VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÙI VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CÁC ĐIỀU KIỆN
BẤT LỢI CỦA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỐI TƯỢNG CÂY XOAN TA (Melia
azedarach L.) BẰNG CÔNG NGHỆ GEN THỰC VẬT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội, 2014

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÙI VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CÁC ĐIỀU KIỆN
BẤT LỢI CỦA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỐI TƯỢNG CÂY XOAN TA (Melia
azedarach L.) BẰNG CÔNG NGHỆ GEN THỰC VẬT

Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 62 42 01 21

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Chu Hoàng Hà
2. TS. Lê Văn Sơn

Hà Nội, 2014

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu ngày càng diễn ra mạnh mẽ là nguyên nhân làm tăng những
bất lợi từ môi trường, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của nhiều loài cây
trồng. Do sự thay đổi khí quyển với hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ của khí quyển
ấm dần lên, băng tan ở hai cực sẽ tạo sự ngập lụt ở các vùng đất thấp. Lũ lụt, hạn
hán và sự xâm nhập mặn sẽ trở thành vấn đề lớn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến
phát triển nông lâm nghiệp. Để thích ứng với những biến đổi khí hậu và những hệ
quả của chúng, chiến lược chung của ngành nông lâm nghiệp là ưu tiên tạo ra
những giống cây trồng chống chịu được khô hạn, mặn, ngập úng, lạnh và chống
chịu với đất có vấn đề như acid, thiếu lân, ngộ độc sắt, ngộ độc nhôm.
Những tác động bất lợi từ môi trường như khô hạn, đất nhiễm mặn, ngập
úng, nhiệt độ cực đoan thường làm mất cân bằng về áp suất thẩm thấu gây ảnh
hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng của nhiều loài cây trồng (Linhui
et al., 2012). Một trong những phản ứng thường gặp nhất khi cây gặp các điều kiện
bất lợi về nước đó là tăng cường tổng hợp và tích lũy các chất chuyển hóa như các
loại đường tan, axít amin, v.v. để tăng cường áp suất thẩm thấu cho tế bào. Proline
và glycine betaine được biết đến là một trong những chất đóng vài trò quan trọng
trong quá trình điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào khi thực vật sống trong các
điều kiện bất lợi như khô hạn, mặn, lạnh (Sávio et al., 2012). Trong tế bào thực vật,
glycine betaine (GB) được tổng hợp từ choline thông qua hai phản ứng liên tiếp
được xúc tác bởi choline monooxygenase (CMO) và betain aldehyde
dehydrogenase (BADH) (Rathinasbapathi et al., 1997). Cũng giống như thực vật
bậc cao, ở vi khuẩn E. coli và ở một số động vật, con đường sinh tổng hợp GB cũng
trải qua hai bước là khử choline thành betaine aldehyde và oxy hóa betaine
aldehyde thành GB (Takabe et al., 1998). Ngược lại, con đường sinh tổng hợp GB ở
vi khuẩn Arthrobacter globiformis và Arthrobacter panescens lại rất đơn giản, từ
choline chuyển hóa thành sản phẩm trực tiếp là GB chỉ cần xúc tác bởi choline
oxydase (COD) (Ikuta et al., 1977). Sinh tổng hợp proline ở thực vật bậc cao có thể
được thực hiện qua hai con đường hoặc từ glutamate hoặc từ ornithine. Con đường
sinh tổng hợp proline từ glutamate được chứng minh đầu tiên ở vi khuẩn bởi
Leisinger (Leisinger, 1987) và sau đó là ở nhiều loài sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn

2

khác nhau. Ở thực vật bậc cao, chu trình này chỉ được xác định sau khi các nhà
khoa học thành công trong việc phân lập được đoạn cDNA của gen mã hóa cho
enzyme pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) (Hu et al., 1992). P5CS là một
enzyme giữ hai chức năng, thứ nhất enzyme hoạt hóa glutamate trở thành dạng hoạt
động là glutamic semialdehyde và sau đó xúc tác cho phản ứng đóng vòng để tạo ra
pyrroline-5-carboxylate. Dẫn xuất này sau đó sẽ bị khử bằng phản ứng xúc tác bởi
enzyme pyrroline-5-carboxylate reductase để tạo proline.
Từ những hiểu biết sâu sắc về con đường sinh tổng hợp glycine betaine và
proline ở sinh vật, cùng với sự phát triển mãnh mẽ của lĩnh vực công nghệ gen, đặc
biệt là kỹ thuật tạo cây trồng biến đổi gen. Các nhà khoa học đã phân lập được các
gen: codA (COD), COX, BADH, betA (CDH), CMO, GSMT, SDMT, P5CS và P5CR
từ nhiều nguồn khác nhau, mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng
hợp GB và proline. Các gen này đã được thiết kế với các promoter biểu hiện đặc
hiệu, mạnh và chuyển thành công vào nhiều loài cây trồng, các loài cây trồng biến
đổi gen tăng cường khả năng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trường (Amudha
& Balasubramani, 2011). Các kết quả công bô cho thây : Cây Arabidopsis
thaliana chuyên gen codA,COX, GSMT/SDMT tăng cương kha năng chiu lanh ,
nhiêt đô cao, chịu măn và băng giá (Ali et al., 1998a, 1998b; Hayashi et al.,
1997, 1998; Sakamoto et al., 2000; Huang et al., 2000), cây cai be (Brassica
juncea) chuyên gen codA có khả năng chiu măn tôt hơn cây đôi chưng (Waditee et
al., 2005). Tương tự, cây lúa (Oriza sativa) chuyển gen codA, betA,COX, CMO, cây
cà chua, cây hồng, cây bạch đàn chuyên gen codA cũng tăng cương kh ả năng chiu
lanh , hạn, măn và oxy hóa (Sakamoto et al., 1998, Takabe et al., 1998; Su et al.,
2006; Shirasawa et al., 2006; Mohanty et al., 2002; Park et al., 2004, 2007a; Yu et
al., 2009). Cây thuốc lá chuyển gen COX, betA, CMO, BADH (Lilius et al., 1996;
Nuccio et al., 1998; Yang et al., 2008), cây cà rốt chuyển gen BADH (Kumar et al.,
2004); cây bông và ngô chuyển gen betA (Lv et al., 2007; Quan et al., 2004a,
2004b) cũng đã được chứng minh là chống chịu tốt hơn với các điều kiện cực đoan
của môi trường. Kết
quả nghiên cứu chuyển gen P5CS, P5CR,  -OAT tham gia sinh tổng hợp proline
vào cây thuốc lá, lúa nước, lúa mì, cà rốt, chanh, đậu tương, Arabidopsis cho thấy
cây chuyển gen chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường sống bị mặn, hạn, oxy
hóa, nhiệt cao và băng giá (Kavi Kishor et al., 1995; Zhu et al., 1998; Hong et al.,

3

2000; Anoop et al., 2003; Su & Wu, 2004; Sawahel & Hassan, 2002; Han &
Hwang, 2003; Hur et al., 2004; Molinari et al., 2004; De Ronde et al., 2004).
Việt Nam là một trong những quốc gia bị tác động mạnh mẽ của việc biến
đổi khí hậu, do đó hạn hán và đất nhiễm mặn hoang hóa đang ngày một gia tăng,
đây sẽ là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất và chất lượng cây
trồng nông lâm nghiệp và thu hẹp diện tích đất canh tác. Vì vậy, viêc triên khai cac
nghiên cưu nhăm tao ra đươc cac giông cây trông
nông lâm nghiệp có khả năng
chông chiu đươc cac điêu kiên bât lơi cua môi trương nhưng vân đam bao đươc
năng suât va chât lương tôt đang la vân đê câp bach va cân thiêt nhât hiên nay. Trên
thế giới, các nghiên cứu tạo cây trồng biến đổi gen tăng cường chống chịu các điều
kiện môi trường bất lợi chủ yếu tập chung vào nhóm cây nông nghiệp, còn nhóm
cây lâm nghiệp (cây gỗ) mới chỉ có một vài công trình công bố (Yu et al., 2009, Yu
et al., 2010). Trong lâm nghiệp, cây dương (Populus sp.) được sử dụng như là cây
mô hình cho các nghiên cứu chuyển gen. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất cua loài cây
này đó là khó sinh trưởng trong điều kiện khí hậu của Việt Nam. Vì vậy, việc tìm
kiếm một loài cây dễ thích ứng và phổ biến ở Việt Nam để làm cây mô hình cho các
nghiên cứu theo hướng quan tâm trên đối tượng cây lâm nghiệp trở nên rất cần thiết.
Cây Xoan ta được đánh giá là một trong những cây trồng quan trọng trong chiến
lược phát triển lâm nghiệp ở nước ta. Nó có mặt ở 6/9 vùng sinh thái lâm nghiệp,
trong đó 3 vùng: Vùng Trung tâm, vùng Đồng bằng Sông Hồng và vùng Nam
Trung bộ Xoan ta đứng đầu trong danh mục các cây trồng được ưu tiên phát triển
theo quyết định số 16/2005/QĐ-BNN ngày 15/03/2005 của Bộ trưởng Bộ
NN&PTNT. Hơn nữa, những kết quả nghiên cứu bước đầu trong việc xây dựng
phương pháp chuyển gen ở đối tượng cây Xoan ta là rất có triển vọng (Bui Van
Thang et al., 2007a; Nirsatmanto & Gyokusen, 2007; Ngo Van Thanh et al., 2010)
cho phép các nhà khoa học có thể tiến hành các nghiên cứu cải thiện giống, đặc biệt
là nâng cao tính chống chịu của loài cây này và có thể sử dụng như một loài cây mô
hình cho các nghiên cứu chuyển gen vào cây lâm nghiệp ở Việt Nam. Xuât phat tư
nhưng ly do nêu trên, chúng tôi đã tiên hanh thưc hiên đê tai “Nghiên cứu tăng
cường khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường trên đối
tượng cây Xoan ta (Melia azedarach L.) bằng công nghệ gen thực vật”.

4

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu chung:
Thông qua công nghệ chuyển gen để nghiên cứu khả năng tăng cường tính
chống chịu các điều kiện môi trường bất lợi trên đối tượng cây Xoan ta nhằm bổ
sung thêm cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc tạo giống cây trồng lâm nghiệp có
khả năng chống chịu tốt với điều kiện môi trường bất lợi.
2.2. Mục tiêu cụ thể:
(1) Xây dựng được quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta đạt hiệu suất cao để làm
công cụ nghiên cứu;
(2) Đánh giá được hoạt động của promoter rd29A cảm ứng hạn ở các dòng Xoan ta
chuyển gen;
(3) Đánh giá được khả năng chịu hạn của các dòng Xoan ta chuyển gen P5CS đột
biến loại bỏ hiệu ứng phản hồi ngược (P5CSm);
(4) Đánh giá được khả năng chịu hạn, mặn của các dòng thuốc lá và Xoan ta chuyển
gen codA.
3. Nội dung nghiên cứu
(1) Xây dựng và tối ưu hóa quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta thông qua
Agrobacterium tumefaciens;
(2) Tạo các dòng Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen rd29A::gus intron và đánh
giá hoạt động của promoter rd29A điều khiển biểu hiện gen gus trong điều kiện bình
thường và xử lý hạn nhân tạo;
(3) Tạo các dòng Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen rd29A:: P5CSm và đánh
giá kiểu hình, đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây chuyển gen trong điều kiện xử lý
hạn nhân tạo;

5

(4) Tạo các dòng thuốc lá và Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen 35S::TPcodA/35S::codA và đánh giá kiểu hình, đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây chuyển
gen trong điều kiện xử lý hạn, mặn nhân tạo.
4. Đóng góp mới của luận án
Luận án là công trình đầu tiên ở Việt Nam cũng như trên thế giới xây dựng
được quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta đạt hiệu suất cao thông qua
Agrobacterium tumefaciens. Luận án là công trình đầu tiên tạo được các dòng cây
Xoan ta chuyển gen P5CSm/codA và chứng minh được khả năng tăng cường tính
chịu hạn và chịu mặn ở các dòng cây chuyển gen. Luận án cũng là công trình đầu
tiên sử dụng gen codA đã được thích ứng mã di truyền ở thực vật để chuyển vào cây
thuốc lá và cây Xoan ta, kết quả cho thấy cây chuyển gen sinh tổng hợp và tích lũy
hàm lượng glycine betaine cao hơn rất nhiều lần so với các công trình công bố trước
đây. Luận án đã góp phần bổ sung thêm cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc ứng
dụng công nghệ chuyển gen trong tạo giống cây trồng nông lâm nghiệp nói chung
và cây Xoan ta nói riêng chống chịu tốt với các điều kiện môi trường bất lợi.

6

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÁC ĐỘNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG BẤT LỢI ĐẾN CÂY TRỒNG
Thực vật có đặc điểm về trạng thái sống đặc thù, đó là bám trụ vào đất tại
một chỗ, không di chuyển từ nơi sống này đến nơi sống khác trong suốt quá trình
phát triển. Do đó, khác với động vật, thực vật thường xuyên đối mặt trực tiếp với
các điều kiện ngoại cảnh bất lợi, tác động lên quá trình sinh trưởng và phát triển.
Những tác động bất lợi từ môi trường có thể gây ra những biến đổi sinh lý, hóa sinh
và hình thái; từ đó ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng cây trồng.
1.1.1. Tác hại của hạn đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm năng suất và chất lượng
sản phẩm của cây trồng. Khi môi trường hạn hán cây bị stress mất nước dẫn đến
nhiều hậu quả nghiêm trọng (Abdullah et al., 2011; Belkheiri & Mulas, 2013): (i)
Gây nên hiện tượng co nguyên sinh và làm cho cây bị héo. Sự co nguyên sinh chất
xảy ra khi tế bào bị stress nước làm cho nước trong tế bào thất thoát ra ngoài nên
khối nguyên sinh chất của tế bào co lại, thể tích không bào bị thu hẹp. Khi cây sống
trong môi trường thiếu nước kéo dài, tế bào mất nước dẫn đến các mô trở nên mềm
yếu và sự héo xảy ra. Mô thực vật bị héo tạm thời nhưng cũng có thể vĩnh viễn nếu
sự thiếu nước xảy ra nghiêm trọng và trong thời gian dài. (ii) Môi trường sống bị
khô hạn cản trở sự vận chuyển nước trong mạch gỗ. Khi thiếu nước do khô hạn sự
cung cấp nước cho rễ không đủ trong đêm để thủy hóa các mô đã bị thiếu nước ban
ngày, dẫn đến các lông hút bị tổn thương lớp ngoài vùng vỏ bị phủ chất sáp
(suberin) làm giảm áp suất rễ nên ảnh hưởng đến đẩy cột nước lên cao trong mạch
gỗ. Đặc biệt khi thiếu nước sẽ hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ dẫn đến phá
vỡ tính liên tục của cột nước nên cột nước trong mạch gỗ không được đẩy lên liên
tục. (iii) Hạn hán làm dày lớp cutin trên bề mặt lá làm giảm sự thoát hơi nước qua
biểu bì. (iv) Sự thiếu nước làm giảm cường độ quang hợp. Khi hàm lượng nước

7

trong lá còn khoảng 40 -50% quang hợp của lá bị đình trệ. (v) Đặc biệt, hạn hán cản
trở sự sinh trưởng của cây trồng. Thiếu nước ảnh hưởng đến các hoạt động sinh lý,
nhất là quang hợp nên làm giảm sinh trưởng và năng suất cây trồng nghiêm trọng.
1.1.2. Tác hại của đất nhiễm mặn đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Đất mặn là loại đất chứa hàm lượng muối cao (>0,2%) có nhiều ion độc. Nếu
hàm lượng muối trong đất cao, áp suất thẩm thấu của dung dịch đất rất cao, có thể
đạt 200 - 300 atm. Do đất nhiễm mặn có áp suất thẩm thấu cao nên cây không thể
hút được nước từ môi trường gây nên hiện tượng hạn sinh lý. Cây bình thường
không thể sống trong môi trường có áp suất thẩm thấu trên 40 atm. Ngoài ra, trong
đất nhiễm mặn còn chứa nhiều ion độc. Các ion này cạnh tranh với chất dinh dưỡng
trong quá trình hút của rễ làm cho rễ khó hút chất dinh dưỡng dẫn đến cây trồng
sinh trưởng chậm và giảm năng suất mạnh. Trong đất nhiễm mặn có các muối
NaCl, Na2SO2, Na2SO4, Na2CO3, MgCl2,, v.v. các muối này có hàm lượng cao trong
đất đều gây độc cho cây. Khi cây hút các ion độc vào trong tế bào sẽ gây ra rối loạn
các quá trình trao đổi chất của tế bào. Các ion độc sẽ ức chế hoạt động của các
enzyme, các chất điều hòa sinh trưởng dẫn đến làm rối loạn các quá trình trao đổi
chất và các hoạt động sinh lý bình thường của tế bào. Các ion độc còn làm ảnh
hưởng bất lợi đến nguyên sinh chất, làm giảm mạnh độ nhớt, tính thấm của nguyên
sinh chất làm cho tế bào mất chất dinh dưỡng. Các hoạt động sinh lý của tế bào
cũng bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi cây bị tác động của muối mặn. Quá trình
quang hợp giảm mạnh do lá kém phát triển, sắc tố quang hợp ít do các chất độc ức
chế quá trình tổng hợp các sắc tố quang hợp. Quá trình hô hấp tăng mạnh, các cơ
chất bị phân hủy mạnh nhưng hiệu quả tạo năng lượng thấp do phần lớn năng lượng
của các quá trình dị hóa bị thải ra dưới dạng nhiệt làm cho tế bào thiếu năng lượng
ATP để duy trì các hoạt động bình thường. Phân hủy mạnh, tổng hợp lại yếu nên
không bù đủ lượng vật chất do hô hấp phân hủy, dẫn đến các chất dự trữ bị hao hụt
mạnh, do đó cây không sinh trưởng hoặc sinh trưởng chậm, còi cọc và năng suất

8

thấp. Cây sẽ bị chết nếu bị tác động của môi trường nhiễm mặn cao hay nhiễm mặn
trong thời gian dài (Jouyban, 2012).
1.1.3. Tác hại của nhiệt độ cao đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Thực vật là sinh vật biến nhiệt nên nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến
o

hoạt động sống của cây. Biên độ nhiệt độ sinh lý của cây khoảng 1 – 45 C. Stress
nhiệt do nhiệt độ môi trường xung quanh cao là một mối đe dọa nghiêm trọng đối
với cây trồng sản xuất trên toàn thế giới (Hall, 2001; Harrison et al., 2011). Nhiệt độ
cao gián đoạn hoặc liên tục là nguyên nhân gây ra một loạt thay đổi về hình thái giải
phẫu, sinh lý và sinh hóa ở thực vật, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của
thực vật và có thể dẫn đến suy giảm sản lượng.
Sự tiếp xúc của thực vật tới nhiệt độ cao, hạt giống có thể đẩy nhanh quá trình
lão hóa, làm giảm sự đậu quả, trọng lượng hạt giống và làm giảm năng suất. Điều
này là do thực vật có xu hướng chuyển hướng các nguồn năng lượng để chống lại
stress do nhiệt và do đó hạn chế sinh trưởng và sinh sản. Một ảnh hưởng khác của
stress do nhiệt cao cho nhiều loài thực vật là gây ra vô sinh khi nhiệt cao tác dụng
ngay trước hoặc trong khi nở hoa. Cây họ đậu đặc biệt nhạy cảm với stress do nhiệt
o

ở giai đoạn nở hoa, chỉ có một vài ngày tiếp xúc với nhiệt độ cao (30 – 35 C) có thể
gây ra tổn thất nặng cho năng suất thông qua giảm lượng hoa hoặc tình trạng không
phát triển đầy đủ của vỏ quả. Ở nhiệt độ rất cao gây tổn thương tế bào nghiêm trọng
và thậm chí làm cho tế bào bị chết trong vòng vài phút, dẫn đến sự sụp đổ nhanh
chóng của các tổ chức tế bào (Schoffl et al., 1999). Ở nhiệt độ cao vừa phải, tổn
thương hoặc chết chỉ có thể xảy ra sau khi tiếp xúc lâu dài. Tổn thương trực tiếp do
nhiệt độ cao bao gồm sự biến tính protein và sự kết tụ, tăng tính lưu động của màng
lipid. Tổn thương gián tiếp hoặc tổn thương nhiệt chậm hơn bao gồm bất hoạt các
enzyme trong lục lạp và ty thể, ức chế tổng hợp protein, suy thoái protein và màng
tế bào mất tính linh hoạt (Howarth, 2005).

9

Stress nhiệt cao cũng ảnh hưởng đến tổ chức của các cấu trúc vi ống bằng
cách chia tách và/hoặc kéo dài của chúng, hình thành các thể sao hình ống trong các
tế bào phân bào và kéo dài của vi ống hạt vách. Tổn thương này cuối cùng dẫn tới
ức chế sự tăng trưởng, giảm dòng ion, tạo ra hợp chất độc hại và các loại ôxy phản
ứng (reactive oxygen species = ROS) gây độc cho tế bào (Howarth, 2005).
Sinh trưởng của cây trồng giảm sút là kết quả chính của việc cây sinh trưởng
trong điều kiện nhiệt độ cao. Nguyên nhân chủ yếu là do nhiệt độ cao làm giảm
năng suất quang hợp, năng lượng tạo ra giảm sút nghiêm trọng. Có giả thiết cho
rằng trong các phản ứng của pha sáng, nhiệt độ của lá tăng lên do việc tổng hợp
ATP liên tục (bằng quá trình vận chuyển điện tử có tính chu trình) cho đến khi cân
bằng với lượng ATP tiêu thụ (Bukhov et al., 1999). Trong các phản ứng pha tối của
quá trình quang hợp, sự hoạt hóa Rubisco trong chu trình Calvin đã được xác định
như là bước trung gian, sự hoạt hóa này bị ức chế ở 35–40◦C dẫn đến việc giảm tiêu
thụ CO2 và giảm tạo ra các carbohydrates (Dubey, 2005; Wahid et al., 2007). Trong
ty thể, điều kiện bất lợi thông thường sẽ là nguyên nhân phá hủy NAD+, ATP tiêu
thụ vượt trội và việc hô hấp sẽ tăng lên. Việc phá vỡ NAD+ một phần do nguyên
nhân của việc tăng cường hoạt động của poly(ADP-ribose) polymerase (PARP),
chất sử dụng NAD+ như là cơ chất để tổng hợp ADP-ribose. Quá trình poly(ADP)
ribosyl hóa này là quá trình điều hòa sau dịch mã của các protein nhân, là bước
được khởi đầu bởi sự oxi hóa và các dạng khác của việc phá hỏng DNA. Sự suy yếu
gây ra bởi điều kiện bất lợi mang lại sự suy yếu của năng lượng khi mà các phân tử
ATP đòi hỏi để tái tổng hợp NAD+ (Zidenga, 2005). Cuối cùng, có thể nói rằng
việc chống chịu nhiệt độ của cây là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng nội bào
đáng kể để đối phó nhiệt độ cao. Nói chung các phản ứng đó làm suy yếu năng
lượng và tăng cường sản xuất ROS, rốt cuộc có thể gây chết tế bào, mô và cả cơ thể
(De Block et al., 2005).

10

1.1.4. Tác hại của nhiệt độ thấp đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng
Nhiệt độ thấp làm cho lá cây bị héo mặc dù môi trường vẫn đủ nước do nhiệt
độ thấp ức chế sự hút nước của hệ rễ và sự vận chuyển nước của hệ mạch. Nhiệt độ
thấp cũng gây ức chế quá trình quang hợp của lá, làm giảm hô hấp, ức chế các quá
trình tổng hợp nhất là tổng hợp các phân tử protein do các enzyme hoạt động yếu. Ở
nhiệt độ thấp làm cho màng nguyên sinh chất bị tổn thương dẫn đến tăng tính ngoại
thấm nên thất thoát chất dinh dưỡng của tế bào ra bên ngoài. Nhiệt độ thấp ảnh
hưởng đến cấu trúc và chức năng của hệ rễ. Sự hút nước và chất khoáng bị giảm
mạnh làm cho cây thiếu nước và chất dinh dưỡng. Nhiệt độ thấp còn làm tổn hại
màng lục lạp, ty thể dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng đến các quá trình sinh lý của
cây như quá trình quang hợp, hô hấp. Nói chung nhiệt độ thấp làm giảm mạnh sinh
trưởng, năng suất và chất lượng sản phẩm của cây trồng (Gulzar et al., 2011).
1.1.5. Phản ứng của thực vật đối với các điều kiện môi trường bất lợi
Các yếu tố cực đoan như nhiệt độ cao, băng giá, ánh sáng, oxy hóa,v.v.
thường tác động lên lá. Hạn, úng và mặn muối thường tác động lên bộ rễ. Các yếu
tố cực đoan thường gây ra diện rộng về các phản ứng của thực vật, từ việc thay đổi
biểu hiện gen, trao đổi chất trong tế bào cho đến những thay đổi lớn liên quan đến
tốc độ sinh trưởng và năng suất cây trồng. Những biến đổi lớn liên quan đến mức độ
sinh trưởng và trao đổi chất khi gặp các yếu tố cực đoan của môi trường sẽ làm thay
đổi sự biểu hiện của gen. Điều đó bắt đầu từ việc nhận biết tín hiệu ở mức độ tế bào,
lan truyền tín hiệu này trong tế bào và tiếp sau đó lan truyền khắp cơ thể sinh vật.
Sự biểu hiện của các gen phản ứng đối với các yếu tố cực đoan thể hiện đầu tiên là
ở mức độ tế bào, sau đó đến mức độ toàn bộ cơ thể, tiếp theo là sự thay đổi về hình
thái, sinh trưởng, phát triển và cuối cùng làm ảnh hưởng đến khả năng tạo năng suất
và chất lượng sản phẩm của cây trồng (Trần Thị Phương Liên, 2010).
Sự biểu hiện các gen phản ứng với các yếu tố cực đoan của môi trường phụ
thuộc vào khả năng nhận biết chúng. Bằng chứng là tăng cường các chất điều khiển

11

những phản ứng của cây trồng đối với các yếu tố cực đoan như xuất hiện abscisic
acid (ABA), jasmonic acid (JA), ethylene, sau đó xuất hiện các phản ứng thứ cấp
như xuất hiện Ca

2+

(Shinozaki et al., 2007). Mức độ biểu hiện của một số gen tăng

hẳn lên, một số khác yếu hẳn đi. Điều hòa việc biểu hiện các gen này khi gặp các
yếu tố cực đoan của môi trường đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu ở các giai đoạn khác nhau: trước khi phiên mã, sau phiên mã, dịch mã,
sau dịch mã và từng bước làm sáng tỏ dần cơ chế phân tử liên quan đến tích chống
chịu các điều kiện cực đoạn của thực vật. Như vậy, khi gặp các yếu tố cực đoan đột
ngột, thực vật phải điều chỉnh để thích ứng với sự thay đổi môi trường sống nhằm
kéo dài khả năng tồn tại, sinh trưởng và phát triển. Phản ứng của thực vật khi gặp
điều kiện như hạn, mặn, v.v. gây mất nước tế bào, chúng thường tăng cường biểu
hiện các gen liên quan đến tổng hợp các chất thứ cấp như các loại đường tan,
proline, glycine betaine, v.v. để tăng cường áp suất thẩm thấu của tế bào (Khan et
al., 2009; Szabados & Savoure´, 2009) hoặc biểu hiện các gen mã hóa cho các
protein chịu hạn, mặn như protein LEA (Porcel et al., 2005). Đối với hiện tượng
nhiệt độ cao, chúng sẽ tăng cường mức độ biểu hiện các gen mã hóa cho các protein
sốc nhiệt (Hsp – heat shock protein) (Simões-Araújo et al., 2003).
Thời gian, mức độ khốc liệt của các yếu tố cực đoan ảnh hưởng khác nhau
đến khả năng phản ứng của cây trồng. Hiện tượng mất nước cục bộ chỉ gây thiệt hại
cho một nhóm nhỏ, nhưng hạn hán, nhiễm mặn kéo dài sẽ gây thiệt hại cho nhiều
loài cây trồng trên một vùng rộng lớn, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản
phẩm cây trồng (Trần Thị Phương Liên, 2010). Ngoài ra, các cơ quan, các mô tế bào
khác nhau sẽ phản ứng với các yếu tố cực đoan không giống nhau. Các loài thực vật
khác nhau sẽ có khả năng chống chịu khác nhau với các yếu tố cực đoan của môi
trường phụ thuộc vào bản chất di truyền (hệ gen) của chúng. Vì vậy, khi đối mặt trực
tiếp với các yếu tố bất lợi của môi trường có loài cây có thể chống chịu được để tồn
tại, sinh trưởng và phát triển, có loài cây sẽ bị chết. Ngay trong cùng một loài cây,
các cá thể khác nhau cũng có mức độ phản ứng khác nhau với yếu tố cực đoan của
môi trường (Buchanan et al., 2000).

12

1.2. TÍNH CHỐNG CHỊU VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG BẤT LỢI CỦA
THỰC VẬT
1.2.1. Cơ chế chống chịu các điều kiện môi trường bất lợi
Điều kiện bất lợi từ môi trường sống - stress (điều kiện bất lợi phi sinh học
như mặn, hạn, lạnh, nhiệt độ cao, băng giá, v.v.) dẫn đến hàng loạt các thay đổi về
hình thái, tính chất vật lý, hóa sinh, phân tử, điều đó ảnh hưởng xấu đến sự sinh
trưởng và phát triển của thực vật. Để đảm bảo tính toàn vẹn và sống còn, nhiều loài
thực vật có các chiến lược đối phó với những bất lợi phi sinh học khác nhau. Sự
phản ứng của cơ thể sống với các yếu tố cực đoan phụ thuộc vào từng loài, kiểu
gen, thời gian tác động và tính khốc liệt của yếu tố cực đoan, độ tuổi và giai đoạn
phát triển, dạng đặc thù của các cơ quan hoặc tế bào và phần ngoại vi của chúng.
Khi bị tác động bởi các yếu tố bất lợi của môi trường, thực vật sẽ tạo ra một số chất
kích thích, protein giải độc hoặc hoormon giúp chúng có khả năng thích ứng.
Hiện nay, các nghiên cứu về cơ chế chống chịu các điều kiện bất lợi từ môi
trường ở thực vật đang được tập trung vào hướng nghiên cứu làm tăng cường các
chất giúp bảo vệ áp suất thẩm thấu của tế bào khỏi sự mất cân bằng về nước. Sự
tăng cường các chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu được phát hiện trong nhiều
trường hợp môi trường bất lợi như hạn hán, muối mặn và lạnh giá (Khan et al.,
2009; Szabados & Savoure´, 2009). Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu là một
đặc tính rất quan trọng của tế bào khi bị mất nước do lạnh, muối hoặc hạn. Những
thực vật sống trong môi trường thiếu nước bị mất cân bằng về áp suất thẩm thấu
trong tế bào đòi hỏi phải có khả năng chống chịu lại điều kiện khắc nghiệt đó.
Một trong những phương thức của thực vật chống lại sự mất cân bằng về áp
suất thẩm thấu đó là dựa trên sự thay đổi trong chuyển hóa tế bào chất dẫn đến sự
xuất hiện và tích lũy các chất hòa tan tương tích, protein hoặc các axít amin đặc
hiệu (Ashraf et al., 2009). Hiện tượng này xảy ra rất nhanh khi tế bào bị mất nước.
Sự tích lũy các chất này không làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các
enzyme nội bào. Ngược lại, sự tích lũy lượng lớn các chất hòa tan trong tế bào sẽ
điều chỉnh áp suất thẩm thấu bằng tác động tổng thể mà chúng có khả năng giữ và
lấy nước vào tế bào. Ngoài ra, chúng có thể thay thế vị trí nước nơi xảy ra các phản
ứng hóa sinh, tương tác với lipid hoặc protein trong màng, ngăn chặn sự phá hủy
màng tế bào và các phức hệ protein. Về mặt hóa học, chúng thường là những phân

13

tử trung hòa về điện, có kích thước rất nhỏ, đóng vai trò quan trọng giúp các phân
tử protein và màng tế bào chống lại sự biến tính dưới tác động của các điều kiện bất
lợi phi sinh học (Trần Thị Phương Liên, 2010). Chất bảo vệ áp suất thẩm thấu hay
các chất hòa tan tương thích được chia làm 4 nhóm chất sau đây: (1) glycine betaine
(là dẫn xuất methyl hóa nhóm nitơ của axít amin), (2) proline và ectoine (axít
amin), (3) polyols và trehalose (là một hợp chất polyme không phải đường) và (4)
các loại đường tan: glucose, sucrose, fructan, manitol và pinitol.
Glycine betaine, proline và các nhóm đường thực hiện chức năng như các
chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu và bảo vệ tế bào khỏi bị mất nước. Quá trình này
liên quan đến một số enzyme chức năng đã được phân lập và phân tích về mặt sinh
hóa như các enzyme chủ chốt tham gia sinh tổng hợp và chuyển hóa các chất điều
hòa áp suất thẩm thấu, các enzyme giải độc và các loại protease khác. Protein vận
chuyển nước qua màng, chất vận chuyển các đường đơn, proline và glycine betaine
được xem như có chức năng chuyển nước, proline, glycine betaine, các chất đường
đơn qua màng nguyên sinh chất và màng không bào để điều chỉnh áp suất thẩm
thấu khi gặp điều kiện môi trường cực đoan.
1.2.2. Cơ chế phân tử liên quan đến tính chống chịu điều kiện môi trường bất
lợi
Dưới tác động của yếu tố cực đoạn của môi trường, đầu tiên tế bào thực vật sẽ
nhận biết tín hiệu, cảm ứng với điều kiện môi trường, tiếp đến tổng hợp các
hormone như ABA, sau đó hoạt hóa các yếu tố phiên mã – TF (transcrition factor).
Phần lớn các protein cảm ứng với ABA được xếp vào nhóm RAB. Tuy nhiên, có
một số gen có thể biểu hiện trong điều kiện thiếu ABA. Đa số các gen cảm ứng điều
kiện môi trường bất lợi đều đáp ứng với xử lý ABA ngoại sinh, một số khác thì
không (Ingram & Barttels,
1996; Shinozaki et al., 1997). Vì vậy, sự biểu hiện gen liên quan đến các đặc tính
chống chịu điều kiện môi trường bất lợi không chỉ có các con đường phụ thuộc ABA
mà còn có cả các con đường độc lập ABA (không phụ thuộc ABA).
ABA là một hormone thực vật, điều chỉnh sự phát triển cây trồng, hạt giống
ngủ, nảy mầm, phân chia tế bào và phản ứng của tế bào với các áp lực môi trường
như hạn hán, mặn muối, lạnh giá, các tác nhân gây bệnh và bức xạ UV (Ueno, 1998;
Albinsky et al., 1999). ABA thường thấy trong các loài thực vật bậc thấp và bậc cao.
Con đường sinh tổng hợp và dị hóa của ABA đã được làm sáng tỏ (Zeevaart, 1999).
ABA hoạt động để thực hiện các thay đổi trên nhiều quá trình sinh lý, ví dụ
như

14

nhanh chóng gây đóng các lỗ khí khổng bằng việc bơm các ion từ tế bào bảo vệ, do
đó hạn chế sự mất nước thông qua sự thoát hơi nước (Hetherington et al., 1998;
Assmann & Shimazaki, 1999) và bằng cách kích hoạt sự biểu hiện gen, được cho
là để tái lập trình các tế bào để chống chịu được áp lực do mất nước gây ra (Ingram
& Bartels, 1996; Leung & Giraudat, 1998). Hạt trong giai đoạn phát triển, ABA đạt
mức cao nhất trong giai đoạn phôi muộn khi các protein lưu trữ và dự trữ dinh
dưỡng, sau đó giảm dần (Rock & Quatrano, 1995). Khi mô thực vật bị stress
(hạn, mặn,v.v.), mức ABA tăng gấp nhiều, có thể đến 40 lần trong vài giờ và giảm
dần sau khi được bù nước (Zeevaart, 1999). Các bằng chứng hiện có cho thấy, quá
trình này ít nhất là do sự điều khiển phiên mã của các gen sinh tổng hợp và dị hóa
ABA (Cutler et al.,
1997; Qin & Zeevaart, 1999).
Khi gặp điều kiện cực đoan, các gen liên quan đến tính chống chịu thường
biểu hiện với tốc độ nhanh. Bởi vậy, vấn đề khởi động phiên mã cũng như cấu trúc
của promoter và các protein tham gia vào điều khiển sự biểu hiện gen thông qua
việc nhận biết và hoạt hóa quá trình khởi động được đặc biệt quan tâm. Trong quá
trình này, có thể đồng thời tham gia của nhiều gen tổng hợp cùng một lúc nhiều loại
protein điều hòa phiên mã cũng như các protein/enzyme liên quan đến tính chống
chịu. Phần lớn các gen cảm ứng với điều kiện khô hạn đều cảm ứng với các điều
kiện lạnh, mặn (điều kiện mất nước sinh lý). Sự điều hòa biểu hiện gen được điều
khiển ở nhiều bước khác nhau, từ trước phiên mã, sau phiên mã và dịch mã. Nhưng
nhìn chung, kiểu điều hòa cơ bản nhất là ở giai đoạn khởi đầu phiên mã. Gen được
biểu hiện khi RNA-polymerase có thể liên kết vào vùng promoter (trình tự khởi
động) của nó và tiến hành tổng hợp bản phiên mã mRNA chứa vùng mã hóa của
gen. Mức độ biểu hiện của gen trong tế bào được xác định bằng mức gắn kết (ái
lực) của RNA-polymerase và các yếu tố phiên mã với promoter.
Promoter hay vùng gen khởi động là trình tự DNA rất cần thiết để biểu hiện
gen. Phần lớn các gen đều được biểu hiện mạnh hay yếu dưới sự điều khiển của các
yếu tố phiên mã – TF (transcription factor). TF là các protein có khả năng nhận biết
các trình tự cis đặc hiệu trên promoter và hoạt hóa sự phiên mã. Các đoạn trình tự
cis – yếu tố cis còn được gọi là các yếu tố điều hòa (regulatory element).
Yếu tố điều hòa phiên mã – TF có rất nhiều loại khác nhau thích hợp với
nhiều loại đoạn trình tự cis, các nghiên cứu ở cây đậu tương cho thấy có trên

15

1.200 loại TF đặc hiệu cho các loại mô và trong các điều kiện ngoại cảnh môi
trường khác nhau. Trong đó, biết đến có trên 180 loại TF đặc hiệu ở mô rễ liên
quan đến tính chịu hạn, mặn, v.v.. Khoảng 5,9% hệ gen của cây Arabidopsis
mã hóa cho trên 1.500 loại TF (Trần Thị Phương Liên, 2010). Các protein tham
gia điều khiển biểu hiện gen có thể có chức năng trong việc phản ứng với các
điều kiện cực đoan như là protein kinase và các TF. TF có các motif có kh ả
năng gắn với trình tự DNA như bZIP (ABI5, ABF và ABREB), MYB, MYC,
CBF4, DREB2, v.v. (Choi, 2000). Các yếu tố cực đoan của môi trường tác
động lên các TF, tiếp theo các TF hoạt hóa khả năng phát hiện và gắn với trình
tự cis trên promoter của gen tạo thành đường truyền tín hiệu phức tạp. Từ sự
nhận biết, cảm ứng với điều kiện môi trường đến việc tổng hợp hormone như
ABA, sau đó hoạt hóa các TF. Phần lớn các protein cảm ứng với ABA được
xếp vào nhóm RAB (Choi, 2000). Tuy nhiên, có một số gen có thể biểu hiện
trong điều kiện thiếu ABA. Phụ thuộc vào phản ứng với ABA, những yếu tố
điều hòa trên promoter có thể chia thành 2 loại (hình 1.1): Các yếu tố điều hòa
phụ thuộc ABA và không phụ thuộc ABA (Shinozaki et al., 2007).

Hình 1.1: Sơ đồ cơ chế biểu hiện gen khi thực vật bị tác động bởi điều kiện môi trường bất
lợi (Shinozaki et al., 2007).

16

1.2.3. Vai trò của proline và con đường sinh tổng hợp proline ở thực vật
1.2.3.1. Proline đối với tính chống chịu điều kiện môi trường bất lợi ở thực vật
Proline là một trong những axít amin được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất
đối với tính chống chịu điều kiện môi trường bất lợi ở thực vật. Ở nhiều loài thực vật
khác nhau hàm lượng proline tăng lên rất cao khi gặp các điều kiện môi trường bất
lợi như hạn, mặn, lạnh, nóng, nồng độ chất kim loại cao, nhiễm các loại bệnh, thiếu
dinh dưỡng và bị chiếu tia tử ngoại (Hare & Cress, 1997; Saradhi et al.,
1995; Siripornadulsi et al., 2002). Mức độ tích lũy proline ở các loài thực vật khác
nhau là khác nhau và có thể cao hơn 100 lần so với cây sống trong điều kiện bình
thường. Chính vì vậy, sự tích lũy proline được khẳng định là có vai trò rất quan trọng
trong các cơ chế chống chịu với các điều kiện môi trường bất lợi của thực vật.
Proline được cho là phản ứng như một loại chất trao đổi thích ứng và là chất để cây
dự trữ nguồn carbon và nitơ (Hare & Cress, 1997). Proline còn là một chất có chức
năng khử các gốc oxy phản ứng sinh ra trong tế bào khi tế bào gặp các điều kiện
bất lợi oxy hóa (oxidative stress) (Smirnoff & Cumbes, 1989). Ngoài ra, proline
cũng giữ chức năng trong quá trình ổn định các cấu trúc protein và tạo ra trạng thái
cân bằng pH và oxy hóa khử của tế bào. Với những chức năng của proline nêu trên,
nó được xem là tham gia vào cơ chế truyền tín hiệu của tế bào trong các đáp ứng
thích ứng (Maggio et al., 2002).
Ngoài những chức năng nêu trên, proline còn đóng vai trò quan trọng trong
quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng mặc dù proline không phải là một
trong những axít amin không thay thế. Sự tích lũy proline được xác nhận ở các loại
mô và cơ quan sinh sản của khá nhiều loài cây, bởi vậy proline còn có vai trò trong
quá trình phát triển các loại cơ quan sinh sản ở thực vật. Hai quá trình phát triển đã
được chứng minh đó là proline tham gia vào quá trình kéo dài cuống hoa và thời
gian nở hoa (Mattioli et al., 2009).
Proline được xem là một chất thẩm thấu có vai trò bảo vệ các cấu trúc nội
bào và các đại phân tử (DNA, protein) khi tế bào bị tác động bởi các điều kiện bất

17

lợi về áp suất thẩm thấu (Szabados & Savoure, 2009). Tuy nhiên, sự tích lũy proline
trong tế bào có thể ảnh hưởng đến khă năng chống chịu của cơ thể thực vật theo
nhiều con đường khác nhau. Hình 1.2 khái quát về vai trò của proline đối với đặc
tính chống chịu ở thực vật.

Hình 1.2: Vai trò của proline ở thực vât (Szabados & Savoure, 2009)

Vai trò của proline như là một chất định hình phân tử trong việc bảo vệ các
cấu trúc protein và nâng cao hoạt tính xúc tác của nhiều loại enzyme khác nhau.
Như là, proline có vai trò ổn định hoạt tính của enzyme M4 lactate dehydrogenase
khi tế bào bị các tác động bất lợi về nhiệt độ; Proline bảo vệ enzyme nitrate
reductase khi tế bào bị các tác động bất lợi về áp suất thẩm thấu và kim loại nặng;
Proline cũng có vai trò ổn định hoạt tính của enzyme ribonuclease và protease
trong điều kiện tế bào bị tác động bởi nồng độ arsen bên ngoài môi trường tăng
cao (Sharma & Dubey, 2005; Mishra & Dubey, 2006). Một số các công trình
nghiên cứu đã chứng minh rằng proline có vai trò như một chất chống oxy hóa,
với chức năng phân cắt các gốc oxy phản ứng và làm bất hoạt các gốc oxy tự do
(Matysik et al., 2002). Khi nuôi tế bào nấm men trên môi trường bổ sung proline
cho thấy rằng nồng độ các gốc oxy phản ứng giảm mạnh, nên làm chậm quá trình
gây chết theo chương trình định sẵn của tế bào (Chen & Dickman, 2005). Proline
có thể bảo vệ các tế bào người chống lại stress oxy hóa gây ung thư (Krishnan et

18

al., 2008) và đối với các tế bào tảo nuôi cấy ở các điều kiện có nồng độ kim loại
nặng cao thì proline có thể làm giảm quá trình phân giải các hợp chất béo (Mehta
& Gaur, 1999). Nghiên cứu ở cây lúa cho thấy proline có vai trò làm giảm độc
tính của thủy ngân thông qua quá trình phân cắt các gốc oxy phản ứng như
hydroperoxide (Wang et al., 2009). Khi nghiên cứu trên hệ màng thylakoid cũng
nhận thấy rằng proline có vai trò ức chế hiệu ứng phá hủy của các gốc oxy tự do
tới bộ máy quang hợp II (Alia & Mohanty, 1997). Tác động tiêu cực của tia phóng
xạ đến các tế bào tảo và cây thuốc lá chuyển gen P5CS tăng cường sinh tổng hợp
và tích lũy proline cũng bị giảm mạnh (Hong et al., 2000; Siripornadulsil et al.,
2002).
Mặc dù những dẫn chứng về vai trò bảo vệ và phân cắt các gốc oxy tự do
trong tế bào của proline là khá đầy đủ, ngược lại những bằng chứng về khả năng
duy trình sự ổn định trạng thái cân bằng nội bào còn rất hạn chế. Sự tích lũy của các
enzyme P5CS1 và P5CR trong lục lạp cho thấy, trong các điều kiện khắc nghiệt của
môi trường, quá trình sinh tổng hợp proline tăng lên ở lạp thể (Székely et al., 2008).
Khi cây gặp các điều kiện bất lợi thì tốc độ chu trình Calvin giảm đi nhằm mục đích
giảm thiểu quá trình oxy hóa NADPH và dự trữ NAPD+. Khi kết hợp với ánh sáng,
dòng điện tử trong chuỗi vận chuyển điện tử bị ức chế bởi không đủ lượng NADP+,
điều này dẫn đến sự tăng cường sản xuất các gốc oxy tự do ở trung tâm hệ quang
hợp I và tích lũy các gốc oxy phản ứng (ROS) (Chaves et al., 2009). Vì quá trình
sinh tổng hợp proline là quá trình khử và cần có NADPH để khử glutamate thành
P5C và từ P5C thành proline, nên quá trình này sẽ tạo ra nhiều phân tử NADP+.
Bên cạnh đó, quá trình phosphoryl hóa glutamate thành glutamic semialdehyde tiêu
thụ ATP và tạo ra ADP, các phân tử ADP này sau đó có thể làm cơ chất cho quá
trình sinh tổng hợp ATP thông qua quá trình quang hợp. Chính vì vậy nếu tăng
cường tốc độ sinh tổng hợp proline trong lục lạp khi tế bào gặp các điều kiện bất lợi
có thể giúp duy trì trạng thái cân bằng của NADPH:NADP+, do đó ổn định dòng
điện tử, trạng thái oxy hóa khử và ngăn ngừa những hư tổn đến bộ máy quang hợp
(Hare et al., 1997). Ở các dòng đậu tương chuyển gen đối mã với P5CR cho thấy


Tài liệu liên quan
Xemtailieu.com không chịu trách nhiệm liên quan đến các vấn đề bản quyền tài liệu được thành viên tự nguyện đăng tải lên.