CƠ SỞ DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG
CHỊU MẶN
GS. Bùi Chí Bửu
Đất nhiễm mặn là một trong những yếu tố chính làm
khó khăn trong chiến lược phát triển sản lượng nông sản, năng suất / ha, và thử
thách lớn trong mục tiêu an toàn lương thực, trong điều kiện khí hậu toàn cầu đang
thay đổi, băng tan ở hai cực, nước biển sẽ dâng lên đe dọa các vùng canh tác
đất thấp ở ven biển.
Đất mặn có thể được phân chia làm hai nhóm chính
dựa theo nguồn gốc phát sinh mặn: mặn ven biển (Coastal salinity), hoặc vùng
cửa sông do nước biển xâm nhập vào mùa khô, có thể trồng trọt bình thường trong
mùa mưa và mặn bên trong đất do mao dẫn từ tầng dưới lên (inland salinity) có
thể do phá rừng, không có tán cây che phủ.
Trong nhiều năm qua, người ta đã cố gắng cải tiến
nhiều giống cây trồng có tính chống chịu mặn tốt. Tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa
hiểu một cách đầy đủ về bản chất, cơ chế chống chịu và khả năng di truyền tính
trạng chống chịu mặn (Mishra và ctv. 1998). Thành tựu đạt được trong chọn tạo
giống chống chịu mặn rất chậm do những nguyên nhân như sau:
•
kiến thức về di truyền tính chống chịu còn hạn chế
•
tính chất phức tạp của cơ chế chống chịu mặn (Yeo và
Flowers 1986)
•
kỹ thuật thanh lọc chưa hoàn thiện
•
hiệu qủa chọn lọc thấp
•
tương tác giữa tính trạng chống chịu mặn với môi
trường chưa được hiểu rõ (Akbar 1986)
Đối với cây lúa, tính trạng chống chịu mặn là một
tiến trình sinh lý rất phức tạp, thay đổi theo các giai đoạn sinh trưởng khác
nhau của cây (Akbar và Yabuno 1972, 1975, 1977). Tính trạng bất thụ trên bông
lúa khi bị stress do mặn được điều khiển bởi mốt số gen trội, nhưng các gen này
không tiếp tục thể hiện ở các thế hệ sau cùng. Phân tích diallel về tính trạng
chống chịu mặn, người ta ghi nhận cả hai hoạt động gen cộng tính và không cộng
tính với hệ số di truyền thấp (19,18%), và ảnh hưởng của môi trường rất lớn
(Moeljopawirio và Senadhira 1993, Akbar và ctv 1985, Gregorio và Senadhira
1993). Mức độ có ý nghĩa về hoạt động gen cộng tính và không cộng tính được
Mishra và ctv ghi nhận (1996). Năng suất và tính chống chịu mặn ở giai đoạn
phát dục thế hiện rất khác nhau giữa các giống lúa so với tính chống chịu mặn ở
giai đoạn mạ (Ikehashi và Ponnamperuma 1978, Akbar và ctv. 1985, Mishra và ctv
1990). Hiện chúng ta có rất ít thông tin về kiểu hình chống chịu mặn ở giai
đoạn trưởng thành của cây lúa hơn là giai đoạn mạ. Hầu hết các thí nghiệm đều
được tiến hành trên giai đoạn mạ, với qui mô quần thể hạn chế và chỉ số Na/K
thường được dùng như một giá trị chỉ thị (Mishra và ctv. 1998). Cây lúa nhiễm
mặn có xu hướng hấp thu Na nhiều hơn cây chống chịu. Ngược lại cây chống chịu
mặn hấp thu K nhiều hơn cây nhiễm. Ngưỡng chống chịu NaCl của cây lúa là
EC=4dS/m (Sathish và ctv 1997). Trong qúa trình bị nhiễm mặn, nồng độ ion K+
trong tế bào được điều tiết tương thích với cơ chế điều tiết áp suất thẩm thấu và
khả năng tăng trưởng tế bào (Ben-Hayyim và ctv 1987). Nhiều loài thực vật thuộc
nhóm halophyte và một phần của nhóm
glycophyte thực hiện hoạt động điều tiết áp suất thấm thầu làm cản trở ảnh
hưởng gây hại của mặn. Hoạt động này sẽ giúp cây duy trì một lượng lớn K+
và hạn chế hấp thu Na+.
2-1.
ĐẤT MẶN
Đất mặn được xem là đất có vấn đề rất phổ biến trên
thế giới, làm hạn chế năng suất cây trồng. Tính chất vật lý và hóa học của đất
mặn rất đa dạng. Biến thiên này tùy thuộc vào nguồn gốc của hiện tượng mặn, pH
đất, hàm lượng chất hữu cơ trong đất, chế độ thủy văn, và nhiệt độ (Akbar và
Ponnamperuma 1982).
Đất mặn chứa một lượng muối hòa tan trong nước ở
vùng rễ cây, làm thiệt hại đến hoạt động sinh trưởng của cây trồng. Mức độ gây
hại của đất mặn tùy thuộc vào loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng,
các yếu tố môi trường đi kèm theo nó, và tính chất của đất. Do đó, người ta rất
khó định nghĩa đất mặn một cách chính xác và đầy đủ. Hội Khoa Học Đất của Mỹ
(SSSA 1979) đã xác định đất mặn là đất có độ dẫn điện (EC) lớn hơn 2 dS/m,
không kể đến hai gía trị khác : tỉ lệ hấp thu sodium (SAR) và pH. Tuy nhiên,
hầu hết các định nghĩa khác đều chấp nhận đất mặn là đất có độ dẫn điện EC cao
hơn 4dS/m ở điều kiện nhiệt độ 25°C, phần trăm sodium trao đổi ESP kém hơn 15,
và pH nhỏ hơn 8,5 (US Salinity Laboratory Staff 1954).
Đất mặn khá phố biến ở vùng sa mạc và cận sa mạc.
Muối tích tụ và mao dẫn lên đất mặt, chảy tràn trên mặt đất theo kiểu rửa trôi.
Đất mặn có thế phát triển ở vùng nóng ấm hoặc cận nóng ẩm trên thế giới trong
điều kiện thích hợp như vùng ven biển, mặn do nước biển xâm nhập khi triều
cường, lũ lụt, mặn do nước thấm theo chiều đứng hay chiều ngang từ thủy cấp bị
nhiễm mặn (Bhumbla và Abrol 1978).
Đất mặn bị ảnh hưởng mặn chiếm 7% diện tích đất toàn
thế giới. Đất bị ảnh hưởng mặn không phải đều có khả năng canh tác giống như
nhau, mà nó được chia ra thành từng nhóm khác nhau để sử dụng đất hợp lý. Đất
bị ảnh hường mặn ở đại lục thuộc Châu Âu và Bắc Mỹ rất ít có khả năng trồng
trọt. Ở Châu Á, hơn 80% đất bị ảnh hưởng mặn có khả năng trồng trọt, và đã được
khai thác cho sản xuất nông nghiệp. Ở Châu Phi và Nam Mỹ, khoảng 30% đất bị
nhiễm mặn có khả năng trồng trọt. Hiện tượng nhiễm mặn là mối đe dọa lớn nhất
đến việc gia tăng sản lượng lương thực ở các quốc gia Chấu Á (Abrol 1986).
2-2.
CƠ CHẾ CHỐNG CHỊU MẶN
Cơ chế chống chịu mặn của cây lúa được biết thông
qua nhiều công trình nghiên cứu rất nổi tiếng (Akbar và ctv. 1972, Korkor và
Abdel-Aal 1974, Maas và Hoffman 1977, Mori và ctv. 1987). Mặn ảnh hương đến
hoạt động sinh trưởng của cây lúa dưới những mức độ thiệt hại khác nhau ở tìm
giai đoạn sinh trưởng phát triển khác nhau (Maas và Hoffman 1977)
Nhiều nghiên cứu ghi nhận rằng tính chống chịu mặn
xảy ra ở giai đoạn hạt nẩy mầm, sau đó trở nên rất mẫn cảm trong giai đoạn mạ
(tuổi lá 2-3), rồi trở nên chống chịu trong giai đoạn tăng trưởng, kế đến nhiễm
trong thời kỹ thụ phấn và thụ tinh, cuối cùng thể hiện phản ứng chống chịu
trong thời kỹ hạt chín (Pearson và ctv. 1966, IRRI 1967). Tuy nhiên, một vài nghiên
cứu ghi nhận ở giai đoạn lúa trổ, nó không mẫn cảm với stress do mặn (Kaddah và
ctv. 1975). Do đó, người ta phải chia ra nhiều giai đoạn đế nghiên cứu một cách
đầy đủ cơ chế chống chịu mặn của cây trồng.
Thiệt hại do mặn thể hiện trước hết là giảm diện
tích lá. Trong điều kiện thiệt hại nhẹ, trọng lượng khô có xu hướng tăng lên
trong một thời gian, sau đó giảm nghiêm trọng do suy giảm diện tích lá. Trong
điều kiện thiệt hại nặng hơn, trọng lượng khô của chồi và của rễ suy giảm tương
ứng với mức độ thiệt hại. Ở giai đoạn mạ, lá già hơn sẽ mất khả năng sống sót
sớm hơn lá non (Akita 1986)
Thiệt hại do mặn được gây ra bởi sự mất cân bằng áp
suất thẩm thấu và sự tích tụ nhiều ion Cl - (Tvvaki và ctv. 1953, Ota và Yasue
1958, Shimose 1963, Tagawa và Ishizaki 1963, Murty và Janardhan 1971).
Thiệt hại do mặn còn được ghi nhận bởi hiện tượng
hấp thu một lượng qúa thừa sodium, và độc tính của sodium làm cho clor trở
thành anion trơ (neutral), có tác dụng bất lợi với một phổ rộng về nồng độ
(Clarkson và Hanson 1980).
Sự mất cân bằng Na-K cũng là yếu tố làm hạn chế
năng suất (Devitt và cvt. 1981). Ion kali có một vai trò quan trọng làm kích
hoạt enzyme và đóng mở khí khổng tương ứng với tính chống chịu mặn của cây
trồng, thông qua hiện tượng tích lũy lượng kali trong chồi thân (Ponnamperuma
1984)
Yeo và Flower (1984) đã tổng kết cơ chế chống chịu
mặn của cây lúa theo từng nội dung như sau:
•
Hiện tượng ngăn chận muối - Cây không hấp thu một
lượng muối dư thừa nhờ hiện tượng hấp thu có chọn lọc
•
Hiện tượng tái hấp thu - Cây hấp thu một lượng muối
thừa nhưng được tái hấp thu trong mô libe. Na+ không chuyển vị đến
chồi thân
•
Chuyến vị từ rễ đến chồi - Tính trạng chống chịu mặn
được phối hợp với một mức độ cao về điện phân ở rễ lúa, và mức độ thấp về điện
phân ở chồi, làm cho sự chuyển vị Na+ trở nên ít hơn từ rễ đến chồi
•
Hiện tượng ngăn cách từ lá đến lá - Lượng muối du thừa
được chuyển từ lá non sang lá già, muối được định vị tại lá già không có chức
năng, không thể chuyển ngược lại.
•
Chống chịu ở mô - Cây hấp thu muối và được ngăn cách
trong các không bào (vacuoles) của lá, làm giảm ảnh hưởng độc hại của muối đối
với hoạt động sinh trưởng của cây
•
Ảnh hưởng pha loãng - Cây hấp thu muối nhưng sẽ làm
loãng nồng độ muối nhờ tăng cường tốc độ phát triển nhanh và gia tăng hàm lượng
nước trong chồi
Tất cả những cơ chế này đều nhằm hạ thấp nồng độ Na+
trong các mô chức năng, do đó làm giảm tỉ lệ Na+/K+ trong
chồi (< 1).
Tỉ lệ Na+/K+ trong chồi được
xem như là chỉ tiêu chọn lọc giống lúa chống chịu mặn (Gregorio và Senadhira
1993)
Mỗi một giống lúa đều có một hoặc hai cơ chế nêu
trên, không phải có tất cả (Yeo và Flowers 1984). Phản ứng của cây trồng đối
với tính chống chịu mặn vô cùng phức tạp, đó là hiện tượng tống hợp từ những
yếu tố riêng lẽ. Yeo và Flowers (1984) kết luận rằng phản ứng tốt nhất làm gia
tăng tính chống chịu mặn phải gắn liền với việc tối ưu hóa nhiều đặc điếm sinh
lý, có tính chất độc lập tương đối với nhau . Do vậy, mục tiêu của chúng ta là
phối hợp tất cả những cơ chế sinh lý ấy vào trong giống lúa cải tiến tính chống
chịu mặn
Abscisic acid (ABA) được xem như một yếu tố rất
quan trọng của cây trồng phản ứng với những stress gây ra do mặn, do nhiệt độ
cao (Gupta và ctv. 1998). Do đó ABA còn được xem như là gen cảm ứng (inducible
genes) trong cơ chế chống chịu mặn của cây trồng
2-3.
DI TRUYỀN TÍNH CHỐNG CHỊU MẶN
Nghiên cứu di truyền số lượng cho thấy cả hai ảnh
hưởng hoạt động của gen cộng tính và gen không cộng tính đều có ý nghĩa trong
di truyền tính chống chịu mặn (Mishra và ctv. 1990, Gregorio và Senadhira 1993,
Lee 1995).
Trong giai đoạn mạ của cây lúa, các tính trạng
chiều dài chồi, hàm lượng Na và K ở trong chồi, trọng lượng khô của chồi và rễ
thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa giữa giống kháng và giống nhiễm, tính trạng
này chủ yểu được điều khiển do hoạt động của nhóm gen cộng tính. Hệ số di
truyền tính chống chịu thông qua các tính trạng như vậy rất thấp (Teng 1994).
Trong giai đoạn trường thành của cây lúa, tính
trạng chiều cao cây, năng suất trong điều kiện xử lý mặn được điều khiến bởi
nhóm gen cộng tính (Moeljopawiro và Ikehashi 1981, Akbar và ctv. 1986, Mishra
và ctv. 1990)
Trong phân tích di truyền số lượng thông qua lai
diallel 6x6, năng suất lúa thế hiện tính hoạt động của nhóm gen cộng tính không
có ý nghĩa trong điều kiện bình thường, nhưng trở nên có ý nghĩa trong điều
kiện xử lý mặn (Narayanan và ctv. 1990). Năng suất lúa bị giảm là do ảnh hưởng
của mặn. Một giống lúa có ưu thế hoạt động gen cộng tính đối với năng suất sẽ
là điều kiện thuận lợi cho chọn lọc giống trong môi trường mặn.
Trong phân tích di truyền số lượng thông qua lai
diallel 9x9, tính trạng chống chịu mặn được xem xét qua tỉ lệ thấp của Na / K ở
trong chồi, tính trạng này được kiểm soát bởi hoạt động của cả hai nhóm gen
cộng tính và không cộng tính. Tính trạng Na / K thấp còn thể hiện ảnh hưởng
siêu trội và được điều khiển bởi ít nhất hai nhóm gen trội. Ảnh hưởng của môi
trường rất có ý nghĩa và hệ số di truyền thấp (19,18%) (Gregorio và Senadhira
1993). Từ đó, các tác giả đề nghị quần thế con lai phải thật lớn, và việc tuyến
chọn nên được thực hiện ở các thế hệ sau cùng, dưới điều kiện mặn được kiểm
soát chặt chẽ, giảm thiểu thấp nhất ảnh hưởng biến động của môi trường.
Trong một nghiên cứu về di truyền tính chống chịu
mặn bao gồm các bố mẹ có tính trạng tưcmg phản nhau: giống CSRTO và CSR11 được
chọn làm bố (có tính trạng chống chịu mặn), giống Basmati 370 được chọn làm mẹ
(không có gen kháng mặn) (Mishra và ctv. 1998). Thể hệ F3 được xử lý ở độ mặn
có EC=10dS/m, điều kiện trồng trong chậu. Thể hệ F2 được trong trong điều kiện bình thường trên đồng ruộng,
chọn theo phương pháp trồng dồn (bulk). Thế hệ F3 được xử lý mặn ở giai
đoạn mạ (EC=10dS/m). Quần thể cây trồng của các cặp lai được chia thành nhóm
tùy theo phản ứng chống chịu đối với mặn ở các điểm 1, 3, 5, 7, 9. Giá trị
trung bình được tính theo công thức
u = G + IU = G + I( IfU/n)
trong đó
G = số nhóm
I = quãng giữa các nhóm
f = tần suất cây trong mồi nhóm
u = mã số của cây
n = tổng số cây
Phân
bố chuấn được ghi nhận trong quần thể F3, với phép thử z = (X- p) / ơx
u = trung bình nhóm ơx = độ lệch chuẩn
Bảng
1: Kết qủa thử nghiệm F1 trong môi trường mặn (Mishra và ctv. 1998)
|
Tổ hợp lai
|
Điểm chống chịu mặn
|
Trung bình của 5
cây
|
|
Bas 370 / CSR10
|
5, 5, 7, 7, 5
|
29/5 = 5,8
|
|
Bas 370 / CSRT 1
|
5, 5, 3, 5, 5
|
23/5 = 4,6
|
|
Pak Bas / CSR10
|
7, 5, 7, 7, 5
|
31/5 = 6,2
|
Bảng
2: Thử nghiệm Z và X2 của tổ hợp Bas 370 / CSR10 (Mishra và ctv. 1998)
|
Điểm
|
Số cây
|
Giá trị z
|
Vùng phân bố
|
Vùng giữa hai
|
|
|
|
|
chuẩn (0-Z)
|
giá trị cận
|
|
1
|
68
|
Zi = -1,5511
|
0-Zi = 0,4397
|
(-oo)-Zi=
|
|
3
|
426
|
z2
=-0,5916
|
0-Z2 =
0,2230
|
0,0603
|
|
5
|
768
|
z3 =
0,3679
|
0-zã = 0,1435
|
z,-z2 =
0,2167
|
|
7
|
276
|
z4=
1,3274
|
0-Z4 =
0,4073
|
z2-zj =
0,3665
|
|
9
|
247
|
|
|
zã-z4 =
0,2638
|
|
|
|
|
|
Z4-(+oo)
=
|
|
|
|
|
|
0,0927
|
|
x = 5,233 n= 1785
|
|
|
|
|
|
1,000
|
|
|
|
|
|
x2=
159,18 (P = 0,000) df = 5-3 = 2
|
||||
|
Hệ số skevvness
(gi) = 0,2980 (SD = 0,0579)
|
|
|||
|
Hệ số Kurtosis (g2)
=
|
-0,4789 (SD =
0,1159)
|
|
||
F1 của tất cả các cặp lai đều nằm gần ở điểm giữa
của phân bố hình chuông, cho thấy tính trội không hoàn toàn đối với phản ứng
nhiễm cũng như phản ứng chống chịu. Nhưng nếu điếm chống chịu của Fi là 5,8 (tố
hợp 1) và 4,6 (tố hợp 2) cho thấy ảnh hưởng thay thế của cây bố (CSR10 hoặc
CSR11) đối với cây mẹ gần như giống nhau. Tố hợp 1 và 2 có mức độ nghiêng
(skewness) trong phân bố chuấn có ý nghĩa về thống kê trong khi tô hợp 3, phân
bố nghiêng không có ý nghĩa, chứng tỏ rằng chỉ có một vài gen chủ lực tác động
cùng với nhiều gen thứ yếu điều khiển tính chống chịu mặn (bàng 1 và 2). Thí
nghiệm này cho thấy tính trạng chống chịu mặn là một tính trạng di truyền đa
gen, không có ảnh hưởng của cây mẹ (Mishra và ctv. 1998)
2-3-2.
Nghiên cứu di truyền phân tử tính chống chịu mặn
Bản đồ QTL (quantitative trait loci) được áp dụng
trong trường hợp những tính trạng mục tiêu do đa gen điều khiển (thí dụ như
tính chống chịu mặn). Di truyền số lượng truyền thống không thể phát hiện QTL
trên những loci riêng biệt gắn với tính trạng số lượng đang nghiên cứu, vị trí
của nó trên nhiễm sắc thể và liên kết của nó với những gen khác. Bản đồ di
truyền phân tử với mật độ cao số lượng marker phủ trên toàn bộ nhiễm thế trong
genome cây trồng sẽ cung cấp cho chúng ta công cụ có khả năng nghiên cứu tính
trạng di truyền số lượng phức tạp, định vị gen trên những nhiễm thể, và xác
định các gen mục tiêu liên kết với gen khác.
Bản
đồ QTL và phân tích QTL đã phát triển theo trình tự như sau:
•
Trên cơ sở marker hình thái và di truyền tế bào, người
ta tính toán giá trị khác biệt về kiểu hình liên kết với tính trạng số lượng ở
từng loci riêng biệt trong một quần thể đang phân ly theo lý thuyết của Thoday
(1961), và phương pháp này khá phổ biến trong phân tích QTL vào thập niên 1980
•
Một phương pháp khác có thuật ngữ là “phân tích QTL
trên cơ sở tính trạng” (trait- based QTL analysis), dựa trên mối tương quan
giữa marker và tính trạng số lượng (Stuber và ctv. 1980). Lý thuyết này căn cứ
theo giả định rằng: áp lực chọn lọc sẽ làm thay đối một cách có ý nghĩa tần
suất gen của từng QTL riêng biệt, mà những QTL này liên kết khá chặt chẽ với
những marker tương ứng trong bản đồ. Lebownitz và ctv. (1987) gọi phương pháp
phân tích này là “ba loại hình bố trí thí nghiệm” (three kinds of experimental
designs). Thuận lợi của phương pháp nói trên là tạo điều kiện tốt cho việc đánh
dấu gen và chọn giống mờ marker phân tử (MAS) trong chương trình chọn
tạo
giống cải tiến, làm gia tăng hiệu qủa chọn lọc. Mối tương quan giữa một marker
và một QTL được phân tích dựa trên phương pháp “ANOVA một chiều”
•
Phương pháp ANOVA một chiều chỉ có thể phát hiện một
QTL nếu nó được định vị rất gần marker tương ứng. Do đó, mật độ marker phủ trên
genome trong quần thế phân ly có thể bị hạn chế, đặc biệt trong trường hợp
marker hình thái. Sự phát triển RFLP, và gần đây microsatellite marker vô cùng
phong phú, thoả mãn yêu cầu phủ kín trên genome cây trồng. Các quần thể được sử
dụng cho phân tích QTL là đơn bội kép (Snape 1988), hồi giao (Patersons và ctv.
1991), kèm với hồi giao (Zhang và ctv. 1992)
•
Phương pháp mô phỏng tối đa (maximum livelihood) đã
được phát triển để ước đoán tần suất tái tố hợp giữa một marker và một QTL,
trên cơ sở tính toán giá trị kiểu gen và phương sai (Weller 1986). Phương pháp
này tỏ ra có hiệu qủa hơn trong trường hợp QTL có tính chất “codominant” so với
trường hợp “dominant”. Sau đó Lou và Kearsey (1989, 1991) đề xuất phương pháp
tương tự như phương pháp Weller, các tác giả đã thực hiện phép tính tần suất
tái tổ hợp theo giá trị dự đoán của mô phỏng tối đa. Nhưng phương pháp này chỉ
thật sự hữu dụng trong trường hợp xác định từng locus riêng biệt đóng góp vào
tính trạng số lượng, và trường hợp hệ số di truyền lớn hơn 10%
•
Người ta tiếp tục đề xuất phương pháp sử dụng những
marker kế cận trên cơ sở phương pháp mô phỏng tối đa để khắc phục các nhược
điểm nêu trên (Lander và Botstein 1989, Jensen 1989, Knapp 1991). Thông tin từ
hai marker kế cận có tính chất “codominant” sẽ cho chúng ta khái niệm về liên
kết của các khu vực trên nhiễm sắc thể. Sau đó, Knott và Tlaley (1992) tập hợp
những so sánh giữa hai phương pháp marker đơn và marker kế cận, đề xuất cách
tính chính xác hơn về ảnh hưởng và vị trí QTL của tính trạng đang nghiên cứu.
Knapp và Bridges (1990) đề xuất mô hình quần thế đơn bội kép (DFÍ), cận giao
tái tố hợp (RI), hồi giao (BC), F2, Fi và mô hình các tính trạng liên quan có
phân bố chuẩn khi thanh lọc với stress. Phương pháp này chỉ quan tâm đến hai
marker trong mỗi lần xem xét. Landers và ctv. (1987) thực hiện một phần mềm vô
cùng hữu ích, đó là MAPMARKER/QTL để sử dụng trong phân tích QTL.
•
Hầu hết các mô hình thiết lập bản đồ QTL đều xem xét
ảnh hưởng cộng tính của các gen mục tiêu. Carbonell và ctv. (1992) đề xuất một
phương pháp phát hiện ảnh hưởng không cộng tính của QTL trong quần thế F2. Lou
và Kearsey (1992) cũng đề xuất một phương pháp thống kê để phân tích quần thể
F2 và chứng minh kết qủa của phương pháp thông qua mô hình hóa trên Computer.
Thông thường người ta ghi nhận một marker liên kết với một gen, nhưng thực tế
một marker liên kết với nhiều gen thứ yếu ảnh hưởng đến tính trạng số lượng. Do
đó, một giả định khác đã đề xuất: ước đóan kiểu gen thường sai lệch nên khó có
thể ước đoán ảnh hưởng epistasis trong di truyền số lưọng. Jensen (1992) đề
xuất một mô hình phối hợp để khắc phục tình trạng này, xem xét cả trường hợp
tính trạng liên quan không phân bố chuẩn khi thanh lọc với stress, phương pháp
này được gọi là “multiple QTLs effect analysis”
Teng (1994) đã sử dụng quần thể cận giao tái tổ tợp
(RI) thế hệ F8 bao gồm 324 cá thể thuộc tổ hợp lai giữa IR29 / Nona Broka để
nghiên cứu di truyền tính chống chịu mặn của cây lúa. Các dòng RI được thanh
lọc mặn trong nhà lưới ở điều kiện EC = 15 ds/m và điều kiện đồng mộng. Phân
tích RFLP với 5 enzyme phân cắt hạn chế (DraI, EcoKV, HindIII, Seal, XbaI)
cho thấy có 266 RFLP marker, trong đó 117 thể hiện đa hình (43,98%), phủ trên
genome cây lúa với mật độ 15cM / quãng. RG100 và RZ323 được ghi nhận cho đa
hình rõ nhất trong trường hợp DNA của dòng chống chịu và dòng nhiễm. Mười ba
marker định vị gần RG100 và RZ323 trên nhiễm thể số 3 cũng được sử dụng đế xem
xét liên kết gen. Phân tích ANOVA một chiều chứng minh Nona Broka mang alen
kháng liên kết với RG100 và RZ323 tại các loci số lượng, với giá trị R2
là 17,6% và 29,4% (p < 0,0001), theo thứ tự. Phân tích ANOVA hai chiều, tác
giả phát hiện thêm RZ323 (nhiễm thể số 3) và RG333 (trên nhiễm thể số 8) liên kết với
QTL chống chịu mặn, với giá trị R2 là 40,2% (p<0 40="" a="" alen.="" alen="" bi="" broka="" c="" ch="" cho="" do="" gi="" gian="" h="" hai="" i="" ir29="" ket="" kh="" khi="" ki="" l="" locus="" m="" mang="" n.="" n="" ng="" nh="" nona="" p="" q="" qtl="" rg333="" rz323="" s="" so="" span="" t="" th="" thi="" tr="" transgressive="" trong="" u="" v="" y="">
Bảng
3: Phân tích QTL theo phương pháp cách quãng (interval) đối với tính trạng hấp
thu K, Na và tỉ số Na/Ka ở chồi thân (Teng 1994)
|
Chỉ tiêu
|
Quãng giữa
|
Nhiễm
|
Giá trị LOD
|
Phương sai
|
|
|
hai marker
|
sắc thề
|
|
kiểu
hình được giải thích (%)
|
|
Hấp thu K
|
|
|
|
|
|
195-209
|
P3/M9-8 - Saltol
|
1
|
17,23
|
80,2
|
|
206-200
|
RG375 - P4/M3-2
|
4
|
5,34
|
83,5
|
|
3- 93
|
Pl/Ml-3 - P2/M1-3
|
12
|
3,46
|
21,2
|
|
Hấp thu Na
|
|
|
|
|
|
195-209
|
P3/M9-8 -Saltoỉ
|
1
|
14,54
|
64,6
|
|
39-188
|
P1/M5-3 - P3/M9-1
|
3
|
3,17
|
17,1
|
|
88-67
|
P1/M10-6 - P1/M7-
|
3
|
3,02
|
16,0
|
|
27-25
|
10
P1/M3-10
- P1/M3-
8
|
10
|
3,96
|
35,6
|
|
Tỉ số Na/K
|
|
|
|
|
|
195-209
|
P3/M9-8 - Saltol
|
1
|
14,51
|
64,3
|
|
207- 65
|
G291 - P1/M7-8
|
10
|
3,60
|
86,1
|
|
3- 93
|
Pl/Ml-3 - P2/M1-3
|
12
|
3,14
|
18,5
|
QTL được khám phá có ảnh hưởng điều khiển tính
trạng hấp thụ K ở chồi, định vị trên nhiễm sắc thế số 1, số 4 và số 12 (bảng
3), với phương sai kiểu hình được giải thích là 80,2%, 83,5% và 21,2%, theo thứ
tự. QTL có ảnh hưởng đến hoạt động điều khiến tính trạng hấp thu Na, định vị
trên nhiễm thể số 1,3, và 10. Đối với tỉ số Na/K, có 3 QTL định vị trên nhiễm
thể số 1, 10 và 12 được giả định là gen điều khiển tính trạng này, với biến dị
kiểu hình được giải thích là 64,3%, 86,1% và 18,5%, theo thứ tự (bảng 3). QTL
được quan sát trên nhiễm thể số 1 đối với 3 tính trạng: Na thấp, K cao, tỉ số
Na/K thấp với giả định có liên quan đến chống chịu mặn.
Bản đồ QTL (trên cơ sở AFLP và STS marker) cho thấy
gen chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu mặn định vị trên nhiễm thể số 1 (saltol).
Bên cạnh gen chủ lực, 3 QTL được ghi nhận có quan hệ với tính trạng hấp thu cao
K, 4 QTL có quan hệ với tính trạng hấp thu thấp Na, và 3 QTL có quan hệ với
tính trạng tỉ số Na/K thấp. Những QTL này định vị trên nhiễm thể số 1, 3, 4, 10
và 12 (Teng 1994)
2-4.
SỰ THỂ HIỆN GEN CHỐNG CHỊU MẶN
Trong nông nghiệp, thiệt hại do mặn, lạnh, và khô
hạn có ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đối với năng suất cây trồng (Boyer 1982).
Đặc biệt thiệt hại do mặn có thế làm thay đổi hoạt động sinh trưởng, phát
triển, năng suất và làm chết cây. Nhiều nghiên cứu mong muốn tìm ra cơ chế
chống chịu mặn một cách rõ ràng, để xây dựng một chương trình cải tiến giống
chống chịu có hiệu qủa chọn lọc cao. Trong lĩnh vực nghiên cứu sinh lý thực
vật, hàng loạt ảnh hưởng stress do mặn cho thấy rằng thực vật tự bảo vệ mình
khỏi những thiệt hại do mặn gây ra theo mô hình phản ứng oxygen (Kawasaki và
ctv. 2001), tránh thiếu hụt nước, tăng cường hấp thụ ion trong chu trình quang
hợp (Noctor và Foyer 1998, Dat và ctv. 2000).
Sự thể hiện gen chống chịu mặn xét về lĩnh vực sinh
học phân tử là một khám phá vô cùng thú vị. Tín hiệu được truyền vào tế bào,
các gen có chức năng chuyên môn được khởi động và hàng loạt các qúa trình
chuyển mã, giải mã xảy ra.
Kawasaki và ctv. (2001) đã sử dụng phương tiện
microarray để theo dõi sự thể hiện của phân tử transcript và từng qúa trình thể
hiện gen điều khiển tính chống chịu mặn trong cây lúa. Trên cơ sở thư viện cDNA
ly trích từ rễ lúa và bộ marker EST (expressed sequence tags) của genome cây
lúa chống chịu mặn nổi tiếng Pokkali, người ta đã áp dụng kỹ thuật microarray
để kiểm soát những transcript trong việc so sánh với nghiệm thức không xử lý
mặn, thời gian thay đổi từ 15 phút đến 1 tuần lễ trong điều kiện gây mặn nhân
tạo. Vật liệu được sử dụng là giống lúa Pokkali (chuẩn kháng) và giống lúa IR29
(chuẩn nhiễm). Nhóm tác giả này tập trung xem xét phản ứng đối với stress do
mặn trong quần thế lai có 1728 transcript dần suất từ rễ lúa của cây bị xử lý
mặn (NaCl ở nồng độ 150mM). Kết qủa này cho thấy một tiến trình điều tiết gen
chức năng với nhiều mức độ khác nhau của transcript. Trong giai đoạn đầu tiên,
đáp ứng của IR29 chậm hơn Pokkali. Sau 3-6 giờ xử lý mặn, mức độ phong phú của
transcript thay đổi nhanh trong Pokkali, nhưng IR29 có một sự suy giảm trong
vòng 3 giờ đầu tiên, dẫn đến cái chết của giống nhiễm mặn này ngay sau đó.
Hoạt động quang hợp, sự lưu thông qua khí khổng, và
hô hấp được ghi nhận sau khi xử lý 150mM NaCl. Quang hợp giảm trong vòng 20
phút và ổn định ở phút thứ 30 (Hoạt động quang hợp được đo theo giá trị pmol
photons / m2 / giây, hoạt động này chỉ còn khoảng 1/10 so với bình
thường) trong giống chuẩn kháng Pokkali. Trong điều kiện xử lý mặn lâu hơn,
Pokkali tiếp tục phát triển với tốc độ quang hợp thấp, 7 ngày sau khi xử lý
mặn, tống lượng chất khô tăng gấp đôi. Pokkali duy trì lượng nước trong chồi
trong 6 ngày bị stress. Ngược lại, IR29 thế hiện phản ứng chậm hơn đối với
stress, và tất cả cây lúa bị chết khô trong vòng 24 giờ. Điều này cho thấy tính
chống chịu của Pokkali là một cơ chế thể hiện nhanh sau khi có tín hiệu mặn,
giúp nó chống chịu thiệt hại do mặn tốt hơn giống nhiễm IR29 (Kawasaki và ctv.
2001)
2-4-1.
Phổ thể hiện transcript (transcript abundance profile)
So sánh sự thể hiện transcript trong rễ lúa Pokkali
trong điều kiện bình thường và trong điều kiện bị stress do mặn, người ta ghi
nhận sự khác biệt về khả năng chống chịu của kiểu hình này (Kawasaki và ctv.
2001). Thông tin về phổ thể hiện transcript của cây trồng được thu thập thông
qua so sánh giữa hai nghiệm thức: bình thường và có xử lý mặn, với các chuỗi mã
là dữ liệu thu thập (bảng 4). Trong thư viện cDNA của rễ lúa, những EST được
xếp loại theo phố thế hiện như sau: thư viện OC, không có stress: 1106 EST, thư
viện OD, OE và OF, có stress: 1418 EST. Khoảng 41% chuỗi mã của thư viện QC
được xem là những protein không được xếp hạng (unclassirìed proteins), bao gồm
cả nhóm có thuật ngữ chuyên môn là “no hits”, trong điều kiện bị xử lý mặn.
Trong xếp hạng kiểu “no hits”, có 324 EST được tìm thấy với dữ liệu không có
tính chất phong phú. Tính chất đồng dạng được tìm thấy trong nhiều marker EST
này, nhưng 154 EST của những cây bị thiệt hại do mặn không thể hiện một cách có
ý nghĩa tính chất đồng dạng với EST của dữ liệu. Sự khác biệt chính của
transcript thuộc nghiệm thức bình thường và nghiệm thức bị stress do mặn ở cho:
hoạt động tổng hợp protein giảm, xét về mặt chức năng. Trái lại, chúng ta quan
sát thấy transcript thể hiện rất nhiều trong hoạt động làm dễ dàng sự lưu thông
trong tế bào và hoạt động tự vệ của tế bào (bảng 4)
Bảng
4: Chức năng của những transcript trong giống lúa Pokkali, đặc trưng cho thư
viện cDNA (Kawasaki và ctv. 2001)
|
Chức năng chủ yếu
|
Bình thường a
|
Xử lý NaClb
|
||
|
Số lượng
|
%
|
Số lượng
|
%
|
|
|
Protein không xếp
loại
|
354
|
32,0
|
590
|
41,6
|
|
Tổng hợp protein
|
253
|
22,9
|
152
|
10,7
|
|
Hoạt động biến
dưỡng
|
109
|
9,9
|
142
|
10,0
|
|
“No hít”
|
94
|
8,5
|
230
|
16,2
|
|
Tổ chức tế bào
|
59
|
5,3
|
36
|
2,5
|
|
Định vị protein
|
59
|
5,3
|
51
|
3,6
|
|
Truyền tín hiệu
|
45
|
4,1
|
41
|
2,9
|
|
Năng lượng
|
29
|
2,6
|
39
|
2,8
|
|
Chuyên mã
|
29
|
2,6
|
17
|
1,2
|
|
Tạo điều kiện
chuyến dịch
|
24
|
2,2
|
44
|
3,1
|
|
Cứu sống, bảo vệ,
và phát triến tế bào
|
22
|
2,0
|
40
|
2,8
|
|
Tăng trưởng và phân
bào
|
13
|
1,2
|
18
|
1,3
|
|
Phát sinh tế bào
(biogenesis)
|
10
|
0,9
|
12
|
0,8
|
|
Di chuyển giữa các
tế bào
|
6
|
0,5
|
6
|
0,4
|
|
Tổng cộng
|
1106
|
100
|
1418
|
100
|
a thư viện oc (không
có stress) b phối hợp thư viện OD, OE, vả OF (cỏ stress)
Có
4 thư viện cDNA từ rễ lúa Pokkali: thư viện oc sử dụng RNA của rễ lúa 10 ngày
tuổi, không xử lý mặn, thư viện OD từ rễ lúa 30 phút sau khi thu hoạch cây mạ
12 giờ tuổi, thư viện OE từ rễ lúa của cây mạ 24-72 giờ tuổi, và thư viện OF từ
rề lúa của cây mạ 1 tuần tuổi
2-4-2.
Phân tích microarray
Những phân tử DNA của các clone được chọn lọc, kích
thước chèn vào lớn hơn 500 bp của thư viện OC, OD, và OE được khuếch đại với
cặp mồi T3/T7 (Kawasaki và ctv. 2001). Những amplicon dài hơn 400 bp được in
ra. Ket qủa microarray có 1728 transcript được xác nhận với 3 lần nhân (1728 X 3 = 5184 nguyên tố
trên mỗi slide). Hiện nay, chúng ta có thế sử dụng web site: www.stress-genimocs.org đế tham khảo bảng kết
qủa cập nhật về tất cả EST trong từng array. Sau khi lai và rữa mẫu, người ta
tiến hành phân tích số liệu microarray nhờ những phần mềm hiện đã được thương
mại hóa. Các tín hiệu từ những đốm lập lại ba lần được tính theo giá trị trung
bình. Cường độ tín hiệu Cy3 / Cy5 được điều chỉnh với sự trợ giúp của các gen
điều khiển ở bên ngoài được cho thêm vào microarray slide (theo qui trình). Các
tỉ lệ được tính toán theo tín hiệu Cy3 tổng số trên tất cả những đốm của slide
tương ứng với tín hiệu Cy5 tổng số. Theo kiểm tra ban đầu, những microarray này
này được lai với những probe mục tiêu được đánh dấu bằng huỳnh quang từ những
rnRNA của mô lá hoặc mô rễ không bị stress do mặn. Kết qủa cho thấy, hầu hết
các transcript trên array có nguồn gốc từ thư viện của rễ, thế hiện ở mức độ
cao hơn so với transcript có nguồn gốc từ lá. Phân tích RNA theo phương pháp
Northern Blot, khắng định tính chất chuyên biệt của mô rễ theo số liệu lai
array (hình 2-1). Sự thay đối cường độ tín hiệu được biểu thị bằng tỉ số thể
hiện, tính theo log 10 (LR) (LR [Cy3/Cy5]). Ket qủa so sánh độ lệch chuẩn so
với trung bình mẫu của các đốm lai với RNA cho thấy 91% tín hiệu ở cường độ LR
0,1 tương ứng với độ lệch chuẩn là ± 1,25 fold. Trong nhóm cường độ LR 0,15 ( ±
1,4 fold), có 98% tín hiệu được ghi nhận. Trong nhóm cường độ LR 0,2 ( ± 1,6
fold), có 0,18% tín hiệu được ghi nhận. Microarray có khả năng phát hiện sự thế
hiện gen đa dạng ở cường độ tín hiệu lớn hơn ± 0,2 LR, tương đương với ngưỡng
đã được nghiên cứu trước đây (Maleck và ctv. 2000, Kawasaki và ctv. 2001). Mức
độ biến thiên cao được quan sát trong một thí nghiệm tương tự với RNA của rễ
sau một năm trong điều kiện giống như trên. Trong nhóm cường độ LR 0,1, có 76%
tín hiệu được ghi nhận. Trong nhóm cường độ LR 0,15, có 92% tín hiệu được ghi
nhận. Chỉ có 2,7% tín
hiệu trong trường hợp LR 0,2 và 47 marker của 1728 EST marker được ghi nhận, sự
biến thiên này thể hiện một cách ngẫu nhiên.
2-4-3.
Đặc điểm thể transcript của giống lúa chống chịu mặn trong điều kiện bị stress
Trong tất cả những thí nghiệm, người ta so sánh
cường độ Cy3 và Cy5 được đánh dấu (PK nonstress) nhằm bình thường hóa hiện
tượng biến thiên. Trong nghiệm thức đối chứng này, 95% các đốm được ghi nhận ở
cường độ tín hiệu ± 0,07 LR. Phân tử RNA không bị stress (3 giờ) (thu thập 6
giờ trong điều kiện có ánh sáng) lai với RNA (không bị stress, thu thập 3 giờ
trong điều kiện có ánh sáng) cho kết qủa phổ thể hiện rất giống với nghiệm thức
đối chứng (98% các đốm được ghi nhận ở cường độ tín hiệu ± 0,01 LR). Như vậy sự
thay đối về đêm có một tác dụng nhất định (Kawasaki và ctv. 2001)
Chức
năng điều tiết sự thể hiện gen thay đổi, sau khi stress do mặn, đã được quan
sát thông qua thí nghiệm so sánh những probe tại thời điểm đối chứng với những
probe tại 6 thời điểm khác nhau, lúc thu thập RNA, sau khi xử lý cho cây bị
stress. Chỉ sau 15 phút, Pokkali đã phản ứng, thực hiện chuyển mã. Sau 15 phút
bị stress do mặn, chỉ có 2% transcript được điều tiết theo kiểu UP, hoặc theo kiểu
DOWN với cường độ tín hiệu ± 0,2 LR. Sau đó 14% transcript được điều tiết với
cường độ ± 0,1 LR (8% lớn hơn + 0,1 LR và 6% ít hơn - 0,1 LR). Sau 1 giờ, 33%
của tất cả transcript được biến đối cho hoạt động chuyển mã, với cường độ ± 0,1
LR (16% lớn hơn +0,1 LR và 17% ít hơn - 0,1 LR), và 10% được điều tiết với
cường độ lớn hơn ± 0,2 LR (4% lớn hơn + 0,2 LR và 6% nhỏ hơn - 0,2 LR)
(Kawasaki và ctv. 2001)
Trong cây Arabidopsis thaliana, gen chống
chịu mặn được điều tiết với sự thể hiện gen cao nhất vào lúc 8 đến 10 giờ sau
khi mặt trời mọc lên (Fowler và ctv. 1999, Park và ctv. 1999). Cường độ truyền
tín hiệu cao của thể transcript GIGANTEA trong cây lúa Pokkali trong
điều kiện có mặn và không có mặn được ghi nhận là 9 giờ sau khi có ánh sáng, và
10% transcript trong Pokkali điều tiết dạng UP và DOWN trong vòng 1 giờ khi bị
stress do mặn (Kawasaki và ctv. 2001). Sau một tuần lễ, tính chất điều tiết
theo kiểu UP (aquaporins) ở dạng hồi phục. Sinh tổng hợp protein gia tăng ở
giai đoạn đầu, theo sau đó là sự kích thích những transcript có tính chất đáp
ứng với stress trong vòng một vài giờ, và kích thích những transcript đảm nhiệm
chức năng bảo vệ có liên quan
Các
tác giả đã tống kết sự khác biệt giữa giống chống chịu mặn và giống nhiễm như
sau:
•
Transcript của giống Pokkali chống chịu mặn thế hiện
gen với cường độ là một hằng số (0,1 LR) trong tất cả các pha của stress do mặn
•
Sự thể hiện của những transcript cần thiết cho hoạt
động tế bào, cung cấp năng lượng cho hô hấp chu kỹ C3, hoạt động chuyển mã
(mRNA), hoạt động chuyển dịch (ATPase), sinh tổng hợp tế bào (đặc biệt thành tế
bào), sinh tổng hợp DNA không bị ảnh hưởng bởi điều kiện mặn
•
Phân tích microarray cho thấy phổ thể hiện của Pokkali
được ghi nhận trong vòng 15 phút, và của giống nhiễm IR29 được ghi nhận sau 1
giờ
•
Phản ứng đầu tiên trong điều kiện mặn là điều tiết
theo kiểu UP của transcript thuộc giống Pokkali (protein của ribô thế, CDPK, và
nhiều EST chưa rõ chức năng), trong khi đó những hiện tượng điều tiết này không
có trong giống nhiễm IR29
2-4-4.
Vai trò của abscisic acid, jasmonate, proline
Abscisic acid (ABA) và jasmonate được ghi nhận
trong phản ứng của cây trồng đối với stress do thiếu nước và khi cây bị thương.
Moon và ctv. (1997) đã so sánh ảnh hưởng sinh lý học ở mức độ phân tử của
jasmonic acid (JA) (< l0pM) và ABA đối với stress do mặn gây ra trong rễ
lúa. Chúng ta biết rằng ABA và JA là một trong những chất điều tiết sinh trưởng
(regulator) có thể làm thay đổi sự thể hiện của gen. Chất điều tiết sinh trưởng
JA và hợp chất methyl ester của nó (methyl jasmonate = MeJA) xuất hiện trong
cây trồng và truyền tín hiệu của cây khi phản ứng với vết thương, cũng như khi
cây bị pathogen tấn công (Mueller và ctv. 1993). Jasmonate tích tụ khá nhanh và
có tính chất chuyển vị khi cây bị thương hoặc được xử lý với một “elicitor”
(Creelman và ctv. 1992, Gundlach và ctv. 1992). Cả hai JA và MeJA đều làm kích
thích sự thể hiện gen mã hóa những protein có chức năng khi cây bị thương và bị
nguồn nấm bệnh, vi khuấn tấn công, thí dụ như các loại hình khác nhau ức chế
proteinase (Hidman và ctv. 1992), thí dụ như thionins (Andersen và ctv. 1992),
protein ở vách tế bào giàu proline (Creelman và ctv. 1992), những enzyme trong phản
ứng sinh tổng hợp phytoalexin, phenylalanine ammonialyase (Gundlach và ctv.
1992), enzyme “chalcone synthase” (Lee và ctv. 1996), và hàng loạt những
protein khác như PR protein (pathogenesis- related) (Schweizer và ctv. 1997).
Jasmonate còn được tìm thấy trong hoạt động kích
thích protein bất hoạt ở ribô thể của lá kiều mạch (Reinbothe và ctv. 1994) và
nhiều dạng khác của nhóm đồng dạng lipoxygenase (LOX) của thực vật (Bell và
ctv. 1995).
Abscisic acid là hormone thực vật được xem như một
tín hiệu quan trọng trong phản ứng phân tử và sinh lý thực vật khi cây thiếu
nước, cây bị ảnh hưởng của mặn, hoặc nhiệt độ lạnh (Zeevarrt và Creelman 1988,
Moon và ctv. 1997). ABA và sự thiếu nước làm kích thích sự thể hiện của hàng
loạt gen có nhiệm vụ cải tiến tính chống chịu khô hạn, từ đó, các lớp khác nhau
của protein LEA (late-embryogenesis abundant) hình thành nên một sự cân xứng
sinh học, giúp cây chống chịu stress. Trên cơ sở cấu trúc như vậy, những phân
tử protein LEA có nhiệm vụ bảo vệ thành tế bào, làm luân chuyến nước, hoặc lọc
các ion. Stress gây ra do thiếu nước sẽ kích hoạt sự chuyển mã của gen LEA
thông qua lộ trình “ABA-lệ thuộc” và ABA-độc lập” đã được nghiên cứu rất kỹ
(Ingram và Bartels 1996, Shinozaki và Yamaguchi- Shinozaki 1997). Tuy nhiên,
hiện chúng ta có rất ít hiểu biết về những ảnh hưởng ở giai đoạn hậu chuyển mã
được kiểm soát bởi ABA (Moon và ctv. 1997).
Abscisic
acid được chứng minh là hoạt động của gen trong phản ứng của cây khi bị thương
tổn. Mức độ ABA nội sinh của thực vật sau khi bị tổn hại gia tăng tại cho và
phát triển theo hệ thống nội hấp. Các nhà nghiên cứu sử dụng đột biến thiếu ABA
đê theo dõi mối tương quan
giữa sự gia tăng ABA sau khi bị thuơng tổn với sự biểu hiện của những phân tử
ức chế proteinase (Hidmann và ctv. 1992). Phản ứng ABA của gen pin2 có
chức năng tổng hợp protein trong dịch bào khi tế bào bị thương. Gen LOX của Arabidopsis
được tìm thấy do ABA kích thích làm gen này hoạt động, chứng minh sự hợp lực
của cả hai chất điều hòa sinh trưởng (Melan và ctv. 1993).
Moon
và ctv. (1997) tổng hợp như sau:
•
JA kích hoạt một peroxidase của cation, hai protein
mới có kích thước 32 và 28 kD, những protein PR có tính chất acid như PR-1 và
PR-10, và protein SalT phản ứng với stress do mặn ở rễ lúa. Hầu hết những
protein trong phản ứng của JA ở trong rễ được tích tụ lại khi cây lúa bị stress
do mặn gây ra
•
JA không kích thích protein LEA nhóm số 3 có tính chất
đáp ứng với ABA
•
Trong điều kiện mặn, ABA kích thích hiện tượng tích tụ
transcript của gen oslea 3.
•
JA, ABA, và stress do mặn kích thích sự tích tụ
transcript của gen saìT và gen osdrr, chúng mang mật mã của
protein PR-10
•
Mức độ ABA nội sinh trong rễ và mức độ methyl
jasmonate gia tăng rất khác nhau về lượng và về thời gian bị stress do mặn kéo
dài
Trong một nghiên cứu khác về thế hiện ABA với
“binding protein” (BP) trong cơ chế chống chịu mặn của cây lúa, Gupta và ctv.
(1998) đã ghi nhận những điếm chính như sau
•
ABA kích thích những gen có nhiệm vụ quan trọng trong
điều khiển tính chống chịu mặn
•
Sự thể hiện yếu tố chuyển mã ghi nhận nguyên tố ABRE
(viết tắt từ chữ abscisic acid response element) như một hoạt động điều hòa khi
cây bị stress do mặn
•
Trong điều kiện bị stress do mặn trong 72 giờ, hai
transcript được tích tụ trong rễ lúa Pokkali (chuẩn kháng) đã được phát hiện là
2,0 kb (r2.0) và 1,5 kb (rl.5). Cả hai transcript này được phát hiện sau 6 giờ
bị stress do mặn, hoặc được xử lý ABA.
•
Giai đoạn thể hiện hoạt động điều tiết gen với nguyên
tố “ABRE-binding protein” trong phản ứng với mặn xảy ra vào lúc 26 giờ sau khi
xử lý 200mM NaCl
•
Sự xuất hiện của “ABRE-binding protein” ở thể bất hoạt
và tiền-sinh tống hợp của cây đối chứng và hoạt động của GTP có thế là một lộ
trình điều tiết sự thế hiện của những gen chống chịu mặn
Mối quan hệ giữa hoạt động truyền tín hiệu và sự
điều hòa gen chống chịu mặn rất được quan tâm nghiên cứu. Thực vật có khả năng
chống chịu được những thử thách của môi trường như khô hạn, nhiệt độ lạnh, mặn
bằng cơ chế điều tiết (adjustment) nhiều hơn cơ chế thóat (escaping). Những
phản ứng như vậy được sự hồ trợ đắc lực của ABA, với những kênh truyền tín hiệu
hiện nay vẫn chưa được biết rõ ràng. Một tín hiệu được ghi nhận là Ca++, và
chính ABA đã làm tăng hàm lượng Ca++ trong tế bào bảo vệ dẫn đến sự
đóng mở khí khống khi cần thiết (Wu và ctv. 1997). Có 3 chất làm nhiệm vụ điều
tiết Ca++ là: inositol (1, 4, 5)- triphosphate (IP3), cyclic
adenosine 5’-diphosphate ribose (cADPR), và nicotinic acid adenine dinucleotide
phosphate (NAADP+). Receptor của IP3 được biết khá rõ nhưng receptor
của cADPR và NAADP+ chưa được biết nhiều lắm. Receptor có tính giả
định của cADPR là ryanodine (RyR) (Wu và ctv. 1997). Các xét nghiệm sinh học
trên cây Arabidopsis thaliana cho thấy hàm lượng cADPR gia tăng theo ABA
Công trình nghiên cứu của Igarashi và ctv. (1997)
đã định tính gen đối với :”Δ’- pyrroline-5-carboxylase synthetase” (cOsPsCS) và
xem xét mối tương quan giữa thế hiện gen này với tính chống chịu mặn của cây
lúa. Người ta đã phân lập một cDNA đối với cOsPsCS, một enzyme dùng trong sinh
tổng hợp “proline”. Sau đó, người ta tiến hành xác định tính chất thư viện cDNA
ly trích từ cây mạ 14 ngày tuổi của giống lúa Akibare. Chuỗi amino acid bị phân
giải của protein P5CS thể hiện 74,2% dạng tương đồng (homology) đối với P5CS
của Arabidopsis thaliana, và 75,5% dạng tương đồng đối với P5CS của Vigna
aconitỉfoỉia. Phân tích
Northern blot cho thấy phân tử RNA của gen này bị kích thích trong điều kiện xử
lý nồng độ mặn cao, hoặc điều kiện có ABA. Sự tích lũy proline cũng đuợc quan
sát như một kết qúa thể hiện gen trong điều kiện cây lúa bị xử lý mặn. Proline
là một yếu tố có thể kích thích sự điều tiết gen đối với hiện tượng co
nguyên sinh trong cây lúa khi bị xử lý mặn hoặc khô hạn (Strizhov và ctv. 1997,
Iyer và Caplan 1998)
No comments:
Post a Comment