Xác định và phân tích các gen mã hóa HSP70 ở cây sắn (Manihot esculanta) bằng phương pháp tin sinh học

Xác định và phân tích các gen mã hóa HSP70 ở cây sắn (Manihot esculanta) bằng phương pháp tin sinh học trình bày xác định và phân tích đặc điểm của các gene Hsp70 bằng các phương pháp tin sinh học ở cây sắn, loại cây lương thực lấy củ nhiệt đới quan trọng. Kết quả nghiên cứu là tiền đề cho các nghiên cứu về chọn tạo giống loại cây lương thực có giá trị này cũng như tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về chức năng của họ Hsp70.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định và phân tích các gen mã hóa HSP70 ở cây sắn (Manihot esculanta) bằng phương pháp tin sinh họcBÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 5DOI: 10.15625/vap.2022.0098 XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH CÁC GEN MÃ HÓA HSP70 Ở CÂY SẮN (Manihot esculanta) BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIN SINH HỌC Đồng Thị Xiêm1,2, Nguyễn Thị Oanh1, Trần Thị Thanh Huyền3, Trần Thị Mai Lan2, Lê Thị Mận2, Nông Thị Thu Huyền4, Cao Phi Bằng2,* Tóm tắt. Họ gene Hsp70 có vai trò quan trọng trong sự phát triển cũng như tính chống chịu của thực vật. Tổng số có 22 gene mã hóa Hsp70 được xác định trong hệ gene của cây sắn bằng các phương pháp tin sinh học. Các MeHsp70 của cây sắn có kích thước từ 1719 tới 12265 bp. Ngoại trừ bốn gene MeHsp70-14, MeHsp70-18, MeHsp70-19 và MeHsp70-21, các gene còn lại đều phân mảnh với số lượng intron từ 1 đến 12. Các protein MeHsp70 có chiều dài từ 572 đến 894 amino acid, khối lượng từ 61,97 đến 99,39 kDa, có tính acid và có ái lực với nước (ngoại trừ MeHsp70-21). Dựa trên phân tích cây phát sinh chủng loại, các Hsp70 của cây sắn được xếp vào năm nhóm. Sự biểu hiện của các gene MeHsp70 không giống nhau ở các điều kiện stress lạnh khác nhau. Có 21 gene MeHsp70 thay đổi mức độ biểu hiện (12 gene biểu hiện tăng, 9 gene biểu hiện giảm) trong điều kiện sốc lạnh so với đối chứng. 18 gene thay đổi mức độ biểu hiện (11 gene biểu hiện tăng, 7 gene biểu hiện giảm) trong điều kiện rèn luyện lạnh. Tương tự, 17 gene thay đổi mức độ biểu hiện (10 gene biểu hiện tăng, 7 gene biểu hiện giảm) trong điều kiện sốc lạnh sau rèn luyện. Gene MeHsp70-20 không thay đổi mức độ biểu hiện ở tất cả các điều kiện stress lạnh so với đối chứng. Phân tích in silico họ gene Hsp70 là cơ sở cho các nghiên cứu sâu hơn về tách dòng gene và phân tích chức năng của các gene trong họ Hsp70 ở cây sắn. Từ khóa: Biểu hiện gene, cây phát sinh chủng loại, cây sắn (Manihot esculanta), protein sốc nhiệt 70 (Hsp70), tin sinh học.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sắn (Manihot esculanta) là cây lương thực lấy củ rất quan trọng đối với hơn támtrăm triệu người trên thế giới (Ceballos et al., 2020). Đồng thời, sắn cũng là nguyên liệusản xuất nhiên liệu sinh học quan trọng hiện nay (Fathima et al., 2022). Có nguồn gốc từvùng Amazone, hiện nay cây sắn được trồng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ởcác vùng nhiệt đới, khí hậu khô, thậm chí nghèo dinh dưỡng ở châu Phi, châu Á,… trongđó có Việt Nam (Fathima et al., 2022; Otun et al., 2022). Vì vậy, cây sắn thường xuyênđối mặt với nhiều tác nhân bất lợi của môi trường như nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, hạn,mặn,… và cả tác nhân gây bệnh. Vì vậy, các nghiên cứu để nâng cao năng suất, chất lượngvà khả năng chống chịu với tác nhân bất lợi của cây sắn rất được chú trọng (Fathima et al., 1 Trường THPT Trần Nhật Duật, Yên Bái 2 Trường Đại học Hùng Vương 3 Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 4 Trường THPT thành phố Cao Bằng, Cao Bằng * Email: phibang.cao@hvu.edu.vnPHẦN 2. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 8752022). Hệ gene của cây sắn được giải trình tự đã cung cấp một tài nguyên quan trọng đốivới nghiên cứu ở mức phân tử ở loài cây này (Bredeson et al., 2016; Lyons et al., 2022). Các protein sốc nhiệt (Hsp) là một nhóm các protein được sinh tổng hợp khi có sốcnhiệt, được tìm thấy hầu hết trong tất cả các sinh vật: Từ vi khuẩn đến thực vật, động vậtvà con người (Al-Whaibi, 2011). Ở thực vật, các thành viên trong các họ gene Hsp đóngvai trò quan trọng trong quá trình phát triển, cũng như đáp ứng các điều kiện môi trườngbất lợi khác nhau như nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao, hạn, mặn (Al-Whaibi, 2011) và sinhvật gây bệnh (Berka et al., 2022; Park and Seo, 2015). Căn cứ vào khối lượng phân tử, cácHsp được chia thành các nhóm: Protein sốc nhiệt phân tử nhỏ (sHsp), protein sốc nhiệt 60(Hsp60), protein sốc nhiệt 70 (Hsp70), protein sốc nhiệt 90 (Hsp90) và protein sốc nhiệt100 (Hsp100) (Al-Whaibi, 2011). Trong số này, các Hsp70 rất được quan tâm vì nó cónhiều vai trò đối với quá trình phát triển và sự chống chịu của cây trước nhiều tác nhân bấtlợi khác nhau (Berka et al., 2022; Usman et al., 2017). Hơn nữa, nhiều nghiên cứu gầnđây chỉ ra các protein sốc nhiệt HSP70 còn có chức năng điều khiển sự phát triển ở thựcvật (Chen et al., 2019; Su et al., 2019). Trên quy mô hệ gene, họ gene Hsp70 đã được xácđịnh và phân tích ở rất nhiều loài thực vật khác nhau, như Arabidopsis thaliana (18 gene)(Lin et al., 2001; Sung et al., 2001), lúa (Oryza sativa) (26 gene) (Jung et al., 2013), cảibắp (Brassica oleracea var. capitata) (52 gene) (Su et al., 2019), đậu xanh (Vigna radiata)(32 gene) (Jasrotia et al., 2019), bí đỏ (Cucurbita moschata) (21 gene) (Davoudi e ...