Tách dòng và thiết kế vector biểu hiện mang gen cystatin 2 liên quan đến tính kháng mọt của cây ngô

Tạp chí Công nghệ Sinh học 13(1): 105-111, 2015

TÁCH DÒNG VÀ THIÉT KẾ VECTOR BIẺU HIỆN M ANG GEN CYSTATIN 2 LIÊN QUAN

ĐẾN TÍNH KHÁNG MỌT CỦA CÂY NGÔ

N guyễn Vũ T hanh T hanh1, V ì Thị Xuân T hủy2, N guyễn Thị H ợ p 1, L ê Văn Sơn3, Chu H oàng M ậu4

'Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên

2Trưòmg Đại học Tây Bắc

3 Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

4Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên

N gày nhận bài: 09.01.2015

N gày nhận đăng: 30.3.2015

TÓM TÁT

Cystatin là một dạng protein ức chế hoạt động của cysteine proteinase trong ruột côn trùng. Cystatin như

một cơ chất xâm nhập vào trung tâm hoạt động cùa cysteine proteinase, vì thế ngăn cản việc đi vào của cơ chất

protein và côn trùng không tiêu hóa được protein. Do đó, cystatin có mối liên quan đến khả năng chống côn

trùng, trong đó có mọt hại hạt ngô. Trong nghiên cứu này, cDNA Zmcvs2 được tách dòng và xác định trình tự

nucleotide từ giống ngô địa phương Sơn La. Đoạn gen Zmcys2 có kích thước 405bp, mã hoá 134 amino acid.

Vector chuyển gen mang gen Zmcys2 biểu hiện đặc trưng ở hạt đã được thiết kế theo kỹ thuật Gateway và biến

nạp vào A.tumefaciens. cấu trúc vector p?haso_Zmcys2 đã được chuyển thành công vào cây thuốc lá thông qua

A. tumefaciens. Đây là cơ sở cho việc chuyển cấu trúc p?haso_Zmcys2 vào cây ngô trong mục đích cải thiện

khả năng kháng mọt của ngô.

Tù khóa: Cystatin, gen Zmcys2, mọt ngô, vector biểu hiện đặc trưng ở hạt, Zea mays

MỞ ĐẦU

N gô (Zea mays L.) là cây lương thực có vị trí

quan trọng trong nền kinh tế nông nghiệp thế giới và

ở V iệt N am , đặc biệt các nước ở Trung M ỹ, N am Á

và Châu Phi (http://faostat.fao.org). Ở nước ta ngô là

m ột trong những cây trồng đang được coi trọng phát

triển cả diện tích cũng như năng suất và chất lượng.

Tuy nhiên, do điều kiện khí hậu, thời tiết nước ta rất

phức tạp, vấn đề bảo quàn ngô sau thu hoạch chưa

được chú trọng, tạo điều kiện cho loài m ọt hại ngô

có cơ hội phát triển dẫn đến giảm chất lượng hạt ngô.

M ột số công trình nghiên cứu và đánh giá khả năng

kháng m ọt của ngô đều thống nhất rằng đặc tính

kháng m ọt do nhiều gen quyết định (Om bori et al.,

2012; T efera et al., 2013), trong đó có gen cystatin

(Carrillo et al., 2011). M ọt ngô (Sitophylìus zeamais

M otsch) là loại đa thực, chủng có thể ăn được hầu

hết các loại ngũ cốc, các loại đậu, hạt có dầu và

nhiều sản phẩm thực vật khác. Thức ăn thích hợp

nhất của mọt là ngô hạt (M ikam i et aỉ., 2012).

Proteinase là enzym e phân giải protein được

chia làm bốn nhóm dựa vào gốc am ino acid thiết yếu

ở vị trí trung tâm hoạt động, bao gồm: serin-,

cysteine-, aspartic- m etallo-proteinase và chất ức chế

serine proteinase và cysteine proteinase đuợc nghiên

cứu nhiều (Shu-G uo, W u, 2005). Các hoạt động của

cysteine proteinase được kiểm soát bời protein ức

chế tự nhiên như a 2-m acroglobulin và cystatin.

Cystatin là m ột loại protein có khả năng ức chế đặc

hiệu hoạt động của papain và các enzym e phân hủy

cysteine proteinase. Các nghiên cứu gần đây đã bàn

luận nhiều về m ối liên quan giữa cystatin với hạn,

lạnh, muối và bảo vệ thực vật chống lại côn trùng, vi

sinh vật gây bệnh (A deniala et al., 2003). Cystatin

kìm hãm hoạt động của cysteine protenase có mối

liên quan với nhau về m ặt tiến hóa, hình thành siêu

họ cystatin, trong đó các thành viên được phân chia

thành ba nhóm có m ối liên hệ chặt chẽ dựa trên sự

tương đồng của trình tự bậc m ột, khối lượng phân tó,

số lượng liên kết disulfide và sự định vị của chúng

trong tế bào.

Gen cystatin được phân lập đầu tiên từ mRNA

của cây lúa, ký hiệu là OC1 có đoạn mã hóa dài 309

nucleotide, m ã hóa 102 am ino acid (Abe et al.,

1987), tiếp sau là nghiên cứu phân lập gen cystatin

từ cây lạc (V ũ Thị Thu Thủy, 2011), từ cây ngô

(http://w w w .ncbi.nlm .nih.gov/nuccore/D 38130). Hệ

gen của ngô có 10 gen cystatin được ký hiệu là CCI,

CC2, CCS, CC4, CC5, CC6, CC7, CC8, CC9, và

105