Báo cáo chuyên đề nghiên cứu sinh: nghiên cứu nhóm gen liên quan đến sự phát triển hệ rễ ở cây đậu tương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Báo cáo chuyên đề 2
NGHIÊN CỨU NHÓM GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ
PHÁT TRIỂN HỆ RỄ Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
(GLYCINE MAX (L.) Merrill)
Người hướng dẫn KH: GS.TS. Chu Hoàng Mậu
PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh
NCS: Lò Thanh Sơn


MỞ ĐẦU


MỞ ĐẦU
Sự phát triển hệ rễ giúp thực vật vượt qua khô hạn


MỞ ĐẦU
Đặc điểm về sự phát triển hệ rễ đậu tương


MỞ ĐẦU
Cơ sở phân tử điều khiển sự phát triển hệ rễ

Gen liên quan đến sự kéo dài tế bào
Vùng sinh trưởng rễ: GmEXP và một số
gen khác (GmCuAO, SbHrGP3, GsGF14)

Theo Jung J.K., McCouch S., Front Plant Sci., 2013

MỞ ĐẦU
MỤC TIÊU

Làm sáng tỏ được tác động của khô hạn đối
với cây đậu tương và cơ chế phân tử điều
khiển sự phát triển hệ rễ cây đậu tương
chống lại điều kiện khô hạn.


NỘI DUNG
• Nghiên cứu tác động của hạn đối với đậu
tương
• Tìm hiểu các gen xác định tính trạng liên
quan đến sự phát triển hệ rễ cây đậu
tương
• Nghiên cứu đặc điểm, cơ chế phân tử gen
và protein expansin tác động kéo dài rễ
đậu tương


TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm về cây đậu tương
• Các giai đoạn phát triển


TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm về cây đậu tương
• Thời vụ và nhu cầu về nước

Xen canh nhiều vụ trong năm
Độ ẩm đồng ruộng: 50-60%


TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Tác động của hạn đối với cây đậu tương

Giảm diện tích
quang hợp

Giảm tỷ lệ
hấp thụ CO2

Giảm vận
chuyển điện tử

Gây héo lá,
chóng tàn
Hình thành lạp
lục dị hình

HẠ
N

Giảm khả năng
cố định nitơ
Ảnh hưởng
hoạt tính
enzyme

TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Tác động của hạn đối với cây đậu tương
• Giai đoạn sinh thực

HẠN

Giảm 32-44%
năng suất hạt


MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN
SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Gen GmACS xác định tiền chất ethylene –
gián tiếp khởi sinh hình thành rễ bên
• Gen GmCuAO liên quan sự phát triển tế
bào mô rễ và trụ dưới lá mầm
• Gen Sb-HRGP3 kiểm soát sự kéo dài rễ


MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN
SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG
• Nhóm gen GmNAC gián tiếp điều chỉnh
sự phát sinh, phát triển kéo dài rễ bên
• GsGF14o tăng cường phát triển kéo dài rễ
• Gen GmEXP1 xác định protein expansin
tác động kéo giãn thành tế bào – hoạt
động chủ yếu ở miền sinh trưởng rễ cây
đậu tương

PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm gen expansin đậu tương
• Liên họ gen expansin gồm: α-expansin, βexpansin, expansin-like A và expansin-like B
• Đậu tương có tổng số 75 gen expansin trên
18 cặp NST (trừ NST 8 và 16): 49 gen EXPA,
9 gen EXPB, 2 gen EXLA và 15 gen EXLB.


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm gen expansin đậu tương
• Sự biểu hiện gen GmEXP ở các mô có khác
biệt: các gen biểu hiện ở rễ là EXPA(2, 8, 12,
23, 29, 36, 37) và EXPB12
• Nhân tố cis điều hoà biểu hiện gen expansin
nhận tín hiệu từ: phytohormone, và kích thích
trực tiếp từ những bất lợi của môi trường.


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm gen GmEXP1


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm gen GmEXP1

Exon 1: 138 bp
Exon 2: 321 bp
Exon 3: 309 bp

Tổng số 768 bp

Intron 1: 225 bp
Intron 2: 500 bp

255 amino acid


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm của protein expansin
• Protein expansin gồm 3 phân họ: α, β và γ
• Các polypeptide expansin đậu tương dài từ
218 - 309 amino acid, m = 23,5 – 33,8kDa
• Giá trị pI dao động từ 4,5 – 9,8


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm của protein expansin
• Vùng tín hiệu: 16 – 31 amino acid và 2 vùng
chức năng giả định


PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
• Đặc điểm của protein expansin


EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO
• Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật

EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO
• Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật

- Liên kết hoá trị
- Liên kết tĩnh điện
- Liên kết hydro
- Liên kết Van der waals


EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO
• Cơ chế kéo giãn thành tế bào của
expansin
• Tế bào tăng trưởng đòi hỏi phải nới lỏng
mạng lưới vi sợi thành tế bào kết hợp sức
trương TB; đồng thời bổ sung các thành phần
kiến tạo.
• Expansin hoạt động ở “pH sinh trưởng” và đạt
tỷ lệ về khối lượng với thành tế bào (1:10000)


EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO
• Cơ chế kéo giãn thành tế bào của
expansin

* Theo McQueen-Mason

- Bẻ gãy liên kết phi hóa trị
- Tăng cường hoạt tính cho enzyme cellulolase

EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO
• Cơ chế kéo giãn thành tế bào của
expansin

GmEXP1