HNUE JOURNAL OF SCIENCE<br />
Natural Sciences 2018, Volume 63, Issue 3, pp. 140-149<br />
This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn<br />
<br />
DOI: 10.18173/2354-1059.2018-0015<br />
<br />
XÁC ĐỊNH HỌ GEN MÃ HÓA PROTEIN VẬN CHUYỂN SWEET TRÊN CÂY SẮN<br />
(Manihot esculenta Crantz)<br />
<br />
hu<br />
<br />
c<br />
<br />
1<br />
<br />
h m h<br />
<br />
u nh2 h m h<br />
<br />
1<br />
<br />
hu1<br />
<br />
guy n<br />
<br />
n<br />
<br />
ng2 và<br />
<br />
i n<br />
<br />
ng3<br />
<br />
,2<br />
3<br />
<br />
Công<br />
<br />
Tóm tắt. Họ protein vận chuyển sucrose SWEET (sugars will eventually be exported<br />
transporters) đóng vai trò quan trọng trong một lo t quá trình sinh học ở thực vật nh sinh<br />
tr ởng, phát triển v đáp ng với thay đổi của ngo i cảnh. Trong nghiên c u này, chúng tôi<br />
ti n h nh xác đ nh họ gen SWEET ở cây sắn. K t quả đã xác đ nh đ ợc 28 gen thành viên của<br />
họ SWEET trong hệ gen sắn. Các gen này phân bố rải rác trên các nhi m sắc thể của hệ gen sắn.<br />
Phân tích cấu trúc gen cho thấy trình tự CDS (coding DNA sequence) của họ gen MeSWEET<br />
ở sắn chủ y u ch a 6 exon t ng tự nh trật tự exon/intron ở một số loài thực vật khác.<br />
Giá tr điểm đẳng điện và phân tích TargetP cho thấy hầu h t MeSWEET có tính base và<br />
chúng có thể đ ợc phân bố tr n hệ thống bao gói. K t quả của nghiên c u n y đã cung cấp<br />
những thông tin c bản của họ gen SWEET ở sắn, từ đó có thể đ nh h ớng cho nghiên c u<br />
ti p theo về ch c n ng của những gen này.<br />
Từ khóa: Sắn, Manihot esculenta Crantz, sucrose, SWEET, microarray, tin sinh học.<br />
<br />
1. Mở đầu<br />
Ở thực vật đ ờng tồn t i chủ y u ở d ng đ ờng đ n (monosaccharide) carbohydrate v tinh<br />
bột đ ợc sinh tổng hợp từ mô lá sau đó đ ợc vận chuyển đ n các c quan v bộ phận khác trong<br />
cây [1]. Trong số đó sucrose l một trong những đ n v c bản tham gia vào quá trình chuyển hóa<br />
n ng l ợng và dẫn truyền tín hiệu [2]. Sucrose đ ợc vận chuyển trong t bào thông qua hai nhóm<br />
protein chính, SUT (sucrose transporter) [3, 4] và SWEET (sugars will eventually be exported<br />
transporters) [5, 6]. Tìm hiểu về hệ thống vận chuyển sucrose, cụ thể là họ protein SWEET có thể<br />
cung cấp những hiểu bi t về vai trò của sucrose trong cây trồng. n nay, các gen mã hóa protein<br />
vận chuyển SWEE đã đ ợc xác đ nh trên cây mô hình Arabidopsis thaliana [3, 4] và một số đối<br />
t ợng cây trồng khác nh lúa g o (Oryza sativa) [5], cam ngọt (Citrus sinensis) [7], cà chua<br />
(Solanum lycopersicum) [8] đậu t ng (Glycine max) [9] và cải dầu (Brassica napus) [10]. Tuy nhiên,<br />
ch a có nghi n c u đầy đủ nào về họ SWEET trên cây sắn đ ợc công bố trên th giới.<br />
Sắn (Manihot esculenta Crantz) là một trong những giống cây trồng quan trọng đ ợc sử dụng<br />
với nhiều mục đích khác nhau [11 12]. iện nay, sắn đ ợc đánh giá l cây l ng thực, hàng hóa<br />
và nguyên liệu thi t y u, là giải pháp kinh t cho hàng triệu nông dân sống ở những vùng nông<br />
thôn của ông am Á bao gồm cả Việt Nam [13]. Vì th , cây sắn đã thu hút đ ợc nhiều sự quan<br />
tâm trong thời gian gần đây nhất là khi hệ gen của loài vừa đ ợc giải mã thành công [14].<br />
Ngày nhận bài: 15/2/2017. Ngày sửa bài: 24/3/2017. Ngày nhận đ ng: 31/3/2017.<br />
Tác giả liên hệ: hu<br />
c . a chỉ e-mail: hachu_amser@yahoo.com<br />
<br />
140<br />
<br />
Xá đị<br />
<br />
e<br />
<br />
ã ó<br />
<br />
oe<br />
<br />
ậ<br />
<br />
ể swee<br />
<br />
ê<br />
<br />
â sắ (Manihot esculenta Crantz)<br />
<br />
Bài báo nghiên c u họ gen mã hóa protein vận chuyển SWEET trên hệ gen cây sắn và cung<br />
cấp một số thông tin c bản nh v trí phân bố của gen, cấu trúc gen đặc tính protein. Thông tin<br />
về chú giải gen đ ợc cung cấp dựa trên k t quả tìm ki m tr n các c sở dữ liệu trực tuy n.<br />
<br />
2. Nội dung nghiên cứu<br />
2.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu<br />
* Vật liệu: ệ gen của sắn [14] tr n c sở dữ liệu hytozome v11.0 [15].<br />
* Phương pháp nghiên cứu<br />
á á đị<br />
e ã ó<br />
ê<br />
e sắ<br />
ác th nh vi n của họ SWEE đ ợc xác đ nh b ng cách<br />
S protein có v ng bảo thủ<br />
PF03083 đặc tr ng cho protein vận chuyển SWEE v o hệ gen của cây sắn [14] tr n c sở dữ liệu<br />
Phytozome v11.0 [15].<br />
anh pháp v các thông tin về chú giải của họ gen SWEE đ ợc thu thập thông qua c sở dữ<br />
liệu<br />
( ioproject:<br />
234389) [14].<br />
rọng l ợng phân tử (mW molecular weight) v điểm đẳng điện (p isoelectric point) của<br />
phân tử protein đ ợc xác đ nh b ng công cụ Expasy [16]. nh khu của protein trong t b o đ ợc<br />
dự đoán b ng ch ng tr nh arget v1.1 [17].<br />
á<br />
â<br />
e<br />
ấu trúc gen đ ợc xác đ nh b ng công cụ GSDS 2.0 (Gene Structure Display Server) [18]<br />
dựa tr n tr nh tự v ng<br />
S ( oding<br />
sequence) t ng ng của từng gen mã hóa.<br />
<br />
2.2. Kết quả và thảo luận<br />
2.2.1. Kết quả tìm kiếm họ gen mã hóa protein vận chuyển SWEET ở hệ gen cây sắn<br />
ầu ti n tất cả th nh vi n của họ gen mã hóa protein vận chuyển SWEE ở hệ gen cây<br />
sắn [14] đ ợc xác đ nh b ng công cụ<br />
S tr n c sở dữ liệu hytozome v11.0 [15]. t quả<br />
đã xác đ nh đ ợc 28 th nh vi n của họ SWEE tr n hệ gen sắn với độ tin cậy E-value < 1 × 10-6<br />
thông tin về đ nh danh v chú giải của các gen sau đó đ ợc t m ki m t ng ng tr n ngân h ng dữ<br />
liệu<br />
(Bioproject: PRJNA234389) [14] ( ảng 1).<br />
trí phân bố của các gen trên nhi m sắc<br />
thể đ ợc xác đ nh và thể hiện ở Bảng 2 và nh 1. h vậy, tên của các gen mã hóa protein vận<br />
chuyển SWEE đ ợc kí hiệu lần l ợt từ MeSWEET1 đ n MeSWEET28 theo v trí trên hệ gen sắn<br />
(Hình 1).<br />
Bảng 1. Thông tin chú giải về họ gen mã hóa protein vận chuyển SWEET<br />
ở hệ gen sắn<br />
#<br />
<br />
Tên gen<br />
<br />
Định danh gen1<br />
<br />
Định danh<br />
protein1,2<br />
<br />
Tên locus1<br />
<br />
1<br />
<br />
MeSWEET1<br />
<br />
cassava4.1_014640m.v4.1<br />
<br />
Manes.01G120400<br />
<br />
OAY60542<br />
<br />
2<br />
<br />
MeSWEET2<br />
<br />
cassava4.1_014231m.v4.1<br />
<br />
Manes.01G053100<br />
<br />
OAY59714<br />
<br />
3<br />
<br />
MeSWEET3<br />
<br />
cassava4.1_028141m.v4.1<br />
<br />
Manes.02G006600<br />
<br />
OAY56319<br />
<br />
4<br />
<br />
MeSWEET4<br />
<br />
cassava4.1_032222m.v4.1<br />
<br />
Manes.02G169700<br />
<br />
OAY58345<br />
<br />
5<br />
<br />
MeSWEET5<br />
<br />
cassava4.1_014638m.v4.1<br />
<br />
Manes.02G174100<br />
<br />
OAY58392<br />
<br />
6<br />
<br />
MeSWEET6<br />
<br />
cassava4.1_014996m.v4.1<br />
<br />
Manes.03G197300<br />
<br />
OAY56030<br />
<br />
7<br />
<br />
MeSWEET7<br />
<br />
cassava4.1_015227m.v4.1<br />
<br />
Manes.03G078800<br />
<br />
OAY54484<br />
141<br />
<br />
hu<br />
<br />
c<br />
<br />
h m h<br />
<br />
u nh h m h<br />
<br />
hu<br />
<br />
guy n<br />
<br />
n<br />
<br />
ng v<br />
<br />
i n<br />
<br />
ng<br />
<br />
8<br />
<br />
MeSWEET8<br />
<br />
cassava4.1_031208m.v4.1<br />
<br />
Manes.05G067400<br />
<br />
OAY49587<br />
<br />
9<br />
<br />
MeSWEET9<br />
<br />
cassava4.1_026944m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G123600<br />
<br />
OAY48005<br />
<br />
10<br />
<br />
MeSWEET10<br />
<br />
cassava4.1_028116m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G123500<br />
<br />
OAY48004<br />
<br />
11<br />
<br />
MeSWEET11<br />
<br />
cassava4.1_013474m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G123400<br />
<br />
OAY48003<br />
<br />
12<br />
<br />
MeSWEET12<br />
<br />
cassava4.1_032927m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G123300<br />
<br />
OAY48002<br />
<br />
13<br />
<br />
MeSWEET13<br />
<br />
cassava4.1_013519m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G123200<br />
<br />
OAY48001<br />
<br />
14<br />
<br />
MeSWEET14<br />
<br />
cassava4.1_026390m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G103600<br />
<br />
OAY47756<br />
<br />
15<br />
<br />
MeSWEET15<br />
<br />
cassava4.1_026477m.v4.1<br />
<br />
Manes.06G157700<br />
<br />
OAY48418<br />
<br />
16<br />
<br />
MeSWEET16<br />
<br />
-<br />
<br />
Manes.08G116200<br />
<br />
OAY44022<br />
<br />
17<br />
<br />
MeSWEET17<br />
<br />
cassava4.1_012690m.v4.1<br />
<br />
Manes.08G116300<br />
<br />
OAY44023<br />
<br />
18<br />
<br />
MeSWEET18<br />
<br />
cassava4.1_014587m.v4.1<br />
<br />
Manes.09G172000<br />
<br />
OAY42339<br />
<br />
19<br />
<br />
MeSWEET19<br />
<br />
cassava4.1_014124m.v4.1<br />
<br />
Manes.12G006700<br />
<br />
OAY34253<br />
<br />
20<br />
<br />
MeSWEET20<br />
<br />
cassava4.1_026251m.v4.1<br />
<br />
Manes.13G006800<br />
<br />
OAY32291<br />
<br />
21<br />
<br />
MeSWEET21<br />
<br />
-<br />
<br />
Manes.14G047600<br />
<br />
OAY30643<br />
<br />
22<br />
<br />
MeSWEET22<br />
<br />
cassava4.1_015602m.v4.1<br />
<br />
Manes.14G047700<br />
<br />
OAY30644<br />
<br />
23<br />
<br />
MeSWEET23<br />
<br />
cassava4.1_021350m.v4.1<br />
<br />
Manes.14G047800<br />
<br />
OAY30645<br />
<br />
24<br />
<br />
MeSWEET24<br />
<br />
cassava4.1_022559m.v4.1<br />
<br />
Manes.14G018300<br />
<br />
OAY30286<br />
<br />
25<br />
<br />
MeSWEET25<br />
<br />
cassava4.1_016815m.v4.1<br />
<br />
Manes.15G183200<br />
<br />
OAY29932<br />
<br />
26<br />
<br />
MeSWEET26<br />
<br />
cassava4.1_015143m.v4.1<br />
<br />
Manes.15G011300<br />
<br />
OAY27732<br />
<br />
27<br />
<br />
MeSWEET27<br />
<br />
cassava4.1_030719m.v4.1<br />
<br />
Manes.17G062900<br />
<br />
OAY25040<br />
<br />
28<br />
<br />
MeSWEET28<br />
<br />
cassava4.1_014650m.v4.1<br />
<br />
Manes.18G086400<br />
<br />
OAY23539<br />
<br />
đ ợc khai thác trên<br />
sở dữ li u NCBI và 2Phytozome.<br />
Trong số các gen đ ợc tìm thấy, chỉ có 2 gen, MeSWEET16 (Manes.08G116200) và<br />
MeSWEET21 (Manes.14G047600) không xác đ nh đ ợc mã d nh danh gen mặc dù thông tin chú<br />
giải về 2 gen n y đã đ ợc ghi nhận tr n c sở dữ liệu<br />
. r ớc đó nhóm giải mã đã báo cáo<br />
khoảng 582,25 Mb trình tự đ ợc c trú tr n 18 nhi m sắc thể của sắn [14] trong khi kích th ớc hệ<br />
gen của sắn đã đ ợc ớc tính đ t khoảng ~772 Mb [19]. K t quả này cho thấy r ng, trong các bản<br />
cập nhật dữ liệu hệ gen của sắn ti p theo, 2 gen này có thể đ ợc chú giải v đối chi u, từ đó thu<br />
đ ợc thông tin về họ gen MeSWEET một cách đầy đủ nhất.<br />
Có thể thấy r ng, họ gen mã hóa SWEET n m rải rác tr n 13 tr n tổng số 18 nhi m sắc thể<br />
của sắn. Nhi m sắc thể số 6 ch a nhiều gen mã hóa SWEET nhất, t ng ng với 7 gen, lần l ợt từ<br />
MeSWEET9 đ n MeSWEET15. g ợc l i, không ghi nhận gen MeSWEET n o đ nh v trên nhi m<br />
sắc thể số 4, 7, 10, 11 và 16 (Hình 1). Ở cà chua, Feng và cộng sự c ng đã xác đ nh đ ợc 29 gen<br />
SlSWEET [8], trong khi 68 thành viên của họ gen SWEET c ng đ ợc ghi nhận trong hệ gen của<br />
cải dầu [10]. r ớc đó họ gen SWEET gồm 16 th nh vi n đã đ ợc tìm thấy và phân tích trên hệ<br />
gen của cam ngọt [7]. Tóm l i, họ gen mã hóa SWEET ở sắn c ng l 1 họ đa gen t ng tự nh ở<br />
các loài thực vật khác. Sự khác nhau về số l ợng thành viên trong họ gen SWEET giữa các loài<br />
cho thấy vai trò rất đa d ng của các gen này trong t bào, vì vậy chúng đ ợc nhân lên qua quá<br />
trình ti n hóa. Ti p theo, một v i đặc tính c bản của họ gen mã hóa SWEET đ ợc khai thác và<br />
phân tích.<br />
1<br />
<br />
142<br />
<br />
Xá đị<br />
<br />
e<br />
<br />
ã ó<br />
<br />
oe<br />
<br />
ậ<br />
<br />
ể swee<br />
<br />
ê<br />
<br />
â sắ (Manihot esculenta Crantz)<br />
<br />
Hình 1. Vị trí phân bố của họ gen mã hóa SWEET trên hệ gen sắn<br />
2.2.2. Kết quả phân tích đặc tính cơ bản của họ gen mã hóa MeSWEET<br />
ể phân tích đặc tính của họ gen MeSWEET đầu ti n mã đ nh danh của từng gen thành viên<br />
đ ợc d ng để khai thác thông tin về trình tự khung đọc mở (ORF, Open Reading Frame) và vùng<br />
gen mã hóa ( S oding<br />
Sequence). Sau đó các đo n trình tự n y đ ợc đối chi u trên một<br />
số công cụ tin sinh học trực tuy n để phân tích đặc tính cấu trúc của gen nh kích th ớc đo n<br />
ORF, CDS, số l ợng exon. K t quả phân tích đ ợc thể hiện ở Bảng 2.<br />
Bảng 2. Một số đặc điểm của họ gen MeSWEET ở sắn<br />
Kích<br />
Kích<br />
thước<br />
thước<br />
Số lượng<br />
#<br />
Tên gen<br />
Vị trí phân bố trên hệ gen<br />
vùng<br />
vùng<br />
Exon<br />
ORF<br />
CDS<br />
1 MeSWEET1 Chr01R:23854836..23856816<br />
1981<br />
753<br />
6<br />
2 MeSWEET2 Chr01R:13323687..13326100<br />
2414<br />
783<br />
5<br />
3 MeSWEET3 Chr02F:702504..704395<br />
1892<br />
780<br />
5<br />
4 MeSWEET4 Chr02F:12863347..12864661<br />
1315<br />
798<br />
6<br />
5 MeSWEET5 Chr02R:13708905..13711105<br />
2201<br />
753<br />
6<br />
6 MeSWEET6 Chr03R:27968006..27970284<br />
2279<br />
726<br />
6<br />
7 MeSWEET7 Chr03R:11411434..11415892<br />
4459<br />
705<br />
6<br />
8 MeSWEET8 Chr05F:5150773..5152040<br />
1268<br />
816<br />
6<br />
9 MeSWEET9 Chr06R:23148958..23150287<br />
1330<br />
837<br />
6<br />
143<br />
<br />
hu<br />
<br />
10<br />
11<br />
12<br />
13<br />
14<br />
15<br />
16<br />
17<br />
18<br />
19<br />
20<br />
21<br />
22<br />
23<br />
24<br />
25<br />
26<br />
27<br />
28<br />
<br />
c<br />
<br />
MeSWEET10<br />
MeSWEET11<br />
MeSWEET12<br />
MeSWEET13<br />
MeSWEET14<br />
MeSWEET15<br />
MeSWEET16<br />
MeSWEET17<br />
MeSWEET18<br />
MeSWEET19<br />
MeSWEET20<br />
MeSWEET21<br />
MeSWEET22<br />
MeSWEET23<br />
MeSWEET24<br />
MeSWEET25<br />
MeSWEET26<br />
MeSWEET27<br />
MeSWEET28<br />
<br />
h m h<br />
<br />
u nh h m h<br />
<br />
hu<br />
<br />
Chr06R:23142828..23144476<br />
Chr06R:23135496..23137211<br />
Chr06R:23124925..23126390<br />
Chr06R:23118474..23120168<br />
Chr06F:21384207..21385352<br />
Chr06F:25936409..25937653<br />
Chr08F:28153417..28155637<br />
Chr08F:28161728..28163668<br />
Chr09R:28230559..28232476<br />
Chr12F:620978..623283<br />
Chr13F:750620..752454<br />
Chr14F:3824224..3825843<br />
Chr14F:3834293..3836005<br />
Chr14F:3848619..3850071<br />
Chr14R:1718973..1720757<br />
Chr15R:20700497..20702156<br />
Chr15F:988957..995558<br />
Chr17F:20178682..20181094<br />
Chr18R:7456966..7459052<br />
<br />
guy n<br />
<br />
n<br />
<br />
1649<br />
1716<br />
1466<br />
1695<br />
1146<br />
1245<br />
2221<br />
1941<br />
1918<br />
2306<br />
1835<br />
1620<br />
1713<br />
1453<br />
1785<br />
1660<br />
6602<br />
2413<br />
2087<br />
<br />
ng v<br />
<br />
i n<br />
<br />
855<br />
843<br />
849<br />
840<br />
717<br />
744<br />
759<br />
909<br />
756<br />
867<br />
858<br />
840<br />
840<br />
846<br />
750<br />
738<br />
714<br />
708<br />
753<br />
<br />
ng<br />
<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
6<br />
<br />
ích th ớc đo n ORF của các gen MeSWEET khá đa d ng, từ 1146 bp (MeSWEET14,<br />
Manes.06G103600) đ n 6602 bp (MeSWEET26, Manes.15G011300). Hầu h t vùng ORF của các<br />
gen MeSWEET đều có kích th ớc nhỏ h n khoảng 2500 bp, chỉ có 2 gen, MeSWEET7<br />
(Manes.03G078800) và MeSWEET26 có kích th ớc d i t ng ng là 4456 và 6602 bp. Chiều dài<br />
đo n ORF của một gen đ ợc cho l li n quan đ n m c độ biểu hiện của gen đó [20] điều này gợi<br />
ý r ng các gen có trình tự ORF dài có thể có m c độ biểu hiện đ ợc t ng c ờng.<br />
Ti p theo kích th ớc trình tự CDS của họ gen SWEET ở sắn đ t khoảng từ 705 (MeSWEET7)<br />
đ n 909 bp (MeSWEET17, Manes.08G116300), phần lớn các gen có trình tự CDS ngắn h n 850<br />
bp. Hầu h t các gen đều có 6 exon, ngo i trừ 2 gen, MeSWEET2 (Manes.01G053100) và<br />
MeSWEET3 (Manes.02G006600) mang 5 exon v 4 intron. Số l ợng exon t m thấy trong v ng<br />
S của họ gen MeSWEET ở sắn (5 6 exon) c ng khá t ng đồng với cấu trúc exon/intron đã<br />
đ ợc ghi nhận ở họ gen mã hóa SWEET ở c chua [8] v cải dầu gần đây [10]. So sánh này rút ra<br />
r ng cấu trúc phân mảnh của họ gen SWEET ở các lo i n y có lẽ ở thực vật nói chung rất bảo thủ<br />
v gần nh đ ợc bảo tồn qua quá tr nh ti n hóa.<br />
2.3.3. Kết quả phân tích đặc điểm của protein vận chuyển SWEET ở sắn<br />
Một số đặc tính c bản của các protein vận chuyển sucrose, MeSWEET¸ ở sắn đ ợc khai<br />
thác v đ a v o phân tích b ng cách đ a tr nh tự protein truy vấn vào một số công cụ tin sinh học.<br />
h n chung kích th ớc của MeSWEE khá đồng đều, MeSWEET7 có chiều dài ngắn nhất (234<br />
amino acid) trong khi MeSWEET17 là protein lớn nhất trong họ (302 amino acid). Giá tr trọng<br />
l ợng phân tử của các MeSWEE đ t từ 25.85 k a (MeSWEE 27) đ n 33.2 kDa (MeSWEET17)<br />
(Bảng 3). ích th ớc và trọng l ợng của phân tử protein ở m c trung b nh điều n y giải thích lí<br />
do các MeSWEET này có thể d d ng đ ợc xuất hoặc nhập qua m ng để thực hiện ch c n ng vận<br />
chuyển sucrose, từ đó tham gia vào một lo t quá tr nh điều hòa trong t bào.<br />
144<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
