Nghiên cứu chuyển gen coda mã hóa enzyme sinh tổng hợp glycine betain vào cây đậu tương dưới promoter rd29a

• Tác giả: Tạ Thị Đông
• Người hướng dẫn: PGS. Chu Hoàng Hà
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu chuyển gen codA mã hóa enzyme sinh tổng hợp glycine betain vào cây đậu tương dưới sự điều khiển của promoter cảm ứng khô hạn rd29A
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX) GIÁ TRỊ KINH TẾ VÀ GIÁ TRỊ SỬ DỤNG
• 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại
• 1.1.2. Đặc điểm sinh học
• 1.1.3. Giá trị kinh tế và giá trị sử dụng của cây đậu tương
• 1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.2. HẠN VÀ TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY ĐẬU TƯƠNG
• 1.2.1. Tác động của hạn đến hệ rễ
• 1.2.2. Tác động của hạn đến khả năng cố định đạm
• 1.2.3. Tác động của hạn đến hình thái lá
• 1.3. GLYCINE BETAINE (GB) VÀ CON ĐƯỜNG SINH TỔNG HỢP GB
• 1.3.1. Cơ chế chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường ở thực vật
• 1.3.2. Các con đường sinh tổng hợp GB
• 1.3.3. Cây trồng chuyển gen sinh tổng hợp GB tăng cường khả năng chống chịu điều kiện môi trường bất lợi
• 1.4. PROMOTER VÀ PROMOTER CẢM ỨNG KHÔ HẠN RD29A
• 1.4.1. Cấu trúc và chức năng của promoter
• 1.4.2. Promoter cảm ứng khô hạn RD29A
• 1.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TẠO CÂY ĐẬU TƯƠNG BIẾN ĐỔI GEN
• 2. CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1.1. Vật liệu thực vật. Chủng vi khuẩn và vector
• 2.1.2. Hóa chất thiết bị
• 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Các phương pháp thiết kế vector chuyển gen pIBTII-rd29A-codA
• 2.2.2. Phương pháp chuyển gen vào cây thuốc lá thông qua Agrobacterium
• 2.2.3. Phương pháp đánh giá cây thuốc lá chuyển gen codA
• 2.2.4. Phương pháp tạo cây đậu tương chuyển gen
• 2.2.5. Phương pháp phân tích cây đậu tương chuyển gen bằng phản ứng PCR
• 2.2.6. Phương pháp phân tích cây đậu tương chuyển gen bằng Phosphinothricin
• 2.2.7. Xây dựng đường chuẩn xử lý hạn ở giống đậu tương ĐT22
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. KẾT QUẢ THIẾT KẾ VECTOR CHUYỂN GEN MANG GEN CODA DƯỚI SỰ ĐIỀU KHIỂN CỦA PROMOTER CẢM ỨNG KHÔ HẠN RD29A
• 3.1.1. PCR nhân promoter rd29A từ cây Arabidopsis với mồi RD29A-HindIII-F và RD29A-XbaI-R
• 3.1.2. Tách dòng rd29A bằng vector pBT, cắt pBT-rd29A và pIBTII-35S-codA với HindIII và XbaI
• 3.1.3. Nối rd29A với pIBTII-codA, biến nạp vào E.coli, chọn dòng băng phản ứng cloni PCR với mồi RD29A-HindIII-F và RD29A-XbaI-R
• 3.1.4. Biến nạp pIBTII-rd29A-codA vào Agrobacterium chọn dòng băng phản ứng colony PCR với mồi RD29A-HindIII-F và RD29A-XbaI-R
• 3.2. KẾT QUẢ CHUYỂN GEN CODA VÀO THUỐC LÁ THÔNG QUA VI KHUẨN AGROBACTERIUM
• 3.2.1. Kết quả chuyển cấu trúc pIBTII-rd29A-codA vào giống thuốc lá K326
• 3.2.2. Kết quả đánh giá và phân tích các dòng thuốc lá chuyển gen
• 3.2.3. Kết quả đánh giá khả năng chống chịu của các dòng thuốc lá chuyển gen
• 3.3. KẾT QUẢ CHUYỂN GEN CODA VÀO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐT22
• 3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ khuẩn A. tumefaciens sử dụng cho biến nạp đến khả năng cảm ứng tạo chồi
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ ppt (Phosphinothricin) đến hiệu quả chuyển gen
• 3.3.3. Kết quả chuyển cấu trúc pIBTII-rd29A-codA vào đậu tương
• 3.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG ĐẬU TƯƠNG CHUYỂN GEN
• 3.4.1. Kết quả kiểm tra các dòng đậu tương T0, T1 chuyển cấu trúc rd29A-codA bằng phản ứng PCR
• 3.4.2. Kết quả kiểm tra các dòng đậu tương T0 và T1 chuyển cấu trúc rd29A-codA bằng ppt
• 3.5. Kết quả xây dựng đường xử lý hạn ở giống đậu tương ĐT22
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Chuyển gen và ứng dụng trong cây đậu tương

Chuyển gen là một phương pháp tiên tiến trong biotechnology và genetic engineering, được sử dụng để cải thiện các đặc tính của cây trồng. Trong nghiên cứu này, chuyển gen được áp dụng để đưa gen codA mã hóa enzyme sinh tổng hợp glycine betain vào cây đậu tương. Glycine betain là một hợp chất quan trọng giúp cây trồng tăng cường khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi như hạn hán. Promoter rd29a được sử dụng để điều khiển biểu hiện gen codA trong điều kiện khô hạn, giúp cây đậu tương có khả năng chống chịu tốt hơn. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong crop improvement và agricultural biotechnology.

1.1. Cơ chế chuyển gen và vai trò của promoter rd29a

Promoter rd29a là một promoter cảm ứng với điều kiện khô hạn, giúp điều khiển biểu hiện gen codA một cách hiệu quả. Gen codA mã hóa enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp glycine betain, một chất bảo vệ tế bào khỏi stress do hạn hán. Việc sử dụng promoter rd29a đảm bảo rằng gen codA chỉ được biểu hiện khi cây đậu tương gặp điều kiện khô hạn, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng hiệu quả chống chịu. Phương pháp chuyển gen này được thực hiện thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens, một công cụ phổ biến trong genetic modification.

II. Enzyme và quá trình sinh tổng hợp glycine betain

Enzyme đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp glycine betain, một hợp chất giúp cây trồng chống chịu với các điều kiện bất lợi. Gen codA mã hóa enzyme tham gia vào quá trình này, giúp tăng cường khả năng chống chịu hạn của cây đậu tương. Glycine betain hoạt động như một chất bảo vệ tế bào, giúp duy trì cân bằng nước và ổn định cấu trúc protein trong điều kiện stress. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình enzyme synthesis để cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng.

2.1. Cơ chế hoạt động của glycine betain

Glycine betain hoạt động bằng cách ổn định cấu trúc protein và màng tế bào trong điều kiện khô hạn. Nó giúp duy trì cân bằng nước và bảo vệ tế bào khỏi tổn thương do stress. Quá trình sinh tổng hợp glycine betain được điều khiển bởi gen codA, một gen quan trọng trong molecular biology. Việc chuyển gen codA vào cây đậu tương giúp tăng cường khả năng chống chịu hạn, mở ra tiềm năng lớn trong crop improvement.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong việc cải thiện khả năng chống chịu hạn của cây đậu tương, một loại cây trồng quan trọng trong nông nghiệp. Việc sử dụng promoter rd29a và gen codA giúp tạo ra các giống đậu tương có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện khô hạn, góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong agricultural biotechnology và genetic engineering, giúp giải quyết các thách thức do biến đổi khí hậu gây ra.

3.1. Tiềm năng ứng dụng trong nông nghiệp

Nghiên cứu này có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp. Các giống đậu tương chuyển gen codA dưới sự điều khiển của promoter rd29a có thể được trồng ở các vùng khô hạn, giúp tăng năng suất và ổn định sản lượng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu, khi các điều kiện thời tiết ngày càng khắc nghiệt. Nghiên cứu cũng góp phần vào việc phát triển các giống cây trồng bền vững, đáp ứng nhu cầu lương thực toàn cầu.