Tách dòng và phân tích trình tự gen sinh tổng hợp xenluloso (EuCesA4) ở Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla)

TS. Trần Hồ Quang

Trung tâm Công nghệ Sinh học Lâm nghiệp

PGS. TS. David Clapham

Trường Đại học các khoa học Nông nghiệp Thụy Điển (SLU)

TÓM TẮT

Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla) là loài cây trồng rừng chính ở các tỉnh miền Bắc, miền Trung và Tây Nguyên nước ta. Gỗ Bạch đàn urô được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu giấy (hiệu suất bột giấy 49%), ván dăm, ván sợi ép, trụ mỏ, gỗ lớn được dùng trong xây dựng, đóng đồ mộc; gỗ nhỏ dùng làm gỗ củi. Xenlulose là một trong những thành phần chính của cây, hàm lượng xenlulose chiếm 40-50% trọng lượng khô của gỗ. Quá trình sinh tổng hợp xenlulose bao gồm hai nhóm gen chính tham gia trong đó gen EuCesA4 là gen sinh tổng hợp xenlulose hoạt động mạnh ở thành tế bào sơ cấp. Kết quả nghiên cứu cho thấy đã tách dòng thành công gen EuCesA4 ở Bạch đàn urô. Gen này có kích thước 2056 bp bao gồm 6 intron (vùng không mã hoá) và 6 exon (vùng mã hoá), trong đó có 29 chỉ thị SNP trên intron (vùng không mã hóa) và 11 chỉ thị SNP trên exon (vùng mã hóa) và có độ tương đồng di truyền khá cao (97%) so với trình tự gen xelulose của Bạch đàn grandis (E. grandis).

Từ khoá: Bạch đàn urô, Đa hình một nucelotide đơn, Gen sinh tổng hợp xenlulose, Tách dòng gen.

ĐẶT VẤN ĐỀ

Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla ST. Blake) thuộc chi phụ Symphyomyrtus, thuộc chi thực vật họ Sim (Myrtaceae) (Brooker, 2000). Đây là loài nhị bội có số lượng nhiễm sắc thể 2n = 22 (Poke và cộng sự, 2005). Kích thước nửa genome của Bạch đàn urô là 650 megabase (Mb) và tương tự như của Bạch đàn grandis (E. grandis) (640 Mb) (Grattapaglia và Bradshaw, 1994), nhưng lớn hơn cây Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) (125 Mb) (Arabidopsis Genome Initiative, 2000) và cây Dương (Populus trichocarpa) (485Mb) (Tuskan và cộng sự, 2006).

Bạch đàn urô là loài cây trồng rừng chính ở các tỉnh thuộc vùng Tây Bắc, Đông Bắc, vùng Trung tâm, đồng bằng sông Hồng, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Gỗ Bạch đàn urô được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu giấy (hiệu suất bột giấy 49%), ván dăm, ván sợi ép, trụ mỏ, gỗ lớn được dùng trong xây dựng, đóng đồ mộc; gỗ nhỏ dùng làm gỗ củi. Xenlulose là một trong những thành phần chính của cây. Hàm lượng xenlulose chiếm 40-50% trọng lượng khô của gỗ. Hàm lượng xenlulose biến động và thay đổi theo từng loài và tuổi của cây. Ở Bạch đàn urô hàm lượng xenlulose ở tuổi thứ 10 là 39,6% (Nguyễn Đức Kiên và cộng sự, 2010).

Đối với quá trình sinh tổng hợp xenlulose, có hai nhóm gen chính tham gia vào quá trình sinh tổng hợp xenlulose: (1) nhóm gen liên quan đến quá trình tổng hợp thành tế bào sơ cấp (primary cell wall) và (2) nhóm gen liên quan đến quá trình tổng hợp thành tế bào thứ cấp (secondary cell wall).

Cho đến nay, các nghiên cứu về tách dòng gen xenlulose ở bạch đàn mới chỉ được thực hiện cho Bạch đàn grandis (E. grandis). Ranik và Myburg (2006) đã tách dòng và xác định trình tự, chức năng gen của sáu gen sinh tổng hợp xenlulose (EgCesA1, EgCesA2, EgCesA3, EgCesA4, EgCesA5, EgCesA6) ở Bạch đàn grandis.

Trong số các gen sinh tổng hợp xenlulose, chúng tôi chọn tách dòng gen CesA4 cho Bạch đàn urô (được gọi là gen EuCesA4), đây là gen sinh tổng hợp xenlulose hoạt động mạnh ở thành tế bào sơ cấp (primary cell wall). Nghiên cứu về biểu hiện gen cho thấy hàm lượng xenlulose có tương quan dương (r = 0,51, P = 0,011) với mức độ biểu hiện của gen EuCesA4 ở Bạch đàn urô (tài liệu chưa công bố). Hơn thế nữa, trong nghiên cứu trước đây cũng đã xác định được hàm lượng xenlulose ở Bạch đàn urô có tương quan dương (r = 0,58, P = 0,0003 ) với đường kính ngang ngực của cây (Trần Hồ Quang và cộng sự, 2010) nghĩa là các cây đường kính ngang ngực to thì có hàm lượng xenlulose cao và ngược lại các cây có đường kính ngang ngực bé thì có hàm lượng xenlulose thấp.

Do vậy, việc xác định trình tự của gen EuCesA ở Bạch đàn urô là việc làm cần thiết cho việc xác định biến dị của trình tự các gen này cũng như làm cơ sở cho việc xác định các chỉ thị Single Nucleotide Polymorphism (SNP) mới phục vụ cho các nghiên cứu về xác định mối tương quan giữa chỉ thị phân tử và tính trạng chọn giống.

(Kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ giai đoạn 2006-2010, trang 67-73)