Hoạt động điều hòa imprinted genes trong quá trình phát triển của hạt arabidopsis thaliana

ĐẶT VẤN ĐỀ
Quá trình biểu hiện thông tin di truyền thông qua
giai đoạn dịch mã tạo protein không phải là
hoạt động duy nhất quyết định đến sự sinh
trưởng và phát triển của cá thể.
Hoạt động của quá trình điều hòa biểu hiện gene
được gọi là “Epigenetic” thông qua việc cho
phép hoặc không cho phép gene được biểu hiện
cũng đóng vai trò quan trọng.


BÀI THUYẾT TRÌNH
MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ Ở THỰC VẬT VÀ THU NHẬN
CÂY CHUYỂN GENE

CHỦ ĐỀ
Hoạt động điều hòa imprinted genes
trong quá trình phát triển của hạt
Arabidopsis thaliana
Nhóm thuyết trình:
1.Nguyễn Bình
2.Đặng Huỳnh Quốc Hội
3.Lê Trọng Lư


THỤ TINH KÉP Ở THỰC VẬT

(Daniel Schubert and Justin Goodrich, 2003; Plant Epigenetics: MEDEA’s Children
Take Centre Stage; Current Biology; Vol. 13; R638–R640)

1. Nội nhũ có bộ nhiễm sắc thể 3n

2. Phôi có bộ nhiễm sắc thể 2n


THÍ NGHIỆM

(Andrew Ward; 2002; Genomic Imprinting, methods and Protocols; Vol 181, tr 339)


THÍ NGHIỆM
(Andrew Ward; 2002; Genomic Imprinting,
methods and Protocols; Vol 181, tr 337)

(Andrew Ward; 2002; Genomic Imprinting,
methods and Protocols; Vol 181, tr 354)

“Parent conflict”: Ảnh hưởng
không cân bằng của cây đực và
cây cái (imbalanced crosses)
trong quá trình phát triển của
hạt Arabidopsis thaliana


IMPRINTED GENE

Imprinted gene là gene được điều hòa để chỉ biểu hiện hoặc từ allele
của bố hoặc từ allele của mẹ trong một giai đoạn phát triển nhất định
của cá thể.


CÁC IMPRINTED GENE Ở ARABIDOPSIS

(Raissig M., et al; Plantcell 2011;23:16-26)


CÁC IMPRINTED GENE Ở ARABIDOPSIS
Imprinted gen được tập trung nghiên cứu nhất là gen MEDEA
Polycomb (MEA)

Các nghiên cứu trên Arabidopsis chỉ ra rằng:
1. MEA có chức năng như một nhân tố kìm hãm sự phát triển của nội
nhũ (Kiyosue et al., 1999).
2. Các biến đổi trên gen MEA cũng là nguyên nhân làm cho phôi bị
chết (Chaudhury et al., 1997; Grossniklaus et al., 1998; Kiyosue et al.,
1999).


Tuncay Baubec, Ortrun Mittelsten Scheid; 2006; Medea in
full self-control; TRENDS in Plant Science; Vol.11 No.10

HOẠT ĐỘNG ĐIỀU HÒA GENE MEA
Giai đoạn phát sinh giao tử
- Giai đoạn đầu: Gene MEA bị bất
hoạt vì bị gắn nhóm methyl trên
DNA và Histon do các nhân tố
MET1 và PRC2
- Giai đoạn sau: Gene MEA ở cây
cái được hoạt hóa bởi DME ở
nhân cực

Tuncay Baubec, Ortrun Mittelsten Scheid; 2006; Medea in
full self-control; TRENDS in Plant Science; Vol.11 No.10

HOẠT ĐỘNG ĐIỀU HÒA GENE MEA

Giai đoạn sau thụ phấn
- Gene MEA từ Allen cây cái tiếp
tục hoạt động tạo protein MEA
hình thành phức hợp PRC2.
- Gene MEA từ Allen cây đực bị
bất hoạt do vẫn bị gắn nhóm
methyl trên gene và histon.


DNA METHYLTRANSFERASE
1. DNA Methyltransferases bao gồm những loại nào?
Ở thực vật, DNA methyltransferases gồm ba loại: MET1 (Liên quan tới trình
tự CG) , CMT3 ( Liên quan tới trình tự CNG) và DRM2 (Liên quan tới việc
trình tự CHH).

2. Vị trí hoạt động của DNA Methyltransferases trên DNA?
Trình tự CG, trình tự CNG (với vị trí N là bất kì nucleotide nào ) và CHH (với
vị trí H có thể là A, C, hoặc T).


DNA METHYLTRANSFERASE

Blue bar, helitron transposon element;
Red arrowheads, 182 bp direct repeats;
Lolli pops, sites of DNA methylation (red, CG; blue, CNG; gray, CNN)

MEA bị methyl hóa ở 4 vùng trình tự :
(1) AtREP2 (2) CG sites 3 kb (3) 500bp upstream (4) MEA-ISR


HOẠT ĐỘNG KÉP CỦA DME: DNA
GLYCOSYLASE/LYASES

(Mary Gehring , Wolf Reik , Steven
Henikoff; DNA demethylation by DNA repair;
Trends in Genetics Volume 25, Issue 2 2009
82 - 90)


HOẠT ĐỘNG CỦA DME

(Choi, et al; 2002)

Trứng
Nhị

Noãn

Thân

Hoa

Hạt

VAI TRÒ CỦA DME
A) Hạt khi lai bình thường sau
9 ngày thụ phấn.
B)

Hạt

khi

DME/dme

lai

sau

dị
9

hợp

ngày

tử
thụ

phấn.
C) Hạt khi lai đồng hợp tử
dme/dme

sau 9 ngày thụ

phấn.
D) Hạt bình thường từ hình B.
E) Hạt ngừng phát triển từ
hình B.
a - Hạt không phát triển;
v – Hạt bình thường;
aem – Phôi ngừng phát triển;
em - Phôi bình thường ;
en – Nội nhũ;

(Choi, et al; 2002)


Jin Hoe Huh et al; Cellular Programming of Plant
Gene Imprinting; j.cell.2008.02.018.

MÔ HÌNH ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GENE MEA

Bất hoạt MEA từ allele cây đực một phần đến từ hoạt động của MET1
nhưng phần lớn là do việc methyl hóa protein Histon nhờ phức hợp
Polycomb group.


ẢNH HƯỞNG CỦA MEA VÀ PHE
ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN NỘI NHŨ

(Xiao-Xue Wang and Li-Geng Ma; 2007; Journal of Integrative Plant Biology; 49 (1): 52−59)

ẢNH HƯỞNG CỦA MEA VÀ PHE
ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN NỘI NHŨ

(Andrew Ward; 2002; Genomic Imprinting, methods and Protocols; Vol 181, tr 339)


POLYCOMB GROUP Ở ARABIDOPSIS

(José C. Reyes, Ueli Grossniklaus; 2003; Diverse functions of Polycomb group proteins
during plant development; Seminars in Cell & Developmental Biology 14; 77–84)


PcG/trxG KIỂM SOÁT VÙNG PROMOTER

(Achim Breiling et al; 2007; Biology of Polycomb and Trithorax Group Proteins; international
Review of Cytology, Vol. 258)


KẾT LUẬN
1. MEA trong Arabidopsis thaliana là một imprinted gene, trong
quá trình phát triển của nội nhũ Arabidopsis thaliana, chỉ MEA ở
allele của noãn hoạt động và MEA ở allele hạt phấn bất hoạt.
2. Hoạt động điều hòa MEA có sự tham gia của MET1, Polycomb
group (bất hoạt gene) và DME (hoạt hóa gene).
3. MEA và PHE có ảnh hưởng tương hỗ lẫn nhau đảm bảo sự
phát triển của nội nhũ.
4. Các nghiên cứu liên quan tới imprinted gene trong quá trình
phát triển phôi còn được tiếp tục nghiên cứu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Olivier Leroy., et al; 2007; Polycomb group proteins function in the female gametophyte to
determine seed development in plants; Development 134; 3639-3648 doi:10.1242/dev.009027.
2. Célia Baroux., et al; 2006; Dynamic regulatory interactions of Polycomb group genes: MEDEA
autoregulation is required for imprinted gene expression in Arabidopsis; Genes De; 20: 1081-1086.
3. Xiao-Xue Wang and Li-Geng Ma; 2007; Polycomb-group (Pc-G) Proteins Control Seed
Development in Arabidopsis thaliana L; Journal of Integrative Plant Biology; 49 (1): 52−59.
4. H. Cam and K. M. taskin; Charecterization of the pheres1 orthologs in the apomict boechera;
Biotechnol. & Biotechnol; EQ. 23/2009/3.
5. Daniel Schubert and Justin Goodrich, 2003; Plant Epigenetics: MEDEA’s Children Take Centre
Stage; Current Biology; Vol. 13; R638–R640
6. Andrew Ward; 2002; Genomic Imprinting, methods and Protocols; Vol 181.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
7. Tuncay Baubec, Ortrun Mittelsten Scheid; 2006; Medea in full self-control; TRENDS in
Plant Science; Vol.11 No.10
8. (Achim Breiling et al; 2007; Biology of Polycomb and Trithorax Group Proteins;
international Review of Cytology, Vol. 258)
9. (Mary Gehring , Wolf Reik , Steven Henikoff; DNA demethylation by DNA repair; Trends
in Genetics Volume 25, Issue 2 2009 82 – 90)
10. Jin Hoe Huh et al; Cellular Programming of Plant Gene Imprinting; j.cell.2008.02.018.
11. (José C. Reyes, Ueli Grossniklaus; 2003; Diverse functions of Polycomb group proteins
during plant development; Seminars in Cell & Developmental Biology 14; 77–84)
12. (Achim Breiling et al; 2007; Biology of Polycomb and Trithorax Group Proteins;
international Review of Cytology, Vol. 258)


TÀI LIỆU THAM KHẢO
13. Choi, Y., Gehring, M., Johnson, L., Hannon, M., Harada, J.J., Goldberg, R.B., Jacobsen,

S.E., and Fischer, R.L.(2002). DEMETER, a DNA glycosylase domain protein, is required for
endosperm gene imprinting and seed viability in Arabidopsis. Cell 110:33–42.
14. Gehring, M., Choi, Y., and Fischer, R.L.(2004). Imprinting and seed development. Plant
Cell16(suppl.): S203–S213.
15. Kinoshita, T., Yadegari, R., Harada, J.J., Goldberg, R.B., and Fischer, R.L.(1999).
Imprinting of the MEDEA Polycomb gene in the Arabidopsis endosperm. Plant
Cell11:1945–1952.
16. Michael T. Raissig, Ce´lia Baroux, and Ueli Grossniklaus. (2011). Regulation and
Flexibility of Genomic Imprinting during Seed Development. The Plant Cell, Vol. 23: 16–26.


CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN
ĐÃ LẮNG NGHE