Nghiên cứu gen điều hòa anthocyanin liên quan đến khả năng chịu hạn của ngô nếp địa phương

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu của đề tài

1.2. Nội dung nghiên cứu

1.3. Những đóng góp mới của luận án

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Sơ lƣợc về cây ngô

2.2. Giá trị dinh dƣỡng và kinh tế của ngô

2.3. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam

2.4. Phản ứng của cây ngô trƣớc tác động của hạn

2.5. Mối liên quan giữa tác động của hạn và tính chống chịu stress ôxy hóa

2.5.1. Mối liên quan giữa hạn và stress oxy hóa

2.5.2. Các dạng oxy hoạt hóa

2.5.3. Hệ thống bảo vệ cây trồng khỏi tác động của oxy hóa

2.5.4. Cơ sở sinh lý, sinh hoá và sinh học phân tử của tính chịu hạn ở cây ngô

2.5.5. Cơ sở hình thái, sinh lý, hóa sinh của tính chịu hạn

2.5.6. Cơ sở sinh học phân tử của tính chịu hạn ở cây ngô

2.5.7. Anthocyanin và vai trò chuyển hóa các dạng oxy hoạt hóa

2.5.8. Vai trò của anthocyanin khi thực vật bị hạn

2.5.9. Gen điều hoà tổng hợp anthocyanin ở cây ngô

2.5.10. Nhân tố phiên mã và điều hòa biểu hiện gen

2.5.11. Nhân tố phiên mã tham gia quá trình tổng hợp anthocyanin

2.5.12. Ứng dụng real-time PCR nghiên cứu mức độ biểu hiện gen tham gia sinh tổng hợp anthocyanin

3. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Vật liệu nghiên cứu

3.2. Địa điểm nghiên cứu, hoá chất và thiết bị

3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

3.3.1. Nhóm phƣơng pháp hoá sinh

3.3.2. Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của một số giống ngô địa phƣơng

3.3.3. Nhóm phƣơng pháp sinh học phân tử

3.3.3.1. Phƣơng pháp tách RNA tổng số theo kit Trizol (Invitrogen)

3.3.3.2. Phƣơng pháp RT-PCR

3.3.3.3. Tạo vector tái tổ hơp

3.3.3.4. Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến chủng E.

3.3.3.5. Kiểm tra sản phẩm chọn dòng

3.3.3.6. Xác định trình tự gen

3.3.3.7. Phƣơng pháp real-time PCR

3.3.3.8. Phƣơng pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu

4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của 10 giống ngô nếp địa phƣơng

4.2. Khả năng chịu hạn của 10 giống ngô nếp địa phƣơng giai đoạn hạt nảy mầm

4.3. Ảnh hƣởng của hạn đến hàm lƣợng đƣờng và hoạt độ α-amylase

4.4. Ảnh hƣởng của hạn đến sự biến đổi hoạt độ protease

4.5. Đánh giá khả năng chịu hạn của 10 giống ngô giai đoạn cây non 3 lá

4.6. Tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô khi bị hạn

4.7. Chỉ số chịu hạn tƣơng đối của kiểu gen 10 giống ngô trong điều kiện hạn nhân tạo

4.8. Phân nhóm 10 giống ngô nếp nghiên cứu theo mức độ chịu hạn

4.9. Ảnh hƣởng của hạn nhân tạo đến lƣợng anthocyanin ở cây ngô nếp địa phƣơng

4.10. Sự biến đổi hàm lƣợng anthocyanin trong rễ của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo

4.11. Sự biến đổi hàm lƣợng anthocyanin trong lá của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo

4.12. Sự biến đổi hàm lƣợng anthocyanin trong thân mầm và bẹ lá của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo

4.13. Sự biến đổi hàm lƣợng anthocyanin trong thân và bẹ lá cây ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo so với đối chứng

4.14. Phân tích trình tự đoạn gen B, Lc ở giống NH và BS1

4.14.1. Đặc điểm trình tự đoạn gen B của giống NH và BS1

4.14.2. Đặc điểm trình tự đoạn gen Lc của giống NH và BS1

4.14.3. Đặc điểm cấu trúc protein thuộc họ bHLH ở cây ngô

4.15. Định lƣợng mức độ biểu hiện của gen B và Lc bằng phản ứng real-time PCR

4.15.1. Định lƣợng mức độ biểu hiện của gen B giai đoạn cây con

4.15.2. Định lƣợng mức độ biểu hiện của gen Lc giai đoạn cây con

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu gen điều hòa anthocyanin và khả năng chịu hạn của ngô nếp địa phương

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định mối liên hệ giữa anthocyanin và khả năng chịu hạn của cây ngô nếp địa phương. Anthocyanin, một sắc tố thuộc nhóm flavonoid, không chỉ tạo màu sắc cho thực vật mà còn có vai trò quan trọng trong việc chống oxy hóa và giữ nước khi cây bị hạn. Nghiên cứu này nhằm phân tích các gen điều hòa như B và Lc, thuộc họ bHLH, liên quan đến quá trình sinh tổng hợp anthocyanin. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần vào việc bảo tồn và phát triển các giống ngô nếp có khả năng chịu hạn cao, phù hợp với điều kiện canh tác ở vùng núi.

1.1. Vai trò của anthocyanin trong cơ chế chịu hạn

Anthocyanin được xem là một chất chỉ thị sinh hóa quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu hạn của cây trồng. Nghiên cứu chỉ ra rằng, hàm lượng anthocyanin tăng lên đáng kể khi cây ngô nếp bị hạn, giúp bảo vệ tế bào khỏi tác động tiêu cực của stress oxy hóa. Điều này cho thấy anthocyanin không chỉ là sắc tố mà còn là một phần của cơ chế phòng vệ tự nhiên của cây trước điều kiện khắc nghiệt.

1.2. Gen điều hòa sinh tổng hợp anthocyanin

Các gen điều hòa như B và Lc thuộc họ bHLH đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình sinh tổng hợp anthocyanin. Nghiên cứu đã phân lập và phân tích trình tự của các gen này, đồng thời đánh giá mức độ biểu hiện của chúng trong điều kiện hạn. Kết quả cho thấy sự biểu hiện của gen Lc tăng lên đáng kể ở các giống ngô nếp có khả năng chịu hạn tốt, chứng tỏ vai trò của gen này trong việc tăng cường khả năng chống chịu của cây.

II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp sinh học phân tử hiện đại như RT-PCR và real-time PCR để phân tích mức độ biểu hiện của các gen điều hòa anthocyanin. Các giống ngô nếp địa phương được đánh giá khả năng chịu hạn thông qua các chỉ tiêu sinh lý và hóa sinh như hàm lượng đường, hoạt độ amylase, và chỉ số chịu hạn tương đối. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn của cây.

2.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của các giống ngô nếp

Nghiên cứu đã đánh giá khả năng chịu hạn của 10 giống ngô nếp địa phương ở giai đoạn hạt nảy mầm và cây non. Các chỉ tiêu như tỷ lệ thiệt hại, chỉ số chịu hạn tương đối, và sự biến đổi hàm lượng anthocyanin được đo lường và phân tích. Kết quả cho thấy các giống có hàm lượng anthocyanin cao hơn thường có khả năng chịu hạn tốt hơn.

2.2. Phân tích mức độ biểu hiện gen

Sử dụng kỹ thuật real-time PCR, nghiên cứu đã xác định mức độ biểu hiện của gen B và Lc trong điều kiện hạn. Kết quả cho thấy sự biểu hiện của gen Lc tăng lên đáng kể ở các giống ngô nếp có khả năng chịu hạn tốt, trong khi gen B có sự biểu hiện ổn định hơn. Điều này chứng tỏ gen Lc đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chống chịu của cây.

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

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cơ chế phân tử của khả năng chịu hạn ở cây ngô nếp địa phương mà còn mở ra hướng ứng dụng trong việc chọn tạo và bảo tồn các giống ngô có khả năng chịu hạn cao. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các giống ngô nếp chất lượng cao, phù hợp với điều kiện canh tác ở vùng núi, góp phần nâng cao năng suất và ổn định sản xuất nông nghiệp.

3.1. Ứng dụng trong chọn giống

Kết quả nghiên cứu về anthocyanin và các gen điều hòa như B và Lc có thể được sử dụng làm chỉ thị phân tử trong việc chọn lọc các giống ngô nếp có khả năng chịu hạn cao. Điều này giúp rút ngắn thời gian chọn giống và tăng hiệu quả trong việc phát triển các giống cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu.

3.2. Bảo tồn nguồn gen quý

Nghiên cứu cũng góp phần vào việc bảo tồn các giống ngô nếp địa phương có giá trị, đặc biệt là những giống có khả năng chịu hạn tốt. Việc bảo tồn và phát triển các giống này không chỉ giúp duy trì đa dạng sinh học mà còn đảm bảo an ninh lương thực cho các vùng núi.

Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Đặc Điểm Gen Điều Hòa Anthocyanin Ở Ngô Nếp Địa Phương Và Khả Năng Chịu Hạn