Nghiên Cứu Sự Biểu Hiện Của Gen Methionine Sulfoxide Reductase Trong Điều Kiện Stress Mặn Hạn Ở Cây Arabidopsis Và Đậu Tương

• Tác giả: Chu Đức Hà
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tiến Dũng
• Trường học: Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Sự Biểu Hiện Của Gen Mã Hóa Methionine Sulfoxide Reductase Trong Điều Kiện Stress Mặn, Hạn Ở Cây Arabidopsis Và Đậu Tương
• Loại tài liệu: luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của luận án
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 0.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 0.3.1. Ý nghĩa khoa học của luận án
• 0.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
• 0.4. Những đóng góp mới của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến đời sống thực vật
• 1.2. Tác động của biến đổi khí hậu đối với cây trồng nông nghiệp hiện nay
• 1.3. Cơ chế tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật
• 1.4. Cơ chế đáp ứng của thực vật với điều kiện bất lợi
• 1.5. Vai trò của enzyme methionine sulfoxide reductase và quá trình ôxi hóa methionine ở thực vật
• 1.6. Tổng quan về họ enzyme methionine sulfoxide reductase
• 1.7. Methionine và protein giàu methionine ở thực vật
• 1.8. Một vài nét về methionine và vai trò của methionine ở thực vật
• 1.9. Protein giàu methionine ở thực vật
• 1.10. Tiềm năng ứng dụng của enzyme methionine sulfoxide reductase trong chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu ở cây trồng
• 2. CHƯƠNG 2: TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Vật liệu cho nghiên cứu tin sinh học
• 2.3. Vật liệu cho nghiên cứu thực nghiệm
• 2.4. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
• 2.4.1. Thời gian nghiên cứu
• 2.4.2. Địa điểm nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp tiếp cận bằng tin sinh học
• 2.5.2. Phương pháp tiếp cận bằng thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Xác định và phân tích protein giàu methionine ở Arabidopsis
• 3.2. Tìm kiếm, xác định và định danh gen mã hóa protein giàu methionine ở Arabidopsis
• 3.3. Phân loại chức năng của protein giàu methionine ở Arabidopsis
• 3.4. Phân tích đặc tính cơ bản của protein giàu methionine ở Arabidopsis
• 3.5. Phân tích mức độ biểu hiện gen mã hóa MRP trên Arabidopsis trong điều kiện thường và điều kiện bất lợi
• 3.6. Đánh giá mức độ đáp ứng của cây Arabidopsis thaliana chuyển gen biểu hiện quá mức gen At3G55240 với điều kiện bất lợi
• 3.7. Xác định và phân tích protein giàu methionine ở đậu tương
• 3.8. Tìm kiếm, xác định và định danh gen mã hóa protein giàu methionine ở đậu tương
• 3.9. Phân loại chức năng của gen mã hóa protein giàu methionine ở đậu tương
• 3.10. Phân tích mức độ biểu hiện của gen mã hóa protein giàu methionine ở đậu tương
• 3.11. Phân tích in silico họ gen mã hóa enzyme MSR ở đậu tương
• 3.12. Xác định họ gen mã hóa enzyme MSRA ở genôm cây đậu tương
• 3.13. Phân tích hiện tượng lặp gen của họ gen mã hóa enzyme MSRA ở đậu tương
• 3.14. Phân tích một số đặc tính cơ bản của họ gen MSRA ở đậu tương
• 3.15. Đánh giá đặc tính của họ gen mã hóa enzyme MSR ở đậu tương
• 3.16. Dự đoán yếu tố điều hòa cis- ở vùng promoter của họ gen mã hóa enzyme MSR ở đậu tương
• 3.17. Đánh giá mức độ biểu hiện của gen mã hóa MSR ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng tin sinh học
• 3.18. Phân tích mức độ đáp ứng của gen mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng thực nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Biểu hiện gen Methionine Sulfoxide Reductase trong stress mặn hạn

Nghiên cứu tập trung vào biểu hiện gen của methionine sulfoxide reductase (MSR) trong điều kiện stress mặn hạn ở Arabidopsis và đậu tương. MSR đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa các protein bị oxy hóa, đặc biệt là methionine, giúp cây trồng thích nghi với môi trường bất lợi. Kết quả cho thấy sự biểu hiện tăng cường của các gen MSR trong điều kiện stress, chứng minh vai trò của chúng trong phản ứng sinh học và cơ chế phân tử chống chịu stress.

1.1. Cơ chế phân tử của MSR trong stress mặn hạn

Cơ chế phân tử của MSR liên quan đến việc khử các methionine sulfoxide (MetO) thành methionine (Met), giúp phục hồi chức năng của các protein bị oxy hóa. Quá trình này đặc biệt quan trọng trong điều kiện stress mặn hạn, nơi các gốc tự do ROS (Reactive Oxygen Species) gia tăng, gây tổn thương tế bào. Nghiên cứu chỉ ra rằng các gen MSR được điều hòa gen mạnh mẽ trong điều kiện stress, hỗ trợ cây trồng duy trì cân bằng nội môi và tăng cường khả năng chống chịu.

1.2. Ứng dụng của MSR trong cải thiện tính chống chịu

Việc nghiên cứu biểu hiện gen MSR mở ra hướng ứng dụng trong chọn tạo giống cây trồng chống chịu stress. Các gen MSR có tiềm năng trở thành gen chống stress hiệu quả, giúp cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng trong điều kiện bất lợi. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các giống cây trồng chịu hạn và thực vật chịu mặn, đóng góp vào an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

II. Phân tích gen MSR ở Arabidopsis và đậu tương

Nghiên cứu tiến hành phân tích biểu hiện gen MSR ở cả Arabidopsis và đậu tương, hai loài cây có vai trò quan trọng trong nghiên cứu sinh học thực vật. Kết quả cho thấy sự khác biệt trong phản ứng với stress giữa hai loài, với đậu tương thể hiện khả năng thích nghi mạnh mẽ hơn trong điều kiện stress mặn hạn. Điều này cho thấy sự đa dạng trong cơ chế phân tử và điều hòa gen giữa các loài cây trồng.

2.1. Biểu hiện gen MSR ở Arabidopsis

Ở Arabidopsis, các gen MSR được biểu hiện mạnh trong điều kiện stress mặn hạn, đặc biệt là gen AtMSR. Nghiên cứu chỉ ra rằng sự biểu hiện này liên quan đến phản ứng sinh học của cây với stress, giúp bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do ROS. Kết quả này cung cấp hiểu biết sâu hơn về cơ chế phân tử của thực vật chịu mặn và cây trồng chịu hạn.

2.2. Biểu hiện gen MSR ở đậu tương

Ở đậu tương, các gen MSR cũng được biểu hiện mạnh trong điều kiện stress mặn hạn, nhưng với mức độ cao hơn so với Arabidopsis. Điều này cho thấy đậu tương có khả năng thích nghi môi trường tốt hơn, nhờ vào hệ thống điều hòa gen và phản ứng với stress hiệu quả. Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng các gen MSR trong cải thiện giống đậu tương chống chịu stress.

III. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về biểu hiện gen MSR trong stress mặn hạn ở Arabidopsis và đậu tương có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Về mặt khoa học, nghiên cứu làm sáng tỏ cơ chế phân tử và phản ứng sinh học của cây trồng trong điều kiện bất lợi. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu cung cấp các gen chống stress tiềm năng, hỗ trợ công tác chọn tạo giống cây trồng chống chịu stress, góp phần đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

3.1. Đóng góp khoa học

Nghiên cứu cung cấp dữ liệu hệ thống về biểu hiện gen MSR và vai trò của chúng trong phản ứng với stress. Đây là nền tảng quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo về cơ chế phân tử và điều hòa gen ở thực vật, đặc biệt là trong điều kiện stress mặn hạn.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng trong chọn tạo giống cây trồng chống chịu stress, đặc biệt là đậu tương. Các gen MSR được xác định có tiềm năng trở thành công cụ hiệu quả trong việc cải thiện năng suất và chất lượng cây trồng trong điều kiện bất lợi, góp phần giải quyết các thách thức của biến đổi khí hậu.