Đang tải... (xem toàn văn)
Đậu tương là thực vật Hai lá mầm có hệ rễ cọc phát triển gồm một rễ cái và nhiều rễ bên. Rễ cái phát triển dài ăn xuyên vào lòng đất từ 30 50 cm. Rễ bên phát sinh quanh cổ rễ mọc lan toả ra xung quanh gốc, hút nước và khoáng trên tầng đất mặt chừng 15 25 cm. Bộ rễ của đậu tương phát triển liên tục cho tới khi thu hoạch thì rễ mới ngừng phát triển. Đặc điểm hình thái bộ rễ là tính trạng đa gen, nghĩa là do nhiều gen điều khiển ở cấp độ phân tử. Những nghiên cứu gần đây trên đậu tương phát hiện một số gen liên quan đến sự phát triển hệ rễ hoạt động tích cực trong điều kiện khô hạn như GmCuAO, GmNAC, SbHrGP3, GsGF14o, GmEXP... Tuy nhiên, những cơ chế phân tử điều khiển sự kéo giãn thành tế bào dẫn đến sự phát triển kéo dài rễ chống lại điều kiện khô hạn cần được quan tâm và làm sáng tỏ.
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Báo cáo chuyên đề 2 NGHIÊN CỨU NHÓM GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX (L.) Merrill) Người hướng dẫn KH: GS.TS. Chu Hoàng Mậu PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh NCS: Lò Thanh Sơn MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Sự phát triển hệ rễ giúp thực vật vượt qua khô hạn MỞ ĐẦU Đặc điểm về sự phát triển hệ rễ đậu tương MỞ ĐẦU Cơ sở phân tử điều khiển sự phát triển hệ rễ Gen liên quan đến sự kéo dài tế bào Vùng sinh trưởng rễ: GmEXP và một số gen khác (GmCuAO, SbHrGP3, GsGF14) Theo Jung J.K., McCouch S., Front Plant Sci., 2013 MỞ ĐẦU MỤC TIÊU Làm sáng tỏ được tác động của khô hạn đối với cây đậu tương và cơ chế phân tử điều khiển sự phát triển hệ rễ cây đậu tương chống lại điều kiện khô hạn. NỘI DUNG • Nghiên cứu tác động của hạn đối với đậu tương • Tìm hiểu các gen xác định tính trạng liên quan đến sự phát triển hệ rễ cây đậu tương • Nghiên cứu đặc điểm, cơ chế phân tử gen và protein expansin tác động kéo dài rễ đậu tương TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm về cây đậu tương • Các giai đoạn phát triển TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm về cây đậu tương • Thời vụ và nhu cầu về nước Xen canh nhiều vụ trong năm Độ ẩm đồng ruộng: 50-60% TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG • Tác động của hạn đối với cây đậu tương Giảm diện tích quang hợp Giảm tỷ lệ hấp thụ CO2 Giảm vận chuyển điện tử Gây héo lá, chóng tàn Hình thành lạp lục dị hình HẠ N Giảm khả năng cố định nitơ Ảnh hưởng hoạt tính enzyme TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG • Tác động của hạn đối với cây đậu tương • Giai đoạn sinh thực HẠN Giảm 32-44% năng suất hạt MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG • Gen GmACS xác định tiền chất ethylene – gián tiếp khởi sinh hình thành rễ bên • Gen GmCuAO liên quan sự phát triển tế bào mô rễ và trụ dưới lá mầm • Gen Sb-HRGP3 kiểm soát sự kéo dài rễ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG • Nhóm gen GmNAC gián tiếp điều chỉnh sự phát sinh, phát triển kéo dài rễ bên • GsGF14o tăng cường phát triển kéo dài rễ • Gen GmEXP1 xác định protein expansin tác động kéo giãn thành tế bào – hoạt động chủ yếu ở miền sinh trưởng rễ cây đậu tương PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen expansin đậu tương • Liên họ gen expansin gồm: α-expansin, βexpansin, expansin-like A và expansin-like B • Đậu tương có tổng số 75 gen expansin trên 18 cặp NST (trừ NST 8 và 16): 49 gen EXPA, 9 gen EXPB, 2 gen EXLA và 15 gen EXLB. PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen expansin đậu tương • Sự biểu hiện gen GmEXP ở các mô có khác biệt: các gen biểu hiện ở rễ là EXPA(2, 8, 12, 23, 29, 36, 37) và EXPB12 • Nhân tố cis điều hoà biểu hiện gen expansin nhận tín hiệu từ: phytohormone, và kích thích trực tiếp từ những bất lợi của môi trường. PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen GmEXP1 PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen GmEXP1 Exon 1: 138 bp Exon 2: 321 bp Exon 3: 309 bp Tổng số 768 bp Intron 1: 225 bp Intron 2: 500 bp 255 amino acid PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin • Protein expansin gồm 3 phân họ: α, β và γ • Các polypeptide expansin đậu tương dài từ 218 - 309 amino acid, m = 23,5 – 33,8kDa • Giá trị pI dao động từ 4,5 – 9,8 PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin • Vùng tín hiệu: 16 – 31 amino acid và 2 vùng chức năng giả định PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật - Liên kết hoá trị - Liên kết tĩnh điện - Liên kết hydro - Liên kết Van der waals EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin • Tế bào tăng trưởng đòi hỏi phải nới lỏng mạng lưới vi sợi thành tế bào kết hợp sức trương TB; đồng thời bổ sung các thành phần kiến tạo. • Expansin hoạt động ở “pH sinh trưởng” và đạt tỷ lệ về khối lượng với thành tế bào (1:10000) EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin * Theo McQueen-Mason - Bẻ gãy liên kết phi hóa trị - Tăng cường hoạt tính cho enzyme cellulolase EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin GmEXP1 KẾT LUẬN 1. Môi trường khô hạn kéo dài ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của đậu tương. 2. Sự phát triển hệ rễ đậu tương được điều khiển bởi nhiều gen ở nhiều giai đoạn phát triển. 3. Cơ chế tác động của gen expansin đối với sự giãn thành tế bào liên quan đến sự phát triển kéo dài rễ đã được thực nghiệm chứng minh. NHẬN XÉT - Đối mặt với tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu, việc tiến hành các nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng chịu hạn là vấn đề thời sự, cấp bách hiện nay. - Một số gen liên quan đến sự phát triển hệ rễ đậu tương đã được làm sáng tỏ cơ chế phân tử và đánh giá chức năng trên cây mô hình. - GmEXP1 được phân lập, đánh giá chức năng trên cây mô hình (2003) nhưng chưa có công bố chuyển vào cây đậu tương. Xin trân trọng cảm ơn! [...]... VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG • Tác động của hạn đối với cây đậu tương • Giai đoạn sinh thực HẠN Giảm 32-44% năng suất hạt MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG • Gen GmACS xác định tiền chất ethylene – gián tiếp khởi sinh hình thành rễ bên • Gen GmCuAO liên quan sự phát triển tế bào mô rễ và trụ dưới lá mầm • Gen Sb-HRGP3 kiểm soát sự kéo dài rễ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN. .. CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG • Nhóm gen GmNAC gián tiếp điều chỉnh sự phát sinh, phát triển kéo dài rễ bên • GsGF14o tăng cường phát triển kéo dài rễ • Gen GmEXP1 xác định protein expansin tác động kéo giãn thành tế bào – hoạt động chủ yếu ở miền sinh trưởng rễ cây đậu tương PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen expansin đậu tương • Liên họ gen expansin gồm: α-expansin,... với sự giãn thành tế bào liên quan đến sự phát triển kéo dài rễ đã được thực nghiệm chứng minh NHẬN XÉT - Đối mặt với tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu, việc tiến hành các nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng chịu hạn là vấn đề thời sự, cấp bách hiện nay - Một số gen liên quan đến sự phát triển hệ rễ đậu tương đã được làm sáng tỏ cơ chế phân tử và đánh giá chức năng trên cây mô hình - GmEXP1 được... Bẻ gãy liên kết phi hóa trị - Tăng cường hoạt tính cho enzyme cellulolase EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin GmEXP1 KẾT LUẬN 1 Môi trường khô hạn kéo dài ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của đậu tương 2 Sự phát triển hệ rễ đậu tương được điều khiển bởi nhiều gen ở nhiều giai đoạn phát triển 3 Cơ chế tác động của gen expansin đối với sự giãn... expansin-like A và expansin-like B • Đậu tương có tổng số 75 gen expansin trên 18 cặp NST (trừ NST 8 và 16): 49 gen EXPA, 9 gen EXPB, 2 gen EXLA và 15 gen EXLB PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen expansin đậu tương • Sự biểu hiện gen GmEXP ở các mô có khác biệt: các gen biểu hiện ở rễ là EXPA(2, 8, 12, 23, 29, 36, 37) và EXPB12 • Nhân tố cis điều hoà biểu hiện gen expansin nhận tín hiệu từ:... của môi trường PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen GmEXP1 PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen GmEXP1 Exon 1: 138 bp Exon 2: 321 bp Exon 3: 309 bp Tổng số 768 bp Intron 1: 225 bp Intron 2: 500 bp 255 amino acid PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin • Protein expansin gồm 3 phân họ: α, β và γ • Các polypeptide expansin đậu tương dài từ 218 - 309 amino... PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin • Vùng tín hiệu: 16 – 31 amino acid và 2 vùng chức năng giả định PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm của protein expansin EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật - Liên kết hoá trị - Liên kết tĩnh điện - Liên. .. vật - Liên kết hoá trị - Liên kết tĩnh điện - Liên kết hydro - Liên kết Van der waals EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ BÀO • Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin • Tế bào tăng trưởng đòi hỏi phải nới lỏng mạng lưới vi sợi thành tế bào kết hợp sức trương TB; đồng thời bổ sung các thành phần kiến tạo • Expansin hoạt động ở “pH sinh trưởng” và đạt tỷ lệ về khối lượng với thành tế bào (1:10000) EXPANSIN... gen liên quan đến sự phát triển hệ rễ đậu tương đã được làm sáng tỏ cơ chế phân tử và đánh giá chức năng trên cây mô hình - GmEXP1 được phân lập, đánh giá chức năng trên cây mô hình (2003) nhưng chưa có công bố chuyển vào cây đậu tương Xin trân trọng cảm ơn! ... EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm gen GmEXP1 Exon 1: 138 bp Exon 2: 321 bp Exon 3: 309 bp Tổng số 768 bp Intron 1: 22 5 bp Intron 2: 500 bp 25 5 amino acid PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG • Đặc điểm... điểm gen expansin đậu tương • Sự biểu gen GmEXP mô có khác biệt: gen biểu rễ EXPA (2, 8, 12, 23 , 29 , 36, 37) EXPB 12 • Nhân tố cis điều hoà biểu gen expansin nhận tín hiệu từ: phytohormone, kích... protein expansin • Protein expansin gồm phân họ: α, β γ • Các polypeptide expansin đậu tương dài từ 21 8 - 309 amino acid, m = 23 ,5 – 33,8kDa • Giá trị pI dao động từ 4,5 – 9,8 PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN