Xác định, phân loại và phân tích sự biểu hiện của họ gen knox ở cây khoai tây (solanum tuberosum L.) bằng các phương pháp tin sinh học

Nghiên cứu các phương pháp tin sinh học xác định được 9gen knox ở cây khoai tây (Solanum tuberosum L.). Các gen và protein suy diễn mang các đặc trưng cơ bản của các knox đã biết. Các knox của cây khoai tây chia thành hai phân nhóm, năm gen phân nhóm I và bốn gen phân nhóm II. Cây khoai tây không có knox phân nhóm M. Sau sự phát sinh loài, chỉ quan sát được một hiện tượng nhân gen với các gen phân nhóm II. Tất cả các gen knox của cây khoai tây biểu hiện ở ít nhất một loại mô. Các gen knox II biểu hiện đa dạng hơn các gen knox I. Rất thú vị là hầu hết các gen knox biểu hiện ở củ khoai tây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định, phân loại và phân tích sự biểu hiện của họ gen knox ở cây khoai tây (solanum tuberosum L.) bằng các phương pháp tin sinh học84Cao Phi BằngXÁC ĐỊNH, PHÂN LOẠI VÀ PHÂN TÍCH SỰ BIỂU HIỆN CỦA HỌ GEN KNOXỞ CÂY KHOAI TÂY (SOLANUM TUBEROSUM L.) BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁPTIN SINH HỌCIDENTIFICATION, CLASSIFICATION AND EXPRESSION ANALYSIS OF KNOX GENEFAMILY IN POTATO (SOLANUM TUBEROSUM L.) BY USING BIOINFORMATIC METHODSCao Phi BằngTrường Đại học Hùng Vương, Phú Thọ; phibang.cao@hvu.edu.vnTóm tắt - Ở thực vật, knox (knotted-like homeobox) thuộc về siêu họprotein có vùng bảo thủ homeodomain, đóng vai trò quan trọng trongnhiều quá trình sinh trưởng và phát sinh hình thái. Trong nghiên cứunày, chúng tôi sử dụng các phương pháp tin sinh học xác định được 9gen knox ở cây khoai tây (Solanum tuberosum L.). Các gen và proteinsuy diễn mang các đặc trưng cơ bản của các knox đã biết. Các knoxcủa cây khoai tây chia thành hai phân nhóm, năm gen phân nhóm I vàbốn gen phân nhóm II. Cây khoai tây không có knox phân nhóm M.Sau sự phát sinh loài, chỉ quan sát được một hiện tượng nhân gen vớicác gen phân nhóm II. Tất cả các gen knox của cây khoai tây biểu hiệnở ít nhất một loại mô. Các gen knox II biểu hiện đa dạng hơn các genknox I. Rất thú vị là hầu hết các gen knox biểu hiện ở củ khoai tây. Sựbiểu hiện của các gen knox ở cuống lá và cơ quan sinh sản (hoa, nhịhoa) lần đầu tiên được báo cáo trong công trình này.Abstract - In higher plants, knox (knotted-like homeobox), whichbelongs to a homeodomain protein superfamily, plays an importantrole in the growth and organ morphogenesis. In this study, we haveidentified 9 knox genes in potato (Solanum tuberosum L.) by usingthe bioinformatic methods. All potato knox genes and their predictedproteins possess basic characteristics of known knox in othersplants. The potato knox genes are divided into two subgroups;subgroup I includes five genes while subgroup II consists of fourgenes. However, the potato genome do not possess any gene ofsubgroup m which exist in genome of other known plants. After thespeciation point, we do not see any gene duplication event for knoxsubgroup I while we detect one whole genome duplication event forknox subgroup II. All potato knox genes are expressed in at leastone type of tissue. In general, the knox II genes express morediversifiedly in comparison with the knox I genes. Interestingly, mostof the knox genes expressed in potato tuber. The expression of knoxgenes in stem and reproductive organs (e.g. flower, stamens) is firstreported in this work.Từ khóa - biểu hiện gen; cây phả hệ; khoai tây; knox; tin sinh học.Key words - gene expression; phylogenic tree; potato; knox;bioinformatic.1. Đặt vấn đềKnotted1 là gen mã hóa tác nhân điều hòa phiên mãKNOX (KNotted-like homeobOX) đầu tiên được phát hiệnở cây ngô. Protein này chứa vùng bảo thủ homeodomain [4].Các tác nhân phiên mã KNOX đóng vai trò quan trọng trongsự phát triển chồi cây, duy trì chức năng của mô phân sinhđỉnh chồi [4]. Dựa trên cấu trúc của gen, sự biểu hiện và cácphân tích cây phả hệ, các KNOX được xếp vào hai phân nhómI và II [9]. Các gen phân nhóm I có vùng homeodomain gầngiống với gen KN1 của cây ngô (>71%), biểu hiện trong cácvùng giao nhau của các mô phân sinh đỉnh chồi nhưng biểuhiện yếu hoặc không biểu hiện ở lá của cây một lá mầm và hailá mầm. Các protein phân nhóm I giữ vai trò quan trọng trongviệc duy trì chức năng của mô phân sinh đỉnh chồi và trongquá trình phát sinh cơ quan. Thực vậy, cây Arabidopsisthaliana có bốn gen phân nhóm I là KNAT1(BREVIPEDICELLUS), KNAT2, KNAT6 và STM(SHOOTMERISTEMLESS). Trong đó, gen STM giữ vai tròchủ yếu trong việc hình thành và duy trì mô phân sinh đỉnh,hai gen KNAT1 và KNAT6 tham gia duy trì chức năng của môphân sinh đỉnh chồi, đồng thời tham gia điều khiển sự pháttriển của mầm hoa [4; 5]. Vai trò của các gen KNOX phânnhóm I cũng được nghiên cứu trên nhiều đối tượng thực vậtkhác, trong đó có cây đào [13]. Các gen phân nhóm II khácbiệt với gen phân nhóm I, có một intron trong vùng bảo thủELK và biểu hiện trong nhiều mô, cơ quan [4]. Cây A.thaliana có bốn gen phân nhóm II là các gen KNAT3, KNAT4,KNAT5 và KNAT7. Ba gen đầu có vai trò trong sự phát triểncủa rễ, gen còn lại có thể tham gia điều hòa quá trình sinh tổnghợp lignin và thành tế bào [6]. Trong những năm gần đây, genKNOX phân nhóm M được xác định mã hóa protein thiếuvùng bảo thủ homeodomain, biểu hiện ở các vùng bên của cáctiền cơ quan và ở lớp bao của các cơ quan thành thục [7].Ở một số thực vật khác có hệ gen được giải trình tự, lầnlượt mười và mười lăm gen KNOX được xác định trong hệgen của các cây hai lá mầm như cây đào và cây dương [4;5; 13]. Cây quýt đường có số lượng gen KNOX bằng vớicây đào [1]. Trong khi đó, hai cây một lá mầm rất quantrọng, cây ngô và cây lúa, có lần lượt mười ba và mười haigen [5]. Ở cây khoai tây, gen POTH1(mã số ngân hàng genU65648) là gen KNO ...