Nghiên cứu đánh giá chức năng của gen CR7 đối với sự phát triển rễ lúa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnua nghiên cứu đánh giá chức năng của gen cr7 mã hóa yếu tố phiên mã thuộc họ c2h2zf đối với sự, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Đinh Văn Lâm
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Giang
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá chức năng của gen CR7 mã hóa yếu tố phiên mã thuộc họ C2H2ZF đối với sự phát triển rễ lúa
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH
• 5. TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
• 6. THESIS ABSTRACT
• 7. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 8. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 9. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 10. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
• 11. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 11.1. HÌNH THÁI GIẢI PHẪU VÀ CHỨC NĂNG BỘ RỄ LÚA
• 11.1.1. Hình thái giải phẫu
• 11.1.2. Sự hình thành rễ lúa từ các nốt thân
• 11.1.3. Sơ đồ giải phẫu lát cắt ngang rễ lúa

Tóm tắt

I. Tổng quan về chức năng gen CR7 trong phát triển rễ lúa

Nghiên cứu về chức năng gen CR7 trong phát triển rễ lúa đã trở thành một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp hiện đại. Gen CR7, thuộc họ C2H2ZF, được biết đến với vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự phát triển của bộ rễ lúa. Rễ lúa không chỉ là bộ phận hấp thụ nước và dinh dưỡng mà còn đóng vai trò quan trọng trong khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi như hạn hán và xâm nhập mặn. Việc hiểu rõ chức năng của gen CR7 sẽ giúp cải thiện năng suất và khả năng chống chịu của giống lúa, từ đó đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của thế giới.

1.1. Chức năng của gen CR7 và vai trò trong phát triển rễ

Gen CR7 mã hóa yếu tố phiên mã có khả năng điều chỉnh sự phát triển của rễ lúa. Nghiên cứu cho thấy rằng gen này có thể kích hoạt các gen khác liên quan đến sự hình thành rễ, từ đó ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của bộ rễ. Sự biểu hiện của gen CR7 có thể được điều chỉnh bởi các yếu tố môi trường, giúp cây lúa thích nghi với các điều kiện bất lợi.

1.2. Tầm quan trọng của bộ rễ trong sinh trưởng lúa

Bộ rễ lúa đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước và dinh dưỡng cho cây. Rễ phụ, được hình thành từ các nốt thân, chiếm ưu thế trong việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng. Sự phát triển của bộ rễ không chỉ ảnh hưởng đến sinh trưởng mà còn quyết định năng suất của cây lúa. Do đó, việc nghiên cứu chức năng của gen CR7 là cần thiết để cải thiện khả năng sinh trưởng và năng suất của giống lúa.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu gen CR7

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về gen CR7, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc hiểu rõ cơ chế hoạt động của nó. Một trong những vấn đề lớn là sự phức tạp trong mạng lưới gen điều hòa sự phát triển của rễ. Các yếu tố môi trường như độ ẩm, pH đất và nồng độ muối có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen CR7, từ đó làm khó khăn cho việc xác định vai trò chính xác của nó trong sự phát triển rễ lúa.

2.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến gen CR7

Các yếu tố môi trường như độ ẩm và nồng độ muối có thể tác động đến sự biểu hiện của gen CR7. Nghiên cứu cho thấy rằng trong điều kiện hạn hán, gen CR7 có thể được kích hoạt để giúp cây lúa thích nghi với tình trạng thiếu nước. Tuy nhiên, việc xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố vẫn còn là một thách thức lớn.

2.2. Khó khăn trong việc nghiên cứu mạng lưới gen

Mạng lưới gen điều hòa sự phát triển của rễ lúa rất phức tạp, với nhiều gen tương tác lẫn nhau. Việc xác định vai trò cụ thể của gen CR7 trong mạng lưới này đòi hỏi các phương pháp nghiên cứu tiên tiến và sự hợp tác giữa các nhà khoa học trong lĩnh vực di truyền và sinh học phân tử.

III. Phương pháp nghiên cứu chức năng gen CR7

Để nghiên cứu chức năng của gen CR7, các phương pháp hiện đại như qPCR và phân tích gen chỉ thị GUS đã được áp dụng. Những phương pháp này cho phép đánh giá mức độ biểu hiện của gen CR7 trong các dòng lúa chuyển gen, từ đó xác định vai trò của nó trong sự phát triển rễ. Việc sử dụng các dòng lúa chuyển gen giúp làm rõ hơn về chức năng của gen này trong điều kiện thực tế.

3.1. Kỹ thuật qPCR trong đánh giá biểu hiện gen

Kỹ thuật qPCR được sử dụng để đo lường mức độ biểu hiện của gen CR7 trong các dòng lúa khác nhau. Phương pháp này cho phép xác định chính xác sự thay đổi trong biểu hiện gen dưới các điều kiện môi trường khác nhau, từ đó cung cấp thông tin quý giá về vai trò của gen trong sự phát triển rễ.

3.2. Sử dụng gen chỉ thị GUS để đánh giá hoạt động promoter

Gen chỉ thị GUS được sử dụng để theo dõi hoạt động của promoter CR7 trong các dòng lúa chuyển gen. Sự biểu hiện của gen GUS cho phép đánh giá mức độ hoạt động của promoter, từ đó xác định thời điểm và vị trí mà gen CR7 được kích hoạt trong quá trình phát triển rễ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu về gen CR7 đã chỉ ra rằng gen này có vai trò quan trọng trong sự hình thành và phát triển của bộ rễ lúa. Các dòng lúa chuyển gen mang gen CR7 cho thấy sự cải thiện rõ rệt về số lượng rễ phụ và khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi. Những phát hiện này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể được ứng dụng trong thực tiễn để phát triển giống lúa mới có năng suất cao và khả năng chống chịu tốt.

4.1. Kết quả từ các dòng lúa chuyển gen

Các dòng lúa chuyển gen mang gen CR7 đã cho thấy sự tăng trưởng vượt trội về số lượng rễ phụ so với giống đối chứng. Điều này cho thấy gen CR7 có khả năng cải thiện sự phát triển của bộ rễ, từ đó nâng cao năng suất cây trồng.

4.2. Ứng dụng trong phát triển giống lúa mới

Những kết quả nghiên cứu về gen CR7 có thể được ứng dụng để phát triển các giống lúa mới có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi như hạn hán và xâm nhập mặn. Việc cải thiện giống lúa không chỉ giúp tăng năng suất mà còn đảm bảo an ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu gen CR7

Nghiên cứu về gen CR7 đã mở ra nhiều triển vọng mới trong việc cải thiện giống lúa. Những phát hiện về chức năng của gen này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phát triển rễ mà còn cung cấp cơ sở cho việc phát triển các giống lúa mới có năng suất cao và khả năng chống chịu tốt. Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng gen CR7 sẽ là một hướng đi quan trọng trong ngành nông nghiệp.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Việc tiếp tục nghiên cứu về gen CR7 sẽ giúp làm rõ hơn về cơ chế hoạt động của nó trong sự phát triển rễ lúa. Các nghiên cứu sâu hơn sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải thiện giống lúa, từ đó nâng cao năng suất và khả năng chống chịu của cây trồng.

5.2. Hướng đi mới trong cải thiện giống lúa

Nghiên cứu gen CR7 có thể dẫn đến những đột phá trong việc phát triển giống lúa mới. Các giống lúa được cải thiện sẽ có khả năng thích ứng tốt hơn với các điều kiện môi trường khắc nghiệt, từ đó đảm bảo an ninh lương thực cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐINH VĂN LÂM NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHỨC NĂNG CỦA GEN CR7 MÃ HÓA YẾU TỐ PHIÊN MÃ THUỘC HỌ C2H2ZF ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN RỄ LÚA Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60 42 0201 Người hướng dẫn khoa học: 1. Hoàng Thị Giang 2. Nguyễn Văn Giang NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2018 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Hoàng Thị Giang và TS.

Các số liệu, kết quả trong luận văn này là trung thực và chưa công bố dưới bất cứ hình thức nào trước đây. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng kỷ luật Nhà nước. Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn Đinh Văn Lâm i LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này ngoài sự cố gắng của bản thân còn có sự giúp đỡ nhiệt tình, quý báu của các thầy cô, anh (chị, em) đồng nghiệp.

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Hoàng Thị Giang, người đã trực tiếp, tận tình chỉ dạy tôi về mặt học thuật cũng như phương pháp tiếp cận nghiên cứu trong suốt quá trình thực tập và hoàn thiện luận văn thạc sĩ. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với TS. Nguyễn Văn Giang đã có nhiều đóng góp khoa học cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ThS. Nguyễn Thị Thơm cùng các anh, chị (em) đồng nghiệp phòng LMI RICE-2, Viện Di truyền Nông Nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực tập. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp. Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2017 Tác giả luận văn Đinh Văn Lâm ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỤC LỤC Lời cam đoan.

ii Mục lục. iii Danh mục chữ viết tắt .v Danh mục bảng. vi Danh mục hình. vii Trích yếu luận văn.

viii Thesis abstract. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.Tổng quan tài liệu. Hình thái giải phẫu và chức năng bộ rễ lúa.

Hình thái giải phẫu. Chức năng bộ rễ lúa. Vai trò của bộ rễ lúa trong việc chống chịu với các tác nhân phi sinh học. Ảnh hưởng của các stress phi sinh học đối với sự phát triển của cây lúa.

Vai trò của bộ rễ lúa đối với khả năng chống chịu hạn. Vai trò của bộ rễ lúa đối với khả năng chống chịu mặn. Mạng lưới gen liên quan tới sự hình thành và phát triển bộ rễ lúa. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.

Vật liệu nghiên cứu. Vật liệu thực vật. Mồi và các vật tư khác. Nội dung nghiên cứu.

Nghiên cứu hoạt động của promoter cr7 liên quan đến sự phát triển rễ lúa. Nghiên cứu vai trò của gen cr7 đối với sự hình thành rễ ở cây lúa. Thời gian và địa điểm nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Chọn lọc dòng lúa t0 siêu biểu hiện gen cr7 bằng kỹ thuật qpcr. Đánh giá sự phân ly di truyền của cấu trúc gen chuyển ở thế hệ t1, t2 .20 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Đánh giá sự phát triển bộ rễ của những dòng lúa siêu biểu hiện gen cr7. Đánh giá sự hoạt động của promoter cr7 thông qua biểu hiện của gen chỉ thị gus.

Kết quả và thảo luận. Kết quả nghiên cứu hoạt động promoter cr7 thông qua sự biểu hiện của gen chỉ thị gus. Kết quả chọn lọc dòng lúa t1 mang một copy cấu trúc gen procr7::gus. Kết quả chọn lọc dòng t2 mang đồng hợp tử cấu trúc gen procr7::gus.

Kết quả đánh giá sự hoạt động promoter cr7. Kết quả nghiên cứu vai trò của gen cr7 đối với sự hình thành rễ lúa. Kết quả nghiên cứu các dòng chuyển gen trên nền di truyền giống tc65. Kết quả nghiên cứu các dòng chuyển gen trên nền di truyền thể đột biến crl1.

Kết luận và kiến nghị .45 Tài liệu tham khảo .50 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh ABA Abscisic Acid ARF Auxin Responsive Factor ARL1 Adventitious Rootless 1 AUX/IAA Auxin/Indole-3-Acetic Acid cDNA Complementary DNA C2H2ZF Cys2 His2 Zinc Finger Protein CTAB Cetyl Trimethylammonium Bromide EC Electric Conductivity EDTA Ethylenediaminetetraacetic Acid EtBr Ethidium Bromide HKT High-Affinity K+ Transporter LOB LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN MS Murashige and Skoog Medium PCR Polymerase Chain Reaction qPCR Quantitative Polymerase Chain Reaction QTL Quantitative Trait Locus TC65 TaiChung 65 TE Tris-EDTA buffer RT-PCR Realtime Polymerase Chain Reaction v LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC BẢNG Bảng 3. Danh sách mồi dùng cho phản ứng PCR kiểm tra cây chuyển gen. Thành phần môi trường dinh dưỡng 1/2MS. Thành phần phản ứng PCR.

Chu trình nhiệt phản ứng PCR. Đánh giá tỷ lệ phân ly di truyền thế hệ T1 của các dòng chuyển gen proCR7::GUS. Kết quả chọn lọc dòng đồng hợp tử mang cấu trúc gen proCR7::GUS. Kết quả chọn lọc dòng TC65 mang một copy cấu trúc gen chuyển.

Kết quả chọn lọc dòng đồng hợp tử locus gen pUbi::CR7 ở cây TC65 chuyển gen thế hệ T2. 39 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] DANH MỤC HÌNH Hình 2. Cấu trúc và hình thái rễ lúa. Sự hình thành rễ lúa từ các nốt thân.

Sơ đồ giải phẫu lát cắt ngang rễ lúa. Con đường vận chuyển nước và chất dinh dưỡng vào xylem của rễ. Phản ứng của cây cảm ứng ABA trong điều kiện hạn. Gen liên quan tới khả năng chống chịu mặn ở lúa.

Đường truyền tín hiệu auxin cho sự phát sinh rễ phụ ở cây lúa. Mạng lưới gen điều hòa bởi Crl1. Hình ảnh giống lúa đối chứng. Kết quả điện di kiểm tra các cây chuyển gen T1.

Sự biểu hiện của GUS ở dòng 2TR7 GUS 10. Sự biểu hiện của GUS ở dòng 2TR7 GUS 11. Sự biểu hiện của GUS ở dòng 2TR7 GUS 34. Biểu hiện của gen GUS ở bộ rễ của dòng 2TR7 GUS 10.

Biểu hiện của gen GUS ở bộ rễ của dòng 2TR7 GUS 34. Lát cắt ngang phần gốc thân của dòng 2TR7 GUS 10. Lát cắt ngang phần gốc thân cây lúa của dòng 2TR7 GUS 11. Lát cắt ngang phần gốc thân cây lúa của dòng 2TR7 GUS 34.

Mức độ biểu hiện gen CR7 ở cây lúa TC65 chuyển gen thế hệ T0. Kết quả điện di kiểm tra cây TC65 chuyển gen ở thế hệ T1. Sàng lọc dòng TC65 mang đồng hợp tử cấu trúc gen chuyển bằng hygromycin. Số lượng rễ phụ của 2 dòng TC65 chuyển gen ở giai đoạn 4 tuần tuổi.

Khối lượng khô bộ rễ của 2 dòng TC65 chuyển gen ở giai đoạn 4 tuần tuổi. Số nhánh của 2 dòng TC65 chuyển gen ở giai đoạn 4 tuần tuổi. Mức độ biểu hiện gen CR7 ở cây crl1 chuyển gen thế hệ T0. Kiểu hình bộ rễ của các dòng lúa crl1 chuyển gen sau 3 tuần tuổi.

Mức độ biểu hiện gen CR7 ở cây crl1 chuyển gen thế hệ T1. Số lượng rễ phụ ở các dòng lúa crl1 chuyển gen thế hệ T1. 44 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TRÍCH YẾU LUẬN VĂN Tên tác giả: Đinh Văn Lâm Tên luận văn: “Nghiên cứu đánh giá chức năng của gen CR7 mã hóa yếu tố phiên mã thuộc họ C2H2ZF liên quan tới sự phát triển rễ lúa”. Ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 62 42 0201 Tên cơ sở đào tạo: Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Chọn lọc được các dòng lúa chuyển gen và làm sáng tỏ vai trò của gen CR7 mã hóa yếu tố phiên mã họ C2H2ZF đối với sự hình thành và sự phát triển của bộ rễ ở các dòng lúa chuyển gen.

Phương pháp nghiên cứu Vật liệu Các dòng lúa chuyển gen cdsCR7 vào các giống Taichung 65 và dạng đột biến crl1 ở các thế hệ T0, T1, T2 dưới sự kiểm soát của promoter Ubiquitin, ký hiệu là pUBi::cdsCR7. Các dòng lúa chuyển cấu trúc gen chứa promoter của gen CR7 gắn với gen chỉ thị GUS, ký hiệu là proCR7::GUS được chuyển vào cây TC65. Phương pháp nghiên cứu Đánh giá mức độ biểu hiện gen ở các dòng lúa chuyển gen bằng kỹ thuật qPCR. Phương pháp tế bào học đánh giá hoạt động của promoter gen CR7 dựa vào gen chỉ thị GUS Chọn lọc các dòng lúa chuyển gen bằng PCR, đánh giá biểu hiện GUS và khả năng kháng Hygromycine trên môi trường nuôi cấy.

Đánh giá kiểu hình bộ rễ của các dòng lúa chuyển gen bằng các ống cát. Kết quả chính và kết luận Dựa vào mức độ phân ly di truyền ở thế hệ T1 đã chọn lọc được 6 dòng mang một copy cấu trúc gen chuyển proCR7::GUS là 1TR7 GUS 10. Ở thế hệ T2 đã sàng lọc thành công 3 dòng đồng hợp tử độc lập gồm: 2TR7 GUS 10. Trong 3 dòng đồng hợp tử thu được, hoạt động của promoter CR7 chủ yếu được đánh giá dựa trên sự biểu hiện tương đồng của hai dòng 2TR7 GUS 10.

Promoter CR7 hoạt động ở giai đoạn sớm từ giai đoạn nảy mầm đến khi cây ra viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] lá thật đầu tiên và hoạt động chủ yếu tại vị trí gốc thân và mô phân sinh rễ. Trong gốc thân promoter CR7 hoạt động chính ở phần bó mạch trong thân cây, tại vùng hình thành các rễ phụ phôi ở nốt bao lá mầm và tại vùng mô phân sinh cho sự phát sinh mầm rễ phụ ở các nốt gốc thân. Ở bộ rễ hoạt động của promoter CR7 tập trung vào vùng mô phân sinh đầu ngọn rễ. Nhận định rằng gen CR7 có vai trò nhất định đối với quá trình hình thành rễ phụ phôi và rễ phụ cũng như tham gia vào sự phát triển rễ ở cây lúa.

Phân tích bằng phương pháp qPCR khẳng định gen CR7 biến nạp thành công và biểu hiện mạnh trên nền di truyền của cây TC65 và crl1. Đã chọn lọc được 3 dòng TC65 mang 1 copy cấu trúc gen pUbi::cdsCR7 là 1TCR7 TC65 3. Ở thế hệ T2 đã chọn lọc được 2 dòng TC65 đồng hợp tử độc lập là 2TCR7 TC65 11.