Phân tích gen mã hóa cho protein NHX liên quan đến tính chịu mặn ở lúa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Huy Dƣơng

PHÂN TÍCH GEN MÃ HÓA CHO PROTEIN NHX
LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU MẶN Ở LÚA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Huy Dƣơng

PHÂN TÍCH GEN MÃ HÓA CHO PROTEIN NHX LIÊN QUAN
ĐẾN TÍNH CHỊU MẶN Ở LÚA
Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 60420121

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỖ THỊ PHÚC

Hà Nội – Năm 2015

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

LỜI CẢM ƠN

Trƣơc tiên tôi xin gửi lời cảm ơn, biết ơn sâu sắc tới TS. Đỗ Thị Phúc, ngƣời
thầy đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ, và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện
đề tài và tạo những điều kiện thuận lợi nhất giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn Di truyền học đã
dạy dỗ và và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất tại bộ môn trong suốt thời gian tôi
học tập và nghiên cứu tại trƣờng.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các cán bộ phòng thí nghiệm thuộc bộ môn
Di truyền học, phòng Genomics đã tạo điều kiện về trang thiết bị đầy đủ, hiện đại
nhất phục vụ cho nghiên cứu đề tài.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới cử nhân Trần Xuân An, ngƣời đã giúp
đỡ tận tình tôi trong quá trình thực hành các thí nghiệm cần thiết cho đề tài luận
văn thạc sĩ.
Luận văn này đƣợc thực hiện với nguồn kinh phí từ quỹ NAFOSTED.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 23 tháng 11 năm 2015
Học viên
Nguyễn Huy Dƣơng

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Mục Lục
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1
Chƣơng 1 TỔNG QUAN..................................................................................................... 2
1.1 Giới thiệu chung về cây lúa........................................................................................ 2
1.2 Khả năng chịu mặn ở cây lúa. .................................................................................... 2
1.2.1 Ảnh hƣởng của mặn đối với sự sinh trƣởng và phát triển của cây lúa ................ 2
1.2.2 Đáp ứng của thực vật nói chung và cây lúa nói chung đối với điều kiện mặn .... 3
1.3 Họ protein NHX ở thực vật ........................................................................................ 7
1.3.1 Nguồn gốc và tiến hóa của họ protein NHX ở thực vật ...................................... 7
1.3.2 Chức năng của họ protein ở thực vật ................................................................... 9
1.3.2.1 Điều hòa pH .................................................................................................. .9
1.3.2.2 Chống chịu mặn ............................................................................................. 9
1.3.3 Họ protein NHX ở lúa ....................................................................................... 10
1.4 Khái niệm và chức năng các yếu tố điều hòa cis ở thực vật.................................... 12
1.5 Tình hình nghiên cứu họ gen NHX trên thế giới và Việt Nam .............................. .13
1.6 Một số công cụ tin sinh đƣợc sử dụng trong nghiên cứu in silico ......................... .14
1.6.1 Các công cụ tìm kiếm cơ sở dữ liệu .................................................................... .14
1.6.2 Các công cụ dự đoán cấu trúc các phân tử protein .............................................. .15
1.6.3 Các công cụ đánh giá kết quả dự đoán cấu trúc các phân tử protein .................. .16
Chƣơng 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 17
2.1 Vật liệu ..................................................................................................................... 17
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................... 18
2.2.1 Tách chiết DNA tổng số bằng phƣơng pháp CTAB :........................................ 18
i

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

2.2.2 Phƣơng pháp điện di trên gel Agarose............................................................... 18
2.2.3 Phƣơng pháp PCR.............................................................................................. 19
2.2.4 Sử dụng các cơ sở dữ liệu và phần mềm tin sinh để nghiên cứu in silico gen mã
hóa cho protein NHX và phân tích kết quả nghiên cứu .............................................. 20
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................... 22
3.1 Kết quả nghiên cứu in silico họ gen OsNHX ........................................................... 22
3.1.1 Dữ liệu về họ gen OsNHX ................................................................................. 22
3.1.1.1 Vị trí phân bố các gen trên NST .................................................................. 22
3.1.1.2 Cấu trúc của các gen thuộc họ gen NHX ..................................................... 23
3.1.1.3 Phân tích cấu trúc của protein ...................................................................... 25
3.1.2 Phân tích vùng promoter các gen thuộc họ gen OsNHX ................................... 33
3.1.2.1 Nhận diện các yếu tố cis thuộc vùng promoter ........................................... 33
3.1.2.2 Thiết kế logo motif của một số yếu tố cis liên quan đến tính chịu mặn ...... 37
3.1.3 Phân tích in silico dữ liệu biểu hiện các gen OsNHX ........................................ 39
3.1.3.1 Sự biểu hiện của các gen thuộc họ gen OsNHX trong điều kiện bình thƣờng
..................................................................................................................................... 39
3.1.3.2 Sự biểu hiện các gen thuộc họ OsNHX trong điều kiện stress .................... 43
3.2 Kết quả phân tích đa hình vùng promoter của gen OsNHX3 ................................... 45
3.2.1 Kết quả phản ứng PCR ...................................................................................... 45
3.2.2 Kết quả giải trình tự ........................................................................................... 45
3.2.3 Đánh giá mức độ đa hình vùng promoter các giống lúa nghiên cứu ................. 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 52
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 53

ii

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học
Danh mục bảng

Bảng 1.1 Các gen chống chịu mặn ở thực vật ... ................................................................. 5
Bảng 1.2 Các gen điều hòa liên quan đến tính chịu mặn ở thực vật .. ................................ 6
Bảng 1.3 Số lƣợng và vị trí các protein thuộc họ protein NHX ở một số loài thực vật .. ... 8
Bảng 2.1 Danh sách 12 giống lúa dùng trong nghiên cứu................................................. 17
Bảng 2.2 Trình tự cặp mồi đặc hiệu sử dụng PCR vùng promoter gen OsNHX3 ............. 20
Bảng 2.3 Thành phần phản ứng PCR ................................................................................ 20
Bảng 2.4 Chu trình nhiệt của phản ứng PCR .................................................................... 21
Bảng 3.1 Thông tin về cơ sở dữ liệu các gen thuộc họ gen OsNHX ở lúa ........................ 22
Bảng 3.2 So sánh mức độ tƣơng đồng về trình tự nucleotid các gen thuộc họ OsNHX ... 25
Bảng 3.3 So sánh mức độ tƣơng đồng về trình tự amino acid các protein họ OsNHX .... 25
Bảng 3.4 Chỉ số đánh giá mô hình 3D của các protein thuộc họ OsNHX ........................ 33
Bảng 3.5 Vị trí trình tự TSS và các yếu tố cis vùng promoter các gen thuộc họ OsNHX. 34
Bảng 3.6 Dữ liệu tạo dòng cDNA biểu hiện gen OsNHX4 ............................................... 42
Bảng 3.7 Vị trí và kiểu thay thế trình tự nuleotid vùng promoter gen OsNHX3 ở các giống
lúa nghiên cứu.................................................................................................................... 48
Bảng 3.8 Sự thay đổi yếu tố điều hòa cis do thay thế nucleotide trong vùng promoter gen
OsNHX3 ở 11 giống lúa ..................................................................................................... 51

iii

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học
Danh mục hình

Hình 1.1 Các con đƣờng điều hòa chống chịu stress mặn ở thực vật . ............................... 4
Hình 1.2 Thành phần họ protein OsNHX tham gia điều hòa hằng định ion nội bào. ....... 11
Hình 3.1 Sơ đồ phân bố các gen OsNHX trên NST ở lúa.................................................. 23
Hình 3.2 Cấu trúc exon/intron các gen thuộc họ gen NHX ở lúa ...................................... 24
Hình 3.3a Mô hình cấu trúc các miền protein xuyên màng OsNHX1 .............................. 27
Hình 3.3b Mô hình cấu trúc các miền protein xuyên màng OsNHX2 .............................. 28
Hình 3.3c Mô hình cấu trúc các miền protein xuyên màng OsNHX3 .............................. 28
Hình 3.3d Mô hình cấu trúc các miền protein xuyên màng OsNHX4 .............................. 28
Hình 3.3e Mô hình cấu trúc các miền protein xuyên màng OsNHX5 .............................. 29
Hình 3.4a Mô hình 3D protein OsNHX1 .......................................................................... 30
Hình 3.4b Mô hình 3D protein OsNHX2 ......................................................................... 30
Hình 3.4c Mô hình 3D protein OsNHX3 .......................................................................... 31
Hình 3.4d Mô hình 3D protein OsNHX4 .......................................................................... 31
Hình 3.4e Mô hình 3D protein OsNHX5 .......................................................................... 31
Hình 3.5 Phân tích điểm Ramachandran của protein OsNHX3 ........................................ 32
Hình 3.6 Logo consensus yếu tố ABRE ........................................................................... 38
Hình 3.7 Logo consensus yếu tố G-box ............................................................................ 38

Hình 3.8 Logo consensus yếu tố MBS .............................................................................. 38
Hình 3.9 Logo consensus yếu tố CAAT .......................................................................... 388
Hình 3.10 Logo consensus yếu tố TATA-box .................................................................. 39
Hình 3.11 Logo consensus yếu tố GCN4 .......................................................................... 39
Hình 3.12a. Sự biểu hiện của gen OsNHX tại các mô cơ quan ở lúa ................................ 40
Hình 3.12b Biểu hiện gen các gen OsNHX qua các giai đoạn phát triển của lúa.............. 41
Hình 3.13 Sự biểu hiện của gen OsNHX4 ở một số mô, cơ quan lúa ............................... 42
Hình 3.14 Sự biểu hiện gen OsNHX1 (a) và OsNHX2 (b) trong điều kiện stress mặn ..... 43
Hình 3.15 Sự biểu hiện gen OsNHX3 (c) và OsNHX5 (d) trong điều kiện stress mặn .... 44
Hình 3.16 Sản phẩm PCR sử dụng cặp mồi pro-NHX3 .................................................... 45
iv

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Hình 3.17 Kết quả giải trình tự promoter gen OsNHX3 của giống lúa CD2..................... 45
Hình 3.18 So sánh trình tự promoter của 11 giống lúa với trình tự database ................... 46

v

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DNA

Deoxyribonucleic Acid

Axit deoxiribonucleic

aa

Amino acid

Axit amin

bp

Base Pair

Cặp bazơ nitơ

Cds

Coding sequense

Trình tự mã hóa cho protein

CREs

Cis Regulatory Elements

Yếu tố điều hòa cis

CTAB

Cetyl Trimethyl Amoni Bromide

dNTPs

Deoxyribonucleotide Triphosphate

ddNTP

Dideoxyribonucleotide Triphosphate

DPE

Downstream Promoter Element

Yếu tố promoter xuôi dòng

DRE

Drought Response Element

Yếu tố đáp ứng hạn

EDTA

Ethylene Diamine Tetraacetic Acid

Ethylen tetraaxetic axit

EST

Expressed Sequence Tag

Tag các trình tự biểu hiện

IRRI

Viện nghiên cứu lúa quốc tế

NHX

The International Rice Research
Institute
National Center for Biotechnology
Information
Na+/H+ -Exchanger

NST

Chromosome

Nhiễm sắc thể

PCR

Polymerase Chain Reaction

Phản ứng chuỗi trùng hợp

RGAP

Rice Genome Annotation Project

Dự án chú giải hệ gen lúa

TAE

Tris-acetate-EDTA

TE

Tris-EDTA

TSS

Transciption Start Site

NCBI

Trung tâm thông tin công
nghệ sinh học quốc gia Mỹ
Trao đổi ion Na+/H+

Vị trí khởi đầu phiên mã

vi

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học
MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam lúa là cây trồng bản địa có khả năng thích nghi rộng với các điều kiện
sinh thái khác nhau. Tuy nhiên năng suất lúa phụ thuộc vào rất nhiều yếu tốnhƣ phân
bón, giống, kỹ thuật canh tác và khác từ môi trƣờng sinh thái nhƣ khí hậu, độ mặn, độ
chua và độ màu mỡ của đất. Độ mặn là một trong những yếu tố có nguy cơ ảnh hƣởng
lớn đến sự sinh trƣởng, phát triển bình thƣờng và năng suất của cây lúa. Những nghiên
cứu trƣớc đây đã chỉ ra rằng độ mặn cao trong đất không chỉ gây độc cho tế bào mà
chúng còn ảnh hƣởng đến khả năng hấp thu các chất dinh dƣỡng khác và sự hằng định
nội môi cơ quan, tế bào thực vật qua đó làm giảm năng suất và chất lƣợng dinh dƣỡng
của cây lúa. Do đó lựa chọn cây lƣơng thực nói chung và cây lúa nói riêng theo hƣớng

thích nghi với điều kiện sinh thái ngập mặn là một trong những nhiệm vụ chiến lƣợc góp
phần đảm bảo an ninh lƣơng thực.
Trong nhiều năm qua, công tác chọn tạo giống đã đạt đƣợc những thành tựu nhất
định, song các phƣơng pháp đƣợc ứng dụng chủ yếu là lai tạo và gây đột biến thực
nghiệm nên kết quả vẫn còn nhiều hạn chế, chƣa đáp ứng đƣợc yêu cầu cải tạo những
giống lúa có chất lƣợng, có khả năng chống chịu với các bất lợi từ môi trƣờng sinh thái.
Bên cạnh đó việc đi sâu nghiên cứu cơ sở di truyền của gen chịu mặn, đặc biệt là các gen
tham gia trao đổi Ion Na+/H+ vẫn chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Họ protein NHX đƣợc xem là họ protein có liên quan đến tính chịu mặn ở thực vật
đã đƣợc nghiên cứu trong những năm gần đây, tuy nhiên ở lúa họ protein này ở lúa vẫn
chƣa đƣợc quan tâm nghiên cứu một cách đầy đủ. Để góp phần nghiên cứu đầy đủ về cấu
trúc, chức năng của họ protein NHX ở lúa, qua đó sàng lọc, tuyển chọn và nhân dòng
những giống lúa có khả năng thích nghi cao với độ mặn chúng tôi chọn đề tài:
“Phân tích gen mã hóa cho protein NHX liên quan đến tính chịu mặn ở lúa”
Để đạt đƣợc mục tiêu của đề tài chúng tôi đã tiến hành những nội dung nghiên cứu sau:
1 Nghiên cứu in silico họ gen mã hóa cho protein OsNHX ở lúa.
2 Phân tích đa hình vùng promoter gen OsNHX3 .

1

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học
Chƣơng 1
TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung về cây lúa
Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những cây lƣơng thực chính đƣợc trồng phổ
biến ở nƣớc ta và nhiều nƣớc trên thế giới. Về mặt nguồn gốc và phân loại, lúa trồng
ngày nay thuộc họ hòa thảo (Poaceae), chi Oryza, đƣợc con ngƣời thuần hóa từ lúa
hoang dại cách đây khoảng 130 triệu năm trƣớc. Chi Oryza có 21 loài lúa hoang dại và 2
loài lúa trồng (Oryza sativa và Oryza glaberrima) [17]. Loài Oryza sativaban đầu đƣợc
trồng chủ yếu ở châu Á sau đó lan rộng ra toàn cầu trong khi loài Oryza glaberrima chỉ
đƣợc trồng phổ biến ở vùng đông Phi. Loài Oryza sativa có bộ NST lƣỡng bội 2n= 24,
với hai phân loài là Indica và Japonica. Hai phân loài này khác nhau về các đặc điểm
hình thái, sinh lý và mức độ đa dạng di truyền [21].
Lúa đƣợc xem là một sinh vật mô hình dùng trong nghiên cứu di truyền và chọn
giống phân tử bởi lúa có hệ gen khá nhỏ (khoảng 430Mb), có mức độ tƣơng đồng hệ gen
cao với những cây trồng có giá trị kinh tế khác[2]. Với sự phát triển mạnh mẽ của các
công cụ tinh sin trong sinh học phân tử, lúa đƣợc nghiên cứu rộng rãi và xây dựng thành
công nhiều cở sở dữ liệu và quy trình nghiên cứu. Vào năm 2005, lúa là cây lƣơng thực
đầu tiên đƣợc giải mã thành công toàn bộ hệ gen [32].
1.2. Khả năng chịu mặn ở cây lúa
1.2.1. Ảnh hƣởng của mặn đối với sự sinh trƣởng và phát triển của cây lúa
Khả năng chịu mặn là một quá trình đáp ứng sinh lý phức tạp thay đổi tùy theo
giai đoạn sinh trƣởng phát triển, có sự tham gia của nhiều yếu tố, cơ chế khác nhau trong
tế bào, mô và cơ thể thực vật. Cơ chế chống chịu mặn và khả năng thích nghi của thực
vật đối với điều kiện mặn đƣợc minh chứng qua nhiều công trình nghiên cứu [33],[26],
[25], [22]. Mặn ảnh hƣởng đến khả năng sinh trƣởng, phát triển của cây lúa ở nhiềumức
độ khác nhau tùy từng giai đoạn sinh trƣởng phát triển. Ở cấp độ tế bào, nồng độ muối
cao có thể độc cho tế bào, gây mất cân bằng pH và áp suất thẩm thấu từ đó làm ức chế
các phản ứng sinh lý sinh hóa của tế bào. Ở cấp độ cơ thể, mặn làm giảm khả năng hấp
2

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

thu nƣớc của rễ, làm giảm diện tích lá dẫn đến giảm khả năng quang hợp và năng suất
cây lúa [25].
Ngƣời ta nhận thấy, lúa ở giai đoạn nảy mầm có khả năng chịu mặn cao. Tuy nhiên khi
bƣớc vào giai đoạn cây con, đẻ nhánh và trổ bông, tính chịu mặn của cây kém hơn giai
đoạn nảy mầm. Độ mặn cao ảnh hƣởng đến sự gia tăng chiều dài của lá, số lƣợng nhánh
và trọng lƣợng khô của lá, rễ. Ở giai đoạn sinh sản mặn ảnh hƣởng đến sự hình thành
hoa, sự thụ phấn và sự nảy mầm của hạt phấn, làm cho tỉ lệ hạt lép gia tăng. Mặn làm
giảm chiều dài bông, số hạt/bông và trọng lƣợng 1000 hạt đƣa đến năng suất giảm [28].
1.2.2. Đáp ứng của thực vật nói chung và cây lúa nói riêng đối với điều kiện mặn
Thực vật có thể đáp ứng stress mặn ở các tế bào riêng lẻ hay phối hợp chống chịu
ở mức độ mô, cơ quan và cơ thể. Sự bắt đầu của phản ứng tế bào/ cơ thể thực vật đối với
tác động từ môi trƣờng bên ngoài bằng việc nhận tín hiệu, truyền tín hiệu và cuối cùng
đƣa ra các phản ứng sinh lý sinh hóa nhằm đáp ứng điều kiện stress đó. Ở cấp độ tế bào,
tín hiệu stress đầu tiên đƣợc nhận biết ở bề mặt màng tế bào bởi những phân tử thụ thể
(receptor) nhƣ G-protein, các kinase, hoặc histidine kinase. Kết quả của sự tác động này
làm hoạt hóa nhiều phân tử tín hiệu thứ cấp nhƣ Ca2+, inositol phosphates và abscisic acid
(ABA). Những tín hiệu thứ cấp này sau đó sẽ đƣợc truyền vào trong nhân để cảm ứng
nhiều gen có vai trò đáp ứng với stress [33].
Phản ứng với tín hiệu stress có thể xảy ra sớm hoặc muộn tùy vào gen, giai đoạn
phát triển hay cƣờng độ của tín hiệu stress. Sự đáp ứng stress có thể diễn ra trong vài phút
đối với các gen đáp ứng sớm. Sản phẩm của các gen này thƣờng là các yếu tố phiên mã,
có tính tạm thời và chúng sẽ điều khiển các gen đáp ứng stress muộn. Sản phẩm của các

gen phản ứng muộn thƣờng tham gia trực tiếp chống lại các điều kiện bất lợi từ môi
trƣờng. Sản phẩm của chúng là những protein nhƣ chất chống đông (antifreeze protein),
chaperons, và các enzyme kháng ôxi hóa (antioxidant), khử độc tố (detoxification).
Cơ chế chống chịu mặn ở thực vật là một hiện tƣợng phức tạp có sự tham gia của
nhiều yếu tố bằng nhiều con đƣờng khác nhau. Quá trình này đòi hỏi sự với sự phối hợp
hoạt động chính xác của nhiều phân tử tín hiệu nhƣ các protein sửa đổi, protein tiếp hợp
(adaptor) và các protein giá thể (scaffold). Ngoài ra các phân tử nhỏ nhƣ canxi, glycine,
3

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

betaine, proline, ROS, ABA và các bơm ion cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình
chống chịu stress ở thực vật [33].

Hình 1.1 Các con đƣờng điều hòa chống chịu stress mặn ở thực vật [33]
Theo Hasegawa (2000) và cộng sự, các gen liên quan đến tính chịu mặn có thể
chia làm 2 nhóm chức năng. Một là các gen mã hóa cho các phân tử protein tác hiệu
(effectors), là những yếu tố có liên quan trực tiếp đến khả năng thích nghi, chống chịu
điều kiện stress mặn. Hai là các gen mã hóa yếu tố điều hòa hoạt động của effectors. Mặc
dù có rất nhiều gen tham gia vào quá trình chống chịu stress mặn song có thể nhận thấy
nhóm gen tham gia mã hóa protein vận chuyển các ion Na+, H+ và K+ bao gồm 3 họ gen
là HKT, NHX và SOS (Hình 1.1). Bảng 1.1 và 1.2 liệt kê một số gen quan đến tính chịu
mặn ở thực vật [22].

4

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Bảng 1.1 Các gen chống chịu mặn ở thực vật [22]

5

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Bảng 1.2 Các gen điều hòa liên quan đến tính chịu mặn ở thực vật [22]

6

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.3. Họ protein NHX ở thực vật
1.3.1. Nguồn gốc và tiến hóa của họ protein NHX ở thực vật
Một trong những đặc tính cơ bản của sự sống đó là khả năng điều hòa pH, thể tích
và thành phần ion trong tế bào sinh vật. Quá trình này diễn ra nhờ sự trao đổi, cân bằng
giữa các ion, đặc biệt là sự trao đổi proton và các ion hóa trị một do vai trò của siêu họ
protein CPA (cation proton antiporter) đảm nhận. NHX đƣợc xem là một trong ba họ
protein thành viên thuộc siêu họ protein vận chuyển (CPA), tham gia vào nhiều quá trình
sinh học nhƣ sinh trƣởng phát triển, điều hòa pH, kiểm soát chu kỳ tế bào và tham gia
vào cơ chế chống chịu mặn [8], [6].
NHX là họ protein có tính bảo tồn cao trong quá trình tiến hóa, chúng có mặt ở
hầu hết các nhóm sinh vật từ đơn bào đến những sinh vật bậc cao nhƣ thực vật và động
vật (NHE đối với động vật). Dựa trên sự giống nhau về trình tự amino acid ngƣời ta đã
chia họ protein NHX làm hai nhóm là nhóm protein màng tế bào và nhóm protein màng
nội bào [9]. Ở thực vật hầu hết họ protein NHX đều thuộc nhóm có mặt tại nội bào. Từ
nhóm này ngƣời ta lại xếp chúng vào hai lớp khác nhau dựa vào sự định vị của chúng
trong tế bào. Lớp thứ nhất gồm những protein nằm trên màng không bào, có chức năng
vận chuyển ion Na+ vào không bào, trong khi đó nhóm thứ hai gồm những protein định vị
ở một số bào quan nhƣ hệ gônghi [30].
Ở Arabidopsis, họ protein NHX gồm 6 thành viên đƣợc phân chia thành hai lớp.
Lớp NHX thứ nhất gồm các protein từ AtNHX1 đến AtNHX4 định vị ở màng không bào
[27] và có ái lực cao với Na+ hơn so với K+ [4]. Lớp hai gồm các protein AtNHX4 và
AtNHX5 định vị ở hệ gônghi và có ái lực với K+ cao hơn Na+ [7], [34]. Gen đầu tiên
đƣợc tạo dòng là AtNHX1, có liên quan đến khả năng chống chịu mặn và chịu hạn

(Gaxiola và cộng sự., 1999). Sau đó nhiều thành viên khác thuộc họ gen NHX đã đƣợc
phân tích ở các sinh vật khác nhƣ ở Oryza sativa (Fukuda và cộng sự, 1999, 2004),
Populus euphratica (Ye và cộng sự, 2009), Zea mays (Zorb và cộng sự, 2005) và Glycine
max (Chen và cộng sự, 2014). Bảng 1.3 [11].

7

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Các phân tích về cấu trúc miền protein cho thấy hầu hết các protein họ NHX ở
thực vật đều có khoảng 10-12 miền protein xuyên màng, với khoảng 550 gốc amino acid.
So sánh trình tự amino acid ở nhiều loài khác nhau ngƣời ta cũng nhận thấy đầu N các
protein NHX có mức độ tƣơng đồng cao nhất, trong khi đầu C có mức độ tƣơng đồng
thấp hơn. Ngƣời ta cho rằng đầu N của họ protein NHX tham gia vào cấu tạo kênh xuyên
màng và vị bám của các ion kim loại do đó có tính bảo thủ, chọn lọc cao trong khi đầu C
với chức năng điều hòa hoạt động của protein nên có tính linh hoạt hơn và ít bảo thủ hơn
[23], [6].
Bảng 1.3 Số lƣợng và vị trí các protein thuộc họ protein NHX ở một số loài thực vật [11]
Các kiểu protein NHX
Loài

Màng không bào

Màng thể nội bào

Màng tế bào

(Vacuolar)

(Endosomal)

(Plasma membrane)

Arabidopsis thaliana

4

2

2

Solanium lycopersicum

3

1

1

Medicago truncatula

7

2

1

Glycine max

7

3

1

Populous trichocarpa

5

1

2

Zea mays

6

2

1

Oryza sativa

4

2

1

Brachypodium

4

2

2

3

2

2

5

2

2

distachyon
Selaginella
moellendorffii
Physcomitrella patens

8

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.3.2 Chức năng của họ protein NHX ở thực vật
1.3.2.1 Điều hòa pH
Điều hòa pH là một trong những hoạt động quan trọng của tế bào. Ở thực vật, pH
tế bào đƣợc xác định bởi hoạt động của các bơm proton và quá trình trao đổi chất làm
phát sinh các ion H+ và OH-. Vai trò điều hòa pH của họ protein NHX đƣợc minh chứng
thông qua nghiên cứu về sự biến đổi màu sắc hoa phụ thuộc vào pH không bào. Ngƣời ta
nhận thấy màu sắc hoa của loài Ipomea tricolor cv thay đổi từ đỏ tía đến xanh là do sự
thay đổi pH không bào từ 6,6 đến 7,7.
Quá trình trao đổi chất trong tế bào có thể tạo ra các ion H+ và OH- tích lũy nhiều
bên trong tế bào đôi khi gây rối loạn sự hoạt động của enzyme do đó cần phải đƣợc cân
bằng bởi sự điều hòa pH nội bào. Sự thay đổi pH trong tế bào gắn liền với hoạt động của
kênh vận chuyển cation / proton và sự thay đổi các kênh này giúp cho pH thay đổi nhanh
chóng (Raven,1985). Các nghiên cứu điện sinh lý đề xuất rằng các transporter có thể
tham gia vào một trong các cơ chế kiểm soát pH tế bào chất, pH không bào hoặc là
gradient ion đều chịu cảm ứng bởi điều kiện stress mặn [27].
1.3.2.2 Chống chịu mặn
Sự khu trú Na+ và Cl- vào không bào là cơ chế thích nghi ở thực vật đƣợc bảo tồn
ở thực vật nƣớc ngọt cũng nhƣ nƣớc mặn [40]. Khả năng chịu mặn của thực vật có đƣợc

là nhờ sự hạn chế tích lũy ion Na+ ở thân và giảm sự vận chuyển Na+ lên thân, lá. Ở mức
độ tế bào nồng độ Na+ tại không bào luôn đƣợc duy trì ở ngƣỡng thấp hơn mức có khả
năng gây độc cho tế bào chất là nhờ hoạt động của các protein NHX [30]. Vài trò vận
chuyển Na+, H+ trong tế bào do các protein đƣợc mã hóa bởi các gen thuộc họ gen NHX
ở thực vật đảm nhiệm, trong đó kênh vận chuyển Na +/H

+

và K +/ H + là hai kênh vận

chuyển quan trọng trong quá trình điều tiết duy trì nồng độ cân bằng của ion trong cơ chế
chịu mặn của cây. Phân tích khả năng chịu mặn của cây Arabidopsis, ngƣời ta thấy họ
protein NHX tham gia vào sự vận chuyển ion K + / H + và Na +/H + , tăng cƣờng đƣa hàm
lƣợng ion Na+ vào bên trong không bào, tích lũy ion K + vào nội mô tế bào, giúp cây thực
hiện chức năng điều tiết tốt trong quá trình chịu mặn [35].
9

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.3.3. Họ protein NHX ở lúa
Họ protein NHX đóng vai trò quan trọng đối với sinh trƣởng và phát triển của cây
lúa, đặc biệt là trong điều kiện môi trƣờng đất nhiễm mặn. Với việc phân bố ở những bào
quan quan trọng trong tế bào, họ protein OsNHX có khả năng kiểm soát pH tế bào, vận

chuyển ion Na+ vào không bào, tham gia trao đổi Na+/H+ ở hệ gônghi, tạo điều kiện cho
cây sinh trƣởng tốt trong môi trƣờng mặn độc hại.
Những nghiên cứu về cấu trúc tinh thể của các antiporter NHX ở nấm men, động
vật và thực vật vẫn chƣa đƣợc xây dựng một cách hoàn chỉnh tuy nhiên dựa trên kiểu cấu
trúc mẫu protein PaNhaP của vi khuẩn Pyrococcus abyssii ngƣời ta đã phác họa những
nét đặc trƣng cơ bản của các Na+/H+ antiporter ở Eukaryota (Woehlert và cộng sự, 2014).
Phân tích in silico hệ gen lúa ngƣời ta đã xác định đƣợc 13 antiporter trong đó 9
antiporter tham gia vào quá trình trao đổi Na+/H+ và 4 antiporter tham gia trao đổi K+/H+
[19]. Họ gen NHX ở lúa gồm 5 thành viên đƣợc định danh từ OsNHX1 đến OsNHX5.
Trong số 5 gen này, OsNHX1 là gen đầu tiên đƣợc tạo dòng bởi Fukuda và cộng sự vào
năm 1999 [13], [20].
Những nghiên cứu đầu tiên về vai trò của các protein OsNHX đƣợc tiến hành trên
lúa và nấm men Saccharomyces cerevisiae bởi Fukuda và cộng sự 2004. Kết quả phân
tích cho thấy khi xử lý cây lúa với nồng độ Na+ cao, hàm lƣợng sản phẩm phiên mã của
gen OsNHX1 cũng tăng lên. Điều này chứng tỏ gen OsNHX1 chịu ảnh hƣởng bởi stress
mặn và chủ yếu là kiểu stress ion. Đánh giá mức độ biểu hiện gen OsNHX1 ở các mô cơ
quan, ngƣời ta nhận thấy gen OsNHX1 biểu hiện mạnh mẽ ở các mô chồi hơn là ở rễ. Tại
các mô, cơ quan protein OsNHX1 tham gia điều hòa hàm lƣợng Na+ nội bào nhờ khả
năng khu trú ion này vào không bào qua đó giúp duy trì tỉ số K+/Na+ cao trong tế bào,có
lợi cho sự hấp thu nƣớc và trao đổi chất [13],[27]. Các thành viên khác thuộc lớp một
định vị ở không bào nhƣ OsNHX2, OsNHX3 và OsNHX4 cũng có chức năng tƣơng tự
nhƣ OsNHX1 mặc dù mức độ biểu hiện và cấu trúc có sự khác biệt nhau (Hình 1.2) [19].

10

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN

Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Hình 1.2 Thành phần họ protein OsNHX tham gia điều hòa cân bằng ion nội bào [19]
Họ protein OsNHX điều hòa cân bằng pH ở lúa gồm các thành viên từ OsNHX1 đến
OsNHX4 tham gia trao đổi Na+/H+ ở không bào, protein OsNHX5 tham gia trao đổi
Na+/H+ ở lưới nội chất (ER) và hệ gônghi.

11

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.4. Khái niệm và chức năng các yếu tố điều hòa cis ở thực vật
a) Khái niệm yếu tố điều hòa cis
Yếu tố điều hòa cis (Cis-regulatory elements) là những trình tự đặc hiệu trong
vùng promoter của gen, có vai trò tƣơng tác với các yếu tố phiên mã (transcription
factors) để tham gia điều hòa hoạt động của gen [37].
b) Phân loại các yếu tố điều hòa cis (CREs)
Có nhiều cách để phân loại CRE nhƣ dựa vào vị trí, đặc điểm và chức năng của
chúng. Tuy nhiên ngƣời ta thƣờng xếp các yếu tố cis thành 2 nhóm đó là nhóm các yếu tố
điều hòa chung và yếu tố đặc hiệu. Nhóm các yếu tố điều hòa chung thƣờng nằm ở vùng
lõi promoter nhƣ TATA-box, Y-patch, DPE…Nhóm các yếu tố điều hòa đặc hiệu thƣờng

là các yếu tố nằm ở vùng lân cận hoặc vùng xa của promoter và đáp ứng với những điều
kiện môi trƣờng cụ thể nhƣ nhiệt độ, độ mặn, ánh sáng và các tác nhân gây bệnh [18].
c) Đặc điểm các yếu tố điều hòa cis [18], [29]
- Là những trình tự ngắn tồn tại thành từng cụm có kích thƣớc 4-12bp.
- Có tính bảo thủ cao ở nhiều loài và nhóm sinh vật.
- Có vị trí tƣơng đối cố định so với TSS và tƣơng quan cố định giữa các cis elements. Ví
dụ: TATA- box thƣờng nằm ở vị trí từ -20 đến – 49 so với TSS, CAAT-box thƣờng nằm
ở vị trí -80 đến -150 so với TSS.
d) Chức năng của các yếu tố cis ở thực vật [18], [10]
Các yếu tố điều hòa cis là nơi bám và hoạt động của các yếu tố phiên mã do đó đối
với thực vật các CRE có 3 chức năng chính:
-Hình thành phức hệ khởi đầu phiên mã khi tham gia tƣơng tác với RNA pol II.
-Tham gia điều hòa hoạt động phiên mã của gen trong những điều kiện môi trƣờng khác
nhau nhƣ stress mặn, hạn, ánh sáng và các tác nhân sinh học (biotics).
- Điều hòa sự sinh trƣởng và phát triển.

12

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.5. Tình hình nghiên cứu họ gen NHX trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới gen mã hóa cho các protein vận chuyển, trao đổi NHX đang rất đƣợc
quan tâm nghiên cứu. Cơ sở dữ liệu của họ gen NHX ở thực vật đã đƣợc công bố trên

nhiều trang web nhƣ NCBI ( Phytozome, RAPG7. Từ
những năm 1990, đã có nhiều công trình nghiên cứu để làm sáng tỏ vai trò của các gen có
liên quan đến tính chịu mặn [36], [16]. Những năm gần đây các nghiên cứu về họ gen
NHX hƣớng đến việc phân tích nguồn gốc phát sinh chủng loại và đánh giá mức độ biểu
hiện của gen trong điều kiện stress mặn [20], [30] [15].
Họ gen NHX đã đƣợc nghiên cứu trên nhiều đối tƣợng khác nhau nhƣ Arabidopsis
(AtNHX), cà chua (LeNHX), Lúa mỳ (TaNHX) ngô (ZmNHX) [39], [14], [3]. Ở lúa Gen
OsNHX1 lần đầu tiên đƣợc tạo dòng bởi Fukuda và cộng sự vào năm 1999 đã làm sáng tỏ
cơ chế chịu mặn có liên quan đến họ gen OsNHX [12]. Các phân tích sự biểu hiện của
gen OsNHX1 ở nấm men cho thấy thể đột biến gen OsNHX1 nhạy cảm với nồng độ K+
cao trong tế bào. Hơn nữa khi xử lý các giống lúa với nồng độ Na+, K+ cao đã làm xuất
hiện các sản phẩm phiên mã của gen OsNHX1 trong tế bào [13]. Tuy nhiên ngoài gen
OsNHX1 đã đƣợc tạo dòng thì các gen khác vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu đầy đủ. Bên cạnh
đó những nghiên cứu về promoter, protein và biểu hiện của các gen khác thuộc họ gen
OsNHX vẫn chƣa đƣợc quan tâm đầy đủ.
Ở Việt nam, các nghiên cứu về tính lúa chịu mặn chủ yếu tập trung vào việc đánh
giá khả năng chịu mặn của các giống lúa. Mặc dù đã có những nghiên cứu liên quan đến
cơ chế tính chịu mặn của cây lúa nhƣng chƣa có nhiều nghiên cứu sâu ở mức độ phân tử
[1]. Hơn nữa, chƣa có nhiều nghiên cứu trong nƣớc đi sâu tìm hiểu cơ chế phân tử và vai
trò của gen mã hóa cho các protein vận chuyển ion Na+. Tại trƣờng Đại học Khoa học Tự
nhiên, TS Đỗ Thị Phúc và cộng sự và bƣớc đầu tiến hành nghiên cứu về họ gen OsNHX ở
lúa với công trình nghiên cứu về đa hình vùng mã hóa gen OsNHX2 trên một số giống lúa
ở Việt Nam. Nghiên cứu in silico đƣợc xem là một công cụ hữu ích góp phần phân tích,
mô phỏng và thiết kế thí nghiệm hiệu quả trong các nghiên cứu sinh học. Trong lĩnh vực
di truyền chọn giống phƣơng pháp in silico đƣợc xử dụng để tìm kiếm cơ sở dữ liệu của
gen nhƣ trình tự gen, protein, các marker phân tử liên quan đến tính chịu mặn, chịu hạn
của gen. Tuy nhiên việc sử dụng các phân tích in silico để mô phỏng và phân tích cơ sở
dữ liệu vẫn chƣa đƣợc áp dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu thực vật đặc biệt là đối
với họ gen OsNHX ở lúa.
13

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

1.6. Một số công cụ tin sinh đƣợc sử dụng trong nghiên cứu in silico
1.6.1. Các công cụ tìm kiếm cơ sở dữ liệu
Dữ liệu công nghệ sinh học về đối tƣợng nghiên cứu bao gồ m dƣ̃ liê ̣u sơ cấ p và
thƣ́ cấ p. Dữ liệu sơ cấp bao gồ m tấ t cả các dƣ̃ liê ̣u thu đƣơ ̣c qua phân tić h trƣ̣c tiế p bởi
các nhà khoa học . Ví dụ: Trình tự nucleotide , amino acid, trình tự promoter thông tin về
các hợp chất hữu cơ . Dữ liệu thứ cấp gồ m nhƣ̃ng dƣ̃ liê ̣u và thông tin đã đƣơ ̣c phân tić h ,
khái quát hóa, hê ̣ thố ng hóa hay thông tin mô phỏng cho tƣ̀ng đố i tƣ ợng, nhóm đối tƣợng
cụ thể. Dữ liệu thứ cấp cũng có thể thu đƣơ ̣c thông qua phân tích hàng loạt các dữ liệu
thƣ̣c nghiê ̣m rời ra ̣c, xƣ̉ lý kế t quả cu ̣ thể để khái quát thành quy luâ ̣t ho ặc tích hợp chúng
thành bộ cơ sở dữ liệu để tiện tra cứu.
Dƣ̃ liê ̣u về trình tƣ̣ nucleotide và genome c ủa họ gen OsNHX đƣợc phân tích dựa
trên các cơ sở dữ liệu nhƣ NCBI www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.htlm,
Phytozome v10 ( và
RGAP7 ().
Việc tìm kiếm cơ sở dữ liệu về trình tự nucleotide, protein hầu hết đều dựa trên
phƣơng pháp So sánh trình tự - BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Quá trình
BLAST diễn ra theo hai giai đoạn đó là tìm kiếm trình tự tƣơng đồng và đánh giá kết quả
tìm kiếm bằng điểm số E- Score (Expect- Score). Giá trị E càng lớn chứng tỏ khả năng
tƣơng tự của các bắt cặp càng cao.
Đối với các yếu tố điều hòa cis quá trình tìm kiếm cũng dựa trên nguyên tắc tƣơng

đồng về trình tự nucleotide của đối tƣợng nghiên cứu với trình tự đã đƣợc đƣa vào cơ sở
dữ liệu. Một số cơ sở dữ liệu về yếu tố điều hòa cis ở thực vật nhƣ PLACE PLANT, hay
PLANT CARE hoạt động theo nguyên lý này. Tuy nhiên đối với những trƣờng hợp
không xác định đƣợc vị trí TSS thì quá trình tìm kiếm các yếu tố cis thuộc vùng lõi
promoter sẽ trở nên khó khăn hơn khi đó ngƣời ta phải sử dụng phƣơng pháp khác để tìm
kiếm vùng promoter của gen. Một phƣơng pháp đƣợc cho là khắc phục đƣợc phần nào
những hạn chế của phƣơng pháp trên đó là tìm kiếm yếu tố cis dựa vào việc phân tích
năng lƣợng tự do đƣợc tìm thấy trong vùng promoter khi gen tiến hành hoạt động phiên
14

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

mã. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng để tìm kiếm vùng promoter của gen OsNHX4
( />Dữ liệu sẵn có về biểu hiện các gen thuộc họ gen OsNHX ở lúa đƣợc phân tích in
silico

bằng

một

số

công

cụ

online

nhƣ:

/>
,

Cơ sở dữ liệu đƣợc lƣu trữ dƣới dạng các số hiệu.
Để tìm kiếm cơ sở dữ liệu về biểu hiện của gen cần phải biết số hiệu locus của gen đƣợc
lƣu trữ trên một số dababase nhƣ RGAP7. Ví dụ gen OsNHX1 có số hiệu locus là
Os07g47100 thì số hiệu trên là Os.4700.1.S1_at. Từ dữ liệu sẵn
có, thiết kế các thí nghiệm theo mục tiêu tìm kiếm. Cụ thể với cơ sở dữ liệu khổng lồ
gồm hơn 57 nghìn mẫu dò (probe) liên quan đến sự biểu hiện các gen ở nhiều mô, cơ
quan, các giai đoạn đoạn phát triển khác nhau cũng nhƣ điều kiện môi trƣờng khác nhau
chúng tôi chỉ nghiên cứu sự biểu hiện của gen trong điều kiện stress mặn và ở một số mô,
cơ quan.
1.6.2. Các công cụ dự đoán cấu trúc các phân tử protein
Cấu trúc bậc hai của phân tử protein đƣợc xây dựa trên trình tự amino acid trong
cấu trúc bậc một của phân tử protein. Ở cấu trúc bậc hai, các amino acid đƣợc phân chia
thành các nhóm tích điện âm, điện dƣơng, các nhóm ƣa nƣớc, kị nƣớc. Cấu trúc bậc hai
gồm các kiểu xoắn α, gấp nếp β, sắp xếp thành các miền protein và tƣơng tác với nhau để
thực hiện bậc cấu trúc cao hơn.
Nguyên lý dự đoán dựa trên việc so sánh trình tự amino acid của protein cần dự
đoán với trình tự protein đƣợc xây dựng trong mô hình gốc. Xác định mức độ tƣơng đồng
về trình tự acid amin, xác định các nhóm amino acid ƣa nƣớc, kị nƣớc, tích điện âm hay
dƣơng để xây dựng mô hình. Kết quả dự đoán cấu trúc bậc hai, cấu trúc các miền xuyên
màng cho phép dự đoán chức năng sinh học của chúng và phân loại chúng theo nhóm

chức năng. Ngoài ra còn có thể sử dụng mô hình để dự đoán sự thay đổi amino acid sẽ
làm ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến cấu trúc và chức năng của protein.

15

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN


Luận văn Thạc sĩ Khoa học

Di truyền học

Mô hình protein xuyên màng của các protein OsNHX đƣợc xác định bởi các cơ sở
dữ liệu và />1.6.3. Các công cụ đánh giá kết quả dự đoán cấu trúc các phân tử protein
Mô hình bậc 3 của protein đƣợc cung cấp dƣới dạng file PDB. Dựa trên dữ liệu
input PDB, chƣơng trình ProSA sẽ tiến hành đánh giá mô hình này bằng phƣơng pháp
tinh thể học X-quang (X-ray crystallography) hoặc phƣơng pháp cộng hƣởng từ hạt nhân
(NMR) và rút ra giá trị Z-score. Ngƣời ta sử dụng giá trị Z-score của mô hình protein cần
đánh giá so sánh với Z-score của mô hình mẫu để xác định xem mô hình cần đánh giá có
đƣợc chấp nhận hay không?
Ngoài ra để đánh giá kết quả dự đoán cấu trúc bậc ba của phân tử protein ngƣời ta
còn có thể sử dụng chƣơng trình VADAR ver1.8. Chỉ số Ramachandran trong chƣơng
trình VADAR ver1.8 dùng để phân tích số liệu về phân bố thực nghiệm của tập hợp các
điểm quan sát đƣợc trong một cấu trúc protein cụ thể. Mỗi điểm (plot) là giá trị kết hợp
của góc phi và psi. Nếu kết quả phân tích chỉ số Ramachandran cho thấy có ít nhất 90%
gốc amino acid nằm trong vùng lõi thì mô hình protein đó đƣợc đánh giá đạt yêu cầu về
mặt hóa lập thể của cấu trúc đó (stereochemical quality).
Để dự đoán mô hình cấu trúc bậc 3 của họ protein NHX chúng tôi sử dụng cơ sở

dữ liệu từ PFAM và chƣơng trình Phyre2.
( />
16

Nguyễn Huy Dƣơng

ĐH Khoa học Tự nhiên-ĐHQGHN