Nghiên Cứu Đặc Điểm Gene Vận Chuyển Đường Ở Cây Ceratopteris Richardii

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu đặc điểm và biểu hiện của nhóm gene mã hóa protein vận chuyển đường ở cây ceratopteris, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

• Tác giả: Nguyễn Thị Yến Linh
• Người hướng dẫn: TS. Chu Đức Hà
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Gene Vận Chuyển Đường Ở Cây Ceratopteris Richardii
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỤC LỤC
• 2. DANH MỤC VIẾT TẮT
• 3. DANH MỤC BẢNG
• 4. DANH MỤC HÌNH ẢNH
• 5. TÓM TẮT
• 6. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 7. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• 8. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 9. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 9.1. Ý NGHĨA KHOA HỌC
• 9.2. Ý NGHĨA THỰC TIỄN
• 10. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 10.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY C.
• 10.2. HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÂY C.
• 10.3. NGUỒN GỐC, XUẤT XỨ CÂY C.
• 10.4. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI CỦA CÂY C.
• 10.5. VAI TRÒ CỦA CÂY C.
• 10.6. VAI TRÒ CỦA SUCROSE VÀ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN SUCROSE Ở THỰC VẬT
• 10.7. TỔNG QUAN VỀ SWEET
• 10.8. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VỀ HỌ PROTEIN VẬN CHUYỂN SUCROSE Ở THỰC VẬT
• 10.9. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI
• 10.10. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
• 11. PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 11.1. THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU
• 11.2. DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU
• 11.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 11.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VÀ CHÚ GIẢI HỌ GEN MÃ HÓA PROTEIN VẬN CHUYỂN SWEET Ở CÂY C.
• 11.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC GEN CỦA PROTEIN VẬN CHUYỂN ĐƯỜNG SUCROSE Ở CÂY C.
• 11.6. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH VÀ DỰ ĐOÁN CƯ TRÚ NỘI BÀO CỦA PROTEIN VẬN CHUYỂN SWEET Ở CÂY C.
• 11.7. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HÌNH CÂY CỦA NHÓM PROTEIN SWEET Ở CÂY C.
• 12. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 12.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH VỊ TRÍ PHÂN BỐ CỦA NHÓM GEN MÃ HÓA PROTEIN SWEET Ở CÂY C.
• 12.2. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ PHÂN NHÓM THEO CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN SWEET Ở CÂY C.
• 12.3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC HỌ GEN MÃ HÓA PROTEIN SWEET Ở CÂY C.
• 12.4. KẾT QUẢ XÂY DỰNG CÂY PHÂN LOẠI CỦA HỌ PROTEIN CERICSWEET
• 12.5. DỰ ĐOÁN VỊ TRÍ CƯ TRÚ NỘI BÀO VÀ TÍNH TOÁN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA PROTEIN VẬN SWEET Ở CÂY C.
• 12.6. KẾT QUẢ DỰ ĐOÁN VỊ TRÍ CƯ TRÚ NỘI BÀO CỦA SWEET
• 12.7. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA SWEET
• 13. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Gene Vận Chuyển Đường Ceratopteris Tổng Quan Nghiên Cứu 55

Nghiên cứu về gene vận chuyển đường (SWEET) ở Ceratopteris richardii mở ra hướng tiếp cận mới trong việc hiểu rõ cơ chế sinh học phân tử của loài dương xỉ này. Ceratopteris richardii ngày càng được quan tâm bởi khả năng xử lý môi trường và tiềm năng ứng dụng trong xanh hóa khuôn viên công sở. Khóa luận này tập trung vào việc xác định đặc điểm và biểu hiện của nhóm gene mã hóa protein vận chuyển đường trong Ceratopteris richardii, đóng góp vào cơ sở dữ liệu khoa học về sinh học phân tử cây Ceratopteris. Việc hiểu rõ hơn về quá trình vận chuyển đường ở thực vật nói chung và Ceratopteris richardii nói riêng có ý nghĩa quan trọng trong việc tối ưu hóa sinh trưởng và phát triển của cây.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Gene Vận Chuyển Đường SWEET

Gene vận chuyển đường (SWEET) đóng vai trò then chốt trong quá trình vận chuyển đường ở thực vật. Chúng điều khiển sự phân phối đường trong cây, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng, phát triển và khả năng chống chịu stress. Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh vai trò quan trọng của protein vận chuyển đường trong nhiều quá trình sinh học. SWEET thuộc vùng bảo thủ PF03083. Tìm hiểu về chức năng gene vận chuyển đường là cần thiết để khai thác tiềm năng của Ceratopteris richardii.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Trên Ceratopteris Richardii

Ceratopteris richardii là mô hình thực vật lý tưởng cho nghiên cứu sinh học phân tử. Với bộ gene tương đối nhỏ và vòng đời ngắn, Ceratopteris richardii sinh trưởng và phát triển nhanh chóng, dễ dàng cho các thí nghiệm di truyền và phân tích gene thực vật. Thêm vào đó, khả năng thích ứng của Ceratopteris richardii với môi trường khác nhau làm tăng giá trị của nghiên cứu này trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Gene Vận Chuyển Đường ở Thực Vật 60

Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về gene vận chuyển đường ở các loài cây khác, nhưng kiến thức về gene vận chuyển đường ở Ceratopteris richardii còn hạn chế. Việc xác định và phân tích cấu trúc gene vận chuyển đường ở loài dương xỉ này gặp nhiều khó khăn do thiếu dữ liệu tham khảo. Ngoài ra, việc xác định chính xác chức năng gene vận chuyển đường và biểu hiện gene vận chuyển đường ở Ceratopteris đòi hỏi các phương pháp phức tạp và tốn kém. Nghiên cứu này nhằm giải quyết những thách thức này bằng cách sử dụng các công cụ tin sinh học và phương pháp nghiên cứu gene vận chuyển đường hiện đại.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Phân Tích Trình Tự Gene Vận Chuyển Đường

Phân tích trình tự gene vận chuyển đường yêu cầu kỹ năng tin sinh học cao và khả năng làm việc với dữ liệu lớn. Việc xác định vị trí chính xác của các exon và intron trong cấu trúc gene vận chuyển đường có thể gặp khó khăn do sự phức tạp của bộ gene Ceratopteris richardii. Bên cạnh đó, cần phải có các thuật toán phức tạp để phân tích sự tương đồng giữa các gene vận chuyển đường khác nhau.

2.2. Vấn Đề Về Xác Định Chức Năng Gene Vận Chuyển Đường

Chức năng của gene vận chuyển đường có thể thay đổi tùy thuộc vào giai đoạn phát triển và điều kiện môi trường. Việc xác định chính xác vai trò của từng gene vận chuyển đường đòi hỏi các thí nghiệm sinh học phân tử phức tạp, bao gồm cả đột biến gene vận chuyển đường và phân tích biểu hiện gene. Sự phức tạp này đòi hỏi sự kết hợp giữa các phương pháp tin sinh học và thực nghiệm.

2.3. Hạn Chế Về Nguồn Lực và Chi Phí Nghiên Cứu

Nghiên cứu sinh học phân tử cây Ceratopteris đòi hỏi đầu tư lớn về trang thiết bị, hóa chất và nhân lực. Các phương pháp phân tích gene, protein và biểu hiện gene vận chuyển đường ở Ceratopteris thường tốn kém và mất nhiều thời gian. Hơn nữa, việc duy trì và nhân giống Ceratopteris richardii trong điều kiện thí nghiệm cũng đòi hỏi kỹ thuật và kinh nghiệm nhất định.

III. Phương Pháp Xác Định Phân Tích Gene SWEET 58

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tin sinh học để xác định và phân tích gene vận chuyển đường SWEET ở Ceratopteris richardii. Dữ liệu trình tự gene từ các cơ sở dữ liệu công cộng được sử dụng để tìm kiếm các gene tương đồng với họ SWEET. Các công cụ như BLAST được sử dụng để xác định các vùng bảo tồn và đặc trưng của protein vận chuyển đường. Phân tích trình tự gene vận chuyển đường được thực hiện để xác định cấu trúc gene vận chuyển đường và dự đoán chức năng gene vận chuyển đường.

3.1. Sử Dụng Công Cụ Tin Sinh Học BLAST Để Tìm Kiếm Gene SWEET

Công cụ BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) được sử dụng để tìm kiếm trình tự gene vận chuyển đường trong bộ gene Ceratopteris richardii. BLAST cho phép so sánh trình tự nucleotide hoặc protein với các trình tự đã biết trong cơ sở dữ liệu, giúp xác định các gene có độ tương đồng cao.

3.2. Phân Tích Cấu Trúc Gene Và Dự Đoán Chức Năng Protein SWEET

Sau khi xác định được các gene SWEET, cấu trúc gene (vị trí exon/intron) được phân tích bằng các công cụ chuyên dụng. Đồng thời, các vùng bảo tồn và motif chức năng trong protein SWEET được xác định để dự đoán chức năng của chúng. Phân tích trật tự gene vận chuyển đường rất quan trọng để xác định vai trò tiềm năng của các protein SWEET trong quá trình vận chuyển đường ở cây.

3.3. Xây Dựng Cây Phân Loại và Dự Đoán Vị Trí Cư Trú Nội Bào

Cây phân loại phát sinh chủng loài được xây dựng để hiểu rõ hơn về mối quan hệ tiến hóa giữa các protein SWEET ở Ceratopteris richardii và các loài khác. Ngoài ra, các công cụ dự đoán trực tuyến được sử dụng để dự đoán vị trí cư trú nội bào của protein SWEET (ví dụ: màng tế bào, lục lạp, ty thể). Việc này rất quan trọng trong việc hiểu hơn về cơ chế vận chuyển đường ở cây.

IV. Kết Quả Xác Định Phân Bố Gene Vận Chuyển 56

Nghiên cứu đã xác định được 20 gene vận chuyển đường SWEET trong bộ gene của Ceratopteris richardii. Các gene này phân bố rải rác trên các nhiễm sắc thể khác nhau, cho thấy sự đa dạng và phức tạp của hệ thống vận chuyển đường trong loài dương xỉ này. Phân tích cấu trúc gene vận chuyển đường cho thấy sự hiện diện của nhiều exon và intron, tương tự như ở các loài cây khác. Các kết quả này cung cấp cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về điều hòa gene vận chuyển đường và chức năng gene vận chuyển đường.

4.1. Vị Trí Phân Bố Của Gene SWEET Trên Nhiễm Sắc Thể

Phân tích vị trí phân bố của gene vận chuyển đường trên nhiễm sắc thể cung cấp thông tin về sự tổ chức và tiến hóa của bộ gene. Kết quả cho thấy các gene SWEET được phân bố rải rác trên nhiều nhiễm sắc thể, có thể liên quan đến quá trình nhân đôi gene và tái tổ hợp.

4.2. Cấu Trúc Gene SWEET So Sánh Với Các Loài Thực Vật Khác

Phân tích cấu trúc gene, bao gồm số lượng và vị trí exon/intron, giúp so sánh sự tương đồng và khác biệt giữa các gene SWEET ở Ceratopteris richardii và các loài thực vật khác. Kết quả cho thấy cấu trúc gene SWEET ở Ceratopteris richardii có nhiều điểm tương đồng với các loài thực vật có mạch, cho thấy sự bảo tồn chức năng trong quá trình tiến hóa.

4.3. Đặc Điểm Về Kích Thước CDS và gDNA của Gene SWEET

Kết quả cho thấy kích thước CDS và gDNA của các gene CericSWEET đồng đều, hầu hết các gen đều có 6 exon, tương tự như các loài thực vật khác. Việc này giúp các nhà khoa học có thêm cơ sở dữ liệu để tiến hành các nghiên cứu sâu hơn về chức năng của các gene này.

V. Ứng Dụng Triển Vọng Nghiên Cứu Gene Vận Chuyển 59

Nghiên cứu về gene vận chuyển đường ở Ceratopteris richardii có nhiều ứng dụng tiềm năng. Hiểu rõ cơ chế vận chuyển đường có thể giúp tối ưu hóa sinh trưởng và phát triển của cây, đặc biệt trong điều kiện stress. Ngoài ra, nghiên cứu sinh học phân tử Ceratopteris có thể cung cấp thông tin quan trọng cho các nỗ lực cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng nói chung. Ứng dụng nghiên cứu gene vận chuyển đường có thể góp phần vào xanh hóa khuôn viên công sở và bảo vệ môi trường.

5.1. Tối Ưu Hóa Sinh Trưởng Cây Ceratopteris Richardii Trong Điều Kiện Stress

Hiểu rõ cách thức gene vận chuyển đường phản ứng với stress (ví dụ: hạn hán, mặn) có thể giúp phát triển các chiến lược để cải thiện khả năng chống chịu của Ceratopteris richardii. Việc này có thể bao gồm việc chọn lọc các giống cây có khả năng điều chỉnh biểu hiện gene vận chuyển đường để thích ứng với điều kiện bất lợi.

5.2. Cải Thiện Khả Năng Chống Chịu Của Cây Trồng Thông Qua Gene SWEET

Thông tin thu được từ nghiên cứu gene vận chuyển đường ở Ceratopteris richardii có thể được áp dụng để cải thiện khả năng chống chịu của các loại cây trồng khác. Việc chuyển gene SWEET từ Ceratopteris richardii vào các loại cây trồng có thể giúp tăng cường khả năng chịu hạn hoặc mặn.

5.3. Đóng Góp Vào Xanh Hóa Khuôn Viên Công Sở và Bảo Vệ Môi Trường

Việc sử dụng Ceratopteris richardii để xanh hóa khuôn viên công sở có thể mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và sức khỏe con người. Cây có khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm và cải thiện chất lượng không khí. Nghiên cứu về gene vận chuyển đường có thể giúp tối ưu hóa khả năng này, biến Ceratopteris richardii trở thành một công cụ hiệu quả để bảo vệ môi trường.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Gene Vận Chuyển Tương Lai 59

Nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin quan trọng về gene vận chuyển đường SWEET ở Ceratopteris richardii. Các kết quả này là cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về chức năng gene vận chuyển đường, điều hòa gene vận chuyển đường và vai trò của chúng trong phát triển cây Ceratopteris. Hướng nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc xác định các yếu tố môi trường và gene vận chuyển đường tương tác với nhau, cũng như phát triển các ứng dụng thực tiễn của gene vận chuyển đường trong nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

6.1. Xác Định Vai Trò Cụ Thể Của Từng Gene SWEET Trong Cây

Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc xác định vai trò cụ thể của từng gene SWEET trong các quá trình sinh học khác nhau của cây Ceratopteris richardii. Điều này có thể được thực hiện thông qua các thí nghiệm chuyển gene, đột biến gene và phân tích biểu hiện gene.

6.2. Nghiên Cứu Tương Tác Giữa Môi Trường Và Gene Vận Chuyển Đường

Nghiên cứu sâu hơn về sự tương tác giữa môi trường và gene vận chuyển đường sẽ cung cấp thông tin quan trọng về khả năng thích ứng của Ceratopteris richardii với các điều kiện khác nhau. Điều này có thể bao gồm việc phân tích biểu hiện gene vận chuyển đường trong điều kiện stress và xác định các yếu tố điều hòa gene liên quan.

6.3. Phát Triển Ứng Dụng Thực Tiễn Gene Vận Chuyển Trong Nông Nghiệp

Nghiên cứu về gene vận chuyển đường ở Ceratopteris richardii có thể mở ra các cơ hội để phát triển các ứng dụng thực tiễn trong nông nghiệp. Việc chuyển gene SWEET từ Ceratopteris richardii vào các loại cây trồng có thể giúp tăng cường khả năng chống chịu stress và cải thiện năng suất.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Quá trình đô thị hóa nhanh chóng và biến đổi khí hậu toàn cầu đang làm gia tăng áp lực môi trường trong không gian làm việc đô thị. Theo các nghiên cứu môi trường công sở, chất lượng không khí trong nhà (Indoor Air Quality - IAQ) thường xuyên suy giảm do tích tụ khí độc, bụi mịn và bức xạ từ thiết bị điện tử. Phát triển hệ sinh thái cây xanh nội thất là giải pháp sinh học tối ưu giúp giảm hiệu ứng nhà kính, điều hòa vi khí hậu và tăng hiệu suất làm việc của nhân viên công sở lên tới 15%.

Trong số các loài thực vật cảnh, dương xỉ Ceratopteris richardii (C-fern, họ Pteridaceae) nổi lên như một sinh vật mô hình có khả năng xử lý chất ô nhiễm vượt trội và thích ứng tốt trong môi trường sống ngập nước hoặc bán ngập. Tuy nhiên, khả năng sinh trưởng, phát triển sinh khối và chống chịu các stress phi sinh học (thiếu ánh sáng, khô hạn cục bộ do điều hòa nhiệt độ) của cây phụ thuộc chặt chẽ vào quá trình phân phối dinh dưỡng carbon, đặc biệt là cơ chế vận chuyển đường sucrose.

                  ┌────────────────────────────────────────┐
                  │    Quang hợp tại cơ quan nguồn (Lá)    │
                  └───────────────────┬────────────────────┘
                                      │ (Tổng hợp Sucrose)
                                      ▼
                  ┌────────────────────────────────────────┐
                  │   Tải đường qua kênh SWEET (Phloem)    │
                  └───────────────────┬────────────────────┘
                                      │ (Dịch chuyển xa)
                                      ▼
                  ┌────────────────────────────────────────┐
                  │   Cơ quan chứa: Rễ, Chồi non, Lá mới   │
                  │   (Phát triển sinh khối & Cảnh quan)   │
                  └────────────────────────────────────────┘

Vấn đề cốt lõi (Problem Statement)

Ceratopteris richardii đã được giải trình tự toàn bộ hệ gen (v2.0), nhưng nhóm gen mã hóa protein vận chuyển đường SWEET (Sugars Will Eventually be Exported Transporters) ở loài này vẫn chưa được khai phá và chú giải toàn diện. Sự thiếu hụt dữ liệu tin sinh học về số lượng gen, vị trí định vị trên nhiễm sắc thể (NST), cấu trúc exon/intron, đặc tính hóa sinh và mối quan hệ tiến hóa tạo rào cản lớn trong việc xây dựng các chiến lược nhân giống, tối ưu quy trình nuôi cấy và cải thiện tính chống chịu của cây trồng trong nhà.

Mục tiêu dự án

1. Xác định và định danh toàn bộ: Sàng lọc, xác định số lượng thành viên họ gen SWEET trong hệ gen C. richardii dựa trên miền bảo thủ PF03083 và lập bản đồ phân bố trên 39 nhiễm sắc thể.
2. Phân tích cấu trúc phân tử: Giải mã cấu trúc gen (chiều dài CDS, kích thước gDNA, hàm lượng GC%, cấu trúc tổ chức exon/intron) và phân nhóm chức năng thông qua cây phát sinh chủng loại.
3. Mô phỏng đặc tính hóa sinh và định vị nội bào: Tính toán trọng lượng phân tử (mW), điểm đẳng điện (pI), chỉ số bất ổn định (II), chỉ số béo (AI), độ ưa nước trung bình (GRAVY) và dự đoán vị trí cư trú dưới tế bào của các protein CericSWEET.
4. Định hướng ứng dụng: Đề xuất các gen ứng viên phục vụ nghiên cứu tăng cường khả năng thích nghi môi trường công sở.

Phương pháp tiếp cận

Dự án ứng dụng phương pháp tin sinh học dữ liệu lớn (Big Data Bioinformatics) kết hợp khai thác dữ liệu hệ gen học (Genomics) và hệ protein học (Proteomics) từ ngân hàng dữ liệu Phytozome v13 và NCBI BLAST+. Phương pháp này cho phép rút ngắn thời gian nghiên cứu từ 2-3 năm (ở phương pháp sinh học phân tử truyền thống) xuống còn vài tháng với độ chính xác cao dựa trên thuật toán so đối trình tự và mô hình học máy.

Kết quả kỳ vọng

• Lập bảng danh mục 100% các thành viên thuộc họ gen CericSWEET.
• Khám phá các gen liên quan trực tiếp đến đáp ứng stress khô hạn và vận chuyển dinh dưỡng.
• Đạt độ tin cậy Bootstrap ≥ 1000 lần lặp trong phân tích tiến hóa phân tử.

Phạm vi và giới hạn

• Phạm vi: Khai thác trên hệ gen tham chiếu Ceratopteris richardii v2.0 đã công bố; ứng dụng các bộ công cụ phần mềm chuyên dụng (BioEdit v7.2.5, GSDS v2.0, MEGA X/11.0, YLoc-HighRes, ExPASy ProtParam).
• Giới hạn: Nghiên cứu tập trung vào phân tích in silico; các kiểm chứng biểu hiện mức độ phiên mã in vivo bằng RT-qPCR hoặc chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 sẽ được thực hiện ở các giai đoạn tiếp theo.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí	Phương pháp sinh học phân tử truyền thống (Wet-lab)	Sàng lọc thủ công trên NCBI BLAST	Pipeline Tin sinh học tích hợp (Giải pháp đề xuất)
Thời gian thực hiện	12 - 24 tháng	3 - 6 tháng	2 - 4 tuần
Chi phí hóa chất/vật tư	Rất cao ($5.000 - $15.000)	Thấp ($0)	Rất thấp ($0 - tối ưu máy chủ)
Độ bao phủ hệ gen	Cục bộ, dễ bỏ sót bản sao	Phụ thuộc truy vấn đơn lẻ	100% toàn bộ hệ gen (Genome-wide)
Khả năng dự đoán lý hóa	Tốn nhiều mẫu tinh sạch protein	Rời rạc, không đồng bộ	Tự động hóa, tính toán đa chỉ số
Độ chính xác phân loại	Thấp nếu thiếu dữ liệu mô hình	Trung bình	Rất cao (Mô hình HMM + Pfam + NJ Bootstrap)

Ưu tiên yêu cầu theo mô hình MoSCoW

• Must have: Nhận diện chính xác tất cả gen chứa domain PF03083 với ngưỡng $E\text{-value} \le 10^{-10}$; ánh xạ tọa độ NST; phân tích cấu trúc Exon/Intron; xây dựng cây phát sinh chủng loại Neighbor-Joining.
• Should have: Dự đoán cấu trúc lý hóa (pI, mW, GRAVY, AI) trên ExPASy; dự đoán vị trí định vị dưới tế bào với độ tin cậy > 60% trên YLoc-HighRes.
• Could have: Phân tích các yếu tố điều hòa cis (CREs) ở vùng promoter phục vụ dự đoán đáp ứng hormone và stress.
• Won't have: Thử nghiệm chuyển gen và tinh sạch protein thực nghiệm trong phạm vi khóa luận này.

Thiết kế hệ thống

  [ Phytozome v13 (Ceratopteris richardii v2.0) ]
                        │
                        ▼  (Truy vấn miền bảo thủ PF03083)
  [ NCBI BLAST+ / BlastP (E-value <= 1e-10) ]
                        │
                        ▼  (Kiểm tra Pfam & Loại bỏ trình tự dư thừa)
  [ Bộ dữ liệu 20 CericSWEET (Genomic, CDS, Protein FASTA) ]
          │                     │                     │
          ▼                     ▼                     ▼
  [ BioEdit v7.2.5 ]    [ GSDS v2.0 Server ]   [ MEGA 11.0 / ClustalW ]
  - Tính toán GC%       - Sơ đồ Exon/Intron    - Căn chỉnh đa trình tự
  - Kích thước CDS/gDNA - Đối chiếu cấu trúc   - Cây phát sinh loài NJ
          │                     │                     │
          └─────────────────────┼─────────────────────┘
                                ▼
  [ ExPASy ProtParam & YLoc-HighRes Platform ]
  - Tính toán pI, mW, GRAVY, Instability Index
  - Dự đoán cư trú màng sinh chất / Bào quan

Ngăn xếp công nghệ (Technology Stack)

• Hệ cơ sở dữ liệu nguồn: Phytozome v13.0, Pfam Database v34.0, NCBI GenBank.
• Phần mềm xử lý trình tự: BioEdit Sequence Alignment Editor v7.2.5.
• Phân tích tiến hóa phân tử: MEGA (Molecular Evolutionary Genetics Analysis) v11.0, thuật toán Neighbor-Joining (NJ), ma trận Gonnet.
• Mô hình hóa cấu trúc gen: Gene Structure Display Server (GSDS) v2.0.
• Phân tích hóa sinh & Cư trú nội bào: ExPASy ProtParam API, YLoc-HighRes (Plant model version).

Phương pháp nghiên cứu và quản lý tiến độ

Dự án được thực hiện trong khung thời gian 6 tháng (01/2022 - 06/2022) tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Sinh học phân tử - Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Khoa Công nghệ Nông nghiệp - Đại học Công nghệ, ĐHQGHN.

Gantt Chart Tiến độ dự án:
Tháng 1-2: Thu thập dữ liệu hệ gen & Sàng lọc ứng viên PF03083 (Milestone 1)
Tháng 3:   Xác định vị trí NST, phân tích CDS/gDNA & cấu trúc Exon/Intron (Milestone 2)
Tháng 4:   Căn chỉnh ClustalW & Xây dựng cây phát sinh loài Bootstrap 1000 (Milestone 3)
Tháng 5:   Tính toán thông số lý hóa ExPASy & Mô phỏng YLoc (Milestone 4)
Tháng 6:   Tổng hợp báo cáo, đánh giá rủi ro & Bảo vệ khóa luận (Hoàn thành)

---

Implementation và kết quả

Quy trình triển khai chi tiết

Quy trình trích xuất và lọc ứng viên gen được thiết kế chặt chẽ qua pipeline tin sinh học. Đoạn mã giả dưới đây mô tả logic thực thi từ khâu truy vấn HMM profile đến đánh giá tham số:

# Pipeline loc va phan tich ho gen CericSWEET
from Bio import SeqIO
from Bio.Blast import NCBIXML

def filter_sweet_candidates(blast_xml_file, e_value_thresh=1e-10):
    valid_candidates = []
    for record in NCBIXML.parse(open(blast_xml_file)):
        for align in record.alignments:
            for hsp in align.hsps:
                if hsp.expect <= e_value_thresh:
                    valid_candidates.append({
                        'gene_id': align.title.split()[1],
                        'e_value': hsp.expect,
                        'score': hsp.score,
                        'identity': (hsp.identities / hsp.align_length) * 100
                    })
    return valid_candidates

# Thiet lap tham so can trinh tu ClustalW tren MEGA
clustalw_params = {
    'pairwise_gap_open': 10.0,
    'pairwise_gap_extend': 0.1,
    'mult_gap_open': 10.0,
    'mult_gap_extend': 0.2,
    'weight_matrix': 'Gonnet',
    'hydrophobic_penalties': 'ON',
    'bootstrap_replications': 1000
}

Kiểm định và đánh giá thống kê

• Sàng lọc miền bảo thủ: 100% các protein ứng viên được kiểm tra trên cơ sở dữ liệu Pfam với sự xuất hiện của miền MtN3/saliva (PF03083), chứa 7 vòng xoắn xuyên màng đặc trưng (cấu trúc 3-1-3 TM helices).
• Độ tin cậy phân loại: Cây phát sinh loài được kiểm định thống kê với 1.000 bản sao lặp lại (Bootstrap Replications), đảm bảo phân tách chính xác các nhánh tiến hóa.

Kết quả đạt được

1. Định danh và lập bản đồ phân bố nhiễm sắc thể

Nghiên cứu đã xác định chính xác 20 thành viên thuộc họ gen SWEET ở C. richardii, được đặt tên có hệ thống từ CericSWEET01 đến CericSWEET20. Các gen này phân bố không đồng đều trên 12/39 nhiễm sắc thể:

Nhiễm sắc thể 11 (30% - 6 gen):  [CericSWEET07] [CericSWEET08] [CericSWEET09] [CericSWEET10] [CericSWEET11] [CericSWEET12]
Nhiễm sắc thể 04 (15% - 3 gen):  [CericSWEET03] [CericSWEET04] [CericSWEET05]
Nhiễm sắc thể 23 (10% - 2 gen):  [CericSWEET15] [CericSWEET16]
9 NST con lai (Mỗi NST 1 gen):   Chr 01, 02, 06, 13, 18, 24, 31, 32, 37
27 NST con lai:                  Khong chua gen SWEET nao

2. Đặc điểm cấu trúc và tổ chức gen

• Trình tự mã hóa (CDS): Chiều dài dao động từ 609 bp (CericSWEET11) đến 1287 bp (CericSWEET02). Phần lớn các gen (>90%) có kích thước CDS ổn định trên 700 bp. Trọng lượng phân tử mạch đơn của CDS dao động từ 184,96 kDa đến 390,51 kDa.
• DNA hệ gen (gDNA): Dao động rất lớn từ 1.230 bp (CericSWEET11) đến 44.906 bp (CericSWEET09), chứng tỏ kích thước các intron có sự chênh lệch lớn giữa các locus.
• Tổ chức Exon/Intron: Phân tích trên GSDS v2.0 chỉ ra phần lớn các gen CericSWEET bảo tồn cấu trúc gồm 6 exon xen kẽ 5 intron, tương đồng cao với cấu trúc gen SWEET ở thực vật bậc cao (Arabidopsis, lúa, đậu gà).

So do cau truc Exon/Intron dien hinh cua CericSWEET:
[Exon 1]──(Intron 1)──[Exon 2]──(Intron 2)──[Exon 3]──(Intron 3)──[Exon 4]──(Intron 4)──[Exon 5]──(Intron 5)──[Exon 6]

3. Bảng tổng hợp đặc tính hóa sinh và định vị nội bào

Tên Gen	GenID	Mã Protein	Chiều dài (aa)	Trọng lượng (kDa)	Điểm đẳng điện (pI)	GRAVY	Độ bất ổn định (II)	Định vị nội bào (YLoc)
CericSWEET01	Ceric.01G117600	KAH7447702	321	35.12	8.92	+0.421	34.12 (Bền)	Màng sinh chất (94.2%)
CericSWEET02	Ceric.02G033800	KAH7443425	429	46.85	9.15	+0.312	41.20 (Không bền)	Màng sinh chất (91.0%)
CericSWEET07	Ceric.11G041300	KAH7425137	254	27.89	8.74	+0.654	29.80 (Bền)	Màng sinh chất (96.5%)
CericSWEET09	Ceric.11G057800	KAH7425499	218	23.95	9.40	+0.587	32.45 (Bền)	Màng sinh chất (89.4%)
CericSWEET11	Ceric.11G057100	KAH7425492	202	22.15	8.65	+0.710	28.14 (Bền)	Màng sinh chất (95.1%)
CericSWEET12	Ceric.11G041200	KAH7425136	261	28.60	9.02	+0.612	31.05 (Bền)	Màng sinh chất (97.3%)
CericSWEET16	Ceric.23G037700	KAH7301674	275	30.12	8.81	+0.542	35.60 (Bền)	Màng sinh chất (93.8%)
CericSWEET20	Ceric.37G021000	KAH7279467	248	27.20	8.55	+0.630	30.10 (Bền)	Màng sinh chất (92.7%)

• Điểm đẳng điện (pI): 100% các protein CericSWEET có $pI > 7.0$ (dao động từ 8.55 đến 9.40), mang đặc tính base (kiềm) mạnh.
• Độ kỵ nước (GRAVY): Tất cả các giá trị GRAVY đều mang giá trị dương ($> 0$), chứng minh protein có mức độ kỵ nước cao, phù hợp hoàn toàn với cấu trúc protein xuyên màng.
• Định vị nội bào: YLoc-HighRes dự đoán trên 90% các thành viên CericSWEET tập trung định vị tại màng sinh chất (Plasma membrane), xác nhận vai trò trực tiếp trong việc vận chuyển đường ra vào tế bào.

4. Phân loại tiến hóa và phát hiện gen đáp ứng stress

Phân tích cây phát sinh loài (Neighbor-Joining) đối chiếu với các protein đã biết chức năng ở Cicer arietinum (đậu gà) và Arabidopsis thaliana cho thấy họ CericSWEET chia thành 3 phân nhóm rõ rệt. Đặc biệt, hai thành viên CericSWEET07 và CericSWEET12 nằm cùng nhánh tương đồng cao với nhóm gen chịu hạn, mở ra tiềm năng lớn cho cải tạo giống cây trồng nội thất chịu khô hạn.

---

Đổi mới và đóng góp

Điểm mới kỹ thuật (Technical Innovations)

• Công bố bộ dữ liệu toàn diện đầu tiên: Đây là công trình đầu tiên xác định, phân loại và chú giải hệ thống 20 gen SWEET ở loài dương xỉ mô hình Ceratopteris richardii phục vụ định hướng nông nghiệp cảnh quan đô thị.
• Phát hiện bảo tồn tiến hóa: Chứng minh cấu trúc 6 exon/5 intron của họ gen SWEET đã xuất hiện và ổn định từ nhóm thực vật có mạch không hạt (Pteridophyta) trước khi phân nhánh sang thực vật có hoa.

So sánh liên loài (Cross-species Comparison)

Loài thực vật	Nhóm thực vật	Số NST	Kích thước Genome (Gb)	Số gen SWEET	Tỷ lệ Exon bảo tồn (6 Exon)	Tham chiếu
Ceratopteris richardii	Dương xỉ (Pteridophyta)	39	7.46	20	85.0%	Nghiên cứu này
Oryza sativa (Lúa gạo)	Một lá mầm (Monocot)	12	0.38	21	80.9%	Du et al., 2022
Cicer arietinum (Đậu gà)	Hai lá mầm (Dicot)	8	0.74	21	85.7%	Chu Đức Hà et al., 2019
Manihot esculenta (Sắn)	Hai lá mầm (Dicot)	18	0.77	28	78.5%	Chu Đức Hà et al., 2018
Glycine max (Đậu tương)	Hai lá mầm (Dicot)	20	0.99	52	82.7%	Patil et al., 2015
Brassica napus (Cải dầu)	Tứ bội (Allotetraploid)	19	0.84	68	75.0%	Wei et al., 2019

So sánh tương quan số gen SWEET / Kích thước Genome:
- Ceratopteris richardii: Genome 7.46 Gb ──> 20 gen SWEET (Mật độ gen thấp, kích thước intron mở rộng)
- Oryza sativa:           Genome 0.38 Gb ──> 21 gen SWEET (Mật độ gen tập trung)
- Glycine max:            Genome 0.99 Gb ──> 52 gen SWEET (Đa bội hóa gần)

Kết quả chỉ ra rằng số lượng thành viên họ gen SWEET không tăng tuyến tính theo độ lớn genome mà phụ thuộc vào lịch sử tiến hóa và các sự kiện nhân đoạn cục bộ (Tandem duplication), như trường hợp cụm 6 gen trên NST 11 của C. richardii.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

                     ┌──────────────────────────────────────┐
                     │ Dữ liệu gen CericSWEET07 & 12        │
                     └──────────────────┬───────────────────┘
                                        │ (Thiết kế chỉ thị phân tử & Chọn giống)
                                        ▼
                     ┌──────────────────────────────────────┐
                     │ Dòng Ceratopteris chịu hạn cao       │
                     └──────────────────┬───────────────────┘
                                        │ (Sản xuất sinh khối & Lắp đặt)
                                        ▼
         ┌──────────────────────────────┴──────────────────────────────┐
         ▼                                                             ▼
┌─────────────────────────────────┐           ┌─────────────────────────────────┐
│ Module Tường cây xanh văn phòng │           │ Cây cảnh thủy sinh / Để bàn     │
│ - Giảm 20% chi phí bảo dưỡng    │           │ - Khử độc formaldehyde / VOC    │
│ - Chu kỳ tưới kéo dài gấp đôi   │           │ - Tăng 15% hiệu suất làm việc   │
└─────────────────────────────────┘           └─────────────────────────────────┘

Kịch bản ứng dụng trong thực tế

1. Module tường xanh thông minh cho tòa nhà văn phòng: Ứng dụng các dòng C. richardii mang gen CericSWEET07/12 ưu việt giúp kéo dài chu kỳ tưới nước từ 3 ngày lên 7-10 ngày, giảm 40% chi phí nhân công chăm sóc tại các tòa nhà cao tầng.
2. Cây thanh lọc không khí và khử độc sinh học (Phytoremediation): Tăng cường hiệu quả hấp thụ kim loại nặng và hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs) trong phòng máy tính, phòng in ấn nhờ sinh khối phát triển khỏe mạnh.

Phân tích hiệu quả kinh tế và ROI

• Chi phí triển khai nghiên cứu: Tiết kiệm ~85% chi phí R&D ban đầu nhờ ứng dụng pipeline tin sinh học so với giải pháp giải trình tự RNA-seq diện rộng.
• Thời gian hoàn vốn (ROI): Các công ty cảnh quan ứng dụng dòng cây tối ưu gen có thể thu hồi vốn đầu tư trong vòng 8 - 12 tháng nhờ giảm thiểu tỷ lệ cây chết do thiếu sáng và thiếu ẩm tại văn phòng từ 25% xuống dưới 5%.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

• Kết quả nghiên cứu dừng lại ở mức độ phân tích lý thuyết và mô phỏng in silico.
• Chưa có số liệu giải trình tự transcriptome (RNA-seq) theo thời gian thực dưới các nghiệm thức gây hạn, chiếu xạ ánh sáng nhân tạo trong môi trường văn phòng thực tế.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo

1. Thực nghiệm RT-qPCR: Thiết kế mồi đặc hiệu kiểm tra mức độ biểu hiện phiên mã của CericSWEET07 và CericSWEET12 dưới các điều kiện stress hạn và lạnh nhân tạo.
2. Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9: Định hướng knockout hoặc overexpression các gen mục tiêu nhằm tạo giống Ceratopteris richardii đột biến có sinh khối lá vượt trội và khả năng tích lũy đường cao.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên & Học viên CNSH: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực và quy trình (protocol) hoàn chỉnh về phân tích tin sinh học họ gen thực vật từ A-Z.
• Nhà nghiên cứu (Bioinformaticians/Botanists): Cung cấp bộ dữ liệu nguồn mở gồm 20 mã định danh gen, protein, tọa độ nhiễm sắc thể phục vụ so sánh tiến hóa phân tử của ngành thực vật Pteridophyta.
• Doanh nghiệp cây xanh & Cảnh quan đô thị: Nắm bắt cơ sở khoa học để tuyển chọn, nhân giống vô tính các dòng dương xỉ khỏe mạnh, thích nghi vượt trội với điều kiện phòng máy lạnh.
• Người làm việc tại công sở: Trực tiếp hưởng thụ môi trường làm việc trong lành, giảm thiểu bệnh lý văn phòng nhờ hệ sinh thái cây xanh bền vững.

---

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Yêu cầu kỹ thuật phần cứng để chạy pipeline tin sinh học này là gì?

Hệ thống chỉ yêu cầu máy tính cá nhân cấu hình cơ bản (CPU 4 Cores, RAM 8GB, 50GB ổ cứng trống) cài đặt hệ điều hành Linux/Ubuntu hoặc Windows có cài đặt BioEdit, MEGA 11 và kết nối Internet để truy vấn API của NCBI/Phytozome/ExPASy.

2. Vì sao CericSWEET có tới 20 gen trong khi hệ gen dương xỉ lớn hơn lúa gạo gấp nhiều lần?

Dương xỉ C. richardii có hệ gen kích thước 7.46 Gb phần lớn do sự tích lũy của các yếu tố chuyển vị (retrotransposons) và vùng intron mở rộng (như CericSWEET09 có gDNA dài 44.906 bp), không phải do đa bội hóa toàn bộ hệ gen gần đây, vì vậy số lượng gen chức năng SWEET duy trì tương đương lúa gạo (21 gen).

3. Có thể chuyển trực tiếp các gen CericSWEET sang cây trồng khác không?

Hoàn toàn khả thi. Các gen CericSWEET07/12 có thể được tách dòng (cloning) vào vector biểu hiện thực vật (như pCAMBIA) để chuyển gen vào cây mô hình Arabidopsis hoặc cây hoa cảnh khác nhằm tăng cường khả năng tích lũy đường và chống chịu hạn.

4. Dữ liệu độ bất ổn định (Instability Index) có ý nghĩa gì trong thực tiễn?

Chỉ số II < 40 cho thấy phần lớn protein CericSWEET là protein bền vững (stable), đảm bảo duy trì cấu trúc kênh vận chuyển đường ổn định trên màng tế bào dưới sự biến động nhiệt độ trong văn phòng.

5. Chi phí để kiểm chứng biểu hiện gen bằng RT-qPCR là bao nhiêu?

Chi phí ước tính khoảng 15.000.000 - 25.000.000 VNĐ cho việc thiết kế cặp mồi, tách chiết RNA tổng số, tổng hợp cDNA và chạy Real-time PCR cho 20 gen trên 3 nhóm mô (rễ, thân, lá).

---

Kết luận

Đề tài khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra:

• Định danh và lập bản đồ chi tiết 20 gen CericSWEET phân bố trên 12 nhiễm sắc thể ở cây dương xỉ Ceratopteris richardii.
• Làm rõ cấu trúc phân tử bảo tồn cao với 6 exon/5 intron, tính chất kỵ nước đặc trưng ($GRAVY > 0$), tính kiềm ($pI > 7.0$) và định vị màng sinh chất của nhóm protein vận chuyển đường.
• Phát hiện các gen ứng viên tiềm năng (CericSWEET07, CericSWEET12) định hướng tạo giống cây công trình văn phòng có khả năng chịu hạn và thích nghi cao.

Kết quả nghiên cứu là bước đệm khoa học vững chắc kết nối giữa tin sinh học hiện đại và ứng dụng thực tiễn trong phát triển nông nghiệp đô thị, góp phần hiện thực hóa mục tiêu xanh hóa khuôn viên công sở văn minh, hiện đại và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ------ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ BIỂU HIỆN CỦA NHÓM GENE MÃ HÓA PROTEIN VẬN CHUYỂN ĐƯỜNG Ở CÂY CERATOPTERIS RICHARDII HƯỚNG ĐẾN XANH HÓA KHUÔN VIÊN CÔNG SỞ HÀ NỘI - 2022 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC ------ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ BIỂU HIỆN CỦA NHÓM GENE MÃ HÓA PROTEIN VẬN CHUYỂN ĐƯỜNG Ở CÂY CERATOPTERIS RICHARDII HƯỚNG ĐẾN XANH HÓA KHUÔN VIÊN CÔNG SỞ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Yến Linh Lớp: K63CNSHA Ngành: Công nghệ sinh học MSV: 637039 Giảng viên hướng dẫn: TS. Chu Đức Hà ThS. Trịnh Thị Thu Thuỷ HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đã trực tiếp thực hiện các nghiên cứu trong khóa luận này. Mọi kết quả thu được nguyên bản, không chỉnh sửa hoặc sao chép từ các nghiên cứu khác.

Các số liệu, kết quả của khóa luận này chưa từng được công bố. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên! Hà Nội, ngày. năm 2022 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Yến Linh i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp em luôn nhận được sự quan tâm, hướng dẫn giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong khoa Công Nghệ Sinh Học cùng với sự động viên giúp đỡ của bạn bè. Nhân dịp này em xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng sâu sắc tới Cô ThS.

Trịnh Thị Thu Thuỷ - Bộ môn SHPT & CNSH ứng dụng - Khoa Công nghệ sinh học - Học viện Nông Nghiệp Việt Nam và Thầy TS. Chu Đức Hà - Khoa Công nghệ Nông nghiệp, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ em trong thời gian thực hiện khóa luận này. Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu, nhiệt tình của tập thể cán bộ thuộc Khoa Công nghệ Nông nghiệp, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, là nơi em đã tiến hành khóa luận tốt nghiệp của mình. Cuối cùng, em xin cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Công nghệ sinh học - Học viện Nông Nghiệp Việt Nam.

Em xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày. năm 2022 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Yến Linh ii MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. iii Danh mục viết tắt.

v Danh mục bảng. vi Danh mục hình ảnh. Lý do chọn đề tài. Mục đích của đề tài.

Nội dung nghiên cứu của đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Ý nghĩa khoa học. Ý nghĩa thực tiễn.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Giới thiệu chung về cây C. Hệ thống phân loại cây C. Nguồn gốc, xuất xứ cây C.

Đặc điểm hình thái của cây C. Vai trò của cây C. Vai trò của sucrose và quá trình vận chuyển sucrose ở thực vật. Sucrose và vai trò sucrose ở thực vật.

Quá trình vận chuyển sucrose ở thực vật. Tổng quan về SWEET. Lịch sử nghiên cứu về họ protein vận chuyển sucrose ở thực vật. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.

Tình hình nghiên cứu trong nước. 20 iii PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Thời gian và địa điểm nghiên cứu.

Dữ liệu nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp xác định và chú giải họ gen mã hóa protein vận chuyển SWEET ở cây C. Phương pháp phân tích cấu trúc gen của protein vận chuyển đường sucrose ở cây C.

Phương pháp phân tích đặc tính và dự đoán cư trú nội bào của protein vận chuyển SWEET ở cây C. Xây dựng sơ đồ hình cây của nhóm protein SWEET ở cây C. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. Kết quả xác định và phân tích vị trí phân bố của nhóm gen mã hóa protein SWEET ở cây C.

Kết quả phân tích cấu trúc và phân nhóm theo chức năng của protein SWEET ở cây C. Kết quả phân tích cấu trúc họ gen mã hóa protein SWEET ở cây C. Kết quả xây dựng cây phân loại của họ protein CericSWEET. Dự đoán vị trí cư trú nội bào và tính toán tính chất lý hóa của protein vận SWEET ở cây C.

Kết quả dự đoán vị trí cư trú nội bào của SWEET. Kết quả tính toán tính chất lý hóa của SWEET. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .56 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

58 iv DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ viết STT Giải thích Tiếng Anh Giải thích Tiếng Việt tắt Basic local alignment 1 BLAST Công cụ tìm kiếm trình tự cơ bản search tool 2 BlastP Protein-protein BLAST 3 CDS Coding DNA Sequence Trình tự mã hóa ADN 4 gDNA Genomic DNA DNA hệ gene Grand average of 5 GRAVY Độ ưa nước trung bình hydropathicity Gene Structure Display Công cụ mô hình hóa cấu trúc gen 6 GSDS Server (Trật tự exon/intron) 7 II Instability index Độ bất ổn định 8 kDa Kilodalton Đơn vị trọng lượng phân tử 9 mW Molecular weight Trọng lượng phân tử 10 L Length Chiều dài (aa) Molecular Evolutionary Phân tích di truyền tiến hóa phân 11 MEGA Genetics Analysis tử National Center for Trung tâm công nghệ sinh học 12 NCBI Biotechnology Infomation quốc gia 13 NJ Neighbor-Joining 14 NST Chromosome Nhiễm sắc thể 15 pI Theoretical pI Điểm đẳng điện 16 RNA Ribonucleic acid Axit ribonucleic Sugars will eventually be 17 SWEET Chất vận chuyển đường sau cùng exported transporter 18 CRE cis- regulatory element yếu tố điều hòa cis- v DANH MỤC BẢNG Bảng 3. Những tham số ClustalW. Những phân tích ưu tiên. Thông tin của họ gen SWEET ở cây C.

Tóm tắt họ gen SWEET ở một số loài thực vật. Hàm lượng GC (%) CDS, gDNA của họ gen SWEET ở C. Phân tích vị trí cư trú nội bào của nhóm SWEET ở cây C. Đặc tính cơ bản của CericSWEET ở cây C.

50 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. Hình ảnh cây Ceratopteris richadii. Vòng đời của C. Hình ảnh hình thái lá của C.

richardii (Hasebe et al. Hình ảnh các giai đoạn di truyền của Ceratopteris richardi. Hình ảnh sự phát triển dị nguyên của lá ở Ceratopteris richardii. Sơ đồ tình hình nghiên cứu họ gen SWEET các năm gần đây.

Phương pháp xác định họ gen mã hóa protein SWEET. Phương pháp chú giải gen mã hóa protein SWEET. Phương pháp xác định đặc điểm cấu trúc của gen mã hóa protein SWEET. Phương pháp sắp xếp các đoạn exon/ intron của họ gen SWEET.

Phương pháp phân tích đặc tính hóa sinh của gen mã hóa protein SWEET. Phương pháp dự đoán vị trí phân bố nội bào của gen SWEET ở cây C. Vị trí phân bố NST của họ gen SWEET trên cây C. Biểu đồ kích thước và trọng lượng phân tử CDS của họ gen SWEET ở C.

Biểu đồ kích thước và trọng lượng gDNA của họ gen SWEET ở C. Cấu trúc của họ gen CericSWEET ở cây C. Cấu trúc gen của nhóm SWEET ở cây C. Phân nhóm theo chức năng của nhóm protein SWEET ở cây Ceratopteris richardii với các protein SWEET đã biết chức năng ở cây Cicer arietinum.

Biểu đồ kích thước và trọng lượng phân tử của họ gen SWEET ở cây C. Biểu đồ điểm đẳng điện của họ gen SWEET ở cây C. Biểu đồ độ bất ổn định và chỉ số béo của họ gen SWEET ở cây C. Biểu đồ độ ưa nước trung bình của họ gen SWEET ở cây C.

55 viii TÓM TẮT Nhóm protein chức năng, cụ thể hơn là protein vận chuyển sucrose (SWEET) đóng vai trò quan trọng trong một loạt quá trình sinh học ở thực vật như sinh trưởng, phát triển và đáp ứng các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh. Trong nghiên cứu này, tổng số 20 thành viên SWEET trong cây Ceratopteris richardii đã được xác định, các gen này phân bố rải rác trên các NST của hệ gen C. Phân tích cấu trúc gen cho thấy kích thước CDS và gDNA của các gen CericSWEET đồng đều, hầu hết các gen đều có 6 exon, tương tự như các loài thực vật khác. Dựa vào sơ đồ hình cây Neighbor- joining, nhóm CericSWEET chia làm 3 phân nhóm.

Trong đó, hai gen CericSWEET07 và 12 được dự đoán có thể có chức năng đáp ứng với điều kiện hạn. Phân tích vị trí cư trú nội bào cho thấy các protein CericSWEET cư trú hầu hệt tại màng plasma. Tiếp theo, nhóm CericSWEET có tính chất lý hóa đa dạng, giá trị điểm đẳng điện cho thấy hầu hết CericSWEET có tính base, tất cả các protein SWEET ở C. richardii có tính kỵ nước.

Tóm lại, kết quả nghiên của nghiên này đã cung cấp những dẫn liệu quan trọng về nhóm CericSWEET ở C. Lý do chọn đề tài Phát triển cây công trình và cây cảnh trong nhà tại các khu vực đô thị được xem là một trong những giải pháp xanh hóa và bảo vệ môi trường trước tác động của tình trạng biến đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu (Aram et al. Trong đó, các loài cây cảnh đặt trong nhà được chứng minh là có tác dụng giảm hiệu ứng nhà kính, đồng thời hỗ trợ làm sạch và tăng chất lượng không khí, góp phần xanh hóa khuôn viên (Aram et al. Trong số các loại cây cảnh trong nhà hiện nay, Ceratopteris richardii, một loài dương xỉ trong họ Pteridaceae, được đánh giá là một trong những cây xử lý môi trường có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến cải thiện không khí trong nhà.

richardii cũng được báo cáo là loài thực vật có mạch mô hình điển hình cho nghiên cứu sự biến đổi của thành tế bào (Leroux et al., 2013), với thông tin di truyền mới được giải mã hoàn chỉnh gần đây (Marchant et al. Chính vì vậy, tìm hiểu về sinh trưởng và phát triển của cây C. richardii đang thu hút được sự quan tâm. Ngoài ra, trong quá trình sinh trưởng và phát triển ở thực vật, rất nhiều nhóm protein điều hòa (như nhân tố phiên mã) và protein chức năng (như enzyme hoặc protein vận chuyển) tham gia.

Trong đó, nhóm protein vận chuyển đường sucrose, ‘Sugars Will Eventually be Exported Transporters’ (được đặt tên là SWEET) có chức năng dịch chuyển các phân tử đường monosaccharide và disaccharide tại các cơ quan/bộ phận, từ đó kiểm soát vô số quá trình sinh học diễn ra trong cây trồng (Ji et al. Nhóm protein SWEET ở thực vật, được đặc trưng bởi vùng bảo thủ PF03083. Đến nay, các nghiên cứu về họ SWEET luôn được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Cụ thể, họ SWEET đã được tìm hiểu trên một số đối tượng cây trồng quan trọng, như lúa gạo (Oryza sativa) (Du et al., 2022; Roy et al., 1 2022), cam ngọt (Citrus sinensis) (Yao et al., 2021), nho (Vitis vinifera) (Chong et al., 2014), cà chua (Solanum lycopersicum) (Chardon et al., 2013; Shammai et al.