú: (A) Trình tự các đoạn DNA đích nguyên bản (WT) và đột biến

(MU). (B) Biểu hiện của gen chỉ thị trong tế bào nấm men: (i) sơ đồ bố trí

thí nghiệm các chủng nấm men mang các cấu trúc khác nhau, (ĐC+): đối

chứng dương, (ĐC-): đối chứng âm, (JRC0332-WT, JRC0528-WT,

JRC0332-MU, JRC0528-MU): chủng nấm men chỉ thị mang các đoạn DNA

đích JRC0332 hay JRC0528 được biến nạp vector pAD/OsNLI-IF; (ii) môi

trường YPD; (iii) môi trường SD/-Leu/-Ura/-His; (iv) môi trường SD/-Leu/-

Ura/-His có 3-AT 30 mM; (v) hoạt tính biến đổi cơ chất X-Gal của β-

galactosidase.

Kết quả đánh giá biểu hiện của gen chỉ thị HIS3 và lacZ cho thấy

chỉ có tế bào nấm men tái tổ hợp mang một trong hai đoạn DNA đích

Page 14: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

12

nguyên bản có thể sinh trƣởng đƣợc trên môi trƣờng chọn lọc và thể

hiện hoạt tính β-galactosidase (Hình 3.17B). Kết quả này chứng tỏ

protein dung hợp AD-OsNLI-IF đã liên kết đặc hiệu với đoạn DNA

chứa hai motif CCTCCTCC và CTCCAC và hoạt hoá quá trình phiên

mã của gen chỉ thị.

3.2.3. Hoạt tính hoạt hóa phiên mã của OsNLI-IF

Hoạt tính hoạt hóa phiên mã của OsNLI-IF đƣợc phân tích bằng

kỹ thuật Y1H. Đoạn gen OsNLI-IF đƣợc ghép nối vào vector biểu

hiện YEpGAP và biến nạp vào chủng tế bào nấm men chỉ thị

YM4271.

Hình 3.20: Hoạt tính hoạt hóa phiên mã của OsNLI-IF

Ghi chú: (A) Sơ đồ bố trí thí nghiệm các chủng nấm men mang các cấu trúc

khác nhau. (B) Môi trường YPD. (C) Môi trường SD/-Leu/-Ura/-His. (D)

Môi trường SD/-Leu/-Ura/-His có 3-AT 30 mM. (E) Hoạt tính biến đổi cơ

chất X-Gal của β-galactosidase. (ĐC+): đối chứng dương; (YM4271-WT):

nấm men YM4271 nguyên bản; (OsNLI-IF): nấm men mang

YEpGAP/OsNLI-IF; (JRC0332): nấm men mang pHis/JRC0332 +

pLac/JRC0332; (Vector + JRC0332): nấm men mang pHis/JRC0332 +

pLac/JRC0332 + YepGAP; (OsNLI-IF + JRC0332): nấm men mang

pHis/JRC0332 + pLac/JRC0332 + YepGAP/OsNLI-IF.

Kết quả thu đƣợc cho thấy chỉ có chủng nấm men mang đồng

thời YEpGAP/OsNLI-IF và vector chỉ thị chứa đoạn DNA đích

JRC0332 trong vùng điều khiển của gen HIS3 và lacZ có thể sinh

trƣởng trên môi trƣờng chọn lọc và biến đổi cơ chất X-Gal để tạo

thành màu xanh (Hình 3.20D & E). Kết quả này chứng tỏ protein

OsNLI-IF đã tƣơng tác với đoạn DNA đích JRC0332 và hoạt động

Page 15: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

13

nhƣ một nhân tố hoạt hoá quá trình phiên mã.

3.2.4. Nghiên cứu protein tƣơng tác với OsNLI-IF

Protein tƣơng tác với OsNLI-IF đƣợc sàng lọc từ thƣ viện cDNA

xử lý stress hạn và mặn của lúa, sử dụng kỹ thuật Y2H. Đoạn gen

OsNLI-IF đƣợc ghép nối với trình tự mã hoá domain liên kết DNA

BD-GAL4 trên vector biểu hiện pGBKT7 và biến nạp đồng thời cùng

thƣ viện cDNA vào tế bào nấm men AH109 để thực hiện thí nghiệm

sàng lọc gen. Sau khi sàng lọc các thể biến nạp, chúng tôi đã thu

đƣợc tám dòng cDNA dƣơng tính, trong đó có hai dòng mã hóa cho

protein ubiquitin, cho thấy có thể quá trình ubiquitin hóa là một trong

những bƣớc biến đổi sau phiên mã của protein OsNLI-IF (Bảng 3.4).

Bảng 3.4: Protein tƣơng tác OsNLI-IF sàng lọc từ thƣ viện

Protein tƣơng tác OsNLI-IF Số khuẩn lạc

Polyubiquitin 2

Protein kép chứa domain phosphatase 1

Protein liên kết kẽm, nhóm Alcohol dehydrogenase 1

Protein chƣa đƣợc nghiên cứu 1

Protein liên kết chlorophyll a/b nhóm I, tiền chất của

chloroplast

1

Cyclophilin 2 1

U5 small nuclear ribonucleoprotein 200 kDa helicase 1

Nhƣ vậy, các thí nghiệm in vivo đã cho thấy OsNLI-IF là một

nhân tố phiên mã đƣợc biểu hiện ở rễ dƣới điều kiện stress hạn, mặn,

lạnh, nhiệt độ cao, mất nƣớc, có thể tƣơng tác với các vùng promoter

chứa hai motif CCTCCTCC và CTCCAC, điều hòa quá trình phiên

mã của gen đích và có thể liên quan tới quá trình ubiquitin hóa.

3.3. THIẾT KẾ VECTOR BIỂU HIỆN OsNLI-IF TRONG TẾ BÀO THỰC VẬT

3.3.1. Thiết kế hệ vector chuyển gen pCAMBIA1301

Vector pCAMBIA1301 mang cấu trúc biểu hiện gen 35S:OsNLI-

Page 16: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

14

IF:Nos đƣợc thiết kế theo sơ đồ trong hình 2.2, sử dụng vector

pGEM/OsNLI-IF và vector trung gian pRT101 mang promoter 35S.

Hình 3.28: Kiểm tra pCAM/OsNLI-IF-S và pCAM/OsNLI-IF-AS

Ghi chú: (A) Vector pCAM/OsNLI-IF-S; (B) Vector pCAM/OsNLI-IF-AS.

Giếng M: thang chuẩn DNA 1 kb; giếng 1: PCR với cặp mồi EcoRI-NLI-

Fw/XhoI-NLI-Rv; giếng 2: PCR với cặp mồi 35S-Fw/GUS-Rv; giếng 3(A):

PCR với cặp mồi 35S-Fw/XhoI-NLI-Rv; giếng 3(B): PCR với cặp mồi 35S-

Fw/EcoRI-NLI-Fw; giếng 4: đối chứng âm (không có DNA khuôn); giếng

5: sản phẩm cắt giới hạn bằng HindIII; giếng 6: vector nguyên bản; giếng

7: sản phẩm cắt giới hạn bằng EcoRI.

Để khẳng định kết quả thu đƣợc, plasmid tái tổ hợp đƣợc tinh sạch

từ các khuẩn lạc dƣơng tính và kiểm tra bằng PCR với các cặp mồi đặc

hiệu khác nhau và bằng enzyme cắt giới hạn HindIII và EcoRI. Kết

quả điện di sản phẩm PCR và cắt giới hạn cho thấy các băng DNA thu

đƣợc phù hợp với kich thƣớc tính toán lý thuyết (Hình 3.28), chứng tỏ

chúng tôi đã thiết kế thành công vector biểu hiện pCAMBIA1301

mang trình tự có nghĩa (sense) hay đối nghĩa (antisense) của gen

OsNLI-IF, đặt dƣới sự điều khiển của promoter 35S.

3.3.2. Thiết kế hệ vector chuyển gen pBI101

Để thiết kế hệ vector biểu hiện pBI101, gen OsNLI-IF đƣợc nhân

bản bằng phản ứng PCR và ghép nối lần lƣợt vào hai vector pBI-Lip9

và pBI-Ubi đã đƣợc xử lý bằng enzyme cắt đầu bằng SmaI (Hình 2.3).

Page 17: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

15

Hình 3.31: Kiểm tra pBI-Ubi/OsNLI-IF và pBI-Ubi/OsNLI-IF

Ghi chú: (A) Giếng 1 – 3: khuôn là pBI-Ubi/OsNLI-IF; giếng 4 – 6: khuôn

là pBI-Lip9/OsNLI-IF; giếng 1: PCR với cặp mồi Ubi-Fw/SmaI-NLI-Fw;

giếng 2 & 5: PCR với cặp mồi SmaI-NLI-Fw/SmaI-NLI-Rv; giếng 3: PCR

với cặp mồi Ubi-Fw/SmaI-NLI-Rv; giếng 4: PCR với cặp mồi Lip9-Fw/

SmaI-NLI-Fw; giếng 6: PCR với cặp mồi Lip9-Fw/SmaI-NLI-Rv. (B) Giếng

1 & 2: pBI-Ubi/OsNLI-IF; giếng 3 & 4: pBI-Lip9/OsNLI-IF; giếng 1 & 3:

sản phẩm cắt giới hạn bằng SmaI; giếng 2 & 4: vector nguyên bản. Giếng

M: thang chuẩn DNA 1 kb.

Để khẳng định kết quả thu đƣợc, plasmid tái tổ hợp cũng đƣợc

tinh sạch từ các khuẩn lạc dƣơng tính và kiểm tra lần lƣợt bằng PCR

với các cặp mồi đặc hiệu khác nhau, cắt giới hạn bằng enzyme SmaI

và giải trình tự gen. Kết quả kiểm tra cho thấy trình tự mã hóa cho

nhân tố phiên mã OsNLI-IF đã đƣợc ghép nối thành công vào hệ

vector biểu hiện pBI101, đặt dƣới sự điều khiển của 2 promoter Lip9

và Ubiquitin (Hình 3.31).

3.4. NGHIÊN CỨU BIỂU HIỆN OsNLI-IF TRONG CÂY CHUYỂN GEN

3.4.1. Nghiên cứu biểu hiện OsNLI-IF trong cây thuốc lá

Thí nghiệm biến nạp cấu trúc 35S:OsNLI-IF và vector

pCAMBIA1301 không mang gen đích vào cây thuốc lá đã đƣợc tiến

hành dựa trên phƣơng pháp chuyển nạp gen thông qua vi khuẩn

Agrobacterium. Dựa vào kết quả phân tích các dòng thuốc lá T1 bằng

phƣơng pháp nuôi cấy trên môi trƣờng có hygromycin và phƣơng

Page 18: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

16

pháp PCR với cặp mồi đặc hiệu của cấu trúc biểu hiện gen, năm dòng

(TL1, TL3, TL4, TL7, TL8) mang cấu trúc 35S:OsNLI-IF và bốn

dòng (ĐC2, ĐC3, ĐC8, ĐC9) mang cấu trúc pCAMBIA1301 đã

đƣợc chọn để tiếp tục phân tích (Bảng 3.7).

Bảng 3.7: Kết quả phân tích PCR các dòng thuốc lá T1.

Dòng

cây

Số cây

kiểm tra

Số cây có kết quả PCR dƣơng tính

Mồi Actin Mồi Hygromycin Mồi GUS Mồi OsNLI-IF

TL1 20 20/20 18/20 18/20 18/20

TL3 20 20/20 15/20 15/20 15/20

TL4 20 20/20 20/20 20/20 20/20

TL7 20 20/20 17/20 17/20 17/20

TL8 20 20/20 12/20 12/20 12/20

TL10 20 20/20 18/20 18/20 18/20

ĐC2 10 10/10 8/10 8/10 0/10

ĐC3 10 10/10 6/10 6/10 0/10

ĐC8 10 10/10 8/10 8/10 0/10

ĐC9 10 10/10 10/10 10/10 0/10

TL: Dòng thuốc lá được chuyển cấu trúc pCAM-35S/OsNLI-IF.

ĐC: Dòng thuốc lá được chuyển cấu trúc pCAMBIA1301.

Sự có mặt của protein OsNLI-IF trong các dòng thuốc lá chuyển

gen T1 đƣợc phát hiện bằng kỹ thuật lai thẩm tách miễn dịch, sử dụng

kháng thể đa dòng của chuột kháng OsNLI-IF (tạo từ protein OsNLI-

IF tái tổ hợp). Kết quả thu đƣợc cho thấy dòng TL1 và TL8 biểu hiện

OsNLI-IF mạnh nhất; dòng TL3 và TL7 biểu hiện vừa phải, dòng

TL10 biểu hiện thấp nhất, dòng TL4 và các dòng thuốc lá đối chứng

hoàn toàn không biểu hiện protein đích (Hình 3.39). Nhƣ vậy, chúng

tôi đã chuyển thành công cấu trúc 35S:OsNLI-IF vào thuốc lá và thu

đƣợc các dòng cây T1 có biểu hiện protein đích OsNLI-IF.

Ba dòng thuốc lá TL1, TL4 và TL10 đại diện cho ba mức độ biểu

hiện gen đích OsNLI-IF đƣợc chọn để phân tích khả năng sinh trƣởng

Page 19: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

17

và chống chịu stress hạn. Kết quả quan sát các cây thuốc lá ở giai

đoạn bốn tuần tuổi cho thấy không có sự khác biệt đáng kể về hình

thái và tốc độ sinh trƣởng giữa các cây thuốc lá đối chứng và cây

thuốc lá chuyển gen đích, tuy nhiên tốc độ sinh trƣởng của cây

chuyển gen tỉ lệ nghịch với mức độ biểu hiện của gen OsNLI-IF

(Hình 3.40).

Hình 3.39: Biểu hiện của OsNLI-IF trong cây thuốc lá T1

Ghi chú: (A) Giếng M: thang chuẩn protein; giếng 1 – 3 & 5 – 7: dịch chiết

protein tổng số của các dòng thuốc lá TL1, TL3, TL4, TL7, TL8, TL10;

giếng 4: protein OsNLI-IF tái tổ hợp (P); giếng 8: dịch chiết protein tổng số

của dòng thuốc lá ĐC8 (V); giếng 9: dịch chiết protein tổng số của cây

thuốc lá không chuyển gen (WT). (B) Đồ thị so sánh hàm lượng protein

OsNLI-IF tương quan giữa các dòng cây; hàm lượng OsNLI-IF trong dịch

chiết protein tổng số của dòng TL10 có giá trị bằng 1.

Hình 3.40: Khả năng sinh trƣởng của các cây thuốc lá T1

Ghi chú: Hình thái của các dòng thuốc lá sinh trưởng ở giai đoạn 4 tuần

tuổi. (WT) cây thuốc lá dại; (V) dòng thuốc lá mang cấu trúc

pCAMBIA1301; (TL1, TL4, TL10) dòng thuốc lá mang cấu trúc 35S:OsNLI-

IF:Nos.

Page 20: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

18

Để đánh giá khả năng chống chịu stress hạn của các dòng thuốc

lá chuyển gen, các cây thuốc chuyển gen T1 đƣợc trồng trong điều

kiện stress hạn giả định (không tƣới nƣớc) trong một tháng, sau đó

tƣới nƣớc trở lại và quan sát khả năng phục hồi. Kết quả trình bày

trong bảng 3.8 cho thấy dòng TL10 biểu hiện protein OsNLI-IF ở

mức độ thấp có khả năng chống chịu hạn cao nhất (75% cây phục

hồi). Khả năng chịu hạn của dòng thuốc lá TL1 (có gen OsNLI-IF

biểu hiện mạnh) thấp hơn so với dòng thuốc lá TL10 (56% cây phục

hồi). Đặc biệt, tỉ lệ sống sót của các cây thuốc lá có biểu hiện OsNLI-

IF cao hơn rõ rệt so với dòng thuốc lá đối chứng không chuyển gen

(16%) và dòng thuốc lá đƣợc chuyển cấu trúc vector pCAMBIA1301

không mang gen (dòng ĐC2) hay dòng thuốc lá đƣợc chuyển cấu

trúc 35S:OsNLI-IF nhƣng không biểu hiện gen đích.

Bảng 3.8: Tỉ lệ phục hồi sau xử lý hạn của các dòng thuốc lá.

Dòng thuốc lá Cấu trúc biểu

hiện gen

Số cây sống sót/Số cây kiểm tra

Tƣới nƣớc1 Không tƣới

nƣớc2

Đối chứng Không chuyển gen 35/35

(100%)

6/36

(16%)

ĐC2 pCAMBIA1301 36/36

(100%)

3/36

(8%)

TL1 35S:OsNLI-IF 35/36

(97%)

20/36

`(56%)

TL4 35S:OsNLI-IF 36/36

(100%)

8/36

(22%)

TL10 35S:OsNLI-IF 36/36

(100%)

27/36

(75%)

Ghi chú:(1)

Cây thuốc lá được trồng trong chậu đất và tưới nước hàng

ngày; (2)

Cây thuốc lá được trồng trong chậu đất và không tưới nước

liên tục trong 1 tháng, sau đó tưới nước trở lại liên tục trong 3 ngày.

Page 21: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

19

3.4.2. Nghiên cứu biểu hiện OsNLI-IF trong lúa chuyển gen

Để nghiên cứu vai trò của nhân tố phiên mã OsNLI-IF, thí

nghiệm chuyển các vector biểu hiện mang gen OsNLI-IF và không

mang gen vào giống lúa Indica đã đƣợc thực hiện. Trong điều kiện

nhà kính, chỉ có 16 dòng lúa chuyển gen mang cấu trúc Ubi:OsNLI-

IF kết hạt và cho cây T1. Dựa trên kết quả phân tích cây chuyển gen,

một số cây lúa chuyển gen T1 có mang cấu trúc Ubi:OsNLI-IF và

biểu hiện gen kháng hygromycin đã đƣợc xác định (Bảng 3.10).

Bảng 3.10: Kết quả sàng lọc các dòng lúa chuyển gen T1 .

Tên

dòng

Số hạt

kiểm

tra

Số hạt nảy

mầm trên

Hygromycin

Số cây có kết quả PCR dƣơng tính

Mồi Actin Mồi Hygromycin Mồi OsNLI-IF

L1 10 7 7/7 7/7 7/7

L2 10 5 5/5 5/5 5/5

L3 10 8 8/8 6/8 6/8

L4 7 3 3/3 3/3 3/3

L5 10 9 9/9 7/9 7/9

L6 10 4 4/4 3/4 3/4

L7 10 7 7/7 7/7 7/7

L8 10 7 7/7 6/7 6/7

L9 10 5 5/5 5/5 5/5

L10 10 5 5/5 5/5 5/5

L11 8 6 6/6 4/6 4/6

L12 10 3 3/3 3/3 3/3

L13 10 8 8/8 7/8 7/8

L14 10 8 8/8 8/8 8/8

L15 4 3 3/3 3/3 3/3

L16 10 7 7/7 7/7 7/7

Kết quả Real-time PCR xác định mức độ tích luỹ mRNA OsNLI-

IF trong mô của cây lúa chuyển gen T1 cho thấy OsNLI-IF đã biểu

hiện ở tất cả 16 dòng lúa chuyển gen, chia thành 3 nhóm: biểu hiện

yếu (L1, L3, L5, L6, L7, L8, L10, L11), biểu hiện trung bình (L4, L9,

L 13, L16) và biểu hiện mạnh (L2, L12, L14 và L15 ) (Hình 3.43).

Page 22: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

20

Hình 3.43: Mức độ biểu hiện OsNLI-IF trong cây lúa T1

Ghi chú: Mức độ biểu hiện gen chuyển trong các dòng lúa chuyển gen (L 1 –

L16) và dòng lúa không chuyển gen đối chứng (WT). Mức độ biểu hiện gen

của cây lúa dại có giá trị bằng 1. Gen actin được sử dụng làm gen nội chuẩn.

Giá trị thể hiện trên đồ thị là kết quả trung bình của 3 lần lặp lại thí nghiệm.

Trong thí nghiệm không xử lý stress hạn, các cây lúa chuyển gen

T1 sinh trƣởng bình thƣờng và không thể hiện đặc điểm hình thái

khác biệt rõ rệt nào so với cây không chuyển gen ở giai đoạn 3 lá

mầm, mặc dù tốc độ sinh trƣởng chậm hơn (Hình 3.44). Đặc biệt, thí

nghiệm xử lý điều kiện hạn bằng cách ngừng tƣới nƣớc trong 2 tuần

đã cho thấy tất cả các dòng lúa chuyển gen mang cấu trúc

Ubi:OsNLI-IF đƣợc kiểm tra đều thể hiện tính chịu hạn tốt hơn so

với dòng đối chứng không chuyển gen. Trong thí nghiệm xử lý stress

hạn bằng cách ngừng tƣới nƣớc ba tuần liên tục đối với ba dòng lúa

chuyển gen đại diện cho ba nhóm biểu hiện gen OsNLI-IF ở các mức

độ khác nhau (L1 – biểu hiện gen yếu, L13 – biểu hiện gen trung

bình, L14 – biểu hiện gen mạnh), chỉ có duy nhất dòng L1 phục hồi

và sinh trƣởng trở lại sau stress (Bảng 3.11, Hình 3.45).

Nhƣ vậy, các kết quả nghiên cứu biểu hiện gen OsNLI-IF trong

cây chuyển gen mô hình (thuốc lá và lúa) đã chứng tỏ sự biểu hiện

liên tục của gen OsNLI-IF dƣới sự điều khiển của một promoter hoạt

Page 23: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

21

động mạnh (35S hay Ubiquitin) có thể tăng cƣờng khả năng chịu hạn

của các dòng cây chuyển gen và mức độ chống chịu hạn của các

dòng cây chuyển gen tỉ lệ nghịch với mức độ biểu hiện của gen đích.

Hình 3.44: Hình thái cây lúa chuyển gen giai đoạn 3 lá mầm

Ghi chú: (WT) Cây lúa dại không chuyển gen sau 3 tuần gieo hạt. (L1 –

L16) Các dòng lúa chuyển gen T1 sau 4 – 5 tuần gieo hạt.

Bảng 3.11: Tỉ lệ cây lúa chuyển gen phục hồi sau xử lý hạn.

Tên dòng Tỉ lệ cây phục hồi

*

Ngừng tƣới nƣớc 2 tuần Ngừng tƣới nƣớc 3 tuần

WT 0/5 0/5

L1 5/5 3/5

L4 4/5 -

L6 5/5 -

L7 5/5 -

L8 5/5 -

L12 3/5 -

L13 4/5 0/5

L14 4/5 0/5

Ghi chú: (WT) Dòng lúa không chuyển gen; (L1-14) Các dòng lúa

chuyển gen; (*) Số cây phục hồi sau xử lý stress hạn trên tổng số cây

kiểm tra; (-) Không tiến hành thí nghiệm.

Page 24: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

22

Hình 3.1: Phục hồi sau stress hạn của cây lúa chuyển gen

Ghi chú: (A) Cây lúa non 3 lá mầm được trồng trong điều kiện không tưới

nước liên tục 2 tuần và tưới nước trở lại trong 3 ngày. (B) Cây lúa non 3 lá

mầm được trồng trong điều kiện không tưới nước liên tục 3 tuần và tưới

nước trở lại trong 3 ngày. WT: cây lúa dại (không chuyển gen); L1, L6 và

L7: các dòng lúa chuyển gen T1 biểu hiện OsNLI-IF ở mức thấp; L4, L8 và

L13: các dòng lúa chuyển gen T1 biểu hiện OsNLI-IF ở mức thấp trung

bình; L12 và L14: các dòng lúa chuyển gen T1 biểu hiện OsNLI-IF ở mức

cao. Hình trái: vị trí sắp xếp các dòng lúa; hình phải: ảnh chụp cây lúa sau

3 ngày tưới nước phục hồi.

Page 25: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

23

KẾT LUẬN

- hân lập đƣợc gen OsNLI-IF (mã số NM_001050330.1) từ

thƣ viện cDNA xử lý hạn và mặn của lúa bằng phƣơng pháp lai

phân tử trong tế bào nấm men và nhân dòng thành công vào

vector pGEM-T. Trình tự gen OsNLI-IF phân lập đƣợc có kích

thƣớc 1850 bp, mang vùng không mã hóa đầu 5’ dài 311 bp,

vùng không mã hóa đầu 3’ dài 219 bp và vùng ORF dài 1320 bp

mã hóa cho một chuỗi polypeptide gồm 439 axit amin.

- Nghiên cứu biểu hiện gen trong điều kiện môi trƣờng bất lợi cho

thấy OsNLI-IF cảm ứng với các yếu tố stress hạn, mặn, lạnh và

nhiệt độ cao theo con đƣờng điều hòa không phụ thuộc ABA.

Các nghiên cứu tƣơng tác phân tử trong tế bào nấm men chứng tỏ

OsNLI-IF là một nhân tố phiên mã có khả năng liên kết đặc hiệu

với đoạn DNA chứa hai motif CCTCCTCC & CTCCAC, hoạt

hóa quá trình phiên mã của gen đích và tƣơng tác với protein

ubiquitin.

- Đã thiết kế thành công các cấu trúc biểu hiện gen OsNLI-IF trong

tế bào thực vật, đƣợc điều khiển bởi promoter hoạt động liên tục

35S Ubiquitin và promoter hoạt động cảm ứng điều kiện stress

Lip9. Các vector biểu hiện gen OsNLI-IF đã đƣợc biến nạp vào

vi khuẩn Agrobacterium chủng LBA4404 để phục vụ cho nghiên

cứu chuyển gen thực vật.

- Đã chuyển thành công cấu trúc 35S:OsNLI-IF vào thuốc lá, cấu

trúc Ubi:OsNLI-IF vào lúa và đã xác định đƣợc sự có mặt của

cấu trúc biểu hiện gen chuyển trong các dòng cây chuyển gen T0

và T1 bằng phƣơng pháp PCR và sàng lọc trên môi trƣờng nuôi

cấy có Hygromycin. Biểu hiện của gen chuyển OsNLI-IF trong

Page 26: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

24

cây chuyển gen T1 đã đƣợc chứng minh bằng phƣơng pháp lai

thẩm tách miễn dịch (đối với cây thuốc lá) và Real-time PCR

(đối với cây lúa). Các dòng thuốc lá và lúa chuyển gen T1 có tốc

độ sinh trƣởng chậm hơn so với các dòng cây đối chứng trong

điều kiện bình thƣờng. Trong thí nghiệm xử lý stress hạn (ngừng

tƣới nƣớc), cây chuyển gen thể hiện khả năng chống chịu cao

hơn rõ rệt so với cây đối chứng. Tỉ lệ cây thuốc lá chuyển gen

sống sót đạt 22 – 75% so với 8 – 16% của cây đối chứng; tỉ lệ

cây lúa chuyển gen sống sót đạt 60 – 100% so với 0% của cây

đối chứng.

KIẾN NGHỊ

- Tiếp tục nghiên cứu cơ chế hoạt động và con đƣờng điều hòa

hoạt động gen liên quan tới đáp ứng chống chịu stress của nhân

tố phiên mã OsNLI-IF.

- Tiếp tục nghiên cứu, phân tích các dòng cây chuyển gen OsNLI-

IF ở các thế hệ T2, T3… để làm rõ đặc điểm chức năng của

protein OsNLI-IF đối với đáp ứng chống chịu các yếu tố stress

phi sinh học.

- Mở rộng nghiên cứu chuyển gen OsNLI-IF vào các đối tƣợng

cây trồng khác với các promoter điều khiển hoạt động cảm ứng

điều kiện stress để phục vụ công tác chọn tạo giống.

Page 27: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Nguyễn Duy Phƣơng, Trần Tuấn Tú, Phạm Xuân Hội (2012), “Thiết

kế thƣ viện ADNc chịu hạn ở lúa và phân lập gen NLI-IF1 bằng kỹ

thuật sàng lọc phép lai đơn trong tế bào nấm men”, Tạp chí Sinh học,

34(1), tr. 114-122.

2. Nguyễn Duy Phƣơng, Narendra Tuteja, Lê Huy Hàm, Phạm Xuân Hội

(2012), “Biểu hiện và tinh sạch protein tái tổ hợp NLI-IF từ tế bào

Escherichia coli”, Tạp chí Sinh học, 34(3), tr. 347-353.

3. Nguyễn Duy Phƣơng, Narendra Tuteja, Phạm Xuân Hội (2013), “Thiết

kế các hệ vector biểu hiện mang gen mã hóa nhân tố phiên mã NLI-IF

liên quan đến tính chịu hạn của lúa”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN,

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 29(1), tr. 36-44.

4. Nguyễn Duy Phƣơng, Narendra Tuteja, Phạm Xuân Hội (2013),

“Nghiên cứu khả năng tƣơng tác in vivo của protein NLI-IF liên quan

đến tính chống chịu stress ở lúa”, Tạp chí Sinh học, 35(1), tr.92-98.

5. Nguyễn Duy Phƣơng, Narendra Tuteja, Phạm Xuân Hội (2014),

“Nghiên cứu chuyển gen mã hóa protein NLI-IF liên quan đến tính chịu

hạn vào cây thuốc lá”, Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn,

214, tr. 79-84.

6. Nguyen Duy Phuong, Pham Xuan Hoi (2015), “Isolation and

characterization of a OsRap2.4A transcription factor and its expression

in Arabidopsis for enhancing high salt and drought tolerance”, Current

sciences, 108(1), pp. 51-62

Page 28: PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU GEN MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ … tat luan an.pdf · thụ trong sản xuất lúa gạo có ý nghĩa vô cùng to lớn để tăng sản lƣợng