Thực vật có hệ rễ phát triển kéo dài, khả năng đâm xuyên tốt, có thể vươn tới những lớp đất sâu sẽ có cơ hội thu nhận được nhiều nước hơn trong điều kiện khô hạn. Song song với đó, sự điều chỉnh thẩm thấu trong tế bào chóp rễ bằng những cơ chế tích luỹ chất khô, tăng cường các kênh vận chuyển tích cực, tăng cường hô hấp và trao đổi ion... cũng giúp thực vật dễ dàng lấy được lượng nước ít ỏi trong đất. Mặt khác, trong điều kiện hạn, thực vật còn có một loạt các phản ứng kết hợp để tăng cường khả năng chống chịu với điều kiện hạn như điều chỉnh đóng mở khí khổng, giảm thoát sự thoát hơi nước, tăng cường tích nước tế bào trong điều kiện hạn hán… Trong một loạt những phản ứng nói trên ở thực vật trong điều kiện khô hạn của môi trường thì việc nghiên cứu tác động vào sự phát triển kéo dài rễ, thay đổi cấu trúc và số lượng rễ bên... được xem là biện pháp hữu hiệu trong việc cải thiện khả năng chịu hạn của cây đậu tương.Cải thiện đặc tính di truyền thích nghi với hạn hán của cây trồng được xem là giải pháp quan trọng trong tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay.
Trang 1NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ CHUYỂN GEN GmEXP1
LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ PHÂN LẬP
TỪ CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX (L.) MERRILL)
Báo cáo Tiểu luận Tổng quan
Người hướng dẫn KH: GS.TS Chu Hoàng Mậu
PGS.TS Nguyễn Vũ Thanh Thanh NCS: Lò Thanh Sơn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
Trang 2MỞ ĐẦU
Vị trí, vai trò của cây đậu tương
Giá trị dinh dưỡng
Giá trị cải tạo đất
Trang 3MỞ ĐẦU
Biến đổi khí hậu gây khó khăn cho sản suất nông nghiệp
Trang 4MỞ ĐẦU
Đậu tương là cây trồng chịu hạn kém, năng suất thường bị ảnh hưởng nặng nề bởi hạn.
Trang 5MỤC TIÊU
Phân tích làm sáng tỏ vai trò của gen liên quan đến sự phát triển kéo dài rễ đậu tương trong điều kiện khô hạn, từ đó đề xuất định hướng cải thiện khả năng chịu hạn của đậu tương bằng kỹ thuật chuyển gen
MỞ ĐẦU
Trang 6• Nghiên cứu cơ chế chịu hạn ở thực vật và khả năng thích nghi của bộ rễ trong điều kiện khô hạn
• Nghiên cứu nhóm gen liên quan đến sự phát triển hệ
rễ ở cây đậu tương
• Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen nhờ A
tumefaciens vào việc cải tiến hệ rễ của cây đậu
tương nhằm cải thiện khả năng chịu hạn
NỘI DUNG
Trang 7Chương 1
CƠ CHẾ CHỊU HẠN VÀ VAI TRÒ CỦA BỘ RỄ
Trang 8• Hạn và tác hại của hạn đối với thực vật
• Hạn là hiện tượng tự nhiên liên quan trực tiếp đến vấn đề về nước trong cơ thể thực vật…
• Hạn tác động lên cây theo hai hướng chính: tăng nhiệt độ cây và gây mất nước trong cây
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN THỰC VẬT
Trang 9• Hạn và tác hại của hạn đối với thực vật
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN THỰC VẬT
Giảm tới 40% năng suất hạt đậu tương
Trang 10• Phản ứng của thực vật đối với khô hạn
• Trốn thoát điều kiện hạn
• Tránh hạn
• Chống chịu hạn
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN THỰC VẬT
Trang 11• Khả năng chịu hạn của thực vật thể hiện:
• Giảm diện tích lá, rút ngắn thời gian s trưởng
• Phát triển mạnh hệ rễ
• Duy trì sức trương tế bào, điều chỉnh ASTT
• Kiểm soát sự thoát hơi nước
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN THỰC VẬT
Trang 12• Cơ chế biến đổi hình thái, sinh lý, hoá sinh
• Sự biến đổi hình thái thích nghi với khô hạn
CƠ CHẾ CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT
Trang 13• Cơ chế biến đổi hình thái, sinh lý, hoá sinh
• Điều chỉnh ASTT, tăng cường hấp thu nước
CƠ CHẾ CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT
Đường
Acid hữu cơ
Glycine betain
Trang 14• Cơ chế biến đổi hình thái, sinh lý, hoá sinh
• Duy trì nước trong tế bào và mô
• Ổn định màng tế bào
• Tăng các chất chống oxy hoá
• Điều hoà sự phát triển của thực vật
CƠ CHẾ CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT
Trang 15• Cơ chế phân tử của đặc tính chịu hạn
• Hoạt động của gen và các nhân tố điều hoà
CƠ CHẾ CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT
Trang 16• Cơ chế phân tử của đặc tính chịu hạn
• Một số protein liên quan
CƠ CHẾ CHỊU HẠN CỦA THỰC VẬT
Trang 17• Sự phát triển cảm ứng của hệ rễ với hạn
• Tăng sinh khối, mật độ, diện tích bề mặt rễ
• Tăng tỷ số kéo dài rễ trụ và số lượng rễ bên
=> Phát triển tốt bộ rễ trước hạn có ý nghĩa lớn giúp cây dễ thích ứng tốt trong điều kiện hạn
SỰ THÍCH NGHI CỦA BỘ RỄ VỚI HẠN
Trang 18• Khả năng cố định nitơ của cây đậu tương
• Đặc điểm nốt sần của hệ rễ đậu tương
SỰ THÍCH NGHI CỦA BỘ RỄ VỚI HẠN
Trang 19• Khả năng cố định nitơ của cây đậu tương
• Ý nghĩa: góp phần tăng tích luỹ chất khô; giúp cây khoẻ mạnh vượt qua khô hạn
SỰ THÍCH NGHI CỦA BỘ RỄ VỚI HẠN
Trang 20• Cường độ thoát hơi qua lá
• Tổng hợp và tích luỹ chất khô
• Trao đổi ion của rễ
• Hoạt động của kênh màng tế bào lông hút
KHẢ NĂNG HÚT NƯỚC CỦA BỘ RỄ VÀ MỘT SỐ ĐẶC TÍNH SINH LÝ LIÊN QUAN
Trang 22Chương 2.
NGHIÊN CỨU NHÓM GEN
LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN
HỆ RỄ Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 23• Đặc điểm về cây đậu tương
• Các giai đoạn phát triển
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 24• Đặc điểm về cây đậu tương
• Thời vụ và nhu cầu về nước
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
Xen canh nhiều vụ trong năm
Độ ẩm đồng ruộng: 50-60%
Trang 25• Tác động của hạn đối với cây đậu tương
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
HẠ N
HẠ N
Gây héo lá, chóng tàn
Hình thành lục lạp dị hình
Hình thành lục lạp dị hình
Giảm vận chuyển điện tử
Giảm vận chuyển điện tử
Ảnh hưởng hoạt tính enzyme
Ảnh hưởng hoạt tính enzyme
Giảm khả năng
cố định nitơ Giảm khả năng
cố định nitơ
Trang 26• Tác động của hạn đối với cây đậu tương
• Giai đoạn sinh thực
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐỐI VỚI CÂY ĐẬU TƯƠNG
HẠN
Giảm 32-44% năng suất hạt
Trang 27• 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
Trang 28• 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
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ GEN LIÊN QUAN ĐẾN
SỰ PHÁT TRIỂN HỆ RỄ CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 29• Đặc điểm gen expansin đậu tương
• Liên họ gen expansin gồm: α-expansin,
β-expansin, 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
Trang 30• 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
Trang 31• Đặc điểm gen GmEXP1
PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
Trang 32• Đặc điểm gen GmEXP1
PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
Trang 33• 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
Trang 34• 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
Trang 35• Đặc điểm của protein expansin
PROTEIN VÀ GEN EXPANSIN ĐẬU TƯƠNG
Trang 36• Cấu trúc thành tế bào thực vật
EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ
BÀO
Trang 37• Cấu trúc phân tử thành tế bào thực vật
EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ
Trang 38• 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
Trang 39• Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin
EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ
BÀO
* Theo McQueen-Mason
- Bẻ gãy liên kết phi hóa trị
- Tăng cường hoạt tính cho enzyme cellulolase
Trang 40• Cơ chế kéo giãn thành tế bào của expansin
EXPANSIN VÀ CƠ CHẾ KÉO GIÃN THÀNH TẾ
BÀO
GmEXP1
Trang 41NHẬN XÉT
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.
Trang 42Chương 3
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN GEN NHỜ A TUMEFACIENS VÀO VIỆC CẢI TIẾN HỆ RỄ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 43Kỹ thuật chuyển gen ở thực vật
Trang 44• Sự chuyển gen trong tự nhiên của A tumefaciens
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Trang 45• Cấu tạo của Ti-plasmid
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Trang 46• Cơ chế chuyển gen của A.tumefaciens
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Trang 47• Phát triển hệ thống vector chuyển gen
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Vector liên hợp
Vector nhị thể
Trang 48• Sử dụng A tumefaciens làm vector chuyển gen
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Trang 49• Chuyển gen ở đậu tương nhờ A.tumefaciens
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
Trang 50• Chuyển gen ở đậu tương nhờ A.tumefaciens
SỰ TÁI SINH VÀ CHUYỂN GEN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG NHỜ A TUMEFACIENS
nptII bar hpt
kanamycine basta hygromicine
Trang 51• Chuyển gen trong định hướng nâng cao mức biểu hiện của gen mã hoá protein điều hoà
CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG BẰNG CHUYỂN GEN
rd29A: AtDREB1A
GmNFYA3
LOS5/ABA3
Trang 52• Chuyển gen trong định hướng nâng cao mức biểu hiện của gen mã hoá protein chức năng
CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG BẰNG CHUYỂN GEN
GsGST
TCS
GmERF4
P5CS P5CR soyBiPD
Glutation chống oh TCS chống mất nước
Tăng tổng hợp proline
Tăng tổng hợp proline
Tăng chaperonine Chậm lão hoá tế bào
Trang 53• Chuyển gen trong định hướng nâng cao mức biểu hiện của gen mã hoá protein chức năng
CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở CÂY
ĐẬU TƯƠNG BẰNG CHUYỂN GEN
Trang 54• Khâu phát triển vector phù hợp
• Khâu hoàn thiện phương pháp biến nạp
• Khâu hoàn thiện hệ thống tái
• Khâu phân tích thể tái tổ hợp
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 55• Ứng dụng trong phân tích cây chuyển gen
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
bar, nptII , hpt, GUS, GFP…
Trang 56• Một số thành tựu tạo cây đậu tương chuyển gen
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trang 57• Một số thành tựu tạo cây đậu tương chuyển gen
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Bacillus thuringensis
(Bt)
Trang 58• Một số thành tựu tạo cây đậu tương chuyển gen
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
RNAi
Trang 59• Tình hình nghiên cứu chuyển gen tăng cường khả năng chịu hạn ở cây đậu tương
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Nghiên cứu đặc điểm, chức năng của gen chịu hạn của đậu tương
Trang 60• Tình hình nghiên cứu chuyển gen tăng cường khả năng chịu hạn ở cây đậu tương
ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT TRONG
CHUYỂN GEN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG
Nghiên cứu tạo cây đậu tương chịu hạn bằng kỹ thuật chuyển gen
AtDREB1 A P5CR
P5CS
LOS5/
ABA
soyBiPD
Trang 61KẾT LUẬN
1 Sự chống chịu của thực vật với điều kiện khô hạn biểu
hiện đa dạng, nhiều mức độ; trong đó có sự phát triển kéo dài rễ là một trong những đặc điểm quan trọng.
2 Phản ứng thích nghi của thực vật với khô hạn được
điều khiển bởi nhiều gen ở cấp độ phân tử; cơ chế tác động của expansin kéo giãn thành tế bào vùng sinh trưởng của rễ đã được chứng minh bằng thực nghiệm
3 Những tiến bộ và thành tựu chuyển gen nhờ
A.tumefaciens mở ra triển vọng tạo cây đậu tương biến
đổi gen cải thiện khả năng chịu hạn cho sản xuất.
Trang 62Xin trân trọng cảm ơn!
