Nghiên cứu sự biểu hiện của gen mã hóa methionine sulfoxide reductase trong điều kiện stress mặn, hạn ở cây arabidopsis và đậu tương

Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự dư thừa của một số dạng chứa ôxi nguyên tử hoạt động trong tế bào đã gây ra những sai hỏng trên các đại phân tử, làm tổn thương bào quan và cấu trúc

CHU ĐỨC HÀ

NGHIÊN CỨU SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN MÃ HÓA

METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE TRONG ĐIỀU KIỆN

STRESS MẶN, HẠN Ở CÂY ARABIDOPSIS VÀ ĐẬU TƯƠNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2018

CHU ĐỨC HÀ

NGHIÊN CỨU SỰ BIỂU HIỆN CỦA GEN MÃ HÓA

METHIONINE SULFOXIDE REDUCTASE TRONG ĐIỀU KIỆN

STRESS MẶN, HẠN Ở CÂY ARABIDOPSIS VÀ ĐẬU TƯƠNG

Chuyên ngành : Công nghệ Sinh học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án

là do tôi thực hiện Các số liệu và kết quả nghiên cứu đã nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác Tôi xin cam đoan mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn, các tài liệu trích dẫn

đã được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận án

Chu Đức Hà

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận án này, nghiên cứu sinh đã nhận được sự tận tình giúp đỡ của nhiều tập thể và cá nhân

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Lê Tiến Dũng,

TS Phạm Thị Lý Thu, những người thầy, người cô và các anh chị đã tận tình dẫn dắt, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học và hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin biết ơn những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô Ban Đào tạo Sau đại học - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp trong suốt quá trình học tập

Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn các cán bộ, bạn bè đồng nghiệp công tác tại bộ môn Sinh học phân tử, phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử Sắn - Viện Di truyền Nông nghiệp, Trung tâm Tài nguyên Bền vững RIKEN (Nhật Bản) đã chia sẻ kinh nghiệm, giúp đỡ động viên trong suốt quá trình thực hiện luận án Đồng thời, luận án của nghiên cứu sinh cũng được hỗ trợ kinh phí từ đề tài của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam, mã

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng viii

Danh mục hình ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của luận án 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 2

3.1 Ý nghĩa khoa học của luận án 2

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án 3

4 Những đóng góp mới của luận án 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến đời sống thực vật 4

1.1.1 Tác động của biến đổi khí hậu đối với cây trồng nông nghiệp hiện nay 4

1.1.2 Cơ chế tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật 9

1.1.3 Cơ chế đáp ứng của thực vật với điều kiện bất lợi 15

1.2 ai trò của n ym m thionin sul oxid r ductas và quá trình ôxi hóa m thionin ở thực vật 18

1.2.1 Quá trình ôxi hóa m thionin ở thực vật 18

1.2.2 Tổng quan về họ enzyme methionine sulfoxide reductase 21

1.3 M thionin và prot in giàu m thionin ở thực vật 29

1.3.1 Một vài nét về m thionin và vai trò của methionine ở thực vật 29

1.3.2 Prot in giàu m thionin ở thực vật 32

1.4 Tiềm năng ứng dụng của enzyme methionine sulfoxide reductase trong chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu ở cây trồng 34

CHƯƠNG II T LIỆU À PHƯƠNG PH P NGHI N C U 38

2.1 ật liệu nghiên cứu 38

2.1.1 ật liệu cho nghiên cứu tin sinh học 38

2.1.2 ật liệu cho nghiên cứu thực nghiệm 38

2.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 38

2.2.1 Thời gian nghiên cứu 38

2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 38

2.3 Phương pháp nghiên cứu 39

2.3.1 Phương pháp tiếp cận bằng tin sinh học 39

2.3.2 Phương pháp tiếp cận bằng thực nghiệm 47

CHƯƠNG III KẾT QUẢ À THẢO LU N 51

3.1 Xác định và phân tích prot in giàu methionine ở Arabidopsis 51

3.1.1 Tìm kiếm, xác định và định danh g n mã hóa prot in giàu methionine ở Arabidopsis 51

3.1.2 Phân loại chức năng của prot in giàu m thionin ở Arabidopsis 53

3.1.3 Phân tích đặc tính cơ bản của prot in giàu m thionin ở Arabidopsis 55

3.1.4 Phân tích mức độ biểu hiện g n mã hóa MRP trên Arabidopsis trong điều kiện thường và điều kiện bất lợi 60

3.1.5 Đánh giá mức độ đáp ứng của cây Arabidopsis thaliana chuyển gen biểu hiện quá mức g n At3G55240 với điều kiện bất lợi 67

3.2 Xác định và phân tích prot in giàu M thionin ở đậu tương 74

3.2.1 Tìm kiếm, xác định và định danh g n mã hóa prot in giàu methionine ở đậu tương 75

3.2.2 Phân loại chức năng của g n mã hóa prot in giàu m thionin ở

đậu tương 76

3.2.3 Phân tích mức độ biểu hiện của g n mã hóa prot in giàu methionine ở đậu tương 78

3.3 Phân tích in silico họ g n mã hóa n ym MSR ở đậu tương 82

3.3.1 Xác định họ g n mã hóa n ym MSRA ở g nom cây đậu tương 83

3.3.2 Phân tích hiện tượng lặp g n của họ g n mã hóa n ym MSRA ở đậu tương 85

3.3.3 Phân tích một số đặc tính cơ bản của họ n ym MSRA ở đậu tương 87

3.4 Đánh giá đặc tính của họ g n mã hóa n ym MSR ở đậu tương 90

3.4.1 Dự đoán yếu tố điều hòa cis- ở vùng promot r của họ g n mã hóa enzyme MSR ở đậu tương 90

3.4.2 Đánh giá mức độ biểu hiện của g n mã hóa MSR ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng tin sinh học 93

3.4.3 Phân tích mức độ đáp ứng của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện ngoại cảnh bất lợi bằng thực nghiệm 97

KẾT LU N À Đ NGH 105

Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 106

Tài liệu tham khảo 107

Phụ lục 128

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Ch iế Thu ng Tiếng Anh Thu ng Tiếng Việ

120 RH Root hair cells isolated 120 hours after

CRE Cis- regulatory element Yếu tố điều hòa cis-

cTP Chloroplast transited peptide Trình tự hướng vào lục lạp

DNA Deoxyribonucleic acid Axit deoxyribonucleic

GEO Gene expression omnibus Kho dữ liệu biểu hiện gen

Ka Nonsynonymous substitutions per

nonsynonymous site

Trị số thay thế trái nghĩa

Ks Synonymous substitutions per

synonymous site

Trị số thay thế đồng nghĩa

MetO Methionine sulfoxide Methionin sulfoxit

Met-S-O Methionine-S-sulfoxide Methionin-S-sulfoxit

Met-R-O Methionine-R-sulfoxide Methionin-R-sulfoxit

MRP Methionine rich protein Prot in giàu m thionin

MS Murashige-Skoog Murashige-Skoog

MSR Methionine sulfoxide reducatase Methionin sulfoxit reducataza

PEL Pseudo-etiolation in light Giả vàng úa trong ánh sáng

PlantCARE Plant cis-acting regulatory element Yếu tố điều hòa cis- ở thực vật

ROS Reactive oxygen species Gốc hoạt động chứa ôxi

TraVA Transcriptome variation analysis Phân tích hệ thống biểu hiện

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tóm tắt họ g n mã hóa n ym m thionin sul oxid

reductase ở một số loài trong sinh giới 26

Bảng 2.1 Danh sách mồi sử dụng cho phản ứng qRT-PCR 47

Bảng 3.1 Phân loại chức năng g n mã hóa MRP trong Arabidopsis 53

Bảng 3.2 Một số phân tử MRP chứa nhiều Met ở Arabidopsis 55

Bảng 3.3 Phân tích định khu nội bào của MRP và yếu tố điều hòa cis- của g n mã hóa MRP ở Arabidopsis 57

Bảng 3.4 Gen AtMRP có mức độ phiên mã đáp ứng trong điều kiện hạn và mặn 65

Bảng 3.5 Thông tin về một số MRP có thành phần M t và kích thước phân tử nổi bật 76

Bảng 3.6 Phân loại chức năng g n mã hóa MRP ở đậu tương th o Mapman 77

Bảng 3.7 G n mã hóa GmMRP có mức độ biểu hiện đáp ứng với điều kiện hạn ở lá 6 và R 81

Bảng 3.8 Thông tin chú giải về họ g n mã hóa n ym MSRA ở đậu tương 84

Bảng 3.9 Hiện tượng lặp gen ở họ enzyme MSRA ở đậu tương 85

Bảng 3.10 Một số đặc tính cơ bản của họ n ym MSRA ở đậu tương 88

Bảng 3.11 Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường 102

Bảng 3.12 Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện hạn 103

Bảng 3.13 Tóm tắt kết quả phân tích biểu hiện của g n mã hóa MSRB ở đậu tương trong điều kiện mặn 104

DANH MỤC HÌNH

Hình Sự chênh lệch giữa năng suất lý thuyết,tiềm năng và thực tế 5

Hình Kịch bản biến đổi khí hậu trên thế giới trong giai đoạn 2020 - 2050 6

Hình 3 Bản đồ xâm nhập mặn khu vực đồng bằng sông Cửu Long năm 6 8

Hình Yếu tô bất thuận tác động đến đời sống của thực vật 9

Hình 5 Sự hình thành ROS trong tế bào thực vật 12

Hình 6 Quá trình ôxi hóa m thionin trong tế bào 18

Hình 7 Phản ứng khử MetO về M t thông qua sự hoạt động của enzyme MSR 22

Hình ai trò của M t và SAM liên quan đến các quá trình diễn ra trong tế bào thực vật 31

Hình Cách tiếp cận để xác định MRP trên đối tượng Arabidopsis 39

Hình Tìm kiếm yếu tố điều hòa cis- trên vùng promot r của các g n mã hóa AtMRP ở Arabidopsis 41

Hình 3.1 Dự đoán sự xuất hiện của 3 CRE đáp ứng với yếu tố phi sinh học bất thuận trên vùng promot r của g n mã hóa AtMRP 59

Hình 3 Mức độ biểu hiện của một số gen AtMRP được tìm thấy trên cơ sở dữ liệu GDS416 62

Hình 3.3 Dữ liệu biểu hiện của một số g n AtMRP tiêu biểu trong các mẫu mô ở A thaliana 63

Hình 3 Dòng chuyển g n nảy mầm trên môi trường chọn lọc 68

Hình 3.5 Hình thái cây chuyển g n ở các giai đoạn tuổi khác nhau trên môi trường thạch 69

Hình 3.6 Hình thái dòng cây chuyển g n trên giá thể đất 70

Hình 3.7 Đánh giá khả năng đáp ứng của dòng cây chuyển g n và đối

chứng khi xử lý mặn 71 Hình 3 Đánh giá khả năng đáp ứng của dòng cây chuyển g n và

đối chứng khi xử lý CdCl2 72 Hình 3.9 Thử nghiệm paraquat trên dòng cây đối chứng và dòng cây

chuyển gen RBC1 73

Hình 3.10 Thông tin về một số g n GmMRP có mức độ biểu hiện

mạnh ở các cơ quan, bộ phận trên cây đậu tương trong điều kiện thường 79 Hình 3 Vị trí phân bố của họ g n MSR trên g nom đậu tương 86 Hình 3 Sơ đồ minh họa cây phân loại và cấu trúc vùng bảo thủ cho

enzyme MSRA ở đậu tương và A.thaliana 89 Hình 3 3 Dự đoán vị trí phân bố của yếu tố điều hòa cis- trên vùng

promoter của họ gen GmMSR ở đậu tương 91 Hình 3 Mức độ biểu hiện của họ gen GmMSR trong điều kiện

thường ở các mẫu mô cơ quan ở đậu tương 94

Hình 3 5 Mức độ biểu hiện của họ gen GmMSR trong điều kiện A

hạn và B mặn ở các mẫu mô cơ quan ở đậu tương 95 Hình 3.16 Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của họ g n mã hóa

MSRB ở đậu tương trong điều kiện thường 98 Hình 3 7 Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của họ g n mã hóa

MSRB ở đậu tương trong điều kiện hạn 99 Hình 3 Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của họ g n mã hóa

MSRB ở đậu tương trong điều kiện mặn 100 Hình 3 9 Kết quả phân tích mức độ biểu hiện của họ g n mã hóa

MSRB ở đậu tương trong điều kiện xử lý với ABA 101

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của lu n án

Điều kiện ngoại cảnh bất thuận do biến đổi khí hậu có thể gây tác động xấu đến sinh trưởng và phát triển của nhiều đối tượng cây trồng Ở Việt Nam, diễn biến phức tạp của biến đổi khí hậu đã ảnh hưởng rất lớn đến tình hình và

xu thế phát triển của ngành trồng trọt, gây sụt giảm năng suất cây trồng, đ dọa tình hình an ninh lương thực ì vậy, tăng cường tính chống chịu ở cây trồng cần được coi là ưu tiên hàng đầu của ngành trồng trọt hiện nay

Song song với công tác chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu, nghiên cứu cơ bản nhằm tìm hiểu và làm rõ cơ chế đáp ứng bất lợi của thực vật cũng là một hướng đi được các nhà khoa học quan tâm Đây là cơ sở, vừa mang tính định hướng cho công tác chọn tạo giống cây trồng, nhằm cải thiện

và nâng cao tính chống chịu với yếu tố bất lợi Cơ chế tác động của bất lợi phi sinh học và sinh học đến thực vật vẫn chưa được hiểu rõ hoàn toàn Rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh sự dư thừa của một số dạng chứa ôxi nguyên tử hoạt động trong tế bào đã gây ra những sai hỏng trên các đại phân tử, làm tổn thương bào quan và cấu trúc nội bào, dẫn đến rối loạn quá trình chuyển hóa, gây chết tế bào Đặc biệt, một trong những mục tiêu dễ dàng bị ôxi hóa là các amino acid có chứa gốc lưu huỳnh, trong đó có methionine M t Đây là một amino acid đóng vai trò thiết yếu trong sinh vật Vấn đề đặt ra là có bao nhiêu protein chứa nhiều Met trong thực vật và các g n mã hóa prot in này có đáp ứng như thế nào trong điều kiện ngoại cảnh bất lợi Câu hỏi này, dù được khá nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm, đến nay vẫn chưa được giải đáp một cách thấu đáo vì vướng phải khó khăn trong cách tiếp cận và phương pháp tiến hành

Để sửa chữa, sinh giới có hai họ enzyme, methionine-S-sulfoxide

r ductas MSRA và methionine-R-sulfoxide reductase (MSRB), có chức

năng khử các gốc Met bị ôxi hóa Methionine sul oxid r ductas MSR được chứng minh tham gia vào cơ chế chống chịu với điều kiện bất lợi ở cây trồng Nghiên cứu về họ n ym này cho phép ta có thể tiếp cận gần hơn với cơ chế chống chịu ở thực vật, từ đó tìm ra những gen mục tiêu cho công tác chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu ở cây trồng

Để giải quyết được các câu hỏi đặt ra, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu

trên cây mô hình Arabidopsis thaliana và đậu tương Glycine max) với tên luận án “Nghiên cứu sự biểu hiện của gen mã hóa methionine sulfoxide

reductase trong điều kiện stress mặn, hạn ở cây Arabidopsis và đậu tương”

2 Mục iêu nghiên cứu của lu n án

Mục tiêu của luận án nhằm x m xét vai trò của enzyme methionine sulfoxide reductase liên quan đến khả năng đáp ứng với điều kiện bất lợi ở thực vật, đồng thời cũng tìm hiểu về đối tượng cần được methionine sulfoxide reductase sửa chữa trong tế bào Cụ thể như sau:

 X m xét và tìm hiểu prot in giàu methionine trên cây mô hình

Arabidopsis thaliana

 Xác định và phân tích prot in giàu methionine trên đậu tương

 Xác định và phân tích họ enzyme methionine sulfoxide reductase ở đậu tương

 Đánh giá mức độ biểu hiện của các g n mã hóa họ enzyme methionine sulfoxide reductase ở đậu tương đáp ứng với điều kiện hạn và mặn

3 Ý nghĩa khoa học à hực tiễn của lu n án

3.1 Ý nghĩa khoa học của lu n án

Kết quả của luận án đã cung cấp các dữ liệu khoa học một cách hệ

thống về vai trò của prot in giàu methionine ở A thaliana, làm tiền đề cho

các nghiên cứu về cơ chế tác động của yếu tố bất lợi đến thực vật thông qua quá trình ôxi hóa methionine Song song với đó, việc xác định và phân tích họ enzyme methionine sulfoxide reductase ở đậu tương đã cung cấp những hiểu

biết quan trọng về vai trò của họ enzyme sửa chữa trong chống chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi

3.2 Ý nghĩa hực tiễn của lu n án

- Việc tìm kiếm và xác định được g n mã hóa n ym MSR ở đậu tương đã cung cấp nguồn vật liệu có giá trị cho các nghiên cứu chức năng g n

- Kết quả nghiên cứu xác định các g n mã hóa prot in giàu methionine

và enzyme methionine sulfoxide reductase đáp ứng với điều kiện ngoại cảnh bất lợi cũng mở ra hướng nghiên cứu ứng dụng mới nhằm cải thiện chất lượng

và tăng cường khả năng chống chịu của cây trồng

4 Nh ng đóng góp mới của lu n án

Kết quả của luận án là nghiên cứu đầu tiên và có hệ thống ở Việt Nam

và trên thế giới về prot in giàu methionine ở cây mô hình A thaliana và đậu

tương Các gen mã hóa prot in giàu methionine có đáp ứng trong điều kiện ngoại cảnh bất lợi được xác định trong luận án này có thể cung cấp các dẫn liệu quan trọng về protein mẫn cảm với sự ôxi hóa methionine ở thực vật

Kết quả tìm kiếm, xác định và phân tích họ gen mã hóa n ym MSRA

ở g nom đậu tương cũng là nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam và trên thế giới Kết hợp với một số phân tích trên họ n ym MSRB đã được công bố trước

đó, nội dung của luận án này đã làm rõ chức năng của nhóm n ym MSR ở đậu tương nói riêng và thực vật nói chung iệc tìm ra một số g n có mức độ biểu hiện đáp ứng với điều kiện ngoại cảnh bất lợi s mở ra hướng đi mới cho công tác chọn tạo giống nhằm nâng cao tính chống chịu ở cây trồng

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Ảnh hưởng của điều kiện môi rường đến đời sống thực v t

Điều kiện ngoại cảnh thay đổi do biến đổi khí hậu đã và đang gây nên những tác động rõ rệt tới sự phát triển của ngành nông nghiệp toàn cầu, tạo ra sức ép đến an ninh lương thực và tình trạng nghèo đói trên thế giới Những bất lợi này đã ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và phát triển của hầu hết đối tượng cây trồng Hạn hán, ngập úng, nhiễm mặn, tích lũy kim loại nặng và các bất lợi khác đã đ đọa trực tiếp đến năng suất và sản lượng của cây trồng

Trong nội dung này, i những số liệu về tổn thất do thay đổi môi trường đến năng suất và sản lượng của cây trồng đã được cung cấp một cách cụ thể

Từ đó, câu hỏi được đặt ra là ii bản chất quá trình tác động của điều kiện bất lợi đến sinh trưởng và phát triển của thực vật diễn ra như thế nào? Cuối cùng, iii cơ chế đáp ứng với yếu tố bất lợi của thực vật đã được đưa ra Qua đây, những đối tượng dễ dàng bị tấn công bởi điều kiện ngoại cảnh bất lợi, trong đó

có các amino acid như methionine (Met) đã được phân tích, từ đó có thể thấy được tính cấp thiết của luận án trong việc nghiên cứu sự ôxi hóa M t ở thực vật

1.1.1 Tác động của biến đổi khí hậu đối với cây trồng nông nghiệp hiện nay

1.1.1.1 Những tổn thất gây ra bởi sự thay đổi của yếu tố môi trường đến sản xuất nông nghiệp toàn cầu

Cây trồng đang phải đối mặt với nhiều khó khăn do sự thay đổi khắc nghiệt của các yếu tố môi trường Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự biến đổi cực đoan của điều kiện ngoại cảnh, chủ yếu do tình trạng biến đổi khí hậu và hoạt động sản xuất quá mức của con người gây ra Trong thực tế, năng suất trên đồng ruộng luôn có sự chênh lệch so với năng suất lý thuyết, điều này có thể do kỹ thuật canh tác, công tác quản lý đồng ruộng và một số điều kiện khác Hình Khi đối mặt với tác động tổng hợp và riêng lẻ của điều kiện

bất lợi, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng bị kìm hãm mạnh, năng suất và chất lượng sụt giảm một cách đáng kể [64]

Hình 1.1 Sự chênh lệch gi a năng suấ lý huyết,

tiềm năng à hực tế [64]

Trong một kịch bản gần đây, nhiệt độ tăng lên khoảng ÷ oC có thể làm tăng năng suất của cây trồng, nhưng nếu nhiệt độ nóng lên 5oC s tác động tiêu cực đến đời sống của cây trồng [144] Năm , năng suất lúa gạo

(Oryza sativa), ngô (Zea mays) và lúa mỳ (Triticum aestivum) được dự đoán

giảm khoảng 3 ÷ % cho mỗi 1oC nóng lên [32] Năng suất ngô toàn cầu có thể giảm 10% nếu nhiệt độ tăng ,5oC, thậm chí tới 20% nếu tiếp tục tăng lên

1oC [144] Đây là một thách thức lớn, bởi dân số thế giới ngày càng tăng, trong khi diện tích đất nông nghiệp bị giảm do hoạt động sản xuất của con người và biến đổi khí hậu [30]

Nếu biến đổi khí hậu tiếp tục diễn biến th o xu hướng tiêu cực Hình , đến năm 5 , sản lượng của nhóm cây trồng chính ngũ cốc, hạt lấy dầu, lúa mỳ và lúa gạo s bị thiệt hại trung bình khoảng 17% [121] Năng suất đậu tương có thể bị sụt giảm khoảng 5 ÷ 3 % trong điều kiện mô phỏng

biến đổi khí hậu [44] Năm , biến đổi khí hậu gây ra thiệt hại khoảng 8,5

÷ % sản lượng đậu tương toàn thế giới [30]

Hình 1.2 Kịch bản biến đổi khí h u rên hế giới trong

giai đoạn 2020 - 2050 [30]

Sự chênh lệch giữa năng suất thực thu và năng suất lý thuyết ngày càng cách xa nhau, chủ yếu bởi biến đổi khí hậu Trước đây, khoảng cách này được giải thích do đặc điểm giống, kỹ thuật canh tác và điều kiện ngoại cảnh Hiện nay, khi yếu tố giống và kỹ thuật chăm sóc đã được cải thiện và nâng cao rõ rệt do trình độ khoa học phát triển, yếu tố tác động còn lại chỉ có thể là ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh trên đồng ruộng Thực tế, yếu tố ngoại cảnh rất khó kiểm soát trên đồng ruộng, nhất là khi chúng bị thay đổi theo chiều hướng xấu ì thế, công tác ứng phó với điều kiện bất thuật trên đồng ruộng luôn gặp rất nhiều khó khăn

1.1.1.2 Những tổn thất gây ra bởi sự thay đổi của yếu tố môi trường đến ngành trồng trọt ở Việt Nam

Ở Việt Nam, biến đổi khí hậu là thuật ngữ đã trở nên phổ biến do mức độ tác động nghiêm trọng đến cho đời sống xã hội và nền sản xuất nông nghiệp [2] Mặc dù các nghiên cứu thống kê về thiệt hại do thiên tai gây ra cho sản xuất trồng trọt chưa đầy đủ và cập nhật, nhưng rõ ràng là hệ thống canh tác ở Việt Nam đang phải chịu những tác động mạnh m của điều kiện ngoại cảnh bất lợi

Xét một cách toàn diện, biển đổi khí hậu đã gây ra thay đổi lớn cho

Việt Nam [1] Thứ nhất, nhiệt độ ở tất cả vùng đều có xu hướng tăng so với giai đoạn trước (1986 - 2005), với mức nhiệt tăng lớn nhất là khu vực phía Bắc

Cụ thể, nhiệt độ trung bình năm trên toàn quốc vào đầu thế kỷ XIX tăng phổ biến từ , ÷ , oC, vào giữa thế kỷ có mức tăng , ÷ ,3oC, đến cuối thế kỷ này có mức tăng 3,3 ÷ , oC Hình Nhiệt độ thấp nhất và cao nhất trung bình có xu hướng tăng rõ rệt Thứ hai, tổng lượng mưa trong năm có xu thế tăng Dự báo vào cuối thế kỷ XIX, mức tăng nhiều nhất có thể trên % ở hầu hết khu vực Bắc Bộ, Trung Trung Bộ, một phần Nam Bộ và Tây Nguyên [1, 3]

Số ngày nắng nóng ngày có nhiệt độ cao nhất ≥ 35oC có xu hướng tăng trên phần lớn lãnh thổ, lớn nhất ở khu vực Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ và Nam

Bộ [1, 4] Hạn hán có thể trở nên khắc nghiệt hơn ở một số vùng do nhiệt độ tăng và khả năng giảm lượng mưa trong mùa khô [4-6] Thứ tư, mực nước biển dâng trung bình ghi nhận tại khu vực ven biển Việt Nam có khả năng cao hơn mực nước biển trung bình toàn cầu Cụ thể, mực nước biển dâng trung bình cho toàn dải ven biển Việt Nam đến năm 5 là 5 cm, đến năm là 73 cm [1, 2] Nếu kịch bản này xảy ra, khoảng 16,8% diện tích đồng bằng sông Hồng, 1,5% diện tích các tỉnh ven biển miền Trung, 17,8% diện tích thành phố Hồ Chí Minh và 3 ,9% diện tích đồng bằng sông Cửu Long có nguy cơ bị ngập [1, 3] Như vậy, hạn hán, ngập chìm và mặn là 3 yếu tố phi sinh học bất lợi nghiêm trọng nhất, bên cạnh một số điều kiện khác do hoạt động của con người gây ra,

đã, đang và s tác động đến sản xuất trồng trọt ở Việt Nam trong cả thế kỷ này

Như đã đề cập, nước biển dâng và xâm nhập mặn cũng đang ở tình trạng rất báo động [1, 7] Đầu thế kỷ này, nhóm nghiên cứu của Viện Nghiên cứu lúa quốc tế đã cảnh báo về hiện tượng nước biển dâng và xâm nhiễm mặn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp tại khu vực đồng bằng sông Cửu Long [178] Năm , nhóm tác giả thuộc Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã cập nhật tình trạng ngập do lũ và thủy triều dâng ghi nhận tại đồng bằng sông Cửu Long trong bối cánh khí hậu thay đổi khắc nghiệt [8] Cụ thể, năm đã ghi nhận giới hạn xâm nhập mặn diễn biến từ 3 ,3 ÷ , km ở mức xâm nhập

mặn 1‰ Năm 3, diện tích đất nông nghiệp bị ảnh hưởng mặn của nước ta khoảng 2,1 triệu ha, trong đó khu vực đồng bằng sông Cửu Long có khoảng 0,7 triệu ha đất bị nhiễm mặn Hiện tượng nước biển xâm nhập ngày càng sâu vào trong nội đồng với độ mặn từ ÷ 5‰ và có thể lên tới 7‰ vào các tháng mùa

khô đã ảnh hưởng lớn tới hiện trạng sản xuất lúa Trong đó, Cần Thơ là một

trong những địa phương chịu ảnh hưởng nặng nề nhất về tình trạng ngập lụt và đất nhiễm mặn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp [74, 135]

Hình 1.3 Bản đồ xâm nh p mặn khu vực đồng bằng sông Cửu Long

năm 2016 [8]

Bối cảnh xâm nhập mặn cũng diễn ra sâu sắc tại các tỉnh phía Bắc nước ta

Cụ thể, diện tích lớn đất nông nghiệp ở một số vùng v n biển tại Hải Phòng

ha , Thái Bình ha , Nam Định ha và Thanh Hóa

ha chịu nhiễm mặn xâm nhiễm 3 ÷ 5‰ Dọc theo ven biển các tỉnh miền Trung,

Hà Tĩnh có ít nhất 17 919 ha diện tích đất nông nghiệp thuộc tỉnh Hà Tĩnh, 9 3

ha đất thuộc tỉnh Quảng Bình đều bị nhiễm mặn Năm 6, ít nhất 13 tỉnh tại đồng bằng sông Cửu Long đã bị mặn xâm nhập mạnh, 10 tỉnh đã ban bố tình trạng thiên tai cấp độ , độ mặn đã tăng lên mức hơn 3 g/l Hình 3

Những con số báo động này cho thấy, nhiễm mặn và hạn hán là hai trong số những trở ngại chính cho nền sản xuất trồng trọt ở Việt Nam hiện nay Với chiều hướng đang xảy ra như hiện nay, công tác chọn tạo giống cây trồng ứng phó với biến đổi khí hậu rõ ràng phải được đặt lên hàng đầu Để triển khai có hiệu quả, cần thiết phải có một cái nhìn sâu sắc hơn về bản chất

sự tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật

1.1.2 Cơ chế tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi đến tế bào thực vật

1.1.2.1 Phân loại các yếu tố môi trường bất thuận

Điều kiện ngoại cảnh bất lợi tác động đến đời sống thực vật làm rối loạn các quá trình diễn ra trong tế bào ề mặt cơ bản, chúng được chia làm nhóm chính, bao gồm yếu tố sinh học bất thuận, ví dụ như tổn thương do côn trùng tấn công, vết tiếp xúc với vi khuẩn, virus, nấm và các tác nhân gây bệnh khác [29, 72] và yếu tố phi sinh học bất thuận, có thể được liệt kê như hạn hán, mặn, bất thuận về nhiệt độ, tích lũy kim loại nặng (cadmium - Cd), thuốc diệt

cỏ paraquat [173] Hình mô tả một số yếu tố bất thuận thường xuyên tác động đến đời sống của thực vật

Hình 1.4 Yếu ô bất thu n ác động đến đời sống của thực v t

Trên điều kiện đồng ruộng, rất hiếm khi chỉ có một điều kiện bất thuận tác động lên đời sống của cây trồng Điều đó nghĩa là sinh trưởng và phát triển của cây trồng luôn chịu sự tác động tổng hợp của nhiều yếu tố bất thuận [127, 160] Bất lợi phi sinh học, như hạn hán, bất lợi về nhiệt độ và mặn được chứng minh là luôn song hành cùng với sự xuất hiện của các yếu tố hữu sinh như côn trùng, cỏ dại và tác nhân gây bệnh khác [34, 127] Thông qua những rối loạn do hạn hán, mặn gây ra, cơ chế đáp ứng và phòng thủ của thực vật cũng bị ảnh hưởng, từ đó những tác nhân vô sinh này cũng góp phần thúc đẩy mức độ nghiêm trọng của dịch bệnh Nếu cây trồng bị hạn hán tấn công thì tác động của cỏ dại đến sinh trưởng của cây trồng có xu hướng thể hiện mạnh hơn [127] Cụ thể, cỏ dại có thể phát triển ưu thế hơn cây trồng trong cùng điều kiện bất lợi Các chất dinh dưỡng, vì vậy, được dành cho loài ưu thế hơn Khi một tác nhân bất thuận tấn công tế bào thực vật, ít nhiều làm thay đổi đến khả năng phòng thủ và đề kháng, từ đó các tác nhân khác có thể dễ dàng tác động

Cho đến nay, cơ chế tác động của các yếu tố bất lợi đến tế bào thực vật

đã được mô tả một cách khá chi tiết, ví dụ như hạn hán, mặn [128], kim loại nặng [53], nồng độ CO2 cao [170, 171] và một số tác nhân khác [70, 78] Cơ chế tác động tổng hợp của nhiều yếu tố bất thuận đến cây trồng cũng đã được tóm lược bởi các nhà khoa học thuộc Đại học T xas Hoa Kỳ và Ấn Độ [127] Nhìn chung, các cơ chế này diễn ra rất phức tạp, vì thế, trong khuôn khổ của luận án này, một trong những nguyên nhân chính gây ra sự rối loạn ở cấp độ phân tử đã được làm rõ một cách chi tiết hơn

1.1.2.2 Sự dư thừa của các dạng phản ứng chứa ôxi nguyên tử trong điều kiện bất l i

Sự thay đổi của điều kiện ngoại cảnh tác động đến thực vật thông qua quá trình biến đổi cấu trúc dẫn đến giảm hoặc gây mất chức năng của các phân tử và đại phân tử trong tế bào Kết quả là các phản ứng sinh lý, sinh hóa

trong tế bào diễn ra không bình thường, gây ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, chuyển hóa năng lượng và dẫn truyền tín hiệu, tế bào bị tổn thương hoặc chết Bản chất của cơ chế tác động của yếu tố ngoại cảnh bất lợi, cho đến nay

đã được chứng minh là do các dạng phản ứng chứa ôxi nguyên tử tích lũy một cách dư thừa trong tế bào [52] Trong nội dung này, khái niệm về các dạng phản ứng chứa ôxi nguyên tử và vai trò của chúng trong tế bào thực vật đã được mô tả một cách đầy đủ

Ở thực vật, ROS R activ oxyg n sp ci s là một thuật ngữ chung để

mô tả một số dạng chứa ôxi nguyên tử hoạt động, phổ biến nhất là sup roxide anion (O2-), hydroxyl radical (OH- và các phân tử hóa học chứa ôxi bị mất đi điện tử (hydrogen peroxide - H2O2) [21, 52] ROS được tạo ra chủ yếu ở lục lạp, ty thể, là một phần kết quả của quá trình trao đổi chất thông thường trong

tế bào và do sự hoạt hóa của hệ thống n ym bám màng, ví dụ như phức hệ NADPH [53, 80, 81] Ngoài ra, ROS cũng được ghi nhận ở một số vị trí khác trong tế bào thực vật như, thể dịch bào, p roxisom hoặc thành tế bào [62] Đặc điểm này rất quan trọng, bởi l , những phân tử prot in được tìm kiếm và xác định trong luận án này, nếu chúng được dự đoán cư trú ở các bào quan này, chúng có thể tham gia vào quá trình đáp ứng với bất lợi ôxi hóa khi ROS

bị dư thừa ROS có hai vai trò đối lập nhau, trong điều kiện thường, các chất ôxi hóa và chất chống ôxi hóa ở trạng thái cân bằng, ROS đóng vai trò tích cực trong tế bào, ngược lại, khi điều kiện thay đổi, ROS bị dư thừa làm mất cân bằng nội môi, ROS trở thành tác nhân tàn phá tế bào

Trong điều kiện sinh lý bình thường, ROS đóng vai trò và cũng trực tiếp tham gia vào một loạt quá trình xảy ra trong tế bào, bao gồm đáp ứng với điều kiện vô sinh bất thuận [21, 109], phòng vệ chống lại tác nhân gây bệnh [17, 185] Trên một khía cạnh khác, ROS cũng liên quan đến quá trình sinh trưởng và phát triển bình thường, như nảy mầm và ra hoa [18, 48] Ở đây, ROS được tạo thành với vai trò của các phân tử dẫn truyền tín hiệu nội bào, từ

đó kiểm soát nhiều quá trình khác nhau trong tế bào í dụ, vai trò của H2O2trong chuỗi tín hiệu auxin ở rễ ngô đã được báo cáo trước đây [82], trong khi quá trình tạo thành H2O2 trong mô củ khoai tây Solanum tuberosum) đã được chứng minh có tác dụng kháng lại sự lây nhiễm của nấm Phytopthera

infestans [15] Đặc biệt, ROS đóng vai trò như tín hiệu trung gian cần thiết

trong cảm ứng abscisic acid ABA để đóng/mở khí khổng Một nghiên cứu trên Arabidopsis cho thấy, H2O2 được tạo thành và tham gia chuỗi tín hiệu ABA, cảm ứng đóng khí khổng thông qua quá trình kích hoạt kênh Ca2+

trên màng tế bào khi xử lý hạn [131]

Hình 1.5 Sự hình hành ROS rong ế bào hực v t [62]

Khi tế bào gặp các yếu tố bất lợi, ROS bị tăng cường một cách đột ngột, làm mất cân bằng giữa chất ôxi hóa và chất chống ôxi hóa Kết quả là các gốc ôxi hóa, có hoạt năng rất cao, bị giải phóng quá mức, gây ra những thay đổi trong cấu trúc của các đại phân tử như prot in, DNA, phức hệ n ym Các phân tử protein bị ôxi hóa có thể mất chức năng do sự biến đổi trong cấu trúc

và cơ chế tổng hợp, gây rối loạn phản ứng sinh lý, sinh hóa nội bào, từ đó làm thay đổi cấu trúc và chức năng của tế bào, thậm chí gây chết tế bào [21, 95]

Cơ chế sản sinh ROS trong điều kiện ngoại cảnh bất thuận đã được đề cập trong mục này Một số điều kiện bất thuận được liệt kê ở đây, bao gồm (i) kim loại nặng, (ii) hạn, (iii) mặn và iv thuốc diệt cỏ paraquat

(i) Cơ chế sản sinh ROS trong điều kiện ô nhi kim loại

Thông thường, cây trồng chịu tác động của kim loại khi các chất này tồn tại, ngay cả khi chỉ có một lượng rất nhỏ gây độc cho cây Cd và các kim loại nặng khác bạc và chì xâm nhập từ nhiều nguồn khác nhau, như khói bụi, nước thải của xí nghiệp sản xuất, nước thải trong ngành đúc điện, phân lân bón cho cây trồng, nhiên liệu diesel [66] Cd dễ dàng được cây hấp thụ và chuyển lên mạch xylem của lá, gây ức chế sự tăng trưởng, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp, hấp thu các hợp chất vi lượng và đa lượng dẫn đến giảm năng suất cây trồng [25] Mặc dù một số chất trong nhóm này cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây, tuy nhiên các kim loại nặng thường chưa rõ đóng vai trò gì trong tế bào thực vật và sự tích lũy của chúng trong tế bào thường gây tổn thương, thậm chí gây chết tế bào Kim loại nặng xâm nhập vào tế bào thực vật thông qua các kênh vận chuyển trên màng, chúng cũng có thể được giữ lại trong rễ hoặc vận chuyển đến thân bằng cơ chế thải độc [164] Kim loại nặng có thể gây độc tế bào th o cách trực tiếp hay gián tiếp í dụ,

Cd có thể liên kết với nhóm chức -SH của các prot in cấu trúc và n ym , làm cho chúng bị mất cấu hình, gây mất chức năng [42] Bên cạnh đó, cơ chế gây độc của Cd với tế bào thực vật có thể được giải thích do sự tương đồng về mặt hóa học của Cd2+ và các ion kim loại liên kết với vị trí hoạt động của

n ym hay các yếu tố dẫn truyền tín hiệu Cd2+ ảnh hưởng đến cơ chế nội cân bằng của các ion kim loại thiết yếu và các ion kim loại hóa trị II như F 2+ và

Zn2+, giải phóng ion F /Cu tự do gây kích thích hiệu ứng F nton gây ra ROS, tăng các tổn thương do ôxi hóa [42] Chính vì vậy, Cd cũng như các ion kim

loại nặng khác, dẫn đến điều kiện bất lợi do ôxi hóa và tăng cường hàm lượng ROS trong tế bào bằng cách gây rối loạn quá trình loại bỏ ROS của các chất chống ôxi hóa [42] Gần đây, các nhà khoa học Ba Lan cũng đã chỉ ra rằng, kim loại nặng có thể hoạt hóa sự sản sinh ROS ở khoảng gian bào thông qua

n ym NADPH oxidas và ở một số bào quan như lục lạp và ty thể [33] Từ

đó, sự tích lũy của ROS tại các vị trí này có thể tạo ra các bất lợi ôxi hóa tấn công bên trong tế bào Hình 5

(ii) Cơ chế sản sinh ROS trong điều kiện hạn

Sự thiếu hụt nước là yếu tố rất nguy hiểm, ảnh hưởng của hạn còn nghiêm trọng hơn rất nhiều so với các nhân tố bất thuận khác [52] Sự sản sinh ROS khi xảy ra hạn hán luôn gây ra những xáo trộn trong quá trình chuyển hóa của thực vật í dụ, Parry và cộng sự đã cho thấy sự ức chế hoạt động của nhóm n ym rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) liên quan đến cố định CO2 và phục hồi NADP+ thông qua chu trình Calvin trên

thuốc lá Nicotiana tabacum) khi xử lý trong điều kiện hạn [129] Khi đó, các

phân tử trong chuỗi dẫn truyền điện tử bị khử quá mức, dẫn đến hiện tượng các l ctron dư thừa kết hợp với O2, ROS được sản sinh liên tục [52]

(iii) Cơ chế sản sinh ROS trong điều kiện mặn

Nồng độ muối cao gây ra rất nhiều bất lợi cho tế bào, làm thay đổi cân bằng ion nội môi, dẫn đến màng bị rối loạn chức năng thẩm thấu [52] Đầu tiên, quá trình mất cân bằng ion đã được xác định là liên quan đến sự thay đổi

tỷ lệ Na+/K+ trong tế bào chất do hoạt động của H+-ATPas và H+-PPase trong màng sinh chất và màng không bào Tiếp theo, nồng độ muối cao cũng làm tăng cường tổng hợp H2O2 trong tế bào Hình 5 Tăng cường nồng độ muối trong đất làm giảm khả năng hấp thụ nước của thực vật, khi một lượng lớn

Na+ và Cl- được rễ đưa vào cây, Na+ và Cl- đều gây ra ảnh hưởng tiêu cực đến

sự phát triển do giảm quá trình trao đổi chất và giảm hiệu suất quang hợp [43] Khi đó, giống như trường hợp cây bị hạn, khí khổng bị đóng, giảm hô hấp và

quang hợp, giảm thể tích nước trong các mô thực vật, quá trình sinh trưởng chậm lại Do khí khổng đóng nên lượng CO2 trong lá bị giảm xuống, ức chế quá trình cố định carbon nhưng lại làm tăng lượng ROS tích tụ trong thực vật

(iv) Cơ chế sản sinh ROS trong điều kiện với thuốc iệt c paraquat

Paraquat (1,1 dimethyl- , ’-bipyridynium dichloride) là thuốc diệt cỏ dạng bipyridinium, lần đầu tiên được công nhận hoạt tính diệt thực vật vào năm 955 [70] Paraquat là thuốc diệt cỏ có hoạt lực nhanh, làm đảo chiều dòng điện tử của hệ thống quang hóa I xảy ra trong lục lạp Kết quả là gây nên sự tích lũy O2- trong lục lạp [70] Sup roxid được tạo ra một cách liên tục và nhanh chóng lấn át các cơ chế bảo vệ nội sinh của thực vật và gây ra hàng loạt ảnh hưởng tiêu cực đến thực vật Paraquat có thể dễ dàng thâm nhập xuyên qua lớp biểu bì lá, làm giảm khả năng quang hợp một cách nhanh chóng, gây mất sức trương và làm vỡ màng tế bào Các dấu hiệu này được nhận thấy chỉ sau vài giờ xử lý với paraquat trong điều kiện ánh sáng liên tục,

mẫu mô bị mất nước và mất màu hoàn toàn [70] Trước đó, khi xử lý lá cây A

thaliana trong paraquat µM dưới điều kiện ánh sáng liên tục, Yang và cộng

sự đã quan sát thấy lá cây bị mất màu hoàn toàn, diệp lục bị phân hủy hoàn toàn, tế bào bị phá vỡ cấu trúc [182]

1.1.3 Cơ chế đá ng củ thực vật với điều kiện bất ợi

Trong điều kiện bất lợi, ROS dư thừa và được tích lũy ở một số bào quan trong tế bào Hình 1.5) Để đáp ứng với tác nhân ôxi hóa, thực vật đã phát triển rất nhiều cơ chế với sự tham gia của nhiều prot in khác nhau Cho đến nay, một số nhóm prot in liên quan đến cơ chế đáp ứng ROS đã được ghi nhận, như hệ thống n ym chuyển hóa và đào thải ROS, prot in bảo vệ và hệ thống prot in sửa chữa đại phân tử [77] Các prot in này thường tồn tại ở dạng, chất chống ôxi hóa có hoạt tính n ym n ymatic antioxidant và không có hoạt tính n ym (non-enzymatic antioxidant)

Hệ thống chuyển hóa ROS phải kể đến như các n ym chuyển hóa O2-

(sup roxid dismutas và H2O2 Thực vật nói riêng và sinh vật nhân chuẩn nói chung đã ghi nhận dạng n ym chuyển hóa O2- là MnSOD trong ty thể

và Cu nSOD trong tế bào chất với lần lượt 2 cofactor là mangan và mangan - đồng [77] Trong khi đó, các n ym chuyển hóa H2O2 được xác định chủ yếu

là nhóm p roxidas (RH2+ H2O2 → R + H2O và catalas xúc tác phản ứng

H2O2 + H2O2 → O2 + 2H2O) [88] Tiếp th o, một số nhóm prot in tham gia vào quá trình bảo vệ và sửa chữa các đại phân tử prot in, DNA trong tế bào cũng đã được xác định Trong đó, việc sửa chữa sự ôxi hóa prot in được đánh giá là có ý nghĩa rất quan trọng, thu hút nhiều sự quan tâm hiện nay Câu hỏi đặt ra là những prot in nào có thể bị ôxi hóa trong tế bào và cơ chế khử diễn

ra như thế nào? Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình ôxi hóa của amino acid trong tế bào hầu như không thể đảo ngược, duy nhất chỉ có ngoại lệ là gốc M t và Cys [47, 80, 83] ì vậy, việc ôxi hóa M t và Cys trên chuỗi polyp ptid được giả thuyết là phương thức để prot in không bị biến đổi trước tác động của các bất lợi ôxi hóa Quá trình ôxi hóa và khử M t s được trình bày ở các nội dung tiếp th o

Một khía cạnh khác rất quan trọng là vai trò điều hòa của hormon thực vật trong quá trình đáp ứng với điều kiện bất lợi Các hormon đóng vai trò tín hiệu bảo vệ khi thực vật chịu tác động của điều kiện ngoại cảnh bất lợi Trong tất cả các nhóm hormon nội sinh đáp ứng với yếu tố phi sinh học bất lợi, đặc biệt là hạn và mặn, ABA được chứng minh là có vai trò quan trọng hơn cả Trong điều kiện hạn và mặn, khí khổng được đóng lại nhờ vai trò của ABA thông qua hoạt động của n ym NADPH oxidas [21, 172] Kiểm tra

biểu hiện của toàn g nom của cây non A thaliana xử lý hạn, ít nhất 10%

tổng số g n trong g nom có mức độ thay đổi đáp ứng với ABA từ 2 ÷ 6 lần [39] Các g n cảm ứng với ABA được ghi nhận rất đa dạng, thường là những

gen mã hóa n ym loại bỏ ROS, prot in vận chuyển, TF và nhóm n ym liên quan đến con đường tín hiệu phospholipid [39, 119] Ở lúa mỳ, hiện tượng vàng lá do hạn hán được chứng minh là có mối tương quan với sự tích lũy ABA nội sinh trong tế bào [183] Rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy sự tăng cường ABA trong điều kiện bất lợi đã tác động đến hàng loạt hệ thống kiểm soát ROS [117]

Tiếp th o, cytokinin cũng được biết đến như một hormon điều hòa rất nhiều quá trình sinh học trong cây trồng Đặc biệt, khi cây trồng gặp yếu tố phi sinh học bất lợi, các g n mã hóa n ym xúc tác quá trình tổng hợp cytokinin cũng như con đường tín hiệu cytokinin bị kìm hãm biểu hiện trong điều kiện bất lợi Kết quả là hàm lượng cytokinin giảm xuống, kết hợp với sự tích lũy ABA, cũng đã thúc đẩy quá trình đóng khí khổng, vàng lá làm kìm hãm sự mất nước [21] Bên cạnh đó, salicylic acid SA và asmonic acid A

là những hormon điều hòa quan trọng cũng được nhắc đến trong đáp ứng điều kiện ngoại cảnh bất lợi ở thực vật [21] SA là một hormon tham gia vào quá trình trao đổi chất, đặc biệt là liên quan đến đáp ứng của thực vật với bất lợi ôxi hóa như điều hòa sự hình thành lục lạp và quang hợp [126] Trước đó, Hayat và cộng sự đã chứng minh rằng cà chua xử lý với SA được tăng cường tổng hợp diệp lục, kích thích quang hợp và hoạt động của n ym nitrat reductase carbonic anhydrase [71] A với vai trò hoạt hóa các dẫn xuất của lipid hình thành từ quá trình ôxi hóa acid béo cũng tham gia vào điều hòa sự đáp ứng điều kiện ngoại cảnh bất lợi ở thực vật A cũng kích thích quá trình vàng lá, liên quan đến con đường tín hiệu ROS, sinh tổng hợp chất chống ôxi hóa và di chuyển của khí khổng [126] Một số hormon thực vật khác tham gia điều hòa sự đáp ứng của thực vật với điều kiện ngoại cảnh cũng được ghi nhận như thyl n , auxins hay gibberellins [21]

1.2 Vai r của enzyme methionine sulfoxide reduc ase à quá rình ôxi hóa methionine ở thực v t

1.2.1 Quá trình ô i hó methionine ở thực vật

Khi ROS tồn tại ở hàm lượng cao, Met tự do cũng như M t liên kết trên mạch polypeptide của phân tử protein dễ dàng bị ôxi hóa khi gắn thêm các nguyên tử ôxi để tạo thành M tO methionine sulfoxide), thậm chí thành MetO2 (methionine sulfone) (Hình .6) [47] Phân tử MetO tồn tại với hai

dạng đồng phân quang học là methionine-S-sulfoxide (Met-S-O và methionine-R-sulfoxide (Met-R-O Ngược lại với MetO2 (một hợp chất hiếm khi được tìm thấy trong các hệ thống sinh học) cần một lực ôxi hóa mạnh và không có tính thuận nghịch, quá trình chuyển hóa giữa M t và M tO lại có tính thuận nghịch

Hình 1.6 Quá rình ôxi hóa methionine trong tế bào [47]

Một nghiên cứu gần đây đã cho thấy, khoảng 68% phân tử bị ôxi hóa trong tế bào là prot in [138] Đây được x m là đối tượng dễ bị ROS tác động, nếu so sánh với các đại phân tử khác như lipid và DNA [138] Trong tự nhiên,

M t đóng vai trò như chất chống ôxi hóa, bảo vệ prot in cũng như các đại

phân tử khác Dưới điều kiện hiếu khí, có tới 6% M t trong prot in có thể đồng thời cùng bị ôxi hóa Tuy nhiên, không phải tất cả các gốc Met trong prot in có cùng mức nhạy cảm đối với quá trình ôxi hóa, mức này phụ thuộc vào việc các tác nhân ôxi hóa có thể tiếp cận Met ở các vị trí khác nhau bên trong cấu trúc prot in như nằm ở bề mặt hay trong phần lõi prot in

Trước đây, Sh cht r và cộng sự đã phát hiện rằng chỉ một số gốc Met trong chuỗi polyp ptid và prot in đã bị biến tính mới có thể bị ôxi hóa hoàn toàn, trong khi đối với các prot in tự nhiên thì chỉ các gốc Met nằm ở bề mặt

mới có thể bị ôxi hóa [152] Glutamin synth tas có nguồn gốc từ E coli đã

được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của H2O2 đến các gốc Met Kết quả cho thấy, những gốc Met nằm trên bề mặt đều bị ôxi hóa trong khi những gốc nằm trong phần lõi hầu như không bị ảnh hưởng bởi H2O2 Trong tổng số 16 gốc M t có mặt trong glutamine synthetase, 8 gốc Met bị ôxi hóa nhưng hoạt tính của enzyme lại không bị thay đổi [47] Điều này được giải thích do glutamin synth tas có các gốc Met tập trung xung quanh trung tâm hoạt động của enzyme, bảo vệ chúng khỏi các gốc hoạt động Do đó, M t có nhiệm

vụ bảo vệ các amino acid khác nhằm giúp protein tránh bị mất chức năng dưới tác động của ROS [47] Một ví dụ khác, α- macroglobulin là chất ức chế protease, hoạt động chủ yếu ở những vị trí bị viêm nhiễm, là nơi rất dễ bị ROS tấn công [83] Mỗi một tiểu phần của phân tử α- macroglobulin có thể loại bỏ được ít nhất 10 mol gốc hoạt động, tương ứng mới một lượng tương ứng về mặt hóa học gốc Met chuyển hóa thành M tO Nếu gốc hoạt động mạnh dẫn đến quá trình ôxi hóa gốc Tryptophan Trp và làm bất hoạt enzyme prot as Chính vì vậy, M t đóng vai trò bảo vệ các gốc Trp đơn mang tính chất quan trọng trong protein [83]

Các gốc M t trong prot in thường được bố trí sao cho chúng tạo thành liên kết kỵ nước với các amino acid mạch vòng như Trp, ph nylalanin và tyrosine [174] Liên kết này khá phổ biến và giúp ổn định cấu trúc phân tử protein với mỗi liên kết chứa , ÷ ,5 kcal/mol, xấp xỉ bằng năng lượng của

liên kết ion trong NaCl [174] Các amino acid mạch vòng rất dễ bị tấn công bởi ROS, bởi vậy thiết lập tương tác với M t là một trong những cách để chúng tránh khỏi sự tấn công bởi ROS Tuy nhiên, quá trình ôxi hóa M t cũng phá vỡ các liên kết kỵ nước, do đó phá vỡ cấu trúc không gian ba chiều của protein [83].Việc ảnh hưởng của quá trình ôxi hóa lên đặc tính của các prot in rất khác nhau Đối với một số n ym , ôxi hóa M t thành M tO hay thậm chí

là thay thế Met bằng các amino acid khác không chỉ có ảnh hưởng nhỏ đến hoạt tính của enzyme mà còn có thể dẫn đến mất hoạt tính sinh học, mất đi khả năng điều hòa các quá trình trao đổi chất [156]

Ở thực vật, Gustavsson và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của ROS trên prot in sốc nhiệt Hsp21 [67] Phân tử Hsp được xác định ở lục lạp, với đầu C bảo thủ và đầu N biến đổi, trong đó đầu N chứa những trình tự giàu

M t có tính bảo thủ cao Trình tự giàu M t tạo nên chuỗi xoắn α lưỡng cực do tất cả M t đều nằm về một bên của phân tử Khi các gốc M t này bị ôxi hóa dẫn đến Hsp21 bị mất chức năng do cấu trúc không gian của phân tử protein

bị phá vỡ Để nghiên cứu vai trò của các gốc M t trên phân tử, cây A thaliana đột biến gen Hsp21 đã được tạo ra bằng cách thay thế tất cả các gốc Met

thành L ucin L u Nguyên nhân là do M t và L u đều là các amino acid kỵ nước, tương tự nhau về mặt cấu trúc nhưng khác nhau là L u không có gốc lưu huỳnh, do đó không bị ảnh hưởng bởi bởi quá trình ôxi hóa bởi ROS

Dòng đột biến Hsp21 không bị mất đi hoạt tính n ym , nhưng mất đi khả

năng kiểm soát quá trình ôxi hóa khử [67]

Calmodulin chứa trình tự giàu M t, là prot in có bốn vị trí gắn với canxi riêng biệt Khi được gắn với canxi, calmodulin hoạt hóa nhiều protein tham gia vào các chuỗi dẫn truyền tín hiệu tế bào như các TF, protein kinase, phosphatas và kênh vận chuyển ion [162] Chuỗi M t có mặt trên phân tử đặc biệt phù hợp với chức năng này do chuỗi không phân nhánh, góc xoắn

linh hoạt, có phân tử lưu huỳnh phân cực nên ái lực van der Waal mạnh i

lực này bị giảm đáng kể khi Met bị chuyển hóa thành M tO Do đó phân tử prot in có M t bị chuyển hóa thành M tO dưới ảnh hưởng của ROS s có cấu

trúc bậc 2 chuyển từ dạng xoắn α sang dạng gấp nếp β [67] Đặc biệt là việc

ôxi hóa M t nằm gần đầu C dẫn đến việc calmodium bị mất đi khả năng hoạt hóa kênh Ca-ATPas trên màng tế bào chất [57] Như vậy, ROS làm thay đổi cấu trúc của prot in do làm thay đổi cơ chế liên kết, calmodulin bị giảm liên kết tạo chuỗi với Ca-ATPas trên màng tế bào chất, mất đi khả năng hoạt hóa các n ym tham gia vào chuỗi dẫn truyền tín hiệu [57]

Tóm lại, sự thay đổi này làm tính chất protein bị biến đổi, gây bất hoạt chức năng và bị phân hủy M t là tiền chất của nhiều phản ứng chuyển hóa trong chu trình sinh trưởng và phát triển của tế bào Do đó, việc các phân tử Met bị ôxi hóa thành M tO gây ra bởi ROS dẫn tới những hậu quả nghiêm trọng cho tế bào như suy giảm chức năng hoặc gây chết, đẩy nhanh quá trình lão hóa hoặc giảm sức sống cho cây trồng Trong sinh vật sống, M tO được sửa chữa thành M t bởi sự hoạt động của enzyme MSR

1.2.2 Tổng quan về họ enzyme methionine sulfoxide reductase

1.2.2.1 Lư c sử về enzyme methionine sulfoxide reductase

Năm 1981, khi tiến hành nghiên cứu hoạt tính sinh học của protein L12

được phân lập và tinh sạch từ ribosome của vi khuẩn E coli, nhóm nghiên

cứu của Brot nhận thấy L12 bị mất hoạt tính khi một hoặc nhiều hơn 3 gốc Met trong protein bị oxi hóa thành M tO Một n ym , ban đầu được gọi là

p ptid MSR, có khả năng sửa chữa các tổn thương ôxi hóa, khử các M tO trong protein về M t đồng thời phục hồi hoạt tính sinh học của L đã được phát hiện Từ đó, MSR được biết đến với vai trò “đảo ngược” quá trình ôxi hóa M t, góp phần quan trọng trong việc khôi phục cấu trúc và chức năng của các prot in, bảo vệ tế bào khỏi những tổn thương do tác nhân ôxi hóa [179]

Với cấu trúc hóa học chứa nguyên tử lưu huỳnh trung tâm bất đối xứng của M t nên các M tO tạo thành thường tồn tại ở hai dạng đồng phân quang

học là M t-S-O và M t-R-O, do đó sinh giới đã hình thành 2 họ enzyme MSR

hoàn toàn khác biệt về trình tự, cơ chất đặc hiệu và cấu trúc trung tâm hoạt động, đó là MSRA và MSRB, tương ứng xúc tác đặc hiệu cho phản ứng khử

Met-S-O và M t-R-O về Met [27] Hình 7

Tuy nhiên, trong những năm đầu thập niên của thế kỉ XX, tầm quan trọng của quá trình ôxi hóa M t cũng như vai trò của MSR vẫn chưa được nghiên cứu chi tiết và có hệ thống trong giai đoạn này

Hình 1.7 Phản ứng khử MetO về Me hông qua sự hoạ động của

vú, còn MSRB được ghi nhận ở tất cả tế bào của sinh vật nhân chuẩn với

những mức độ biểu hiện khác nhau [69] Các n ym MRSA có hoạt tính đối

với Met-S-O ở trạng thái tự do cũng như trạng thái liên kết trong phân tử protein Trong khi đó, MSRB chỉ khử Met-R-O dạng tự do kém hiệu quả hơn

dạng liên kết trong protein do ái lực với cơ chất thấp Khi gây đột biến đồng

thời MSRA/MSRB, hoạt tính của n ym MSR khác đã được phát hiện Đầu tiên, hai n ym dạng hòa tan được tách chiết từ E coli có khả năng xúc tác cho phản ứng khử 2 loại đồng phân -S- và -R- của các M t tự do tương ứng

được gọi là SMSR và RMSR Trong một nghiên cứu về hoạt tính của các

MSR được tách chiết từ chủng vi khuẩn E coli kiểu dại và chủng bị đột biến

MSRA hoặc MSRB hoặc cả MSRA/MSRB, kết quả thu được cho thấy ở tất cả

chủng thử nghiệm, hoạt tính của RMSR đối với các M t-R-O tự do đều cao

và khá đồng đều, trong khi hoạt tính của SMSR đối với các M t-S-O tự do ở chủng đột biến MSRA và MSRA/B chỉ còn 5 % so với chủng kiểu dại và chủng đột biến MSRB Như vậy, đột biến gen MSRA làm giảm khả năng khử

MetO tự do, điều này có nghĩa là các RMSR khử MetO dạng tự do hiệu quả hơn các SMSR Tiếp theo, một prot in thành viên trong họ n ym MSRA,

có hoạt tính khử thấp, gọi là MSRA , cũng được phân lập từ E coli Enzyme này có khả năng khử các M t-S-O trong prot in tương tự các MSRA nhưng hầu như không có hoạt tính với Met-S-O tự do Cuối cùng là một n ym liên kết với màng tế bào có tên gọi mem-R,S-MSR, có thể khử đồng thời Met-R-O

và Met-S-O dạng tự do cũng như dạng liên kết Sự có mặt của NADPH là điều

kiện cần thiết cho phản ứng khử của loại n ym này, việc bổ sung thêm thior doxin có thể kích thích hoạt tính xúc tác gấp 2 lần Như vậy, các nghiên cứu ban đầu đã chỉ ra sự tồn tại của một loại MSR có hoạt tính khử với tất cả các dạng M tO, tuy nhiên những nỗ lực trong việc tinh sạch loại n ym này vẫn chưa đạt được thành công [179]

ào đầu những năm 9 của thế kỉ XX, các gen mã hóa n ym MSRA

trong vi khuẩn E coli lần đầu tiên được nhóm nghiên cứu của Rahman tách

dòng, giải trình tự, biểu hiện vào một prot in tái tổ hợp [136] Ngay sau đó, gen mã hóa MSRA của bò cũng được tách dòng, mở đường cho các nghiên cứu về cấu trúc, di truyền của gen mã hóa MSRA trên số lượng lớn vi khuẩn

và động vật có vú Các MSRA được phân lập từ tất cả loài có khối lượng phân tử khoảng 5 kDa Trong trình tự các amino acid của MSRA cho thấy sự xuất hiện của một đoạn trình tự bảo thủ Gly-Cys-Phe-Trp-Gly GCFWG Các Cys trong trình tự này đã được chứng minh rất cần thiết cho hoạt tính xúc tác

của enzyme MSR Ở vi khuẩn E coli, Cys ở vị trí 5 (C52)nằm trong cấu trúc trung tâm hoạt động của n ym MSRA, do đó việc gây đột biến thay thế Cys thành S rin C52 thành S52 làm n ym mất khả năng bảo vệ tế bào vi khuẩn chống lại sự tấn công của ROS [179]

Có 3 mô hình đã được đề xuất cho cơ chế hoạt động của các n ym MSR Trong đó, mô hình cấu trúc khử có sự tham gia của các Cys tái tạo gặp

ở hầu hết hệ thống n ym MSRA, RMSR và 7 % các n ym MSRB Thứ nhất, hoạt động của enzyme MSR cần một cấu trúc khử gồm 3 phân tử Cys - Cys (A) có vai trò xúc tác phản ứng khử M tO và Cys B và C) có vai trò tái tạo và phục hồi hoạt động của Cys A [9] Cys A tương tác ái nhân với nguyên tử lưu huỳnh trên phân tử MetO, Cys A bị ôxi hóa thành sul nic acid đồng thời khử một phân tử MetO về Met Sự mất nước của sulfenic acid dẫn đến hình thành cầu disulfide giữa Cys A và Cys B Trong bước tiếp theo, sự khử Cys A về dạng thiolat và hình thành cầu disulfide giữa Cys B và Cys C tái tạo hoạt tính xúc tác của Cys A để tiếp tục khử một phân tử M tO khác th o

cơ chế đã trình bày ở trên Hợp chất sul nic acid trung gian thu được ở lần khử thứ hai có thể trở về dạng thiolat trong trường hợp phân tử Met bị oxi hóa Hệ thống thioredoxin/ thioredoxin reductase/ NADPH đóng vai trò khử các cầu disulfide giữa Cys B và Cys C, từ đó khôi phục cấu trúc khử đầy đủ của MSR và chu trình khử MetO s bắt đầu lại Như vậy, sự có mặt của 2 Cys tái tạo cảm ứng quá trình khử liên tiếp phân tử M tO, do đó sau mỗi chu kì

có phân tử M t được phục hồi cấu trúc hóa học, cùng với đó giải phóng phân tử H2O sau quá trình khử sul nic acid Trong mô hình thứ hai, khi cấu

trúc khử chỉ có Cys B, cơ chế khử MetO của Cys A diễn ra tương tự mô hình A, Trx đóng vai trò khử cầu disulfide giữa Cys A và Cys B, tuy nhiên chỉ

có phân tử M t được phục hồi sau mỗi chu kì Trong mô hình thứ ba, khi cấu trúc khử không có Cys tái tạo, sul nic acid được khử trực tiếp bởi thioredoxin cũng như một số chất khử khác như thion in , các glutar doxin

để tái tạo hoạt tính xúc tác của Cys A [9]

Như vậy, hệ thống n ym MSR có thể bảo vệ tế bào th o cơ chế MSR sửa chữa tổn thương ôxi hóa sinh ra khi các gốc Met quan trọng trong phân tử protein bị ôxi hóa thành M tO [179] Thứ hai, MSR ngăn chặn quá trình ôxi hóa M t gây ra bởi các ROS Khả năng loại bỏ ROS của MSR được

ghi nhận trong nghiên cứu in vitro về tác động ôxi hóa của H2O2 đến hoạt tính

xúc tác của n ym glutamin synth tas phân lập từ E coli Th o nhóm tác

giả, so với các gốc Met nằm trong cấu trúc lõi thì M t trên bề mặt protein dễ

bị ôxi hóa tạo thành M tO và MSR s khử chúng [179] Như vậy, các M t trên phân tử prot in có vai trò chất xúc tác kích hoạt chức năng dọn dẹp ROS của hệ thống các chất chống ôxi hóa và MSR là một thành viên hiệu quả của

hệ thống này

1.2.2.3 Các họ gen mã hóa enzyme methionine sulfoxide reductase trên thực vật

Sự phát triển của các công cụ "omics" đã cho phép các nhà khoa học có thể tiếp cận gần hơn vào các họ gen mã hóa prot in liên quan đến tính chống chịu trên g nom của các loài đã giải mã Họ g n mã hóa MSR đã được

nghiên cứu khá nhiều trên thực vật, như trên cây mô hình lá mầm A

thaliana [145] và một số đối tượng cây trồng quan trọng, bao gồm lúa [65], cà

chua (Solanum lycopersicum) [40, 41], ngô [186] Gần đây, nhóm nghiên cứu

Trung Quốc cũng đã nghiên cứu và xác định được họ gen mã hóa MSR trên

đối tượng đậu dại (Glycine soja) [158] Bảng 1.1)

Bảng 1.1 Tóm t họ gen mã hóa enzyme methionine sulfoxide reductase

ở mộ số loài trong sinh giới

Sinh vật nhân sơ quang hợp

Sinh vật nhân sơ không

Sinh vật nhân chuẩn không

Ở A thaliana, người ta đã xác định được 5 gen mã hóa cho họ enzyme

MSRA, MSRA1, MSRA2, MSRA3 nằm trong bào tương, MSRA nằm trong lục lạp và MSRA5 với đích đến là các con đường tiết trong tế bào [80, 145] Tiếp th o, 9 thành viên trong họ n ym MSRB cũng đã được xác định trên

Arabidopsis và được chứng minh là có đích đến là các bào quan khác nhau

Cụ thể, MSRB và B có mặt trong lục lạp, MSRB3 đích đến là con đường tiết, trong khi 6 MSRB còn lại có mặt trong bào tương của tế bào [80] Phân tích biểu hiện của những gen này dựa vào kỹ thuật microarray cho thấy

MSRB1, MSRB2 và MSRB6 được biểu hiện chủ yếu ở lá trong khi các gen MSRB5, MSRB7, MSRB8 và MSRB9 lại được tìm thấy chủ yếu trong rễ cây

[102] Các loài thực vật khác như Populus trichocarpa chứa 5 gen mã hóa cho

MSRA và gen mã hóa cho MSRB, ở lúa gồm prot in MSRA và 3 prot in MSRB [65], trong khi ở động vật có vú chỉ khoảng 4 gen mã hóa cho MSR (Bảng 1.1) [80]

Trên đối tượng lúa, Gou và cộng sự đã xác định và đánh giá biểu hiện của các gen mã hóa MSR liên quan đến tính chống chịu điều kiện bất lợi [65]

Cụ thể, 4 gen mã hóa MSRA và 3 gen mã hóa MSRB đã được xác định trên

g nom lúa Bảng 1.1 Đánh giá in silico và kiểm chứng bằng phương pháp

gắn gen đánh dấu protein phát huỳnh quang xanh cho thấy các protein OsMSR đều định vị ở lục lạp [65]

Trong một nghiên cứu khác, gen mã hóa họ enzyme MSR, 4

ZmMSRA và ZmMSRB đã được xác định trên g nom ngô (Bảng 1.1) [186]

Hầu hết các n ym này đều phân bố ở các bào quan trong tế bào chất [186]

Kết quả cho thấy, các gen mã hóa n ym mMSR có mức độ tương đồng

lớn hơn 5 %, trong khi các phân tử mMSR có mức độ đồng đều hơn % Phân tích trình tự, nhóm tác giả hu đã cho thấy, các thành viên của họ enzyme MSRA ở ngô cũng được chia làm nhóm chính, dựa vào vùng bảo thủ -GCFWG- (như đã trình bày ở tiểu mục 1.2.2.3) [186] Kết quả này cũng

được ghi nhận tương tự trên các loài thực vật khác, như A thaliana [145], lúa

[65] và cà chua [40, 41] Mặt khác, phân tích trình tự vùng promot r của họ gen mã hóa mMSR cho thấy, rất nhiều CRE liên quan đến 3 quá trình, phản ứng ánh sáng, đáp ứng hormon và yếu tố bất lợi và biểu hiện đặc hiệu đã

được tìm thấy [65] Những dẫn liệu này có ý nghĩa nhằm so sánh với họ gen

mã hóa MSR trên đậu tương, từ đó có thể rút ra những đặc điểm chung của họ enzyme MSR ở thực vật

Trước đó, Le và cộng sự cũng đã báo cáo về 5 gen thành viên mã hóa

họ n ym MSRB trên đậu tương [99], tương tự như trên lúa, nho và bạch dương, nhưng có ít số gen hơn trên Arabidopsis [157, 175] Trong đó, 3 protein GmMSRB, bao gồm GmMSRB , GmMSRB3 và GmMSRB cư trú ở lục lạp Phân tích tiến hóa còn cho thấy, có cặp gen lặp trên các nhiễm sắc

thể khác nhau, bao gồm GmMSRB2 (Glyma13G 3 và GmMSRB5

(Glyma15G06650) [99]

Có thể thấy rằng, sự tồn tại của họ n ym MSR được ghi nhận ở hầu hết các tế bào sinh vật trong sinh giới Quá trình này liên quan trực tiếp đến các vấn đề già hóa, khả năng đề kháng của sinh vật đến sự thay đổi của môi trường Tuy nhiên trong điều kiện môi trường sống có nhiều bất lợi, đảm bảo cân bằng giữa sản sinh và loại bỏ ROS bị phá vỡ bởi nhiều tác nhân môi trường như ánh sáng cao, hạn hán, nhiệt độ thấp hoặc cao và những tổn thương cơ học [15] Các nghiên cứu về enzyme MSR thường chỉ tập trung vào một số gen cụ thể, chưa có nhiều nghiên cứu đưa ra đầy đủ họ gen mã hóa cho enzyme MSR ở cấp độ toàn g nom

Đặc biệt, trên đối tượng đậu tương, mới chỉ ghi nhận thông tin về họ enzyme MSRB [99], chưa có công bố nào về các g n mã hóa n ym MSRA được báo cáo Nên nhớ rằng, đậu tương là cây họ Đậu quan trọng nhất, được

sử dụng chủ yếu làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi [112], đóng vai trò cải tạo môi trường do quá trình cố định N2 Ở iệt Nam, tầm quan trọng của đậu tương được thể hiện ở quy mô sản xuất, sản lượng và diện tích và sự phổ biến của sản phẩm từ đậu tương trong đời sống hằng ngày Tuy nhiên, đậu tương nói riêng và các cây họ Đậu nói chung lại là một đối tượng rất mẫn cảm với