Đang tải... (xem toàn văn)
Thực vật luôn phải chịu ảnh hưởng của sự biến đổi các điều kiện môi trường. Các đáp ứng đó sinh ra các gốc oxy hóa tự do (ROS) quá mức sẽ làm tổn hại đến mô thực vật. Để tồn tại, chúng phải có các cơ chế đáp ứng phòng vệ, chống lại sự hư tổn đó. Các hợp chất trong các đáp ứng phòng vệ thì hợp chất lưu huỳnh đóng vai trò hết sức quan trọng. Mối liên hệ giữa sự đồng hóa các hợp chất lưu huỳnh và các đáp ứng phòng vệ ở thực vật được làm rõ trong bài.
Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT SỰ BIẾN DƯỠNG LƯU HUỲNH VÀ CÁC ĐÁP ỨNG STRESS PHÒNG VỆ Ở THỰC VẬT Sulfur Metabolism and Stress Defense Responses in Plants Flávia R Capaldi, Priscila L Gratão, André R Reis, Leonardo W Lima Ricardo A Azevedo NỘI DUNG CHÍNH Tóm tắt - Abstract Các từ khóa – Key words Các từ viết tắt - Abreviations Giới thiệu - Introduction Sự hấp thu đồng hóa lưu huỳnh - Sulfur Uptake and Assimilation Các hormone thực vật đồng hóa lưu huỳnh - Phytohormones in S Assimilation Các trạng thái oxy hóa lưu huỳnh tế bào - Sulfur Oxidation States in the Cell 12 Sinh tổng hợp methionine - Methionine Biosynthesis 13 Các hợp chất lưu huỳnh liên quan đến phòng vệ thực vật - Sulfur Compounds Related to Plant Defense 16 Glutathione, metallothionein phytochelatin - Glutathione, Metallothioneins and Phytochelatins 21 Các glucosinolate - Glucosinolates 22 Những quan tâm sau - Final Considerations 23 Trang 1/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Tóm tắt - Abstract Kiểm soát lưu huỳnh (S) vấn đề quan trọng dinh dưỡng trồng S đóng vai trò quan trọng trình chuyển điện tử, tham gia cấu trúc trình điều hòa S liên quan đến sản sinh oxy quang hợp, kháng stress trao đổi chất thứ cấp Sự hấp thu sulfate đồng hóa lại cysteine methionine trình để đưa S vào hợp chất hữu đảm nhận nhiều chức khác Các hợp chất phòng vệ có chứa S thiết yếu giúp thực vật (TV) chống chọi lại biotic abiotic stress (các stress nhân tố sinh học nhân tố phi sinh học gây ra), chất bao gồm: S nguyên tử, H2S, glutathione, phytochelatins, protein giàu S nhiều hợp chất biến dưỡng thứ cấp khác Sự hình thành hợp chất TV có liên quan mật thiết với nguồn dinh dưỡng, nhu cầu, hấp thu đồng hóa S Nội dung báo làm rõ vai trò S đáp ứng stress TV mối quan hệ trình biến dưỡng S dinh dưỡng S sơ cấp Các từ khóa – Key words Abiotic stress; Antioxidants; Oxidative stress; Plant nutrition; Sulfur uptake; metabolism Các từ viết tắt - Abreviations Viết tắt ABA ACCO ACCS Al AlCl3 APR APX ATP ATP-S AU C CAS CAT CbL Cd cDNA CgS : : : : : : : : : : : : : : : : : Tên đầy đủ Abscisic acid 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase Aluminum Aluminum chloride Adenosine 5′ phosphosulfate reductase Ascorbate peroxidase Adenosine triphosphate Adenosine triphosphate-sulfurylase Auxins Carbon β-cyanoalanine synthase Catalase Cystathionine β- lyase Cadmium Complementary deoxyribonucleic acid Cystathionine γ- synthase Trang 2/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT CK Cys CysK DMSP ET GA GLU GLY GPX GR GS GSH H2O2 H2 S HMT HPLC JA JA K LCD MDA MeJA Met mRNA MS MTs N NaHS NR OAS OASS OASTL OPHS P PA PAPS PCs ROS RT-PCR RuBisCO S S2− SA : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Cytokinins Cysteine Cysteine synthase Dimethylsulfonio-propionate Ethylene Gibberellins Glutamate glutamic acid Glycine Guaiacol peroxidase Glutathione reductase Glucosinolates Glutathione Hydrogen peroxide Hydrogen sulfide Homocysteine S-methyltransferase High-performance liquid chromatography Jasmonates Jasmonates Potassium L-cysteine desulfhydrase Malondialdehyde Methyl jasmonate Methionine Messenger ribonucleic acid Methionine synthase Metallothioneins Nitrogen Sodium hydrosulfide Nitrate reductase O-acetylserine O-acetylserine sulfhydrylase O-acetylserine(thiol) lyase O-phosphohomoserine Phosphorus Polyamines 3′-phosphoadenosine 5′-phosphosulfate Phytochelatins Reactive oxygen species Reverse transcription polymerase chain reaction Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/ oxygenase Sulfur Sulfide Salicylic acid Trang 3/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT SAM SAMDC SAMS SAT SiR SLC13 SLC26 SMM SO2 SO32− SO42− SOD SOT STs SUL SULTR TS : : : : : : : : : : : : : : : : : S-adenosyl methionine S-adenosylmethionine decarboxylase S-adenosyl methionine synthetase, SAM synthetase Serine acetyltransferase Sulfite reductase Sodium/ SO42− co-transporter SO42− /anion exchanger in animals S-methylmethionine Sulfur dioxide Sulfite Sulfate Superoxide dismutase Sulfotransferase protein family Sulfotransferases Proton/ SO42−co-transporter in yeast Proton/ SO42−co-transporter in plants Threonine synthase Giới thiệu - Introduction Môi trường biến đổi buộc TV phải thích nghi phải chết Các hoạt động người tự nhiên gây dẫn đến biotic abiotic stress Sự biến dưỡng TV thường bị tổn hại chất độc chất nguy hại diện đất, nước không khí (Paiva cộng 2009; Su cộng 2014, Iannone cộng 2015) Do vậy, thích nghi TV thiết yếu để sinh tồn, việc nhận biết hiểu chế chịu đựng TV quan trọng Stress định nghĩa thay đổi điều kiện sinh trưởng bình thường TV (Boaretto cộng 2014) Một số thay đổi có liên quan đến nhiệt độ, độ mặn, nguồn nước, ozone, nhiễm chua đất độc tính kim loại nặng gây (Azevedo cộng 1998; Bulbovas cộng 2014; Medici cộng 2014; Nogueorol 2015) Người ta tiến hành nhiều nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng thay đổi lên sinh trưởng phát triển TV TV có nhiều đường phòng vệ hiệu quả, nhằm loại bỏ gốc tự oxy hóa mạnh (ROS - reactive oxygen species), bảo vệ tế bào khỏi tổn hại oxy hóa (Gratao cộng 2005) Vai trò chế điều hòa kiểm soát dòng S đáp ứng với điều kiện thay đổi môi trường phát triển Mục tiêu TV tối ưu hóa việc sử dụng S sẵn có để đáp ứng nhu cầu cho sinh trưởng phát triển, chống lại stress (Hawkesford 2012) Trang 4/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Sự đồng hóa S bắt đầu hấp thụ nguồn sulfate bên hoạt động yếu tố vận chuyển sulfate (SULTR-Sulfate transporter) rễ Ngoài ra, TV dùng H2S hấp thụ từ làm nguồn S để sinh trưởng, điều kiện nguồn S cung cấp từ rễ bị hạn chế (Koralewska cộng 2008) Sulfate hoạt hóa Adenosine 5’-triphosphate sulfurylase (ATPS) sau xúc tác adenylyl-sulfate reductase (APR) sulfite reductase (SiR) để tạo sulfite Đối với biến dưỡng sơ cấp TV, trước hết nitrate sulfate khử trước vào hợp chất hữu chứa S N Sự hấp thu đồng hóa N S có liên quan chặt chẽ với phần lớn S N khử TV dạng amino acid sau protein (Stulen De Kok 2012) Một dạng phối hợp quan trọng biến dưỡng C/N diễn mức độ sinh tổng hợp cystein methionine, phức hợp cysteine synthase (serine acetyltransferase – SAT) O-acetylserine(thiol)lyase (OAS-TL, gọi cysteine synthase)) hoạt động đồng thời chất cảm biến (sensor) chất điều hòa (regulator), thông qua liên kết hay phân rã thuận nghịch phức hợp SAT trở nên hoạt động liên kết với OAS-TL, lại bị bất hoạt tách khỏi Quá trình phân ly thúc đẩy mạnh lượng O-acetylserine (OAS) dư thừa, phức hợp trở nên nhạy cảm với OAS S sẵn có tự điều hòa cho phù hợp với lượng OAS tạo thành (Hawkesford 2012) Như vậy, OAS tín hiệu nhờ vào sẵn có chất OAS-TL tình trạng dư thừa xúc tác sinh tổng hợp cysteine từ OAS Sulfide Sự tổng hợp chất có liên quan mật thiết với nguồn dinh dưỡng, nhu cầu, hấp thu đồng hóa S TV Trong review này, cung cấp nhìn khái quát vai trò hợp chất S, cụ thể liên quan đến thích ứng với abiotic stress (abiotic stress acclimation) thích nghi chịu đựng TV Sự hấp thu đồng hóa lưu huỳnh - Sulfur Uptake and Assimilation Hầu hết đất dùng cho nông lâm nghiệp có độ phì nhiêu thấp, phải dùng phân bón hóa học để cung cấp nhu cầu dinh dưỡng thiết yếu N, P, K S cho Sự hấp thu S nhu cầu thiết yếu TV Thiếu S gây sử dụng không hiệu nguyên tố khác C N, dẫn tới thiếu hụt suy giảm tổng hợp protein, hàm lượng chlorophyll cuối làm giảm suất mùa vụ (Lunde cộng 2008, Mazid cộng 2011, Iqbal cộng 2013) Mặt khác, ô nhiễm môi trường SO2, H2S, sulfite (SO32- Trang 5/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT ), sulfate (SO42-) lại vấn nạn toàn cầu, gây hại cho TV (Krischan cộng 2012) S thành phần protein (amino acid Cys Met), vitamin (biotin thiamin), cofactor (Co-A S-adenosyl methionine, SAM) loạt chất chuyển hóa thứ cấp (Mazid cộng 2011) S nguyên tố đa lượng thiết yếu sinh vật có nhiều vai trò phát triển TV, chức xúc tác, chức điều hòa chức cấu trúc (cầu nối disulfide, ester SO42- màng chuỗi chuyển e- thông qua nhóm FeS) Các hợp chất lưu huỳnh phytochelatin (PCs) glytathione (GSH) giữ vai trò cân yếu tố vi lượng (Na Salt 2011) S chất quan trọng / chất khử phản ứng trình abiotic stress; GSH chất kháng oxy hóa phòng vệ stress TV nguồn S phi protein TV (Kopriva Rennenberg 2004; Ghelfi cộng 2011; Rennberg Herschbach 2012; Seth cộng 2012) diện tất ngăn tế bào rễ ngoại trừ apoplast, stress (Josefczak cộng 2012) S hấp thu từ dung dịch đất chủ yếu dạng SO42− trình cần lượng nhờ kênh vận chuyển (transporter) SO42- đặc hiệu màng tế bào (Bucher cộng 2004, Davidian Kopriva 2010) TV lấy S từ dạng hữu cơ, acid amin có S, SO42- hữu S nguyên tố, từ dịch đất Dù không đáng kể, S dạng SO2 khí hấp thu (Mazid cộng 2011), dạng H2S hấp thu qua khí khổng (Riemenschneider cộng 2005) Sự chuyển vị (translocation) SO42- thể lạp để đồng hóa, dự trữ không bào, vận chuyển xa quan phải cần yếu tố vận chuyển chuyên biệt; chế vận chuyển màng plasma đồng vận chuyển bắt cặp H+ (Buchner cộng 2004) Có khoảng 12 – 16 gen công bố mã hóa kênh vận chuyển SO42- (Sulfate transporter – SULTR) TV Dựa vào tương đồng trình tự acid amin, protein SULTR chia thành loại, ký hiệu SULTR đến (Buchner cộng 2004; Davidian Kopriva 2010) Các yếu tố chuyển SO42- vào tế bào đất nghèo S; SULTR1;1 (hấp thu SO4-2 dạng vết) SULTR1;2 (thành phần chính) phát lông rễ tế bào biểu bì tế bào thuộc vùng vỏ rễ A thaliana đột biến knockout Trang 6/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT (Takahashi cộng 2011) Về mặt cấu trúc, SULTR thành viên họ kênh vận chuyển chất hòa tan liên kết với màng (Membrane-bound solute transporters), chia thành 12 vùng (domain) xuyên màng (Takahashi cộng 2012) SULTR2;1 dạng SULTR có lực thấp, dùng để vận chuyển SO42- từ rễ lên cành Đầu tiên, hấp thu sulfate tế bào biểu bì tế bào vỏ rễ nhờ vào vận chuyển lực cao (high-affinity transport) hoán đổi vị trí sulfate vào mô/cơ quan cách chuyên biệt Các kênh vận chuyển lực thấp (Lowaffinity transporter), mà A thaliana AtSUTR2;1 AtSULTR2;2, dường liên quan nhiều đến vận chuyển mạch ion sulfate liên quan đến điều hòa nồng độ ion SO42- cytosol trình tích tụ không bào (Buchner cộng 2004; Davidian Kopriva 2010) Động học phối hợp đường vận chuyển ngắn dài cần chế tín hiệu chuyên biệt để kiểm soát điều hòa vùng mã hóa protein chuyên biệt cho hấp thu, vận chuyển đồng hóa S (Davidian Kopriva 2010) Biểu gen mã hóa kênh vận chuyển điều hòa tín hiệu sulfate bên bên ngoài; đường đồng hóa khử N,C,S, có phytohormone nhiều chất biến dưỡng khác (Gojon cộng 2009; Davidian Kopriva 2010) Sau hấp thu, SO42- đồng hóa vào Cys, sinh tổng hợp protein hình thành hợp chất phòng vệ chứa S có khối lượng phân tử thấp (low molecular weight S-containing fefense compounds) (Rausch Watcher 2005; Gotor cộng 2014) Lượng dư SO42- vận chuyển đến tích trữ không bào tạo thành lượng dự trữ lớn S cho biến dưỡng TV (Iqbal cộng 2013) Sinh tổng hợp Cys cần thiết cho sinh tổng hợp GSH diễn thể lạp, ty thể cytosol SO42- hoạt hóa tạo 3’-phosphoadenosine 5’-phosphosulfate (PAPS), thành phần cho S (S-donor) trình sulfon hóa (sulfonation), sulfat hóa (sulfation) phản ứng chuyển sulfuryl; phản ứng xúc tác sulfotransferase (STs) đóng vai trò quan trọng tín hiệu tế bào, phát triển phòng vệ TV (Negishi cộng 2001) Song song với đồng hóa S, số phản ứng dị hóa (dissimilatory reactions) phóng thích H 2S Trang 7/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT từ Cys 2, góp phần vào trình phòng vệ (Rausch Watcher 2005; Lisjak cộng 2011) Đồng hóa SO42- quan trọng việc cung cấp S dạng khử cho nhiều trình oxy hóa khử tế bào cho trình tổng hợp GSH GSH giữ nhiều chức khác biến dưỡng tế bào TV, gồm kiểm soát biểu gen có liên quan đến trạng thái oxy hóa khử tế bào ngăn tế bào; đồng thời cofactor khử quan trọng nhiều enzyme liên quan đến khử độc ROS (Noctor 2006; Foyer Shigeoka 2011); trực tiếp kiểm soát đường đồng hóa S Các dạng khử S giảm đáng kể trình hấp thu đồng hóa S (Kopriva 2006; Chan cộng 2013) Nhiều nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng N đồng hóa S stress phòng vệ (Kopriva Dennenberg 2004, Siddiqui cộng 2008, Salvagiotti cộng 2009, Carfagna cộng 2011) Sự đồng hóa SO42- giảm thiếu NO3-, khả khử NO3và hoạt tính nitrate reductase (NR) bị giảm TV làm thiếu SO 42- Ở thuốc ví dụ: hấp thu SO42- rễ giảm mạnh NR bị bất hoạt (Kruse cộng 2007) Hơn nữa, thiếu N (N-starved plants), hoạt tính enzyme chịu trách nhiệm đồng hóa S hàm lượng mRNA gen liên quan bị giảm, thêm vào nguồn N (NO3- NH4) chức xúc tác enzyme nhanh chóng phục hồi (Koprivova cộng 2000) Ở loài lương thực (ngũ cốc), tăng S phân bón làm tăng cường hiệu hấp thu sử dụng N S thành phần nhiều enzyme tham gia vào biến dưỡng N (Salvagiotti cộng 2009; Bona cộng 2011) Ở lúa mì, cho tiếp xúc với mức độ N S khác thấy mối liên hệ quan trọng N S Khi N hạn chế, hấp thu N cao nồng độ S cao Sự tăng hấp thu có tương quan trực tiếp với hiệu phục hồi hiệu sử dụng bên (Salvagiotti cộng 2009) Tuy nhiên, cho thấy rằng, APR enzyme thiết yếu cho đồng hóa SO 42-, điều hòa carbohydrate (Lewandowska Sirko 2008; Chan cộng 2013) Sự sẵn có Cys yếu tố quan trọng trình tổng hợp GSH, nguồn cung cấp Glutamate Glycine quan trọng Trang 8/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Hoạt động biểu protein vận chuyển SO42- (SULTR) APR TV điều hòa tình trạng S nhu cầu phát triển TV (Koralewska cộng 2008) Enzyme đồng hóa S OAS-TL, xúc tác hình thành Cys từ ion sulfide (S2-) Oacetylserin, Hình (Youssefian cộng 2001) Sinh tổng hợp Cys xem loại bỏ chức khử S TV bước hạn chế trình sản xuất GSH khả chịu đựng biotic abiotic stress (Youssefian cộng 2001; Mera cộng 2014) OAS-TL đóng vai trò quan trọng sinh tổng hợp Cys GSH, yếu tố cần cho điều hòa đáp ứng với stress oxy hóa TV (Youssefian cộng 2001; Gotor cộng 2014) Các nghiên cứu lúa mạch cho thấy rằng, thiếu N S làm thay đổi nồng độ GSH Ở thiếu N S (S- and N-starved plants), nồng độ GSH cao gấp đôi nồng độ Cys tăng lên 50% (Carfagna cộng 2011) Ở Brassica juncea, S N làm tăng hoạt tính adenosine triphosphatesulfurylase (ATP-S), enzyme quan trọng đường đồng hóa S, hoạt hóa SO42- nhờ phản ứng cần ATP Trong đáp ứng với môi trường thiếu N, bổ sung NO3- NH4+ cải thiện nhanh chóng chức ATP-S OAS-TL (Siddiqui cộng 2012) Sự bổ sung N ảnh hưởng rõ rệt lên hoạt tính OAS-TL rễ, trình tự xác biến dưỡng N đồng hóa S cần thiết để cung cấp tiền chất N cho sinh tổng hợp Cys (Carfagna cộng 2011) Vậy, đồng hóa S có liên quan đáng kể đến đồng hóa NO3- C (Yoshimoto cộng 2007) Một số yếu tố phiên mã chịu trách nhiệm cho hấp thu đồng hòa SO42- biết đến, chúng cho thấy mối liên hệ mức độ mRNA (cho APR ATP-S), sinh tổng hợp protein hoạt tính enzyme (Koprivova cộng 2000; Hesse cộng 2003; Davidian Kopriva 2010) Các hormone thực vật đồng hóa lưu huỳnh - Phytohormones in S Assimilation Một số nghiên cứu đánh giá tầm quan trọng mối quan hệ đồng hóa S phytohormone (Maruyama - Nakashita cộng 2004; Maruyama-Nakashita cộng 2005; Kopriva 2006) Phytohormone thiết yếu thích nghi với thay đổi điều kiện môi trường (Peleg Blumwald 2011) Con đường tín hiệu phytohormone có liên quan đến sử dụng dinh dưỡng có hiệu quả, đường phòng vệ TV trình Trang 9/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT phát triển biến dưỡng (Fatma cộng 2013) Các phytohormone cytokinin (CK), gibberellin (GA), auxin (AU), ethylene (ET), jasmonate (JA) salicylic acid (SA) tương tác với yếu tố khoáng điều kiện stress điều kiện bình thường, đóng vai trò quan trọng kiểm soát stress mặn ảnh hưởng lên phục hồi phát triển TV, phân chia tế bào, thụ tinh tạo hạt (Fatma cộng 2013) CK biết có liên quan đến chu trình N biến dưỡng N, đồng hóa N P Do đó, nói rằng: CK đóng vai trò trung tâm đồng hóa chất dinh dưỡng, kể S (Kopriva 2006) Sự biểu indol-3-acetic-acid-amido synthase (IAA-amido synthase) lúa liên quan đến tăng biểu gen LEA (Late Embryogenesis Abundant), gen làm tăng khả chịu hạn (Zhang cộng 2009) Sự biểu nhiều gen khác liên quan đến sinh tổng hợp auxin sinh tổng hợp enzyme, protein vận chuyển hoạt tính điều hòa ET, auxin lại dường ảnh hưởng lên tổng hợp ET (Peleg Blumwald 2011) ET có vai trò quan trọng việc cải thiện hiệu sử dụng N, tốc độ quang hợp sinh trưởng điều kiện N tối ưu N thiếu Brassica juncea (Khan cộng 2008) Sự truyền tín hiệu ET tăng với SA và/hoặc JA, dẫn tới biểu nhiều gen liên quan đến đáp ứng phòng vệ TV Ở đậu nành, GA làm tăng ảnh hưởng stress mặn (salt stress), có lẽ điều hòa phytohormone khác có sẵn Abscisic acid (ABA) khử Na+ Cl- làm giảm tỷ lệ Na+/K+ tăng Ca2+, K+, hàm lượng đường hòa tan proline mùa vụ lúa (Khorshidi cộng 2009; Iqbal cộng 2013) Các phytohormone cá thể làm giảm nhẹ tác động stress mặn làm tăng khả chống chịu TV nhờ ảnh hưởng biến dưỡng proline Sự đồng hóa N và/hoặc Ca2+ bị thay đổi liên hệ tín hiệu Ca2+ hàm lượng SA giúp làm tăng hàm lượng proline (Du cộng 2009; Al-Whaibi cộng 2012) Sự đồng hóa proline dường điều hòa đường phụ thuộc không phụ thuộc vào ABA (Iqbal cộng 2013) Ở TV, ABA phytohormone đáp ứng nhanh với stress Sự tổng hợp ABA biểu gen cảm ứng với ABA (ABA-inducible genes) làm đóng khí TV Trang 10/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT stress khô hạn (Peleg Blumwald 2011) Nhiều gen liên quan đến sinh tổng hợp ABA thụ thể ABA xác định A thaliana (Brocard-Gifford cộng 2004) bắp (Peleg Blumwald 2011) Những tiếp xúc với SA ABA có nồng độ GSH cao hoạt tính glutathione reductase (GR, gọi glutathione-disulfide reductase - GSR) cao (Kopriva 2006; Nazar cộng 2011; Pál cộng 2014) Điều khẳng định thêm mối quan hệ hàm lượng GSH, đồng hóa S đáp ứng phòng vệ với stress ABA có liên quan đến thích nghi với stress môi trường SA đóng vai trò quan trọng khả chống chịu với stress TV, biểu gen mã hóa chaperone, protein sốc nhiệt (heatshock proteins) chất chống oxy hóa, gen liên quan đến chất biến dưỡng thứ cấp (Kopriva 2006; Pál cộng 2014; Peleg Blumwald 2011) ABA làm tăng hàm lượng mRNA mã hóa OAS-TL tế bào chất, enzyme quan trọng đồng hóa vá biến dưỡng S (Kopriva 2006) Có thể thấy nhu cầu GSH tăng cách hoạt hóa đường đồng hóa S sinh tổng hợp Cys Bằng kỹ thuật microarray thấy mức độ phiên mã mRNA OASTL điều hòa phía thượng nguồn đáp ứng với kẽm A thaliana (Becher cộng 2004) khả chịu đựng với kim loại cao tương đối A halleri (Weber cộng 2004) Nhiều nghiên cứu tập trung vào hình thành GSH Cys, ảnh hưởng chúng đến việc loại trừ biotic abiotic stress TV, chẳng hạn đáp ứng bảo vệ stress oxy hóa nhiều yếu tố khác (Ruiz Blumwald 2002; Rahoui cộng 2014; Zhang cộng 2014) Dưới tác động abiotic stress, nhu cầu GSH tăng (để tăng cường sức chịu stress), làm hoạt hóa enzyme đường đồng hóa S Hoạt tính enzyme, kiểm soát di truyền enzyme đồng hóa S nguồn S bên dẫn tới khả chịu đựng abiotic stress TV (Nazar cộng 2011) Hàm lượng Cys, GSH sinh tổng hợp mức phiên mã điều hòa JA methyl jasmonate (MeJA) (Shan Liang 2010; Gfeller cộng 2011) Xử lý A thaliana với MeJA làm tăng mRNA gen tham gia vào đồng hóa S tổng hợp GSH, mà không ảnh hưởng Trang 11/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT lên hàm lượng chất chuyển hóa S lượng mRNA liên kết với kênh vận chuyển SO42(Kopriva 2006) Các chất truyền tín hiệu làm tăng tích tụ mRNA liên quan đến gen biến dưỡng S đến thiếu hụt S (Takahashi cộng 2011) Điều cho thấy JA có vai trò truyền tín hiệu cảm ứng đồng hóa S thiếu S (Sasaki- Sekimoto cộng 2005; Srivastava cộng 2013) Một số hạn chế đáp ứng stress đề xuất nhấn mạnh tầm quan trọng hệ thống GSH thành phần khác hệ thống phòng vệ chống oxy hóa chống quang hóa Vai trò JA, SA, GA ABA điều hòa enzyme đồng hóa S quan trọng hình thành khả chống chịu abiotic stress TV Các trạng thái oxy hóa lưu huỳnh tế bào - Sulfur Oxidation States in the Cell Dưới điều kiện khắc nghiệt, cảm ứng gia tăng hợp chất S có liên quan đến phòng vệ TV quan trọng cho giải độc dư thừa ROS (detoxification of excessive ROS) (Noctor cộng 2012), dẫn đến nhiều kiểu tác động khác chất biến dưỡng thứ cấp chứa S Trong tế bào, S tìm thấy nhiều trạng thái oxy hóa trung gian khác nhờ họ enzyme khác Ví dụ, họ protein sulfotransferase xúc tác chuyển nhóm sulfonate trạng thái oxy hóa cao đến nhóm hydroxyl thích hợp nhiều chất dùng 3’-phosphoadenosine 5’-phosphosulfate (PAPS) chất cho sulfuryl SOT xúc tác phản ứng sulfon hóa (Sulfonation) nhiều chất khác tạo ester SO42- liên hợp (Klein Papenbrock 2004) Trong tế bào TV, Cys tổng hợp pha cuối quang hợp đồng hóa sulfate hợp chất hữu có chứa S dạng khử Cys có vai trò thiết yếu chức năng, cấu trúc điều hòa protein, tiền chất nhiều hợp chất chứa S quan trọng đường phòng vệ phát triển TV (Gotor cộng 2014) Kỹ thuật macroarray cho ta thấy đường truyền tín hiệu tích hợp biểu gen phòng vệ A thaliana, với điều hòa thượng nguồn (upregulation) MeJA nhiều gen có liên quan đến biến dưỡng S, sinh tổng hợp GSH, Cys Met protein phòng vệ giàu S biến dưỡng glucosinolate (GS) (Jost cộng 2005; Guo cộng 2013) Trang 12/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Sinh tổng hợp methionine - Methionine Biosynthesis Tổng hợp Met liên kết trình sinh tổng hợp Cys với đường sinh tổng hợp acid amin dẫn xuất aspartate (aspartate-derived amino acid biosynthetic pathway) (Xem review Hawkesford De Kok 2006) Sinh tổng hợp Met từ Cys diễn theo bước xúc tác enzyme Ophosphohomoserine (OPHS) bắt nguồn từ đường aspartate chất cho trình tổng hợp threonine methionine, xúc tác methionine synthase threonine synthase tương ứng (Azevedo cộng 1997) Cystathionine γ-synthase (CgS) xúc tác tổng hợp cystathionine từ Cys OPHS chuyển đổi S (trans-sulfuration)[ ] (Hawkesford 2005) Sau Cystathionine chuyển đổi thành homocysteine (một phản ứng phân cắt β) cystathionine β-lyase (CbL) Homocysteine xuất từ thể lạp chuyển hóa (methyl hóa) thành Met nhờ hoạt tính MS Hoạt tính CgS TS ảnh hưởng đến sinh tổng hợp Met Threonine tương ứng Hoạt tính CgS có tác động lớn đến tốc độ phản ứng điều hòa ngược (feedback-regulated) Met dẫn xuất Tương tự, hoạt tính TS điều hòa S-adenosylmethionine (SAM, gọi S-AdoMet), dẫn xuất Met (Azevedo cộng 1997; Wang Frey 2007) Các chế trì hiệu bể Met (Met pool) với ràng buộc chặt chẽ Các họ gen tương đối nhỏ mã hóa protein cho đường (CgS: gen, CbL: 1gen, MS: gen) Hơn nữa, Met tiền chất nhiều chất thứ cấp chứa S quan trọng khác S-methylmethionine (SMM), SAM dimethylsulfoniopropionate (DMSP) SMM dẫn xuất vận chuyển Met Nó biến đổi ngược trở lại thành Met cách cho homocysteine nhóm methyl nhờ xúc tác homocysteine S-methyltransferase (HMT) Trong vài trường hợp, SMM thành phần S dịch libe cung cấp S cho mô chìm hạt (Hawkesford 2005) [1] Sự chuyển đổi qua lại cysteine homocysteine Trang 13/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Hình 1: Các đường sinh tổng hợp amino acid chứa S dẫn xuất chúng Một enzyme quan trọng biến dưỡng lưu huỳh OAS-TL (còn gọi cysteine synthase) xúc tác tổng hợp Cys từ ion sulfide (S2-) Oacetylserine APS: adenosine 5’phosphosulfate; PAPS: 3′phosphoadenosine-5′phosphosulfate; γ-EC: γ-glutamyl-cysteine; OAS: Oacetylserine; CoA: acetyl coenzyme A; SAM: S-adenosylmethionine (S-AdoMet); SMM: S-methylmethionine (cải biến từ Hawkesford 2005; Koprivova Kopriva 2014) SAM hợp chất S quan trọng biến dưỡng TV (Azevedo cộng 2006); tham gia vào nhiều trình chất cho nhóm Methyl chuyển methyl protein, acid nucleic, polysacharide acid béo (Ma cộng 2003) Trang 14/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT SAM tiền chất đường tổng hợp polyamine (PA) (con đường sinh tổng hợp spermidine/spermine) sinh tổng hợp nicotinamide (quan trọng cho dinh dưỡng sắt) SAM biết đến “dạng Met hoạt hóa” (activated Met form) (Bürstenbinder Sauter 2012), đến 80% bể Met chuyển hóa thành SAM SAM synthetase (SAMS, gen họ) nhờ sử dụng ATP (Ravanel cộng 1998; Iqbal cộng 2013) Spermidine spermine cho có nhiều vai trò khác nhau, gồm đáp ứng stress, điều hòa pH, chép DNA trình lão hóa tế bào Mặc dù Met cuối tái sử dụng lại, tiêu thụ SAM làm tăng nhu cầu S để đáp ứng nhu cầu SAM tiền chất ET, ET yếu tố điều hòa hiệu cho sinh trưởng phát triển TV, tham gia vào trình truyền tín hiệu stress (Wang cộng 2002) Sự tổng hợp ET từ SAM xúc tác 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACCS) ACC oxidase (ACCO) Met không bị phân hủy hoàn toàn phản ứng mà sử dụng lại, mà thực tế nhu cầu S Một sản phẩm phụ bước cuối trình sinh tổng hợp ET cyanide, chất khử độc tạo thành β-cyanoalanine enzyme β-cyanoalanine synthase (CAS), đồng phân (isoform) OAS-TL (Hatzfeld cộng 2000) DMSP (Dimethylsulfonio-propionate) sinh nhiều loài tảo biển số TV bậc cao hơn, cỏ đầm lầy (marsh grasses) thuộc giống Spartina, mía đường (sugar cane) Wollastonia biflora Nó tổng hợp TV bậc cao thông qua SMM, thường diện nồng độ thấp loài TV khác Một số vai trò khác đề nghị cho nó, bao gồm chống lại động vật ăn cỏ (herbivore deterrence), chịu mặn (salt tolerance) SAM, dạng decarboxylate xúc tác Sadenosylmethionine decarboxylase (SAMDC), cung cấp 5’-desoxy-(5’-),3’-aminopropyl-(1), muối methylsulfonic cần cho sinh tổng hợp PA (Roy Wu 2002; xem review PA Alcázar cộng 2010; Hussain cộng 2011; Bitrián cộng 2012) Các chất biến dưỡng PA thiết yếu cho sinh tồn TV có liên quan đến kháng biotic abiotic stress nhiều loài TV; nhiều nghiên cứu dùng PA ngoại sinh kiểm soát di truyền nhiều loài TV Tăng cường sinh tổng hợp putrescine spermidine thuốc chuyển gen chuyển SAMDC người vào gen chúng kết làm tăng nhiều lần độ chịu mặn, hạn biotic stress Các Trang 15/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT nghiên cứu microarray, transcriptomic proteomisc chứng minh vai trò PA dòng tín hiệu (signaling cascades) làm tăng chịu đựng đề kháng biotic abiotic stress Các hợp chất lưu huỳnh liên quan đến phòng vệ thực vật - Sulfur Compounds Related to Plant Defense Stress môi trường ảnh hưởng đến nội cân phát triển tế bào TV, làm tăng sản xuất ROS dẫn đến stress oxy hóa (Arruda Azevedo 2009; Azevedo cộng 2011; Cia cộng 2012; Boaretto cộng 2014) Abiotic stress hậu tác động nhiều yếu tố bên khác nhau, nhiệt độ (nóng hay lạnh), nước (hạn hán hay ngập úng), độ mặn, độ chua, kim loại nặng, phơi nhiễm mức tia UV, ozone yếu tố khác (Azevedo cộng 1998; Gratão cộng 2005; Monteiro cộng 2011; Bulbovas cộng 2014; Nogueirol cộng 2015) Tất sinh vật có nhiều đường khác để chống chịu lại với stress môi trường Ở số TV, thay đổi quang hô hấp (photorespiration) đường chống lại oxy hóa không nhờ enzyme biết đến khảo sát (Foyer Shigeoka 2011) Sự sản sinh dư thừa ROS xem trình có hại (negative process) thời gian dài, thực thành phần thiết yếu trình truyền tín hiệu thúc đẩy điều hòa biểu gen cấu trúc tế bào đáp ứng với thay đổi môi trường (Shao cộng 2008; Foyer Shigeoka 2011; Monteiro cộng 2011) TV đáp ứng với abiotic stress số cách khác diễn theo bước Các cách bao gồm: bước sơ khởi cảm ứng mạng lưới đường truyền tín hiệu đáp ứng protein đặc hiệu, chất biến dưỡng thứ cấp hợp chất khác nhờ truyền tín hiệu (signal transduction) bước (Shulaev cộng 2008) Phân tích mức phân tử cho thấy đáp ứng ngắn (short-term) đáp ứng dài (long-term) quan trọng để hiểu tiến trình tín hiệu nguồn dinh dưỡng bên bên trở nên cạn kiệt (Schachtman Shin 2007) Tương tự thế, vấn đề then chốt để hiểu thí nghiệm thiết kế xử lý cấp tính (chronic treatment) mạn tính (acute treatment) tác nhân stress sinh đáp ứng hoàn toàn khác Trang 16/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT (Gratão cộng 2008) Hơn nữa, đáp ứng khác cho ta hiểu thêm nhận chế chịu đựng stress TV có khả chịu điều kiện khắc nghiệt Sự tuyền tín hiệu mạng lưới phát kiểm soát đáp ứng TV thiếu dinh dưỡng không đặc trưng cho N S, đồng thời cho thấy vai trò nguyên tố quan trọng chúng Như nhấn mạnh này, đồng hóa S có liên quan đến đáp ứng với abiotic stress đến chế phòng vệ Đây nguồn S khử cho nhiều trình tế bào cho tổng hợp Cys, cung cấp nguồn Cys cho tổng hợp Met và/hoặc vào protein GSH (Siddiqui cộng 2012) Một điều quan trọng phải nhớ ROS sản xuất cách tự nhiên hoạt động biến dưỡng tế bào Stress oxy hóa xảy cân oxy hóa – khử bị xáo trộn lượng ROS dư thừa gây loạt chế phòng vệ stress (Gratão cộng 2005) ROS nhân tố điều hòa thượng nguồn (upstream mediator) trình truyền tín hiệu dinh dưỡng làm tăng nhanh chóng sau dinh dưỡng khoáng bị thiếu hụt Schachtman Shin nêu năm 2007 Đây vấn đề quan trọng đề tài quan tâm đến ảnh hưởng nguyên tố/dinh dưỡng lên TV phạm vi rộng, nghiên cứu đáp ứng thứ cấp ảnh hưởng lên hấp thu chuyển đổi nguyên tố thiết yếu khác bị giới hạn Khoảng trống kiến thức (knowleage gap) tạo nên không chắn ảnh hưởng đầy đủ điều kiện khắc nghiệt (stressful conditions) mà TV phải chịu đựng Cần nhiều nghiên cứu vấn đề để hiểu sâu chế chúng Nghiên cứu stress oxy hóa kim loại nặng ngày nhiều Số nghiên cứu công bố lớn, chủ yếu khẳng định lại thông tin biết Tuy nhiên, dường stress kim loại làm tăng nhu cầu S khử để hoạt hóa biểu yếu tố vận chuyển SO42- enzyme đường đồng hóa (Hawkesford 2005; Hawkesford De Kok 2006; xem them báo nhóm nghiên cứu M Hawkesford) Các nghiên cứu gần cho thấy vận chuyển SO42- hệ thống mạch TV, đồng hóa SO42- tái sử dụng hợp chất chứa S có liên quan đến đáp ứng truyền tín hiệu stress khô hạn (Takahashi cộng 2011; Hawkesford 2012) Trang 17/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Người ta biết rằng, TV tổng hợp giải phóng H2S trình xúc tác L-cystein desulfhydrase (LCD) để chuyển L-Cys thành H2S, pyruvate amoniac (García-Mata Lamattina 2010) Trước đây, H2S cho độc TV Mặc dù hiểu biết vai trò đáp ứng stress biến dưỡng rõ nhiều rồi, nhiều nghiên cứu cho vai trò H2S TV phân tử truyền tín hiệu để kiểm soát trình sinh hóa lý sinh (Jin cộng 2011; Li cộng 2012) Ví dụ, nghiên cứu, bi-na (spinach) xông khí H2S cho kết khoảng 40% H2S chuyển thành GSH (Lisjak cộng 2011) H2S đóng vai trò thiết yếu việc giảm nhẹ thiệt hại stress gây AlCl3 lúa mì nảy mầm, làm tăng hoạt tính esterase amylase trì malondialdehyde (MDA) H2O2 mức thấp (Zhang cộng 2010) Tiền xử lý với NaHS (một chất cho H2S) cho kết tăng hoạt tính guaiacol peroxidase (GPX), superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase(APX) catalase (CAT) tăng hấp thu Al hạt lúa mì tiền xử lý; điều khẳng định lại H2S phân tử truyền tín hiệu đáp ứng với abiotic stress (Zhang cộng 2010) Ở Vicia faba, A.thaliana Impatiens walleriana, H2S gây đóng khí đường truyền tín hiệu phụ thuộc ABA có lẽ thông qua điều hóa yếu tố vận chuyển ABC tế bào bảo vệ điều kiện khô hạn, tăng khả chịu đựng stress nước (García-Mata Lamattina 2010) Các tế bào thuốc tiền xử lý với NaHS thể khả chịu nhiệt tái sinh trưởng sau stress xảy (Li cộng 2012) A thaliana thực tiền xử lý tạo nhiều H2S hơn, điều cho thấy khả chịu hạn có cách hạn chế mở khí tăng sản xuất biểu gen marker chịu hạn (Jin cộng 2011) Ở TV, kết hợp O-acetylserine sulfhydrylase (OASS) serine acetyltransferase (SAT) phức hợp cysteine synthase có vai trò điều hòa đồng hóa S sinh tổng hợp Cys (Francois cộng 2006) Cơ chế phân tử cho kết hợp đồng hóa S, N C chưa biết đến mức cụ thể O-acetylserine, tiền chất Cys, cho tín hiệu điều hòa đồng hóa SO42-, dường tín hiệu điều hòa biến dưỡng N C Ở TV thiếu S (S-deprived plant) ví dụ, nồng độ glucose, fructose phosphoenolpyruvate giảm, nồng độ tinh bột tăng (Lunde cộng 2008) Sự giảm tốc độ quang hợp, tăng oxy hóa hệ thống ferrodoxin : thioredoxin, thay đổi sinh Trang 18/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT tổng hợp phân giải tinh bột việc sử dụng carbohydrate nguồn lượng giải thích thay đổi hàm lượng carbohydrate (Lunde cộng 2008) Phân tích cDNA array cho thấy biểu gen trình tổng hợp Auxin cảm ứng thiếu hụt S, cho thấy vai trò có phytohormone (Kopriva Rennenberg 2004) Rõ ràng, dù hiểu biết điều hòa trình đồng hóa SO42- tổng hợp GSH, kết hợp chúng với biến dưỡng N C chưa biết rõ, nhiều phân tử tín hiệu tiềm tàng chưa biết đến rõ ràng (Kopriva Rennenberg 2004) Các bị tress thường bị giảm tốc độ phân chia tế bào kéo dài sau bị giảm hạn chế sinh trưởng Đây không cách thức bảo toàn lượng cho trình phòng vệ mà đóng vai trò bảo vệ chống lại hư hại mặt di truyền (Li cộng 2014) Lục lạp đóng vai trò điều hóa đáp ứng TV, nhạy cảm với yếu tố abiotic stress vị trí cho đồng hóa S (Biswal cộng 2008) Các bào quan quan trọng cho việc sản sinh ROS tương tác điện tử thoát từ chuỗi điện tử quang hợp oxy phân tử (Foyer Noctor 2012) Do đó, lục lạp kết hợp đường biến dưỡng C, N S, cung cấp tiền chất thiết yếu cho tổng hợp hợp chất S (Jamal cộng 2006; Biswal cộng 2008) Một vấn đề thú vị khác thiếu Fe (Fedeficiency) dẫn đến phá vỡ nghiêm trọng phiến thylakoid, grana, hư hỏng máy quang hợp làm giảm dinh dưỡng S Hoạt động quang hợp hoạt tính sucrose synthase ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisco) liên quan mật thiết với trạng thái S (Muneer cộng 2014) Trang 19/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Hình 2: Các hợp chất phòng vệ chứa S GR: Glutathione Reductase, APX: Ascorbate Peroxidase, GPX: Glutathione Peroxidase, MDHAR: Monodehydroascorbate Reductase, DHAR: Dehydroascorbate Reductase, APS: 5′-adenylylsulfate, PAP: 3′- phosphoadenylylsulfate, APSK: APS kinase, APSR: APS reductase, OAS-TL: O-acetylserine thiol lyase (cải biến từ Rausch Watcher 2005; Mendoza- Cozatl cộng 2005) Trang 20/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Glutathione, metallothionein phytochelatin - Glutathione, Metallothioneins and Phytochelatins Sự đáp ứng với stress bao gồm hệ thống kháng oxy hóa nhờ enzyme hệ thống phòng vệ khác, bao gồm hợp chất S dinh dưỡng S đa lượng; glutathion (GSH: thiol tripeptide chứa S, γ-L-glutamyl-L-cysteinyl-glycine); lớp phytochelatin [PCs: (gGlu-Cys)n-Gly, n có giá trị từ đến 5]; protein giàu S; amino acid chứa S; H2S; loạt chất biến đổi thứ cấp khác (Gratão cộng 2012) Bể GSH (GSH pool) cho biết mức độ biểu gen liên quan đến phòng vệ Nó kiểm soát nhiều đường tín hiệu khác trước trình stress, tạo liên kết trực tiếp biểu gen phòng vệ stress sinh tổng hợp GSH Phân tích Microarray, RT-PCR HPLC A thaliana phơi nhiễm với Cd cho thấy TV hoạt hóa đường đồng hóa S cách tăng cường phiên mã gen đặc hiệu nhờ làm tăng cường nguồn cung cấp GSH cho tổng hợp PCs (Kawashima cộng 2011; Jobe cộng 2012) Hơn nữa, rễ thấy có đáp ứng hoàn toàn khác stress Cd (Herbette cộng 2006; Gallego cộng 2012) Metallothioneins (MTs) protein có domain cấu trúc (vùng giàu Cys vùng gắn với kim loại) có liên quan đến nội cân kim loại khử độc (Majic cộng 2008; Choppala cộng 2014; Gu cộng 2014) Nhưng trường hợp stress kim loại, hoạt động PCs cần thiết PCs peptide giàu Cys có liên quan đến GSH tổng hợp theo cách giống (Qureshi cộng 2007; Zagorchev cộng 2013) Các TV bất hoạt tác động độc hại ROS vượt mức tạo phức (chelation) ion kim loại GSH và/hoặc PCs tế bào chất Dựa vào loài TV khác nhau, phức hợp chuyển vào không bào enzyme cần kim loại chuyên biệt (specific metal-requiring enzyme) (Pál cộng 2006; Yadav 2010; Hossain Komatsu 2013) Tăng GS liên quan đến dự trữ sulfate cho tổng hợp PCs, việc phát hợp chất S (S-compounds) bị khử GS tăng tác động kim loại lên biến dưỡng chúng chưa biết đến, dù giả thuyết GS cung cấp thêm nguồn S tác động điều kiện stress kim loại (Ernst cộng 2008; Bell Wagstaff 2014) Hơn nữa, đáp ứng thông thường Trang 21/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT stress kim loại, TV hoạt hóa chu trình ascorbate-glutathione, cho thải trừ H2O2 để đảm bảo sẵn có GSH để tổng hợp protein liên kết với kim loại (Vitória cộng 2001; Josefczak cộng 2012) Các glucosinolate - Glucosinolates Các glucosinolate (GS) chất biến dưỡng thứ cấp dẫn xuất amino acid, gồm nửa thioglucose, sulfonated aldoxime, chuỗi bên bắt nguồn từ amino acid thơm béo (aliphatic) (Halkier Geshenzon 2006) Khi mô TV bị hỏng, GS bị thủy giải enzyme hoạt động mạnh myrosinase (MYR), thioglucosidase Sự phân cắt liên kết glucose thioester tạo chất trung gian không bền để tái xếp lại thiocyanate isothiocyanate, nitrile oxalidine-2-thione có hoạt tính sinh học, phụ thuộc vào điều kiện phản ứng diện protein bổ sung (Hell Kruse 2006) Các sản phẩm mặt hóa học dễ phản ứng cản trở đến protein amino acid tự Chúng thành phần ăn mòn có nguy độc hại, mà có hoạt tính kháng khuẩn phòng vệ TV Mặc dù GS xuất số họ TV khác tầm quan trọng kinh tế hạt cải dầu, mù tạt loài phụ cải bắp khác quan tâm nhiều mặt sinh hóa sinh học phân tử sinh tổng hợp suy thoái GS (Hell Kruse, 2006) Trong đường đồng hóa S khử, hoạt tính enzyme bị ảnh hưởng nguồn cung cấp S, số chứng (in vitro) cho ATPS APR hình thành phức hợp theo nhánh đường đồng hóa S xúc tác enzyme adenosine-5′-phosphosulfate kinase (APSK) APSK dạng 3′-phosphoadenosine 5′- phosphosulfate (PAPS), tiền chất quan trọng cho hình thành chất biến dưỡng thứ cấp chứa S bao gồm GS, enzyme quan trọng họ Brassicaceae (Leung cộng sự, 2006) Bốn gen APSK tạo dòng từ A thaliana; ví dụ APSK1, APSK2 APSK4 nằm plastid, APSK3 đồng phân tế bào chất (Mugford cộng sự, 2009) Tạo đột biến APSK1 tổng hợp đủ PAPS để trì tăng trưởng bình thường TV (Mugford cộng sự, 2010), gián đoạn biểu APSK1 APSK2 làm giảm sinh tổng hợp GS (Mugford cộng sự, 2009), điều chứng minh biểu gen APSK liên kết chặt chẽ với sinh tổng hợp GS Tuy nhiên, chủng tích lũy chất tương tự glucosinolate Trang 22/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT glucosinolate (nonglucosinolate), ví dụ củ hành, đường thứ cấp phải hoạt động để tạo sulfate ester quan trọng (pools of sulfate ester) Để giải thích tổng hợp thoái hóa GS TV, (Mugford cộng sự, 2009) quan sát thay đổi đáng kể mức/ cấp độ GS khử tiền chất sulfur (desulfoprecursors) A Thaliana apk1, apk2, apk3, apk4 dạng đột biến chủng hoang dại Các cấp độ GS giảm đột biến tổng GS nghiên cứu chiếm 15% dạng đột biến chủng hoang dại Sự giảm kèm với tăng nhanh khử tiền chất sulfur, nồng độ cao gấp 10 lần so với GS trưởng thành chủng hoang dại Mức giảm GS tương tự phát hạt đột biến, nhiên tiền chất sulfur không tích lũy hạt Những kết xác nhận GS không tổng hợp hạt vận chuyển dạng sulfate hoàn thiện (Magrath Mithen, 1993) Những quan tâm sau - Final Considerations S thành phần dinh dưỡng hóa học cần thiết cho tăng trưởng tồn TV Các hợp chất phòng vệ chứa S đóng vai trò quan trọng biến dưỡng, phản ứng stress, thích nghi tế bào thích nghi TV (Hình 3) Chúng thu hút ý giới di truyền sinh hóa, sinh lý TV, tạo giống kết hợp lại với để tạo TV chịu stress (Stress- tolerant plant) để xác định chế kháng thuốc Sự phát triển chuyển gen TV có khả chịu multi-stress trọng tâm nghiên cứu tương lai gần yếu tố stress tồn đơn lẻ Tuy nhiên, việc sử dụng đột biến tự nhiên nhân tạo bỏ Trang 23/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Hình 3: Sự đồng hóa S liên kết với nhiều đường trao đổi chất, nguyên nhân da dạng chức sinh lý Ba khía cạnh gồm có sinh tổng hợp chất biến dưỡng chính, phản ứng stress phòng vệ mầm bệnh GSH glutathione; PCCS phytochelatins; SAM Sadenosylmethionine (S-AdoMet); SMM S-methylmethionine; DMSP dimethylsulfonioproprionate (được sửa đổi Hawkesford, 2005) Sự hiểu biết ảnh hưởng hợp chất chuyển gen chứa S hạn chế, cục bộ, chế điều hòa phức tạp mô tả trước Tiến đáng kể phân tích biến dưỡng với kỹ thuật “omics” cải thiện khả nhận dạng gen mục tiêu (non-target gen products) cho phép xem xét đồng thời biểu gen, hoạt động enzyme biến dưỡng Tóm lại, tổng quan tài liệu kỳ vọng cải thiện hiểu biết chế cần thiết liên quan đến stress oxi hóa TV cảm ứng hợp chất chứa S; qua giúp nhà nghiên cứu khắc phục vấn đề liên quan đến ô nhiễm môi trường./ Trang 24/24 [...]... trong đáp ứng với kẽm ở A thaliana (Becher và cộng sự 2004) và khả năng chịu đựng với kim loại cơ bản là cao hơn tương đối ở A halleri (Weber và cộng sự 2004) Nhiều nghiên cứu tập trung vào sự hình thành GSH và Cys, và các ảnh hưởng của chúng đến việc loại trừ biotic và abiotic stress ở TV, chẳng hạn như trong đáp ứng bảo vệ các stress oxy hóa do nhiều yếu tố khác nhau (Ruiz và Blumwald 2002; Rahoui và. .. truyền tín hiệu tích hợp trong sự biểu hiện gen phòng vệ ở A thaliana, với sự điều hòa thượng nguồn (upregulation) bởi MeJA của nhiều gen có liên quan đến biến dưỡng S, sinh tổng hợp GSH, Cys và Met và các protein phòng vệ giàu S trong biến dưỡng các glucosinolate (GS) (Jost và cộng sự 2005; Guo và cộng sự 2013) Trang 12/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Sinh tổng hợp methionine - Methionine Biosynthesis... gen và các cấu trúc tế bào trong đáp ứng với các thay đổi của môi trường (Shao và cộng sự 2008; Foyer và Shigeoka 2011; Monteiro và cộng sự 2011) TV có thể đáp ứng với các abiotic stress bằng một số cách khác nhau và diễn ra theo lần lượt từng bước Các cách đó bao gồm: một bước sơ khởi sự cảm ứng của một mạng lưới các con đường truyền tín hiệu đáp ứng bởi các protein đặc hiệu, các chất biến dưỡng. .. VẬT nghiên cứu microarray, transcriptomic và proteomisc đã chứng minh vai trò của PA trong các dòng tín hiệu (signaling cascades) làm tăng sự chịu đựng hoặc đề kháng của cây đối với biotic và abiotic stress Các hợp chất lưu huỳnh liên quan đến sự phòng vệ ở thực vật - Sulfur Compounds Related to Plant Defense Stress môi trường luôn ảnh hưởng đến nội cân bằng và phát triển của tế bào TV, làm tăng sự... SMM: S-methylmethionine (cải biến từ Hawkesford 2005; Koprivova và Kopriva 2014) SAM là một trong những hợp chất S quan trọng nhất trong biến dưỡng ở TV (Azevedo và cộng sự 2006); nó tham gia vào nhiều quá trình và là chất cho nhóm Methyl trong sự chuyển methyl của protein, acid nucleic, polysacharide và acid béo (Ma và cộng sự 2003) Trang 14/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT SAM cũng là một tiền chất... đặc hiệu, các chất biến dưỡng thứ cấp và các hợp chất khác nhờ sự truyền tín hiệu (signal transduction) của bước đầu tiên (Shulaev và cộng sự 2008) Phân tích ở mức phân tử cho thấy rằng cả đáp ứng ngắn (short-term) và đáp ứng dài (long-term) đều quan trọng để hiểu được tiến trình tín hiệu khi nguồn dinh dưỡng bên ngoài và bên trong trở nên cạn kiệt (Schachtman và Shin 2007) Tương tự như thế, nó là... mediator) của quá trình truyền tín hiệu dinh dưỡng và làm tăng nhanh chóng sau khi dinh dưỡng khoáng bị thiếu hụt đã được Schachtman và Shin nêu ra năm 2007 Đây là một vấn đề quan trọng bởi vì đề tài quan tâm đến ảnh hưởng của một nguyên tố/dinh dưỡng lên TV là một phạm vi rộng, nhưng các nghiên cứu trên các đáp ứng thứ cấp và các ảnh hưởng lên sự hấp thu và chuyển đổi của các nguyên tố thiết yếu khác... O-acetylserine thiol lyase (cải biến từ Rausch và Watcher 2005; Mendoza- Cozatl và cộng sự 2005) Trang 20/24 Seminar SINH HÓA HỌC THỰC VẬT Glutathione, các metallothionein và các phytochelatin - Glutathione, Metallothioneins and Phytochelatins Sự đáp ứng với stress bao gồm các hệ thống kháng oxy hóa nhờ enzyme và các hệ thống phòng vệ khác, bao gồm cả các hợp chất S như dinh dưỡng S đa lượng; glutathion... PCs (Kawashima và cộng sự 2011; Jobe và cộng sự 2012) Hơn nữa, rễ và lá cũng thấy có những đáp ứng hoàn toàn khác nhau đối với stress Cd (Herbette và cộng sự 2006; Gallego và cộng sự 2012) Metallothioneins (MTs) là các protein có 2 domain cấu trúc (vùng giàu Cys và vùng gắn với kim loại) có liên quan đến nội cân bằng kim loại và khử độc (Majic và cộng sự 2008; Choppala và cộng sự 2014; Gu và cộng sự 2014)... kiện phản ứng và sự hiện diện của các protein bổ sung (Hell và Kruse 2006) Các sản phẩm này về mặt hóa học rất dễ phản ứng và có thể cản trở đến các protein và các amino acid tự do Chúng là các thành phần ăn mòn và có nguy cơ độc hại, do vậy mà có hoạt tính kháng khuẩn trong sự phòng vệ TV Mặc dù GS cũng xuất hiện ở một số họ TV khác nhưng tầm quan trọng về kinh tế của hạt cải dầu, cây mù tạt và các loài ... S- methylmethionine Sulfur dioxide Sulfite Sulfate Superoxide dismutase Sulfotransferase protein family Sulfotransferases Proton/ SO42−co-transporter in yeast Proton/ SO42−co-transporter in plants Threonine... Polyamines 3′-phosphoadenosine 5′-phosphosulfate Phytochelatins Reactive oxygen species Reverse transcription polymerase chain reaction Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/ oxygenase Sulfur Sulfide... Methionine synthase Metallothioneins Nitrogen Sodium hydrosulfide Nitrate reductase O- acetylserine O- acetylserine sulfhydrylase O- acetylserine(thiol) lyase O- phosphohomoserine Phosphorus Polyamines