Phân tích họ gene mã hóa β-amylase ở cây sắn (Manihot esculenta Crantz) bằng phương pháp tin sinh học

KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> <br /> <br /> Phân tích họ gene mã hóa β-amylase<br /> Ở CÂY SẮN (Manihot esculenta Crantz)<br /> BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIN SINH HỌC<br /> Cao Phi Bằng<br /> Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Hùng Vương<br /> <br /> Nhận bài ngày 10/11/2017, Phản biện xong ngày 25/11/2017, Duyệt đăng ngày 26/11/2017<br /> <br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> <br /> <br /> C ác beta-amylase (β-amylase, EC 3.2.1.2) thuộc họ glycosyl hydrolase 14 có chức<br /> năng phân cắt các liên kết (1,4)-α-D-glycosidic trong các phân tử tinh bột, giải<br /> phóng các maltose từ đầu không khử của chuỗi. Sử dụng phương pháp tin sinh học,<br /> tổng số 10 gene mã hóa β-amylase đã được xác định trong hệ gene của cây sắn. Các<br /> gene β-amylase của cây sắn phân bố trên 5 trong tổng số 18 nhiễm sắc thể. Dựa trên<br /> kết quả phân tích cây phả hệ, các β-amylase của cây sắn được xếp vào bốn phân họ<br /> khác nhau, gồm phân họ I, II, III và IV. Các gene này mã hóa không liên tục với số lượng<br /> intron thay đổi theo phân họ và theo từng gene trong phân họ. Các protein suy diễn<br /> của chúng có mức tương đồng khá cao khi so với các β-amylase cùng phân họ của cây<br /> Arabidopsis. Các protein β-amylase của cây sắn có điểm đẳng điện (pI) dao động từ<br /> 5,44 tới 8,92. Tất cả các β-amylase của cây sắn đều mang vùng bảo thủ của họ enzyme<br /> glycosyl hydrolase 14 và hầu hết trong số chúng có mang các amino acid giữ vai trò<br /> quan trọng đối với chức năng enzyme. Ngoài ra, MeBAM5 và MeBAM10 còn chứa<br /> đoạn amino acid giống với vùng bảo thủ của tác nhân điều hòa phiên mã chống chịu<br /> với Brassinazole ở đầu amin.<br /> Từ khóa: β-amylase, cây sắn, cây phả hệ, đặc trưng của gene, tin sinh học.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề cận nhiệt đới châu Phi, châu Á và châu Mỹ,<br /> Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây trong đó có Việt Nam [10]. Củ sắn là nguồn<br /> lương thực quan trọng thứ 6 trên thế giới cung cấp lương thực cho khoảng 800 triệu<br /> chỉ sau cây lúa mì, cây lúa gạo, cây ngô, cây người trên toàn cầu, mặc dù tất cả các bộ<br /> khoai tây và cây lúa mạch. Cây sắn có nguồn phận của cây sắn đều có thể sử dụng [3]. Củ<br /> gốc từ Nam Mỹ thuộc họ Euphorbiaceae sắn có hàm lượng tinh bột cao (20-40%), là<br /> này hiện được trồng khắp vùng nhiệt đới và một nguồn năng lượng tốt cho nhu cầu của<br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017  49<br /> KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> con người và đặc biệt là trong công nghiệp gene liên quan đến sinh tổng hợp tinh bột<br /> nhiên liệu sinh học. Vì là cây có vai trò lớn đã được nghiên cứu [15] trong khi mới chỉ<br /> đối với con người nên hệ gene của cây sắn có những nghiên cứu về cấu trúc và hoạt<br /> đã được giải trình tự [1; 17], là cơ sở cho các tính enzyme β-amylase [9; 14] nhưng chưa<br /> nghiên cứu về cấu trúc, chức năng và tiến có nghiên cứu toàn diện về họ gene này trên<br /> hóa của gene, công cụ hữu hiệu trong chọn quy mô hệ gene của cây sắn.<br /> tạo giống loài cây này. Nghiên cứu này hướng tới việc xác định<br /> Các beta-amylase (β-amylase, EC 3.2.1.2) các gene mã hóa β-amylase trong hệ gene của<br /> thuộc họ glycosyl hydrolase 14, xúc tác phản cây sắn, đồng thời phân tích các đặc điểm<br /> ứng thủy phân các phân tử amylose và liên của họ gene này bằng phương pháp tin sinh<br /> kết (1,4)-α-D-glycosidic trong các phân tử học. Những kết quả bước đầu cung cấp các<br /> tinh bột, glycogene và maltooligosaccharide thông tin khoa học có ý nghĩa về nghiên cứu<br /> [16]. β-amylase có ở thực vật bậc cao và chức năng của các β-amylase trên cây lương<br /> một số vi sinh vật. β-amylase được tích lũy thực quan trọng này.<br /> nhiều trong hạt nảy mầm và trong một số<br /> mô chịu tác động của các yếu tố bất lợi [11; 2. Vật liệu và phương pháp<br /> 23; 24]. Enzyme này còn có vai trò trong sự nghiên cứu<br /> dự trữ protein hay các hợp chất chứa nitơ 2.1. Cơ sở dữ liệu về các trình tự hệ<br /> [19]. Ngoài ra, hai protein có chứa vùng bảo gene và RNAseq ở cây sắn<br /> thủ β-amylase (BAM7 và BAM8) hoạt động Trình tự hệ gene của cây sắn được lấy từ<br /> như tác nhân điều hòa phiên mã kiểm soát website phytozome (https://phytozome.jgi.<br /> sự sinh trưởng của thân và sự phát triển của doe.gov/pz/portal.html#!info?alias=Org_<br /> Arabidopsis [20; 21]. Mesculenta), nền tảng so sánh hệ gene<br /> Các β-amylase ở thực vật có chứa vùng thực vật [7], phiên bản 1.0 thuộc dự án<br /> bảo thủ của họ glycosyl hydrolase 14 [4]. PRJNA234389 của Bredeson et al. (2016) [1].<br /> Cấu trúc không gian của phân tử protein có 2.2. Xác định các gene thuộc họ<br /> các chuỗi β và các vòng với các trình tự đặc β-amylase ở cây sắn<br /> trưng [18] cũng như có chứa nhiều xoắn α Các β-amylase của cây Arabidopsis [5]<br /> trong cấu trúc bậc hai [13]. được dùng làm khuôn dò để tìm kiếm các<br /> Trên quy mô hệ gene, 9 β-amylase đã gene tương đồng trên dữ liệu nucleotide<br /> được phát hiện ở cây Arabidopsis thaliana của toàn hệ gene của cây sắn nhờ chương<br /> [5], 19 β-amylase đã được phát hiện ở cây trình TBLASTN.<br /> đậu tương (Glycine max) [2]. Phân tích cây 2.3. Xây dựng cây phả hệ<br /> phả hệ cho thấy các β-amylase này được xếp Các protein β-amylase của cây Arabidopsis<br /> vào bốn nhóm khác nhau với cấu trúc khá và sắn được sắp dãy bằng MAFFT [12]. Cây<br /> khác nhau [2]. Không phải tất cả các protein phả hệ được xây dựng bằng phần mềm<br /> này đều có mang các amino acid đặc trưng MEGA5 [22].<br /> và cũng không phải tất cả chúng đều có hoạt 2.4. Phân tích các đặc điểm hóa–lý<br /> tính enzyme β-amylase [5]. Cây sắn có chất Các đặc điểm vật lý, hóa học của các gene/<br /> dự trữ trong củ chủ yếu là tinh bột, và các protein được phân tích nhờ các công cụ của<br /> <br /> 50  Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017<br />  KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> ExPASy [6]. Cấu trúc CDS/intron được thiết giữa các protein β-amylase của cây sắn với<br /> lập nhờ GSDS 2.0 [8]. của cây Arabidopsis, giá trị dao động nằm<br /> trong khoảng từ 31% đến 76% (bảng 2).<br /> 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận Khi so sánh các β-amylase cùng phân họ<br /> 3.1. Xác định họ gene β-amylase ở kết quả cho thấy, mức độ tương tự giữa các<br /> cây sắn β-amylase phân họ I của hai loài thấp nhất<br /> Nhờ sử dụng các protein β-amylase của là 65% và cao nhất là 71%. Số liệu tương ứng<br /> cây Arabidopsis làm khuôn dò trên toàn đối với các β-amylase phân họ II là 50% và<br /> hệ gene của cây sắn bằng chương trình 76%, phân họ III là 36% và 74%, phân họ IV<br /> TBLASTN, tổng số 10 gene mã hóa cho là 49% và 72%.<br /> các β-amylase được tìm thấy trong hệ gene Như vậy, họ gene β-amylase của cây sắn<br /> của cây sắn (bảng 1). Phân tích trình tự là họ đa gene (10 gene), kích thước tương<br /> protein suy diễn cho thấy các gene đều mang đồng với của cây Arabidopsis (9 gene) [5],<br /> vùng bảo thủ của họ glycosyl hydrolase 14 nhưng nhỏ hơn so với cây đậu tương (19<br /> (pfam 01373). Khi so sánh mức độ tương tự gene) [2].<br /> <br /> <br /> Bảng 1. Các gene thuộc họ β-amylase của cây sắn và đặc điểm của chúng<br /> Phân Kích thước Chiều dài Khối lượng Định khu Số<br /> Gene Tên locus pI<br /> nhóm gene (bp) protein (aa) protein (kD) dưới tế bào intron<br /> MeBAM1 II Manes.02G006200 3158 569 64,18 8,59 Lục lạp 3<br /> MeBAM2 II Manes.03G155800 2232 581 64,97 5,67 Lục lạp 3<br /> MeBAM3 III Manes.03G191000 2180 535 59,22 6,04 Lục lạp 2<br /> MeBAM4 IV Manes.05G034800 6614 545 61,67 5,69 Lục lạp 8<br /> MeBAM5 IV Manes.05G034900 5676 701 79,13 5,63 Tế bào chất 9<br /> MeBAM6 I Manes.12G078500 4338 594 67,69 6,04 Tế bào chất 7<br /> MeBAM7 II Manes.15G047700 2553 582 64,84 6,05 Tế bào chất 3<br /> MeBAM8 III Manes.15G060100 7107 522 59,42 8,92 Ti thể 9<br /> MeBAM9 II Manes.15G171200 5823 546 61,34 8,7 Tế bào chất 3<br /> MeBAM10 IV Manes.15G190300 34143 689 77,33 5,44 Nhân 9<br /> <br /> <br /> Bảng 2. So sánh từng cặp protein β-amylase tương đồng của cây sắn và Arabidopsis. Giá trị biểu thị mức<br /> độ tương đồng (%)<br /> Arabi<br /> Gene AtBAM5 AtBAM6 AtBAM1 AtBAM3 AtBAM4 AtBAM9 AtBAM2 AtBAM7 AtBAM8<br /> dopsis<br /> Phân<br /> Sắn I I II II III III IV IV IV<br /> nhóm<br /> MeBAM6 I 71 65 48 48 41 31 47 44 39<br /> MeBAM1 II 37 35 50 50 38 34 37 35 37<br /> MeBAM2 II 49 46 76 62 43 37 49 43 38<br /> MeBAM7 II 51 47 76 58 42 36 50 44 40<br /> MeBAM9 II 48 48 60 72 46 38 50 45 41<br /> MeBAM3 III 34 34 40 41 38 57 35 34 37<br /> MeBAM8 III 42 42 44 45 74 36 42 38 36<br /> MeBAM4 IV 54 55 50 52 42 34 72 68 59<br /> MeBAM5 IV 50 53 47 48 38 35 71 68 52<br /> MeBAM10 IV 41 44 40 42 42 35 57 49 69<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017  51<br /> KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Bản đồ phân bố của các gene mã hóa β-amylase của cây sắn (chỉ thể hiện các NST có mang gene<br /> mã hóa β-amylase)<br /> <br /> <br /> 3.2. Bản đồ gene, phân tích cây phả hệ cũng chỉ phân bố trên 4 trong tổng số 5 NST<br /> và phân loại các β-amylase [5] còn ở cây đậu tương, chỉ có 12 trong tổng<br /> Các gene β-amylase phân bố trên 5 trong số 20 NST có mang gene mã hóa β-amylase.<br /> tổng số 18 nhiễm sắc thể (NST) của cây sắn<br /> (hình 1). Trong đó, NST số 15 mang nhiều<br /> gene nhất (4 gene), NST số 3 và số 5 mang<br /> 2 gene, hai NST số 2 và số 12 mang một<br /> gene. Kiểu phân bố này cũng bắt gặp ở cây<br /> Arabidopsis cũng như ở cây đậu tương. Ở cây<br /> Arabidopsis, các gene mã hóa cho β-amylase<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Cây phả hệ được xây dựng từ các β-amylase<br /> của cây sắn (Me) và cây Arabidopsis thaliana (At).<br /> Cây phả hệ được xây dựng từ 19 trình tự protein của hai<br /> loài sắn và Arabidopsis với các tham biến: thuật toán<br /> Maximum Likelihood, mô hình Jones-Taylor-Thornton<br /> (JTT), phương pháp Bootstrap với 1000 lần lặp lại, giá trị<br /> bootstrap được thể hiện trên mỗi nhánh, thước tỷ lệ là số<br /> amino acid thay thế trên một vị trí.<br /> <br /> <br /> 52  Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017<br />  KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> Cây phả hệ được xây dựng từ 19 protein I có 7 intron, các gene phân họ II có 3 intron,<br /> β-amylase của hai loài sắn và Arabidopsis các gene phân họ III cùng có 2 hoặc 7 intron<br /> sau khi chúng đã được sắp dãy được thể hiện và các gene phân họ IV có 8-9 intron (hình<br /> trong hình 2. Cây phả hệ chia làm bốn nhánh 3). Số lượng intron của các gene thuộc các<br /> tương ứng với bốn phân họ khác nhau được phân họ ở cây sắn tương đồng với ở cây đậu<br /> kí hiệu từ I tới IV. Số lượng gene β-amylase tương đã được báo cáo [2].<br /> của cây sắn thuộc các phân họ I, II, III và IV Các gene β-amylase của cây sắn mã hóa<br /> lần lượt là 1, 4, 2 và 3. Có một sự kiện nhân cho các protein có độ dài từ 522 tới 701 amino<br /> gene trên quy mô hệ gene (Whole Geneome acid, tương ứng với khối lượng phân tử từ<br /> Duplication, WGD) giữa MeBAM2 và 59,22 kD tới 79,13 kD. Các protein β-amylase<br /> MeBAM7 được ghi nhận sau quá trình biệt của cây sắn có điểm đẳng điện (pI) dao động<br /> hóa giữa tổ tiên của Arabidopsis và sắn. từ 5,44 tới 8,92 (bảng 1). Các protein phân<br /> 3.3. Đặc điểm các gene β-amylase ở họ I và phân họ IV có tính axit (với giá trị pI<br /> cây sắn nhỏ hơn 7). Trong khi đó, các protein thuộc<br /> Các gene β-amylase của cây sắn có kích phân họ II và phân họ III có tính kiềm hoặc<br /> thước và cấu trúc không giống nhau, chứa tính axit. Những đặc điểm vật lý này của các<br /> từ 2.180 đến 3.4143 nucleotide (bảng 1). β-amylase của cây sắn khá tương đồng với<br /> Các gene β-amylase của cây sắn có số lượng các đặc điểm của các β-amylase đã được báo<br /> intron không giống nhau. Các gene phân họ cáo ở cây Arabidopsis [5].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Cấu trúc CDS (trình tự mã hóa)/intron của các gene β-amylase của cây sắn<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017  53<br /> KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> 3.4. Các motif bảo thủ và cấu trúc của phân họ IV của cây sắn, ngoài vùng bảo<br /> các β-amylase ở cây sắn thủ của họ glycosyl hydrolase 14, còn chứa<br /> Các β-amylase của cây sắn có chứa các đoạn amino acid giống với vùng bảo thủ của<br /> trình tự bộ phận bắt đầu với chuỗi beta tác nhân điều hòa phiên mã chống chịu với<br /> và tiếp tục nối với các vòng (β4/L4, β5/L5, Brassinazole (Brassinazole resistant, BZR1)<br /> β6/L6, β7/L7, β8/L8). Các đoạn trình tự bộ ở đầu amin (N-terminal). Kết quả này cũng<br /> phận, ngoại trừ L3/H5, đều có chứa các phù hợp với các kết quả phân tích cấu trúc<br /> amino acid giữ vai trò quan trọng như trung của hai gene BAM7 và BAM8 (phân họ IV)<br /> tâm xúc tác của enzyme, duy trì cấu trúc, của cây Arabidopsis [20].<br /> liên kết với cơ chất hay với các chất ức chế<br /> [18]. Tuy nhiên, không phải tất cả các protein 4. Kết luận<br /> trong họ đều có chứa đầy đủ các amino acid Trong công trình này, chúng tôi đã xác<br /> giữ vai trò quan trọng trong chức năng của định và phân tích họ gene β-amylase ở cây<br /> enzyme, tương đồng với ở cây Arabidopsis sắn bằng phương pháp tin sinh học với tổng<br /> [5]. Riêng MeBAM5 và MeBAM10 thuộc số 10 gene được phát hiện trong toàn hệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Kết quả sắp dãy các protein β-amylase của cây sắn. Dấu  đánh dấu các amino acid bảo thủ, các<br /> vùng bảo thủ được đóng khung.<br /> <br /> <br /> 54  Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017<br />  KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> gene. Các đặc điểm lý – hóa và cấu trúc của [4]  Filiz E. (2014). In silico sequence analysis<br /> tất cả các gene và protein suy diễn trong họ and homology modeling of predicted<br /> cũng đã được xác định. Các motif bảo thủ beta-amylase 7-like protein in Brachypo-<br /> đã được tìm thấy trong hầu hết các protein dium distachyon L. 3(1), 7.<br /> của họ β-amylase của cây sắn. Thông qua [5]  Fulton D. C., Stettler M., Mettler T., Vaughan<br /> phân tích cây phả hệ, chúng tôi đã phân loại C. K., Li J., Francisco P., Gil M., Reinhold H.,<br /> các β-amylase của cây sắn vào bốn phân họ Eicke S., Messerli G., Dorken G., Halliday<br /> tương tự như ở các loài thực vật khác đã K., Smith A. M., Smith S. M., Zeeman S.<br /> được nghiên cứu. Bản đồ phân bố của các C. (2008). Beta-AMYLASE4, a noncatalytic<br /> gene trong họ này trên các nhiễm sắc thể đã protein required for starch breakdown, acts<br /> được xây dựng. Kết quả nghiên cứu này sẽ upstream of three active beta-amylases in<br /> mở đường cho việc tách dòng gene và phân Arabidopsis chloroplasts. Plant Cell, 20(4),<br /> tích chi tiết chức năng của các gene trong họ 1040-1058. doi:10.1105/tpc.107.056507<br /> β-amylase ở cây sắn. [6]  Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A.,<br /> Wilkins M. R., Appel R. D., Bairoch A.<br /> Lời cảm ơn (2005). Protein identification and anal-<br /> Công trình này được hoàn thành với sự ysis tools on the ExPASy server. In The<br /> hỗ trợ kinh phí từ chương trình nghiên cứu Proteomics Protocols Handbook (pp.571-<br /> khoa học cơ bản của Trường Đại học Hùng 607): Springer.<br /> Vương, tỉnh Phú Thọ. [7]  Goodstein D. M., Shu S., Howson R.,<br /> Neupane R., Hayes R. D., Fazo J., Mitros T.,<br /> Tài liệu tham khảo Dirks W., Hellsten U., Putnam N., Rokhsar<br /> [1]  Bredeson J. V., Lyons J. B., Prochnik S. E., D. S. (2012). Phytozome: a comparative<br /> Wu G. A., Ha C. M., Edsinger-Gonzales E., platform for green plant genomics. Nucleic<br /> Grimwood J., Schmutz J., Rabbi I. Y., Egesi Acids Res, 40 (Database issue), D1178-1186.<br /> C., Nauluvula P., Lebot V., Ndunguru J., doi:10.1093/nar/gkr944<br /> Mkamilo G., Bart R.S., Setter T. L., Gleadow [8]  Guo A. Y., Zhu Q. H., Chen X., Luo J. C.<br /> R. M., Kulakow P., Ferguson M. E., Rounsley (2007). GSDS: a gene structure display<br /> S., Rokhsar, D. S. (2016). Sequencing wild server. Yi Chuan, 29(8), 1023-1026.<br /> and cultivated cassava and related species [9]  Hirata A., Adachi M., Utsumi S., Mikami<br /> reveals extensive interspecific hybridization B. (2004). Engineering of the pH optimum<br /> and genetic diversity. Nat Biotechnol, 34(5), of Bacillus cereus beta-amylase: conversion<br /> 562-570. doi:10.1038/nbt.3535 of the pH optimum from a bacterial type<br /> [2]  Cao Phi Bằng, Trần Thị Thanh Huyền (2015). to a higher-plant type. Biochemistry, 43(39),<br /> Phân tích họ gen β-amylase ở cây đậu tương 12523-12531. doi:10.1021/bi049173h<br /> (Glycine max). Tạp chí Sinh học, 37(1SE), 165- [10]  Howeler R., Lutaladio N., Thomas G. (2013).<br /> 176. doi:10.15625/0866-7160/v37n1se.6106 Save and grow: Cassava. A guide to sustain-<br /> [3]  Ceballos H., Okogbenin E., Pérez J. C., López- able production intensification. Rome: FAO.<br /> Valle L. A. B., Debouck D. (2010). Cassava. [11]  Kaplan F., Guy C. L. (2004). Beta-Amylase<br /> In Root and tuber crops (pp. 53-96): Springer. induction and the protective role of maltose<br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017  55<br /> KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> during temperature shock. Plant Physiol, sequences in relation to parsimony mecha-<br /> 135(3), 1674-1684. doi:10.1104/pp.104.040808 nisms. Proteins, 25(4), 456-472. doi:10.1002/<br /> [12]  Katoh K., Standley D. M. (2013). MAFFT prot.6<br /> multiple sequence alignment software [19]  Qi J. C., Zhang G. P., Zhou M. X. (2006).<br /> version 7: Improvements in performance Protein and hordein content in barley seeds<br /> and usability. Mol Biol Evol, 30(4), 772-780. as affected by nitrogen level and their rela-<br /> doi:10.1093/molbev/mst010 tionship to beta-amylase activity. Journal of<br /> [13]  Luo J. C., Wang S. C., Jian W. B., Chen C. Cereal Science, 43(1), 102-107.<br /> H., Tang J. L., Lee C. I. (2012). Formation [20]  Reinhold H., Soyk S., Simkova K., Hostet-<br /> of amyloid fibrils from beta-amylase. FEBS tler C., Marafino J., Mainiero S., Vaughan<br /> Lett, 586(6), 680-685. doi:10.1016/j.feb- C. K., Monroe J. D., Zeeman S. C. (2011).<br /> slet.2012.01.062 Beta-amylase-like proteins function as tran-<br /> [14]  Mikami B., Degano M., Hehre E. J., Sac- scription factors in Arabidopsis, controlling<br /> chettini J. C. (1994). Crystal structures of shoot growth and development. Plant Cell,<br /> soybean beta-amylase reacted with beta- 23(4), 1391-1403. doi:10.1105/tpc.110.081950<br /> maltose and maltal: active site components [21]  Soyk S., Simkova K., Zurcher E., Luginbuhl<br /> and their apparent roles in catalysis. Bio- L., Brand L. H., Vaughan C. K., Wanke<br /> chemistry, 33(25), 7779-7787. D., Zeeman S. C. (2014). The Enzyme-Like<br /> [15]  Munyikwa T. R. I., Langeveld S., Salehu- Domain of Arabidopsis Nuclear beta-Am-<br /> zzaman S. N. I. M., Jacobsen E., Visser R. ylases Is Critical for DNA Sequence Rec-<br /> G. F. (1997). Cassava starch biosynthesis: ognition and Transcriptional Activation.<br /> new avenues for modifying starch quan- Plant Cell, 26(4), 1746-1763. doi:10.1105/<br /> tity and quality. Euphytica, 96(1), 65-75. tpc.114.123703<br /> doi:10.1023/A:1002935603412 [22]  Tamura K., Peterson D., Peterson N.,<br /> [16]  Oyefuga O. H., Adeyanju M. M., Adebawo Stecher G., Nei M., Kumar S. (2011).<br /> O. O., Agboola F. K. (2011). Purification MEGA5: Molecular evolutionary genetics<br /> and some properties of β-amylase from the analysis using maximum likelihood, evolu-<br /> nodes of sugar cane, Saccharium offinacium. tionary distance, and maximum parsimony<br /> International Journal of Plant Physiology and methods. Mol. Biol. Evol, 28(10), 2731-2739.<br /> Biochemistry, 3(5), 117-124. doi:10.1093/molbev/msr121<br /> [17]  Prochnik S., Marri P. R., Desany B., Rab- [23]  Todaka D., Kanekatsu M. (2007). Analyt-<br /> inowicz P. D., Kodira C., Mohiuddin M., ical method for detection of beta-amylase<br /> Rodriguez F., Fauquet C., Tohme J., Harkins isozymes in dehydrated cucumber cotyle-<br /> T., Rokhsar D. S., Rounsley S. (2012). The dons by using two-dimensional polyacryl-<br /> Cassava Genome: Current Progress, Future amide gel electrophoresis. Anal. Biochem,<br /> Directions. Tropical Plant Biology, 5(1), 365(2), 277-279. doi:10.1016/j.ab.2007.03.026<br /> 88-94. doi:10.1007/s12042-011-9088-z [24]  Todaka D., Matsushima H., Morohashi Y.<br /> [18]  Pujadas G., Ramirez F. M., Valero R., Palau (2000). Water stress enhances beta-amylase<br /> J. (1996). Evolution of beta-amylase: Patterns activity in cucumber cotyledons. J. Exp. Bot,<br /> of variation and conservation in subfamily 51(345), 739-745.<br /> <br /> 56  Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017<br />  KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> <br /> <br /> SUMMARY<br /> Analysis of β-amylase encoded gene family in Cassava<br /> (Manihot esculenta Crantz) by using bioinformatic methods<br /> <br /> Cao Phi Bang<br /> Faculty of Natural Sciences – Hung Vuong University<br /> <br /> <br /> B eta-amylases (β-amylase, EC 3.2.1.2) belong to the glycosyl hydrolase family 14<br /> which function by hydrolyzing the 1,4-α-D-glycosidic linkages in starch-type poly-<br /> saccharide substrates to remove successive maltose units from the non-reducing ends<br /> of the chains. Using bioinformatic methods, a total of 10 genes encoding the β-amy-<br /> lase was identified in the whole geneome of cassava. These 10 genes distributed on<br /> 5 out of 18 chromosomes. Based on phylogenetic analysis, the cassava β-amylases<br /> were classified into four subfamilies I, II, III and IV. All of 10 genes encoded discontin-<br /> uously, their intron numbers differed up on the subfamily. The pairwise comparison<br /> of predicted proteins from the same subfamily between the two species (cassava<br /> and Arabidopsis) showed that they were similar. The pI values of soybean β-amylase<br /> ranged from 5.44 to 8.92. All cassava β-amylases contained the conserved domain<br /> of the glycosyl hydrolase family 14, and most of the proteins included amino acids<br /> which are important for the enzymatic function. In addition, MeBAM5 and MeBAM10<br /> proteins contained the amino acid sequence in N-terminal which was similar to the<br /> transcription factors of the Brassinazole Resistant1 (BZR1) type.<br /> Keywords: β-amylase, cassava, phylogenetic tree, gene characterization, bioinformatics,<br /> gene identification.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học & Công nghệ số 4 (9) – 2017  57<br />