Đang tải... (xem toàn văn)
Thực vật, động vật cũng như các cơ thể đa bào khác để có thể hoạt động, thích nghi với điều kiện môi trường sống cần có sự phối hợp nhịp nhàng của các bộ phận trong cơ thể.
Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Phần MỞ ĐẦU Thực vật, động vật thể đa bào khác để hoạt động, thích nghi với điều kiện mơi trường sống cần có phối hợp nhịp nhàng phận thể Nếu trình trao đổi chất lượng kiến tạo nên thể cung cấp lượng cho thể hoạt động hormone điều hòa hoạt động quan thể Phytohormone (hormone thực vật) sản phẩm tự nhiên tạo thể thực vật với hàm lượng cực thấp lại có ảnh hưởng lớn đến hoạt động thực vật Cho đến nay, tài liệu tiếng Việt cho có năm loại phytohormone auxins, cytokinins, gibberellins, acid abscisics ethylens Tuy nhiên thực tế giới với tiến lĩnh vực di truyền phân tử, người ta phát nhóm phytohormone thứ brassinosteroids (BRs) (1979) Hormone có ảnh hưởng đa chiều đến sinh trưởng phát triển thực vật, chí cịn ảnh hưởng mạnh nhóm phytohormone khác xếp hormone vào nhóm kích thích sinh trưởng Với mong muốn có hiểu biết chung brassinosteroids, đặc biệt chế vận chuyển tín hiệu BRs để thực vai trò điều hòa hoạt động sinh lý thể, chúng tơi định tìm hiểu đề tài: “Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật” Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Phần NỘI DUNG I Đại cương Brassinosteroids Lịch sử khám phá Brassinosteroids [8] Cho đến gần đây, người ta cho q trình sinh trưởng thực vật kiểm soát loại hormone thực vật auxins, cytokinins, gibberellins, abscisic acid, ethylene (Hình 1) Hình 1: Cấu trúc loại phytohormone Các steroid biết hormone động vật có vú từ năm 1930 cịn tìm thấy côn trùng nấm Báo cáo tồn hormone thực vật xuất Nhật năm 1968 (Marumo cs., 1968; Abe Marumo, 1991) Từ 430 kg tươi loài Distylium racemosum Sieb et Zucc, loài thường xanh Nhật tách yếu tố A1 (751 μg), A2 (50 μg), B (236 μg) Cả yếu tố hoạt động mạnh IAA thí nghiệm độ nghiêng lúa Tuy nhiên giới hạn phương tiện kĩ thuật lúc khơng cho phép người ta xác định mặt hoá học hợp chất Sau người ta tách chất từ phấn hoa cải dầu Brassica napus L thúc đẩy sinh trưởng thực Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật vật (Mitchell cs., 1970; Mandava cs., 1978; Steffens, 1991) Chất gọi ‘brassins’ tác giả đề nghị brassins hormone thực vật Thí nghiệm đốt thứ hai đậu dùng để phát kiểm tra hợp chất có hoạt tính sinh học Các brassin làm dài đốt thứ hai khoảng 155 mm liều 10 μg, không xử lý dài 12mm Việc tách hormone làm rõ cấu trúc nhiệm vụ khó khăn Một chương trình đặc biệt bắt đầu nông nghiệp U.S vào 1974 (Steffens, 1991) từ 227 kg hạt phấn cải dầu (Brassica napus L.) thu thập ong chiết xuất hợp chất chưa biết tự nhiên Vào năm 1979, Grove cs Phân tích tia X tinh thể chiết xuất từ 40 kg hạt phấn cải dầu lactone steroid có cấu trúc hoá học brassinolide Hai năm sau, castasterone tìm thấy túi mật trùng lồi Castanea crenata spp Ngày có 40 steroid tách từ nguồn tự nhiên nhóm hợp chất gọi brassinosteroids (BS) xem nhóm hormone thực vật thứ (Hình 2) Hình 2: brassinosteroid tách Tên gọi [8] Thuật ngữ “brassinosteroids” tên Latinh loài cải dầu Brassica napus L Hầu hết hợp chất nhóm hormone có tên tương tự với tên loài mà chúng chiết xác định lần Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Nhiều trường hợp, tên gọi BRs khác thêm tiền tố, hậu tố Ví dụ: hậu tố “-olide” có nghĩa phân tử hợp chất chứa nửa lactone (brassinolide) Gọi tên BR dựa số lượng nguyên tử C có mặt phân tử: + Các hợp chất 27 C, kí hiệu NB, suy từ norbrassinolide + Các hợp chất 28 C, kí hiệu B, suy từ brassinolide + Các hợp chất 29 C, kí hiệu HB,được suy từ homobrassinolide Cấu trúc steroid có khung C giống dùng làm sở cho phép đặt tên BR Tên thường BR thể bảng (Phụ lục) II Vai trò Brassinosteroids BRs hormone thực vật có ý nghĩa hoạt động thúc đẩy sinh trưởng Ngoài cịn ảnh hưởng đến q trình phát triển khác nảy mầm hạt, phát sinh rễ, hoa, lão hố, q trình rụn chín Các brassinosteroid cịn làm tăng sức đề kháng cho thực vật chống lại stress vô Do ảnh hưởng đầy đủ, phức tạp , brassinosteroid xem hormone thực vật có ảnh hưởng nhiều hướng [10] Vai trò BRs q trình sinh trưởng Sự kích thích sinh trưởng xem vai trò sinh lý quan trọng brassinosteroid thực vật Các nghiên cứu ban đầu với brassinolide tập trung xung quanh khả gây kéo dài tế bào, phồng lên, uốn cong phân cắt đốt thứ hai, hoạt động gọi “hoạt tính brassin” Sự kéo dài, uốn cong phân cắt xảy cung cấp 0.01 mg brassinolide, chí 0.01 μg gây phân cắt Các brassinosteroid kích thích sinh trưởng mạnh mơ sinh dưỡng non, thúc đẩy kéo dài đậu tương, đậu Azuki, trụ mầm đậu Hà lan, hoa hướng dương, trụ mầm dưa chuột, cuống hoa Arabidopsis, bao mầm lúa mì Các brassinosteroid thúc đẩy sinh trưởng q trình phân chia kéo dài tế bào [10] Ảnh hưởng đến phân chia tế bào [4] Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật BRs ảnh hưởng đến mở rộng phân chia tế bào, việc thúc đẩy phân chia tế bào khó xác định Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng 24-epibrassinolide lên nguyên sinh chất cải bắp Trung Quốc cho thấy tỷ lệ phân chia tế bào tăng cường Cả biệt hóa lại chất nguyên sinh phục hồi vách tế bào thúc đẩy (Nakajima cs., 1996) 24-epibrassinolide làm tăng phân chia tế bào tế bào nhu mô Helianthus tuberosus [10] Brassinolide làm tăng tỷ lệ phân chia tế bào lục lạp Petunia hybrida Hình 3: Brassinolide gây phân chia đốt thứ haicủa đậu (Nguồn N Bushan Mandava) [10] Ảnh hưởng đến mở rộng vách tế bào Expansins (Cosgrove, 1996) enzim phân hủy glucose vận chuyển nội bào xyloglucan (XET: xyloglucan endotransglycosylases) biến đổi vách tế bào tạo điều kiện cho tế bào lớn lên hai enzim liên quan đến BRs (Clouse 1997) Khi xử lí BR có giãn vách tế bào (Wang cs., 1993; Zurek cs., 1994), trụ mầm bí mơ bên bị ảnh hưởng mạnh (Tominaga cs., 1994) Sự kéo dài tế bào phụ thuộc vào cung cấp đầy đủ thành phần vách định hướng vi sợi (tương đồng với định hướng vi ống tế bào) BL BL kết hợp với auxin làm tăng tỷ lệ vi ống nằm ngang (Mayumi Shibaoka, 1995) Để trì Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật vi ống nằm ngang cần có phosphoryl hóa protein mà protein liên kết vi ống với màng sinh chất BL gây kéo dài tế bào theo cách (Mayumi Shihaoka 1996) Sự mở rộng vách tế bào gây BR xảy với đẩy proton phân cực cao màng tế bào Trong ống nghiệm, ATPase không bào hoạt hóa việc xử lí BL (Tominaga Sakurai, 1996), BL gây sinh trưởng kéo dài việc giảm lượng nước không bào thông qua hấp thu ion hấp thu đường Sự liên quan trực tiếp BRs nội bào kiểm soát mở rộng tế bào gợi ý diện chúng mô mở rộng Sự kéo dài trụ mầm Packchoi (Brassica chinensis) brassinosteroid báo cáo việc cung cấp brassinosteroid vùng mm có ảnh hưởng tốt [10] Castasterone thúc đẩy sinh trưởng tế bào mầm đỉnh Catharanthus roseus Trong tế bào dây treo phôi carrot, 24- epibrassinolide làm tăng lớn lên tế bào mà khơng có ảnh hưởng đến nhân lên tế bào Vào đầu năm 1949, Evenariss đề nghị số yếu tố điều hồ sinh trưởng thực vật cịn tham gia điều hồ nảy mầm Các brassinosteroid cịn thúc đẩy nảy mầm hạt Việc cung cấp brassinolide làm tăng nảy mầm hạt Lepidium sativus Tương tự xử lý hạt Eucalyptus camaldulensis 24epibrassinolide làm tăng thật tỷ lệ nảy mầm hạt Brassinolide, 24-epibrassinolide and 28- homobrassinolide thúc đẩy nảy mầm hạt đậu phụng Các brassinosteroid không thúc đẩy nảy mầm hạt mà làm đảo ngược ảnh hưởng ức chế acid abscisic Khả thúc đẩy nảy mầm hạt brassinosteroid quan sát thấy lúa gạo, lúa mì, cà chua, thuốc lá, Brassica napus, Orabanchae minor [10] Vai trò BRs trình phát triển [10] Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Nồng độ BRs tăng với thục (Asakawa cs., 1996), nồng độ BRs cao hạt phấn, quan trọng thụ tinh thực vật Nếu xử lí đầu nhụy BL tạo thành hạt đơn bội (Kitani 1994) Sự hoa Việc cung cấp brassinosteroid làm tăng số lượng hoa dâu tây Ở nho, việc phun brassinosteroid vào mùa thu làm tăng số lượng hoa, việc cung cấp vào cuối đông làm giảm số lượng hoa [10] Sự lão hóa Sự lão hóa mơ mầm phịng thí nghiệm đơi bị chậm lại cytokinin Trái lại 24-epiBL thúc đẩy lão hóa (He cs., 1996) Các tác giả quan sát thấy tăng cường hoạt động peroxidase, giảm hoạt động superoxide dismutase, catalase tăng nồng độ malondialdehyde, họ đề nghị BRs hoạt động thơng qua oxy hoạt hóa “activated oxygen” Tất ảnh hưởng đến phát triển biểu gene gây BL gây tổng hợp peptide đặc biệt (Clouse 1997) Karagiannis cs (1995), đề nghị giống nhiều hormone thực vật khác, BRs nồng độ nanog nhân tố điều hịa cistron ribosome, “kích thích nhân lớn lên thay đổi hình thái” Những liệu tỏ hữu ích cho việc khám phá chế điều hòa BR Câu hỏi tiếp nhận vận chuyển tín hiệu BR cịn để ngỏ, có vài nghiên cứu mang tính thăm dò hướng tiếp cận di truyền phân tử có khả đưa câu trả lời thỏa đáng Đáp ứng với stress * Shock nhiệt: Ảnh hưởng tốt việc xử lí BR stress lạnh tổng kết Wilen cs (1995), tác giả nhận thấy chịu đựng nóng lạnh tăng cường tế bào lồi (Bromus inermis) Tuy nhiên, xử lí 24epiBL hạt nảy mầm khơng giúp lồi đậu bướm chịu đựng shock nhiệt (Vigna aconitifolia) (Upadhyaya cs., 1991) Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Các họ cà họ lúa xử lý brassinosteroid sinh trưởng tốt điều kiện nhiệt độ thấp Các brassinosteroid cải tiến khả chống chịu ngô dưa chuột stress nhiệt độ thấp Các brassinosteroid liên quan đến tăng khả chống chịu với giá lạnh cỏ lúa Ở lúa,24- epibrassinolide làm tăng sức chống chịu nhiệt độ 1-50C sức kháng cự liên quan đến tăng ATP Các brassinosteroid làm tăng sức chống chịu với nhiệt độ cao lúa mì đồng cỏ Sự chịu đựng thực vật với nhiệt độ cao cung cấp brassinosteroid làm xuất tổng hợp polypeptid chịu đựng nhiệt độ cao * Hạn hán: Ở lúa mì gặp hạn hán người ta xử lí 28-homoBL làm tăng protein hòa tan thành phần nước tương quan, làm giảm vận chuyển ion (Sairam 1994) Việc cung cấp brassinosteroid làm tăng sức chịu đựng với stress hạn hán củ cải đường * Ngập úng: Xử lí 24-epiBL làm tăng sinh trưởng câu đậu xanh non (Cicer arietinum) (Singh cs., 1993), làm tăng chỗ hàm lượng nước tương quan, bị ngập nước, 24-epiBL làm giảm tỉ lệ nước qua lỗ khí lúa miến (H, L, Xu cs., 1994a,b) * Chịu mặn: Cải thiện sức chịu mặn 50 mM NaCl sau xử lí BR xác định lúa (Takeuchi 1992) Ở 150 mM NaCl, làm tăng tỉ lệ nảy mầm Eucalyptus camaldulensis (Sasse cs., 1995) [2] Các brassinosteroid cịn có khả chống lại ảnh hưởng ức chế độ mặn gây sinh trưởng đậu phụng Ở Eucalyptus camaldulensis, việc xử lý hạt 24-epibrassinolide làm tăng nảy mầm hạt điều kiện mặn Tương tự, 24-epibrassinolide and 28homobrassinolide làm giảm ức chế mặn gây đến nảy mầm sinh trưởng lúa Xử lý hạt với dung dịch brassinosteroid loãng cải thiện cách đáng kể sinh trưởng họ lúa điều kiện mặn Các ảnh hưởng khác [10] Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Các brassinosteroid kích thích rễ đoạn thân cắt vân sam (Picea elbies) Brassinolide làm chậm rụng Citrus Sự cung cấp brassinosteroid làm tăng nốt sần cố định nitơ đậu phụng Tăng suất sản lượng dưa hấu (Wang cs., 1994), giảm rụng hoa non nho, làm trái nhanh chín (R,-J, Xu cs., 1994), ngăn chặn nảy mầm sớm khoai tây (Piatonova Korabieva 1994) Cây trồng đất nhiễm kim loại nặng mảnh vụn phóng xạ xử lí BR kết hợp phân bón làm giảm tích lũy kim loại nặng nơng sản (Pirogovskaya cs., 1996).Ở vân sam việc xử lí BR làm giảm úa vàng giai đoạn non môi trường nước với nồng độ Mg thấp (Ronsch cs., 1996) III Cơ chế hoạt động brassinosteroids Nhiều thí nghiệm đột biến bất hoạt BR, đột biến thiếu BR (BR-insensitive BR- deficient mutants) xử lý chất ức chế sinh tổng hợp BR cho thấy BRs nhóm hormone thiết yếu cho sinh trưởng phát triển thực vật BRs thực vai trị thơng qua loạt phản ứng với tham gia protein trung gian nhằm điều hòa biểu gene thực trình sinh lý thể đáp ứng lại với biến đổi môi trường Các yếu tố tham gia vào q trình truyền tín hiệu BRs [7] Các đột biến bất hoạt thiếu BR cho thấy khiếm khuyết trình phát triển, ví dụ: giảm nảy mầm hạt, cịi cọc, xoăn xanh đen, giảm thụ tinh, chậm phát triển Các kiểu hình tương tự xuất có chất ức chế trình sinh tổng hợp BR brassinazole (Brz) Ngược lại biểu mức enzim tổng hợp BR thụ thể BRI1 làm tăng kéo dài tế bào sinh trưởng thực vật Các yếu tố tham gia vào đường truyền tín hiệu BRs gồm: [6], [7], [9] ● BRI1 (BR-insensitive 1) thụ thể BR, kinase giống thụ thể gồm đoạn lặp lại giàu leucin (leucine-rich-repeat (LRR) receptor-like kinases (RLK)) BRI1 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật có phần nằm tế bào chứa 25 đoạn lặp lại giàu leucine (LRRs), phần nằm vùng màng chuyển tiếp phần kinase threonine/serine tế bào chất ● Gene BAK1 (BRI1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1) mã hóa kinase thụ thể lặp lại giàu leucine (leucine-rich-repeat: LRR), BAK1 xác định protein tác động với BRI1 BRI1 BAK1 tác động với tạo thành phức hợp thụ thể tiếp nhận BRs màng tế bào ● BIN2 (BR-insensitive 2) yếu tố ức chế BR BIN2 mã hóa kinase protein tế bào chất tương đồng với kinase SHAGGY Drosophila kinase tổng hợp glycogen (GSK3) động vật có vú [3], [7] ● phosphatase bri1 SUPPRESSOR (BSU1) ● Hai yếu tố phiên mã: + BRASSINAZOLE-RESISTANT (BZR1) + BRASSINZAZOLE RESISTANT (BZR2)/bri1-EMS-SUPPRESSOR1 (BES1) BZR1 có cấu trúc tương đồng với BZR2 Arabidopsis ● Serine carboxylpeptidase BRS1 yếu tố ngoại bào chưa biết đóng góp vào hoạt động thụ thể BR [7] ● H+- ATPase không bào (V-ATPase) [7] ● 14-3-3 proteins: protein giữ lại protein bị phosphoryl hóa tế bào chất [6] Cơ chế hoạt động BRs chủ đề thu hút nghiên cứu nhiều nhà khoa học, nhiên chế truyền tín hiệu BRs tế bào chưa hiểu biết cách tường tận Nhìn chung đường truyền tín hiệu BRs từ bề mặt tế bào vào tế bào chất chung cho q trình chịu kiểm sốt protein: BRI1, BAK1, BIN2, BZR1, BES1 Con đường truyền tín hiệu BRs 10 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Yếu tố phiên mã hộp MADS phiên mã locus C locus đảm nhận hoa (flowering locus C: FLC), ngăn chặn số lượng hoa Arabidopsis Yếu tố làm giảm mức độ phiên mã FLC xử lý lạnh kéo dài (sự xuân hóa) hoạt động yếu tố phiên mã thứ hai- LD (lumini dependens), thúc đẩy hoa Mức độ dịch mã FLC cao hoa muộn đột biến ld so với Arabidopsis kiểu dại sinh trưởng điều kiện tương tự Trong đột biến ld xuất xn hóa mức độ dịch mã FLC giảm thúc đẩy hoa sớm Sự hoa bị trì hoãn mức độ phiên mã FLC cao đột biến kép bri1-ld hoa muộn bị ngăn chặn xuân hóa giảm biểu FLC Giống LD, tín hiệu BR phụ thuộc BRI1 xuất thúc đẩy hoa Arabidopsis dại ngăn chặn biểu FLC Tổ chức lại chất nhiễm sắc có vai trị hoa acetyl hóa histone locus FLC tăng rõ ràng đột biến đôi bri1-ld Sự biến đổi chất nhiếm sắc chứng minh định tới thời gian hoa, với trimethyl hóa histon H3 ba mã hóa lysine acetyl hóa histon hoạt hóa biểu FLC deacetyl hóa histon dimethyl hóa histon H3 khu vực mã hóa lysine 27 ngăn cản biểu FLC Yếu tố tương tác làm tăng khả BES1 hoạt động phiên mã tế bào nấm men ELF6 (early flowering 6) yếu tố đồng hành BES1 (a partner of BES1) ELF6 chât kìm hãm đường hoa theo quang chu kì đột biến elf6 cho thấy hoa sớm Một protein quan hệ gần với protein hoa sớm (relative of early flowering 6: REF6) tương tác trực tiếp với BES1 REF6 chất kìm hãm FLC đột biến ref6 tăng cường dịch mã FLC dẫn đến hoa muộn ELF6 REF6 khác chức lại có cấu trúc tương tự Cơ chế kéo dài tế bào Brassinosteroids [1] (Sơ đồ 4) BR thúc đẩy kéo dài tế bào không phụ thuộc auxin Người ta xác định gene gọi BRU1 gene điều hồ BRs (ít suốt phase đầu 15 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật trình sinh trưởng) BRU1 mã hoá enzim biến đổi vách tế bào liên quan đến kéo dài thân điều chỉnh BR Sự biểu BRU1 cao trụ trụ mầm đậu tương non suy giảm thục sinh trưởng chậm (Zurek Clouse 1994) BR làm tăng phiên mã BRU1 tăng mở rộng vách tế bào sau h xử lý trụ mầm đậu tương (Zurek cs., 1994) Sự biến đổi cấu trúc BR làm giảm giới hạn kéo dài trụ mầm Sự tăng mức độ phiên mã trụ mầm kéo dài đậu tương phụ thuộc vào BR Phân tích trình tự BRU1 cho thấy diện peptide đơn, tương đồng với XETs lichenase vi khuẩn, hai có khả biến đổi thành phần vách tế bào (Zurek Clouse, 1994) Ảnh hưởng BRs, GAs auxin lên kéo dài tế bào chứng minh rõ ràng, nhiên chế hóa sinh giãn vách tế bào trình sinh trưởng thực vật hormone thúc đẩy chưa làm rõ (Cosgrove 1993) Gần dịng gene mã hóa enzim tác dụng lên chất vách tế bào XETs (Fry, 1995) tạo hội để kiểm tra trực tiếp ảnh hưởng hormone sinh trưởng lên hoạt động tổng hợp enzim Xyloglucan thành phần hemicellulose vách tế bào sơ cấp thực vật hai mầm mầm họ Poaceae Xyloglucan xem “sợi dây” kết nối vi sợi cellulose kề (Carpita Gibeaut1993), chỗ nứt sợi dây cho phép vách tế bào dãn Việc thay xyloglucan phải đồng hành với việc tổng hợp sát nhập xyloglucan để tạo nên vách tế bào hoàn chỉnh trình sinh trưởng Fry cs 1992, Nishitani Tominaga 1992, khám phá XET enzim phân cắt xyloglucan đặc hiệu gắn đoạn cuối thành chất nhận xyloglucan mới, miễn chất phù hợp với enzim làm giãn vách tế bào Trong khơng có chứng hóa sinh lý sinh chứng minh vai trò XETs giãn vách tế bào, có chứng gián tiếp liên quan đến xyloglucan XETs mở rộng tế bào 16 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Hoạt động XET ARN m thường liên quan đến khu vực xảy kéo dài tế bào thường kích thích hormone sinh trưởng (Fry cs 1992, Hetherington Fry 1993, Potter Fry 1993, Pritchard cs 1993, Wu cs 1994, Xu cs 1995, Palmer Davies 1996, Percy cs 1996, Smith cs 1996) Tuy nhiên, chưa có thí nghiệm ảnh hưởng trực tiếp XETs lên giãn vách tế bào, ảnh hưởng lớp hormone khác rõ ràng (Mc'Queen-Mason cs 1993) Vì vai trò XETs enzim làm giãn vách tế bào chưa rõ phân bố rộng rãi XETs (Fry,1995) cho thấy enzim có vai trị quan trọng số q trình giãn vách tế bào Giả thuyết chế kéo dài trụ mầm đậu tương BR thúc đẩy kéo dài việc tăng thông tin BRU1, thông tin dịch thành enzim XET, enzim hoạt động độc lập với yếu tố khác dẫn đến biến đổi thuộc tính vách tế bào Việc tăng nồng độ BR làm cho enzim XET trụ mầm đậu tương hoạt động gây kéo dài toàn Zurek Clouse, 1994 cho rằng, BR điều hoà biểu BRU1 mức độ sau phiên mã Những nghiên cứu gần Arabidopsis cung cấp thêm chứng chứng minh XETs liên quan đến việc BR thúc đẩy kéo dài Gene TCH4 mã hóa enzim XET hoạt động việc cung cấp 1,0 μM BR dẫn đến việc tăng phiên mã TCH4 30’, cao h (Xu cs., 1995) Promotor GUS gene TCH4 chứa 48 bp đoạn dẫn đầu 5’ không dịch mã, thiếu đoạn 5’ khơng dịch mã dẫn đến tượng tương tự với biểu GUS BR điều hoà giống quan sát biểu TCH4 thực vật biến đổi gene không xử lý BR Điều cho thấy BR điều hoà TCH4 mức độ phiên mã (J Braam) Các đột biến thiếu BR Arabidopsis cho kiểu hình cịi cọc giảm kéo dài tế bào (Clouse 1996), giảm biểu gene TCH4 (Kauschmanti cs 1996) Sự kéo dài tế bào bình thường biểu TCH4 phục hồi xử lý thể đột biến BR Ngược lại, đột biến bất hoạt BR mặc kiểu hình tương tự đột biến thiếu BR khơng có kéo dài tế bào biểu gene TCH4 xử lý 17 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật BR Cả hai đột biến thiếu hoạt động BR giảm tổng hợp giảm việc nhận BR làm cho tế bào khơng kéo dài chế liên quan đến biểu TCH4 gene khác mã hóa thành phần phân tử kéo dài tế bào điều hoà phiên mã biểu TCH4 XETs BRs điều hoà sau phiên mã giãn vách tế bào sinh trưởng biểu BRU1 Sơ đồ 4: BRs điều hoà sinh trưởng thông qua gene biến đổi vách tế bào * Sự tương tác BRs auxin trình kéo dài tế bào (Sơ đồ 12) Auxin BRs liên quan đến nhiều trình sinh trưởng bao gồm biệt hóa mạch dẫn, phát triển hoa quả, sinh trưởng rễ, phát sinh hình thái ánh sáng non (Mandava, 1988) Auxin BRs hỗ trợ kéo dài tế bào trụ mầm đậu tương, dưa chuột, trụ mầm đậu Hà lan liên quan đến độ nghiêng lúa (Katsumi, 1985; Mandava, 1988; Yalovsky cs., 1990; Yopp cs., 1981) Brassinolide ngoại sinh ảnh hưởng lên kéo dài trụ mầm đột biến Arabidopsis gây khiếm khuyết trình sinh tổng hợp [3] Những gene đáp ứng sớm với auxin (GH3, Aux/IAA, SAUR)thì tăng cường biểu BRs (Yin cs.,2000) Theo mô tả Goda cs., 2002 gene đáp ứng với auxin phân thành lớp [3]: Các gene điều hoà đặc biệt auxin Các gene điều hoà BRs auxin Các gene điều hồ BRs mà khơng phải auxin Các gene điều hoà auxin bị ức chế BRs 18 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Sơ đồ: Sự tương tác auxin brassinosteroid trình kéo dài trụ mầm [12] Auxin brassinosteroid điều hòa phiên mã trung gian cho mở rộng tế bào chế độc lập chế có liên quan đến Auxin thúc đẩy phá hủy protein AUX/IAA, protein mà điều hòa phủ định chức yếu tố phản ứng với auxin (ARF) ARFs liên quan đến điều hòa biểu gene auxin brassinosteroid Yếu tố điều hòa khác phiên mã kết hợp trực tiếp với promotor giả định protein X Y Các protein BES1 BZR1 điều hòa phiên mã brassinosteroid gây chế chưa biết, liên quan đến phức hợp phiên mã có thứ tự cao gồm ARFs yếu tố khác Sự biểu gene điều hòa auxin brassinosteroid [12] 19 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật IV Ứng dụng nông nghiệp Ngay sau khám phá brassinosteroid thực vật, nghiên cứu bắt đầu để thăm dò khả việc sử dụng hợp chất nhằm làm tăng sản lượng thực vật Meudt cs, sử dụng brassinolide để cải thiện sản lượng rau diếp, củ cải, đậu tiêu Phun brassinolide để cải thiện thật sản lượng lúa mì mù tặc, lúa, ngô thuốc Việc cung cấp 28-homobrassinolide làm tăng sản lượng củ khoai tây Việc cung cấp 24-epibrassinolide làm tăng sản lượng ngô, thuốc lá, dưa hấu, dưa chuột cải dầu Brassinolide, 24-epibrassinolide94 and 28-homobrassinolide ảnh hưởng lớn đến tăng sản lượng đậu phụng thuốc Ở TQ, 28-homobrassinolide xem yếu tố điều hoà sinh trưởng thực vật thuốc lá, mía đường, hạt cải dầu trà Ở Nga, 24-epibrassinolide nhân tố điều hoà cà chua, khoai tây, dưa chuột, tiêu lúa mạch [10] Brassinosteroids làm tăng sản lượng đậu cụ thể tăng 41%- 51% trọng lượng 100 hạt (Meudt cs., 1983) [5] Xử lý mạ brassinolide 5ppm làm tăng 22% trọng lượng tươi 31.5 % trọng lượng khô hạt Taebaik cultivar (Lim, 1987) Brassinolide làm tăng tốc độ sinh trưởng thực vật, kích thước rễ, trọng lượng khơ thân rễ (Kim Sa, 1989), làm giảm độc tính 2,4 D non (Choi ca., 1990) tăng tỉ lệ hạt chín sống điều kiện nhiệt độ thấp (Irai cs., 1991) Ở lúa mạch, brassinolide, 28-homobrassinolide 24-epibrassinolide làm tăng hoạt tính amylase nội nhũ, tăng trọng lượng hạt tăng sức kháng cự với môi trường (Prusakova cs., 1995) Ở ngô (cv Kwangok), việc dùng brassinosteroids làm tăng khoảng 7% trọng lượng tươi 11%- 14% trọng lượng khô hạt Việc cung cấp 24-epibrassinolide 22,23,24-triepibrassinolide lúa mì làm tăng 25% - 33% trọng lượng 4%-37% trọng lượng hạt (Takematsu cs., 1988) 20 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Brassinolide thúc đẩy phát triển củ khoai tây, ức chế nảy mầm củ thời gian dự trữ tăng sức đề kháng với Phytophthora infestans and Fusarium sulfureum (Kazakova cs., 1991) Cung cấp brassinolide cho cam suốt thời kỳ hoa làm tăng tỷ lệ đậu quả, cung cấp giai đoạn trái phát triển giảm rụng sinh lý 21 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Phần KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu brassinosteroids nhận thấy số điểm đáng ý sau: ● Brassinosteroid hormone tách chiết muộn (1979), nhiên vai trị nhanh chóng ứng dụng sản xuất nơng nghiệp va mang lại hiệu cao đặc biệt lĩnh vực tăng sản lượng nông sản ● BRs điều hòa biểu gene TCH4 BRU1 làm giãn vách tế bào giúp tế bào lớn lên điều hòa phân chia tế bào sở kích thích hoạt động sinh trưởng thực vật Ngồi BRs cịn kích thích hoa giúp thực vật kháng cự lại với bất lợi môi trường sống ● BRs tồn bề mặt tế bào, nhận biết phức hợp thụ thể: BRI1BAK1, sau BRs truyền tín hiệu đến promotor gene đích thơng qua loạt chất trung gian BZR1, BES1, BIN2, protein 14-3-3 v.v Vậy BRs thực chức thơng qua chuỗi truyền tín hiệu từ bề mặt tế bào vào tế bào chất đến gene, protein cuối tăng cường biểu ức chế hoạt động gene nhằm thực trình sinh lý 22 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật TÀI LIỆU THAM KHẢO Clouse D Steven, 1997 Molecular genetic analysis of brassinosteroid action PHYSIO'LOGIA PLANTARUM 100, Copyright ® Physiologia Platitarum 1997, tr 703 D Clouse Steven, 2008 The molecular intersection of brassinosteroid-regulated growth and flowering in Arabidopsis Proc Natl Acad Sci U S A 2008 May 27; 105(21): 7345–7346 Copyright © 2008 by The National Academy of Sciences of the USA http://www.pnas.org/content/105/21/7345.figures-only?cited-by=yes&legid=pnas %3B105/21/7345 Nemhauser Jennifer L., Chory Joanne, 2004 BRing it on: new insights into the mechanism of brassinosteroid action Journal of Experimental Botany, Vol 55, No 395, pp 265-270, January 1, 2004 © 2004 Oxford University Press Sasse; M Jenneth, 1997 Recent progress in brassinosteroid research PHYSIOLOGIA PLANTARUM số 100, Copyright © Physialogia Plamarum 1997, tr 698-699 Marco António Teixeira Zullo; Günter Adam, 2002 Brassinosteroid phytohormones - structure, bioactivity and applications Braz J Plant Physiol vol.14 no.3 Londrina Sept./Dec 2002 Gendron Joshua M and Wang Zhi-Yong, 2007 Multiple mechanisms modulate Brassinosteroid signaling Curr Opin Plant Biol 2007 October; 10(5) http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=2093957 Wang Zhi-Yong He Jun-Xian, 2004 Brassinosteroid signal transduction –choices of signals and receptors TRENDS in Plant Science Vol.9 No.2 February 2004 Khripach A V – Zhabinskii A N - de Groot E A Brassinosteroids- a new class of plant hormone, Academic press 23 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Li Jianming, Nam Kyoung Hee, Vafeados Dionne, Chory Joanne, 2001 BIN2, a New Brassinosteroid-Insensitive Locus in Arabidopsis1 Plant Physiology, September 2001, Vol 127, pp 14–22, www.plantphysiol.org © 2001 American Society of Plant Biologists http://www.plantphysiol.org/cgi/content/abstract/127/1/14 10 Ram Rao Seeta S.; Vardhini Vidya B.; Sujatha E.; Anuradha S., 2002 Brassinosteroids – A new class of phytohormones CURRENT SCIENCE, VOL 82, NO 10, 25 MAY 2002 11 Mingyi Bai, Liying Zhang, Srinivas S Gampala, Shengwei Zhu, Wenyuan Song, Kang Chong Zhiyong Wang, 2007 Functions of OsBZR1 and 14-3-3 proteins in brassinosteroid signaling in rice PNAS, 2007, 104(34):13839-13844 IF:9.643 12 Mockaitis and Estelle Genome Biology 2004 5:245 doi:10.1186/gb-2004-5-11-245 http://genomebiology.com/content/figures/gb-2004-5-11-245-1-l.jpg&imgrefurl 24 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật PHỤ LỤC Bảng1: Sự phân bố BRs giới thực vật [10] Bộ phận thực vật Hạt phấn Loài thực vật Helianthus annuus, Alnus glutinosa, Brassica napus, Robinia pseudo-acacia, Vicia faba, Fagopyrum esculentum, Citrus unshiu, Citrus sinensis, Cupresus Hạt arizonica, Pinus thunbergii, Cryptimeria japonica Gypsophili perfoliata, Beta vulgaris, Pharbitis purpurea, Brassica campestris, Raphanus sativus, Cassia tora, Lablab purpreus, Orinthopus sativus, Phaseolus vulgaris, Pisum sativum, Vicia faba, Cannabinus sativa, Apium Rễ Lá Bộ phận khác Tầng phát sinh gỗ Cụm hoa Tản 25 graveolens Arabidopsis thaliana, Ornithopus sativus, Pisum sativum, Lycopersicon esculentum Castanea crenata, Distylium recemosus, Thea Sinensis Cryptomeria japonica Rheum rhabarum Hydrodictyon reticulatum Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Bảng 2: Danh sách BRs tự nhiên [2] STT 26 Tên thường Tên viết tắt Người xác định Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật 27 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật STT 28 Tên thường Tên viết tắt Người xác định Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU Phần NỘI DUNG I Đại cương Brassinosteroids .2 Lịch sử khám phá Brassinosteroids [8] .2 Tên gọi [8] II Vai trò Brassinosteroids Vai trị BRs q trình sinh trưởng Vai trò BRs trình phát triển [10] III Cơ chế hoạt động brassinosteroids .9 Các yếu tố tham gia vào q trình truyền tín hiệu BRs [7] .9 Con đường truyền tín hiệu BRs 10 IV Ứng dụng nông nghiệp 20 Phần KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 PHỤ LỤC 25 29 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 ... Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật 27 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu. .. BAK1, BIN2, BZR1, BES1 Con đường truyền tín hiệu BRs 10 Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật Đầu tiên BR nhận... hiệu BRs hoạt động sinh trưởng thực vật STT 28 Tên thường Tên viết tắt Người xác định Trần Thị Thu Hiền- Thực vật K17 Tìm hiểu brassinosteroids (BRs) đường truyền tín hiệu BRs hoạt động sinh trưởng
![Hình 3: Brassinolide gây ra sự phân chia đốt thứ haicủa cây đậu (Nguồn N. Bushan Mandava) [10] - Tìm hiểu về brassinosteroids (BRs) và con đường truyền tín hiệu BRs trong các hoạt động sinh trưởng ở thực vật](https://media.store123doc.com/figures/000/142/hinh-brassinolide-dot-haicua-dau-nguon-bushan-mandava-142888.png)
![Bảng1: Sự phân bố của BRs trong giới thực vật [10] - Tìm hiểu về brassinosteroids (BRs) và con đường truyền tín hiệu BRs trong các hoạt động sinh trưởng ở thực vật](https://media.store123doc.com/figures/000/142/bang-phan-bo-brs-gioi-thuc-vat-142889.png)
![Bảng 2: Danh sách các BRs trong tự nhiên [2] - Tìm hiểu về brassinosteroids (BRs) và con đường truyền tín hiệu BRs trong các hoạt động sinh trưởng ở thực vật](https://media.store123doc.com/figures/000/142/bang-danh-sach-brs-tu-nhien-142890.png)