Kết quả gwa (genome wide analysis) của gen kết hợp với hiện tượng autophagy trong cây kê đuôi chồn (Setaria italica L.) và chức năng gen SiATG8a điều khiển tính chống chịu sự đói đạm của cây lúa

Nguồn: Li W, Chen M, Wang E, Hu L, Hawkesford MJ, Zhong L, Chen Z, Xu Z, Li L, Zhou Y, Guo C, Ma Y. 2016. Genome-wide analysis of autophagy-associated genes in foxtail millet (Setaria italica L.) and characterization of the function of SiATG8a in conferring tolerance to nitrogen starvation in rice. BMC Genomics. 2016 Oct 12;17(1):797.

TÓM TẮT

NGUYÊN TẮC CHUNG

Autophagy là một tiến trình “tự phân rả” ở mức độ tế bào, mà tiến trình này vừa có tính chất  bảo thủ, vừa có tính chất tiến hóa rất cao trong nấm men (yeast), thực vật và động vật. Trong thực vật, “autophagy” có vai trò quan trọng trong điều hòa sự phân rả ở mức độ bên trong từng tế bào và sự tái chế của amino acids khi đáp ứng lại điều kiện bị đói dinh dưỡng (nutrient starvation), cây hóa già (senescence), và điều kiện bị stress do môi trường gây ra. Cây kê đuôi chồn (tên tiếng Anh là foxtail millet, tên khoa học là Setaria italica) kháng mạnh mẽ với các stress như vậy. Nó được người ta đề nghị là một nguồn vật liệu lý tưởng để áp dụng trong nghiên cứu nhưng cơ chế sinh lý thực vật đối với stress phi sinh học của thực vật. Cho dù người ta đã giải được trình tự genome cây kê đuôi chồn (Setaria italica), nhưng  đặc điểm và chức năng của gen liên quan đến stress phi sinh học vẫn còn chưa được hiểu đầy đủ đối với loài cây này.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Trong tổng số gen của bộ genome cây kê đuôi chồn, người ta đã phân lập 37 gen ATG (autophagy-associated genes), chúng đều được giả định (putative) trong bộ genome. Phân tích tính chất lập đoạn của gen (gene duplication) cho thấy: những sự kiện lập đoạn có tính chất từng đoạn phân tử (segmental) và có tính chất luân phiên (tandem), đều có vai trò quan trọng trong sự phát triển của họ gen ATG trong cây kê đuôi chồn. Bản đồ đồng dạng có tính chất so sánh (comparative synteny map) giữa những bộ genomes của cây kê và cây lúa cho thấy rằng: những gen ATG trong cả hai loài này có cùng một tổ tiên chung, vì những gen ATG của chúng đều cùng định vị trên các vùng đồng dạng (syntenic regions). Phân tích sự thể hiện gen cho thấy: sự thể hiện này được kích hoạt bởi 31 gen SiATG. Chúng được gây ra bởi một hoặc nhiều nghiệm thức xử lý “phytohormone”. Có 26 gen SiATG được kích hoạt bởi khô hạn, mặn và lạnh. Có 24 gen SiATG được kích hoạt bởi bóng tối. Có 25 gen SiATG được kích hoạt bởi sự đói đạm (nitrogen starvation). Kết quả qRT-PCR cho thấy rằng: trong 37 gen SiATG, mức độ thể hiện của SiATG8a cao nhất đối với nghiệm thức đói đạm, sau 24 giờ xử lý. Điều đó cho thấy: khả năng chống chịu của nó đối với sự đói đạm đã được minh chứng. Hơn nữa, sự thể hiện có tính chất dị hợp (heterologous expression) của gen SiATG8a trong cây lúa đã cải tiến được tính chống chịu sự đói đạm của nó. So với cây lúa nguyên thủy (wild type), cây lúa transgenic hoàn thiện tốt hơn rất nhiều trong điều kiện trồng lúa ở điều kiện đất nghèo đạm.

KẾT LUẬN

Kết quả này giúp chúng ta hiểu rõ hơn đặc điểm và chức năng của những gen ATG của cây kê đuôi chồn và xác định nguồn di truyền mới, rất triển vọng cho các ứng dụng khả thi trong tương lai, để phát triển giống kê đuôi chồn cũng như loài cây trồng khác kháng với stress do sự thiếu đạm gây ra.

Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27733118

GS. BÙI CHÍ BỬU lược dịch.

Hình 1: Phân bố của 37 gen SiATG trên chín nhiễm sắc thể của loài kê đuôi chồn. Những vị trí của gen ATG trên nhiễm sắc của kê đuôi chồn. các gen có tính chất lập đoạn luân phiên nhau (tandem duplicated) trên một nhiễm sắc thể đặc biệt nào đó, biều tượng bằng hình hộp có tô màu. Giá trị khoảng cách trên nhiễm sắc thể được tính bằng Mb.