Phổ thể hiện họ gen mã hóa protein ri bô thể, trong phản ứng với stress thiếu nước & đặc tính cây lúa chuyển gen thể hiện mạnh mẽ rpl23a liên quan đến hiệu quả sử dụng nước, chống chịu khô hạn và mặn

Nguồn: Moin M, Bakshi A, Madhav MS, Kirti PB. 2017. Expression Profiling of Ribosomal Protein Gene Family in Dehydration Stress Responses and Characterization of Transgenic Rice Plants Overexpressing RPL23A for Water-Use Efficiency and Tolerance to Drought and Salt Stresses. Front Chem. 2017 Nov 14; 5:97.

TÓM TẮT

Kết quả nghiên cứu sang lọc trước đây về nguồn vật liệu cho gen trong cây lúa được xử lý ở điều kiện thiếu nước cho thấy: hoạt động của các gen mã hóa protein RPL (Ribosomal Protein Large), bao gồm gen RPL6 và gen RPL23A có trong hai giống lúa đột biến; chúng thể hiện đặc tính “hiệu quả sử dụng nước” (WUE) nhờ các gen này, chúng kích hoạt rất mạnh mẽ nhờ các “enhancers” hợp nhất lại 4x (Moin et al., 2016a). Sau đó, nghiên cứu này tiếp tục khẳng định bản chất của họ gen mã hóa protein RP (Ribosomal Protein) bao gồm tiểu đơn vị nhỏ và lớn của ribosome (RPS: nhỏ và RPL: lớn), chúng được xác định là sản phẩm protein được mã hóa bởi ít nhất 70 gen đặc trưng; những RP-genes có rất nhiều bản sao chép với tính tương đồng cao về chuỗi nucleotide và chuỗi amino acid. Sự thể hiện rất khác nhau của những gen như vậy trong cây lúa phản ánh nghiệm thức xử lý khác nhau về mức độ nước cung cấp và mức độ khô hạn tại những quãng thời gian được thiết kế trong thí nghiệm. Hơn 50% gen RP điều tiết theo kiểu UP tại chồi than và rễ lúa. Một vài gen thể hiện sự chồng lấp nhau trong điều tiết “upregulation” trong cả hai nghiệm thức nói trên; cho thấy:  chúng có một vai trò chung chống chịu điều thiện nước tưới hạn chế và chống chịu khô hạn. Trong những gen này, có gen điều tiết theo kiểu UP rất rõ rang trong cả hai loại mô nói trên; đó là gen RPL6, 7, 23A, 24, và 31 và RPS4, 10 và 18a. Người ta muốn khẳng định lại các gen RP có vai trò thực sự hay không trong cơ chế WUE (hiệu quả sử dụng nước) và tính chống chịu với những stress khác, thong qua sử dụng cây lúa chuyển gen (transgenic) biểu hiện mạnh mẽ gen RPL23A. Các dòng lúa biểu hiện cao gen RPL23Ađề cho kết quả Δ¹³C thấp, tang hiệu quả quang hợp tương ứng với sự tang trưởng của cây lúa; và những thông số lien quan đến năng suất lúa được so sánh với đối chứng trong điều kiện bình thường và điều kiện stress thiếu nước. Sự thể hiện chung nhấg của gen RPL23A còn lien quan d8ến tính chất điều tiết theo kiểu UP lúc phiên mã, đối với gen RPL và gen RPS. Cây mạ có gen RPL23A thể hiện mạnh mẽ còn cho thấy có sự gia tăng đáng kể khối lượng sinh khối tươi, chiều dài rễ lúa, hàm lượng proline và hàm lượng diệp lục trong nghiệm thức xử lý khô hạn và xử lý mặn. Kết quả nay cung cấp một kiến thức căn bản  về sự thể hiện của họ gen RPL  như một nguồn vật liệu đầy khả năng để nhà chọn giống khai thác phục vụ cải tiến giống lúa phản ứng với khô hạn và mặn.

Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29184886

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 1: Phổ thể hiện của gen RPL phản ứng với điều kiện thiếu nước và khô hạn. Cây lúa một tháng tuổi được xử lý thiếu nước (dehydration), ví dụ như nước tưới cực kỳ hạn chế và khô hạn hoàn toàn ở 4 thời điểm. Phân tích qRT-PCR để xác định mức độ thể hiện của RPL genes, ở (A) mô chồi than; (B) mô rễ lúa; thay đổi gấp bao nhiêu lần được xác định theo phương pháp ΔΔC_T so sánh vớ cây đối chứng tại thời điểm tương ứng. Actin của lúa (act1) và tubulin (β-tub) được sử dụng làm gen tham chiếu khi bình thường hóa sự thay đổi. Số liệu lấy từ 3 lần lập lại. Những ô sọc phân màu theo huỳnh quang trên “heat maps” biểu thị cho thể hiện yếu, nhưng ô màu đậm biểu thị sự thể hiện mạnh có ý nghĩa.