PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ KHAI THÁC DỮ LIỆU BIỂU HIỆN CỦA HỌ GENE MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ TCP Ở CÂY BƯỞI ()

(1)

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC VÀ KHAI THÁC DỮ LIỆU BIỂU HIỆN CỦA HỌ GENE MÃ HÓA NHÂN TỐ PHIÊN MÃ TCP Ở CÂY BƯỞI ( Citrus grandis )

Chu Đức Hà^1*, Nguyễn Thu Hường^1,2, Bùi Thị Thu Hương², La Việt Hồng³, Lê Thị Ngọc Quỳnh⁴, Phạm Phương Thu³, Nguyễn Văn Lộc⁵

1Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam

2Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

3Khoa Sinh - Kỹ thuật Nông nghiệp, Đại học Sư phạm Hà Nội 2

4Khoa Hóa và Môi trường, Đại học Thủy lợi

5Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

*Tác giả liên hệ: hachu_amser@yahoo.com

Ngày nhận bài: 10.03.2020 Ngày chấp nhận đăng: 04.05.2020

TÓM TẮT

Nhân tố phiên mã TCP là nhóm protein điều hòa quan trọng, được chứng minh tham gia vào quá trình sinh trưởng và phát triển ở thực vật. Tuy nhiên, chưa có ghi nhận nào về nhóm TCP ở bưởi (Citrus grandis). Vì vậy, mục tiêu của nghiên cứu này nhằm xác định và làm rõ về các đặc tính cơ bản của nhóm TCP ở bưởi. Kết quả cho thấy, tổng số 21 gene mã hóa TCP đã được xác định trên hệ gene của bưởi. Thông qua các công cụ tin sinh học, các TCP ở bưởi có đặc tính lý hóa rất đa dạng, có tính ưa nước, tương tự như ở các loài thực vật khác. Hầu hết họ gene CgTCP chỉ chứa 1 exon. Nhóm TCP ở bưởi có thể được chia làm 3 nhóm đặc trưng cho thực vật, bao gồm nhóm PCF1, CIN và CYC/TB1. Khai thác dữ liệu phiên mã của cam ngọt (C. sinensis) cho thấy các gene tương đồng với CgTCP02 được tăng cường biểu hiện ở lá, hoa và quả. Kết quả của nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin cơ bản về nhóm TCP ở bưởi và bước đầu đánh giá mức độ biểu hiện của gene mã hóa TCP ở các cơ quan, từ đó định hướng cho các phân tích chức năng gene sau này.

Từ khóa: Citrus grandis, nhân tố phiên mã, TCP, cấu trúc, biểu hiện gene.

Structural Analysis and Data Mining of the Expression Profiles of Genes encoding TCP Transcription Factors in Pummelo (Citrus grandis)

ABSTRACT

TCP transcription factor is considered as the key regulatory proteins, which are demonstrated to involve in the growth and development of plants. However, the information of TCP in pummelo (Citrus grandis) has been still lacking. The aims of this study were to identify and characterize the basic features of TCPs in pummelo. As the results, a total of 21 genes encoding TCP have been identified in the pummelo's genome. Based on various bioinformatics tools, the physic-chemical properties of TCP family in pummelo have been found to be very variable, hydrophilic, as confirmed in other plants-species. The majority of CgTCP genes consist of only one exon. We have also found that TCP in pummelo could classify into 3 plant-specific groups, including PCF1, CIN and CYC/TB1. Of our interest, according to the transcriptome atlas of the sweet orange (C. sinensis), we demonstrated that the homologous gene of CgTCP02 is strongly induced in leaf, flower and fruit. Taken together, our results could get insight into the TCP family in pummelo and initially evaluate the expression profiles of TCP-coding genes in the major organs, and thus, provide the candidate genes for further functional characterizations.

Keywords: Citrus grandis, transcription factor, TCP, structure, expression profile.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng được chi phối bởi các nhóm nhân tố phiên

mã (transcription factor - TF) thông qua cơ chế điều hòa sự biểu hiện của những gen chức năng (Danisman, 2016; Nicolas & Cubas, 2016).

Trong số các TF đặc trưng ở thực vật, nhóm

(2)

290

TCP, cấu tạo từ các protein TB1 (Teosinte Branched 1), CYC (Cycloidea) và PCF1/PCF2 (Proliferating Cell Factor 1/2), được biết đến với nhiều vai trò trong điều hòa các chu trình trao đổi chất ở cây trồng (Manassero & cs., 2013;

Nicolas & Cubas, 2016) và trong cơ chế đáp ứng bất lợi của môi trường (Danisman, 2016). Vì vậy, TCP là nhóm TF được quan tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới nhằm làm rõ cơ chế và ứng dụng trong việc tăng cường tính chống chịu bất lợi ở cây trồng.

Đến nay, nhóm TF TCP đã được xác định và phân tích ở rất nhiều loài thực vật, như lúa gạo (Oryza sativa) (Yao & cs., 2007), cà chua (Solanum lycopersicum) (Parapunova & cs., 2014), cao lương (Sorghum bicolor) (Francis &

cs., 2016), dưa hấu (Citrullus lanatus) (Shi &

cs., 2016), ngô (Zea mays) (Chai & cs., 2017), cam ngọt (Citrus sinensis) (Chu Đức Hà, 2018), sắn (Manihot esculenta) (Lei & cs., 2017), đậu tương (Glycine max) (Feng & cs., 2018), đậu gà (Cicer arietinum) (Tran & cs., 2018) và sâm Hàn Quốc (Panax ginseng) (Chu Đức Hà, 2019).

Tuy nhiên, chưa có ghi nhận nào về nhóm TF TCP trên cây bưởi (Citrus grandis), một trong những loài được giải mã vật chất di truyền gần đây (Wang & cs., 2017).

Trong nghiên cứu này, họ TF TCP được xác định trên cơ sở dữ liệu của bưởi. Mã định danh, vị trí phân bố, các đặc điểm cấu trúc và một số đặc tính cơ bản của TCP được phân tích và làm rõ. Quan trọng hơn cả, mức độ biểu hiện của các gene mã hóa TCP ở bưởi được tìm kiếm và đánh giá. Kết quả của nghiên cứu này cung cấp những thông tin cơ bản về họ TF TCP ở bưởi, từ đó góp phần làm rõ về cơ chế chống chịu bất lợi ở thực vật nói chung.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu

Hệ tham chiếu, bao gồm hệ gene, hệ protein của loài bưởi (BioProject: PRJNA318855) do Đại học Nông nghiệp Huazhong (Huazhong Agricultural University) cung cấp được khai thác trên cơ sở dữ liệu NCBI (Wang & cs., 2017).

Dữ liệu hệ phiên mã của loài cam ngọt do Đại học Nông nghiệp Huazhong cung cấp được khai thác trên cơ sở dữ liệu CAP (Xu & cs., 2013).

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Xác định và định danh họ gene

Trình tự protein đầy đủ của CaTCP trên đậu gà (Tran & cs., 2018) được sử dụng làm trình tự truy vấn để tìm kiếm và sàng lọc các TCP tiềm năng trên hệ protein tham chiếu của bưởi (Wang & cs., 2017). Các kết quả được kiểm chứng sự có mặt của vùng bảo thủ đặc trưng cho TF TCP (Pfam domain: PF03634) (Manassero &

cs., 2013) bằng Pfam (El-Gebali & cs., 2018).

Các mã định danh, trình tự vùng mã hóa (CDS), vùng gene (gDNA) và đoạn dịch mã (protein) của các TCP trên bưởi được khai thác cho các phân tích tiếp theo.

2.2.2. Phân tích vị trí phân bố của gene Vị trí phân bố của gene mã hóa TCP được xác định bằng cách truy vấn mã định danh gene trên Citrus Genome Database (Wang & cs., 2017). Dữ liệu về kích thước nhiễm sắc thể được tham khảo từ NCBI (BioProject: PRJNA318855) (Wang & cs., 2017). Bản đồ phân bố gene được biểu diễn bằng Adobe Illustrator.

2.2.3. Phân tích đặc tính cấu trúc gene và đặc tính lý hóa của protein

Trình tự CDS được truy vấn trên BioEDIT (Hall, 1999) để phân tích kích thước gene, tỷ lệ GC (%) theo các bước được mô tả trong nghiên cứu trước đây (Tran & cs., 2018). Cấu trúc gene (exon/intron) được xác định bằng GSDS 2.0 (Hu

& cs., 2015). Đặc tính cơ bản của protein, bao gồm kích thước, khối lượng phân tử (kDa), giá trị điểm đẳng điện (pI), độ ưa nước trung bình (GRAVY) được làm rõ bằng ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

2.2.4. Xây dựng sơ đồ hình cây và phân tích vùng bảo thủ của protein

Trình tự protein của TF TCP được sử dụng để thiết lập sơ đồ hình cây trên MEGA (Kumar

& cs., 2016) bằng thuật toán Neighbor-Joining (Tran & cs., 2018). Vùng bảo thủ của TF TCP

(3)

được làm rõ b

trên ClustalX (Larkin & cs., 2007).

2.2.5. Khai thác d Mức đ

bưởi được đánh giá thông qua vi liệu RNA-

ứng trên Trong đó, m giá trị RPKM t (Xu & cs., 2013) đư

đồ nhiệt thông qua ngôn ng

3. KẾT QU

3.1. Kết qu

nhân tố phiên mã TCP Để tìm ki

trình tự CaTCP đã ghi nh tượng C. arietinum BlastP lầ

(Wang & cs., 2017). Sàng l

PF03634 (Manassero & cs., 2013) trên Pfam (El Gebali & cs., 2018), t

xác định trên cây b mã hóa TCP hệ gene c sắc thể số sau đó các nhi gene TCP nhận chứ TCP phân b

c làm rõ bằng cách căn trình t trên ClustalX (Larkin & cs., 2007).

2.2.5. Khai thác dữ c độ biểu hiện c

c đánh giá thông qua vi -sequencing c

ng trên C. sinensis

Trong đó, mức độ phiên mã c

RPKM tại 4 cơ quan, callus, hoa, l (Xu & cs., 2013) được x

t thông qua ngôn ng

T QUẢ VÀ TH

t quả tìm ki phiên mã TCP tìm kiếm toàn b

CaTCP đã ghi nh C. arietinum

ần lượt vào h (Wang & cs., 2017). Sàng l

PF03634 (Manassero & cs., 2013) trên Pfam (El Gebali & cs., 2018), t

nh trên cây bưở mã hóa TCP ở bưởi phân b

gene của cây bưởi ố 7 chứa nhi sau đó các nhiễm sắc th

TCP, hai nhiễm s ứa 2 gene TCP phân bố trên nhi

Hình 1. K

ng cách căn trình t trên ClustalX (Larkin & cs., 2007).

liệu biểu hi

n của gene mã hóa TF TCP c đánh giá thông qua vi

sequencing của gene tương đ

tại CAP (Xu & cs., 2013).

phiên mã của gene, tính b i 4 cơ quan, callus, hoa, l

c xử lý và minh h t thông qua ngôn ngữ R.

VÀ THẢO LUẬN

tìm kiếm và xác đ phiên mã TCP ở bưởi

m toàn bộ các TF TCP CaTCP đã ghi nhận trư

(Tran & cs., 2018) đư t vào hệ tham chi

(Wang & cs., 2017). Sàng lọc bằng s

PF03634 (Manassero & cs., 2013) trên Pfam (El Gebali & cs., 2018), tổng số 21 TF TCP đã đư

ởi (Hình 1, B i phân bố không đ

i (Hình 1). Trong đó, nhi a nhiều gene TCP

c thể số 2, 5 và 8 đ m sắc thể, số TCP, trong khi ch trên nhiễm sắc thể s

Hình 1. Kết quả xác đ

ng cách căn trình tự tương đ trên ClustalX (Larkin & cs., 2007).

u hiện của gene a gene mã hóa TF TCP c đánh giá thông qua việc khai thác d a gene tương đồng tương i CAP (Xu & cs., 2013).

a gene, tính b i 4 cơ quan, callus, hoa, lá và qu

lý và minh họa bằng b

m và xác định nhóm

các TF TCP ở bư n trước đây trên đ (Tran & cs., 2018) đư tham chiếu của bư ng sự có mặt c PF03634 (Manassero & cs., 2013) trên Pfam (El

21 TF TCP đã đư 1, Bảng 1). Họ gene không đồng đều trên

1). Trong đó, nhi TCP nhất (4 gene), 2, 5 và 8 đều quy t

3 và 9, được ghi , trong khi chỉ có 1 gene số 4 và 6, không

xác định vị trí phân b tương đồng

a gene a gene mã hóa TF TCP ở

c khai thác dữ ng tương i CAP (Xu & cs., 2013).

a gene, tính bằng á và quả ng bản

nh nhóm

bưởi, trên đối (Tran & cs., 2018) được a bưởi t của PF03634 (Manassero & cs., 2013) trên Pfam (El-

21 TF TCP đã được gene u trên 1). Trong đó, nhiễm t (4 gene), u quy tụ 3 c ghi có 1 gene 4 và 6, không

có gene số

CgUng002160 chú gi

đượ

giải mã kho

gene mã hóa protein và 42.886 transcript, ít hơn so v

(Wang & cs., 2017). Như v họ TF TCP đư

đến CgTCP21 d tương

họ đa gen, tương t Cụ

định trên lúa g

& cs., 2007), trong khi 30 gene SlTCP đã đư báo cáo trên cà chua (Parapunova & cs., 2014).

Ở cao lương, 20 thành viên c đượ

số lư

27 và 38 gene (Lei & cs., 2017, Shi & cs., 2016).

Gần đây, 16 và 54 gene TCP đã đư trên cam ng

2018; Feng & cs., 2018), trong khi sâm Hàn Qu

gene (Tran & cs., 2018; Chu Đ 2019). K

rất đa d phụ nhi điểm trư

trí phân bố

có gene TCP nào đư 1 (Hình CgUng002160.1 và chú giải trên hệ

ợc giải thích do h

i mã khoảng 302 Mb, tương

gene mã hóa protein và 42.886 transcript, ít hơn so với kích thư

(Wang & cs., 2017). Như v TF TCP đượ

n CgTCP21 d tương ứng trên h

Có thể thấ đa gen, tương t

thể, 23 và 29 gene mã hóa TCP đ nh trên lúa g

cao lương, 20 thành viên c ợc nghiên cứ

lượng gene TCP

n đây, 16 và 54 gene TCP đã đư trên cam ngọt và đ

2018; Feng & cs., 2018), trong khi sâm Hàn Quốc ghi nh

gene (Tran & cs., 2018; Chu Đ 2019). Kết quả

t đa dạng, s

ụ thuộc vào kích thư nhiễm sắc thể

m trước đây (Tran & c

ố của TCP ở

nào được báo cáo trên nhi

1). Đáng chú ý, 2 gene, .1 và CgUng002920

ệ gene của bư i thích do hệ gene c

ng 302 Mb, tương

gene mã hóa protein và 42.886 transcript, ít hơn i kích thước dự kiến là kho

(Wang & cs., 2017). Như v ợc đặt tên theo th n CgTCP21 dựa theo vị

ng trên hệ gene (Hình ấy rằng, họ TCP đa gen, tương tự như ở các loài th

, 23 và 29 gene mã hóa TCP đ

nh trên lúa gạo và ngô (Chai & cs., 2017, Yao

cao lương, 20 thành viên c

ứu (Francis & cs., 2016), trong khi e TCP ở dưa h

n đây, 16 và 54 gene TCP đã đư t và đậu tương (Chu Đ 2018; Feng & cs., 2018), trong khi

c ghi nhận sự gene (Tran & cs., 2018; Chu Đ

ả này cho th

ng, số lượng gene thành viên không c vào kích thướ

của từng loài, tương t c đây (Tran & cs., 2018).

ở hệ gene cây bư c báo cáo trên nhiễ

1). Đáng chú ý, 2 gene, CgUng002920.1 chưa đư

a bưởi (Hình 1). Đi gene của bưởi mớ ng 302 Mb, tương ứng v

gene mã hóa protein và 42.886 transcript, ít hơn n là khoảng 344,8 Mb (Wang & cs., 2017). Như vậy, 21 thành viên

t tên theo thứ tự từ trí phân bố (Hình 1).

TCP ở cây bư các loài thực v , 23 và 29 gene mã hóa TCP đã đư

o và ngô (Chai & cs., 2017, Yao

cao lương, 20 thành viên của họ SbTCP đã u (Francis & cs., 2016), trong khi

dưa hấu và sắn l

n đây, 16 và 54 gene TCP đã đượ

u tương (Chu Đức Hà & cs., 2018; Feng & cs., 2018), trong khi ở

ự có mặt của

gene (Tran & cs., 2018; Chu Đức Hà & cs., này cho thấy họ TCP

ng gene thành viên không ớc hệ gene, s

ng loài, tương tự s., 2018).

gene cây bưởi

ễm sắc thể 1). Đáng chú ý, 2 gene, .1 chưa được 1). Điều này ới chỉ được ng với 30.123 gene mã hóa protein và 42.886 transcript, ít hơn ng 344,8 Mb y, 21 thành viên của ừ CgTCP01 ố của gene

cây bưởi là một c vật khác.

ã được xác o và ngô (Chai & cs., 2017, Yao

& cs., 2007), trong khi 30 gene SlTCP đã được báo cáo trên cà chua (Parapunova & cs., 2014).

SbTCP đã u (Francis & cs., 2016), trong khi n lần lượt là 27 và 38 gene (Lei & cs., 2017, Shi & cs., 2016).

ợc báo cáo c Hà & cs., đậu gà và a 23 và 61 c Hà & cs., ở thực vật ng gene thành viên không gene, số lượng như quan

(4)

292

Bảng 1. Kết quả xác định và phân tích đặc tính của nhóm TCP ở bưởi

Tên gene Mã định danh GC (%) CDS mW aa mm pI II GRAVY

CgTCP01 Cg2g010580.1 46,23 954 289,63 317 33,91 9,01 66,06 -0,70 CgTCP02 Cg2g008400.1 47,56 1005 306,54 334 36,34 6,53 53,45 -0,71 CgTCP03 Cg2g039950.2 48,14 1506 435,01 501 54,88 7,16 57,69 -0,94 CgTCP04 Cg3g019330.1 47,52 966 294,27 321 33,29 7,79 46,57 -0,46 CgTCP05 Cg3g001820.1 50,63 1740 531,16 579 61,56 6,72 59,96 -0,80 CgTCP06 Cg4g010590.1 47,23 1281 390,74 426 46,88 6,78 53,19 -0,83 CgTCP07 Cg5g003150.1 46,21 1281 390,97 426 46,44 7,11 60,23 -0,78 CgTCP08 Cg5g011560.1 41,35 1098 334,33 365 40,86 6,74 55,56 -0,75 CgTCP09 Cg5g009620.1 52,57 1107 337,81 368 39,32 6,72 53,64 -0,45 CgTCP10 Cg6g019820.1 40,51 669 203,70 222 25,60 9,35 46,74 -0,94 CgTCP11 Cg7g021010.1 46,84 1185 360,23 394 42,08 7,78 56,95 -0,58 CgTCP12 Cg7g016630.1 43,56 831 251,51 276 29,51 9,48 43,11 -0,53 CgTCP13 Cg7g014020.1 61,98 597 181,73 198 20,35 9,79 45,48 -0,34 CgTCP14 Cg7g014910.1 43,26 1410 429,84 469 52,48 7,60 55,23 -0,85 CgTCP15 Cg8g014190.1 41,48 1203 366,19 400 43,63 8,88 49,30 -0,58 CgTCP16 Cg8g019810.1 45,12 789 240,46 262 30,00 8,23 43,83 -0,57 CgTCP17 Cg8g019820.1 46,37 675 205,14 224 24,12 4,40 45,59 -0,81 CgTCP18 Cg9g026090.1 51,53 1011 309,02 336 35,84 8,61 60,79 -0,46 CgTCP19 Cg9g021490.1 41,05 726 221,20 241 27,77 9,31 46,06 -0,87 CgTCP20 CgUng002160.1 40,29 1107 336,03 368 42,35 6,35 48,89 -0,83 CgTCP21 CgUng002920.1 63,36 636 194,63 211 21,11 7,71 64,83 -0,34

Ghi chú: GC: Tỷ lệ GC (%); CDS: Vùng gene mã hóa (nucleotide); mW: Trọng lượng của gene (kDa); aa: Kích thước protein (amino acid); mm: Khối lượng phân tử protein (kDa); pI: Điểm đẳng điện; II: Độ bất ổn định;

GRAVY: Độ ưa nước trung bình.

3.2. Kết quả xác định đặc điểm cấu trúc của TCP ở bưởi

Trong nghiên cứu này, các đặc điểm cấu trúc của gene mã hóa và một số đặc tính cơ bản của TCP đã được làm rõ nhằm đưa ra những thông tin cần thiết về họ TF này ở bưởi nói riêng và ở thực vật nói chung. Đánh giá cấu trúc cho thấy các gene mã hóa CgTCP có kích thước từ 597 (CgTCP13) đến 1.740 bp (CgTCP05), tương ứng với khối lượng phân tử đạt khoảng 181,73 (CgTCP13) đến 531,16 kDa (CgTCP05) (Bảng 1, Hình 2). Trong khi đó, tỷ lệ GC của họ gene mã hóa TCP dao động từ 40,29 (CgTCP20) đến 63,36% (CgTCP21) (Bảng 1, Hình 2). Trước đó, thông tin về gene TCP cũng đã được ghi nhận trên cam ngọt, với kích thước vùng mã hóa từ

435 (CsTCP14) đến 1725 bp (CsTCP16), với tỷ lệ GC đạt từ 37,06 (CsTCP5) đến 52,66%

(CsTCP6) (Chu Đức Hà & cs., 2018).

Phân tích cấu trúc bằng công cụ GSDS (Hu

& cs., 2015) cho thấy hầu hết các thành viên trong họ CgTCP chỉ chứa 1 exon (Hình 2). Chỉ có 3 gene, CgTCP10, 13 và 20 gồm 2 exon/1 intron, trong khi gene CgTCP16 có 4 exon/3 intron (Hình 2). Trước đó, cấu trúc của các họ CaTCP ở C. arietinum (Tran & cs., 2018), CsTCP ở cam ngọt (Chu Đức Hà & cs., 2018), và ở các loại cây trồng khác cũng được ghi nhận chủ yếu là 1 exon. Các kết quả này đã khẳng định rằng motif phổ biến nhất ở họ gene TCP ở bưởi nói riêng và thực vật nói chung chứa 1 exon duy nhất.

(5)

Tiếp theo, các đ

bưởi được đánh giá và phân tích

cụ ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

Kết quả ở kích thư

(CgTCP05), tương từ 20,35 đ

bưởi có giá tr

protein), trung tính (1 protein) và base (13 protein) (B

bưởi đều l đều không vitro. Ngoài ra, đ TCP ở bưở

ở bưởi đề cũng đã đư ở các loài th

3.3. Kết qu và phân tích c ở bưởi

Nhằm xem xé thành viên trong h

cây giữa các CgTCP đã đư trình tự protein đ

các thành viên c

thủ bám DNA bHLH và có th nhóm. Nhóm 1, hay còn g

thành viên CgTCP, nhóm CIN (bao g viên CgTCP) và nhóm CYC/TB1 (ch viên) (Hình

Hình 2. K

p theo, các đặ

c đánh giá và phân tích

ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

ở bảng 1 cho th

kích thước từ 198 (CgTCP13) đ (CgTCP05), tương ứng v

20,35 đến 61,56kDa i có giá trị điểm đ

protein), trung tính (1 protein) và base (13 (Bảng 1). Độ

u lớn hơn 40 cho th u không ổn định c

. Ngoài ra, độ ưa nư ởi đều đạt giá tr ều có tính ưa nư cũng đã được ghi nhậ

các loài thực vật khác.

t quả xây d và phân tích cấu trúc b

m xem xét m thành viên trong họ

a các CgTCP đã đư protein đầy đ các thành viên của h

bám DNA bHLH và có th . Nhóm 1, hay còn g

thành viên CgTCP, nhóm CIN (bao g viên CgTCP) và nhóm CYC/TB1 (ch

(Hình 2). Sự phân chia c Hình 2. Kết quả

ặc tính lý hóa c c đánh giá và phân tích

ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

ng 1 cho thấy TF TCP 198 (CgTCP13) đ

ng với trọng lư

kDa (Bảng 1). Các TF TCP m đẳng điện t

protein), trung tính (1 protein) và base (13 ộ bất ổn định c

n hơn 40 cho thấy các phân t nh cấu trúc trong đi

ưa nước trung bình c t giá trị âm, cho th u có tính ưa nước. Các k

ận tương tự trên h t khác.

xây dựng sơ đ u trúc bảo thủ

t mối tương quan gi TF TCP ở bư

a các CgTCP đã được xây d y đủ. Kết quả a họ CgTCP đ bám DNA bHLH và có thể đư

. Nhóm 1, hay còn gọi là PCF, ch thành viên CgTCP, nhóm CIN (bao g viên CgTCP) và nhóm CYC/TB1 (ch

phân chia củ

ả phân tích c

c tính lý hóa của TF TCP c đánh giá và phân tích dựa trên công ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

y TF TCP ở bưở 198 (CgTCP13) đến 579 aa

ng lượng phân t 1). Các TF TCP

n từ dải acid (7 protein), trung tính (1 protein) và base (13 nh của TF TCP y các phân tử u trúc trong điều kiện

c trung bình của TF âm, cho thấy họ TCP

c. Các kết quả trên họ TF TCP

ng sơ đồ hình cây ủ của TF TCP

i tương quan giữa 21 bưởi, sơ đồ hình c xây dựng dựa trên

ả cho thấy tấ CgTCP đều có vùng b

được chia làm 3 i là PCF, chứa 12 thành viên CgTCP, nhóm CIN (bao gồm 5 thành viên CgTCP) và nhóm CYC/TB1 (chứa 4 thành ủa các TF TCP

phân tích cấu trúc h

a TF TCP ở a trên công ExPASY Protparam (Gasteiger & cs., 2003).

ởi có n 579 aa ng phân tử 1). Các TF TCP ở i acid (7 protein), trung tính (1 protein) và base (13 a TF TCP ở này n in a TF TCP này TF TCP

hình cây a TF TCP

a 21 hình a trên ất cả u có vùng bảo c chia làm 3 a 12 m 5 thành a 4 thành a các TF TCP

thành 3 nhóm cũng đã đư như

(Chai & cs., 2017, Yao & cs., 2007), cà chua (Parapunova & cs., 2014), cao lương (Francis &

cs., 2016), cam ng

đậu tương (Feng & cs., 2018), đ cs., 2018) và sâm Hàn Qu 2019). Nh

đồng

khác nhau cũng như s thự

TCP

(Larkin & cs., 2007) và s hình cây

vùng b kho helix trướ chứ

DNA, tương tác protein

protein trong nhân (Danisman & cs., 2013). G đây, vùng b

cây tr động t helix Tóm l thự đượ thuy

liên quan đ thự

u trúc họ gene mã hóa TCP

thành 3 nhóm cũng đã đư như ở các loài th

Chai & cs., 2017, Yao & cs., 2007), cà chua (Parapunova & cs., 2014), cao lương (Francis &

cs., 2016), cam ng

u tương (Feng & cs., 2018), đ cs., 2018) và sâm Hàn Qu 2019). Những k

ng ở nhóm TF TCP gi khác nhau cũng như s

ực vật nói chung.

Tiếp theo, c TCP ở bưởi đư

(Larkin & cs., 2007) và s hình cây (Hình

vùng bảo thủ PF03634 khoảng 55 amino acid, g helix-loop-helix

ớc đây, chức năng c

ứng minh là tham gia vào cơ ch DNA, tương tác protein

protein trong nhân (Danisman & cs., 2013). G đây, vùng bảo th

cây trồng cũng đư

ng từ 55-59 amino acid v helix-loop-helix, tươn

Tóm lại, các k

ực vật nói chung có c ợc bảo tồn gi

thuyết về chức năng c liên quan đến sinh trư

ực vật.

gene mã hóa TCP ở

thành 3 nhóm cũng đã đư

các loài thực vật, như lúa g

cs., 2016), cam ngọt (Chu Đ u tương (Feng & cs., 2018), đ cs., 2018) và sâm Hàn Quố

ng kết quả này ch nhóm TF TCP giữ khác nhau cũng như sự

t nói chung.

p theo, cấu trúc vùng b i được căn trình t (Larkin & cs., 2007) và sắp x

(Hình 3). Kết qu PF03634 ở ng 55 amino acid, gồ

helix (Hình 3). Trong nghiên c c năng của ba mi

ng minh là tham gia vào cơ ch DNA, tương tác protein

protein trong nhân (Danisman & cs., 2013). G o thủ của các TF TCP

ng cũng được ghi nh 59 amino acid v helix, tương tự

i, các kết quả này cho th t nói chung có cấu trúc r

n giữa các loài, đi

c năng của các gene mã hóa chúng n sinh trưởng và phát tri

ở bưởi

thành 3 nhóm cũng đã được báo cáo tương t t, như lúa gạ

t (Chu Đức Hà & cs., 2018), u tương (Feng & cs., 2018), đậu gà (Tran &

ốc (Chu Đức Hà & cs., này cho thấy s

ữa các loài cây tr đặc thù của chúng

u trúc vùng bảo thủ c

c căn trình tự bằng ClustalX p xếp thứ tự

t quả cấu trúc cho th PgTCP có kích thư ồm 3 miền riêng bi 3). Trong nghiên c a ba miền này đã đư ng minh là tham gia vào cơ chế

DNA, tương tác protein-protein và cư trú protein trong nhân (Danisman & cs., 2013). G

a các TF TCP ở m c ghi nhận với kích thư 59 amino acid với 3 phân vùng

ự như CgTCP này cho thấy TF TCP

u trúc rất b a các loài, điều này đ

a các gene mã hóa chúng ng và phát tri

c báo cáo tương tự ạo và ngô Chai & cs., 2017, Yao & cs., 2007), cà chua (Parapunova & cs., 2014), cao lương (Francis &

c Hà & cs., 2018), u gà (Tran &

c Hà & cs., y sự tương a các loài cây trồng a chúng ở

của các TF ng ClustalX theo sơ đồ u trúc cho thấy PgTCP có kích thước n riêng biệt 3). Trong nghiên cứu n này đã được bám trên protein và cư trú protein trong nhân (Danisman & cs., 2013). Gần một số loài i kích thước dao i 3 phân vùng như CgTCP ở bưởi.

y TF TCP ở t bảo thủ và u này đặt ra giả a các gene mã hóa chúng ng và phát triển của

(6)

294

3.4. Kết qu phiên mã c

Để xem xét ch các gene CgTCP đư đồng trên h

sinensis) (Xu & cs., 2013), t

hiện của gene CgTCP thông qua khai thác d liệu hệ phiên mã c

đó, mức đ đánh giá gián ti của các trình t

quan, callus, hoa, lá và qu Hình 3. Vùng b

Hình 4. Phân tích CgTCP

t quả khai thác d

phiên mã của họ gene mã hóa TCP xem xét chức năng c

các gene CgTCP đượ ng trên hệ tham chi

) (Xu & cs., 2013), t

a gene CgTCP thông qua khai thác d phiên mã của cam ng

c độ biểu hiệ

đánh giá gián tiếp thông qua d a các trình tự tương đ

quan, callus, hoa, lá và qu Hình 3. Vùng bảo th

Hình 4. Phân tích CgTCP củ

khai thác dữ li gene mã hóa TCP

c năng của TF TCP ợc đối chiếu trình t tham chiếu của cam ng ) (Xu & cs., 2013), từ đó đánh giá bi a gene CgTCP thông qua khai thác d

a cam ngọt tương ện của CgTCP p thông qua dữ tương đồng ở cam ng quan, callus, hoa, lá và quả (Xu & cs., 2013).

o thủ và xây d

Hình 4. Phân tích CgTCP ủa gene tương đ

liệu biểu hi gene mã hóa TCP ở bưở a TF TCP ở bư

u trình tự tương a cam ngọt ( đó đánh giá bi a gene CgTCP thông qua khai thác d

t tương ứng. Trong a CgTCP ở bưởi đư

ữ liệu phiên mã cam ngọt tại 4 cơ (Xu & cs., 2013).

và xây dựng sơ đồ hình cây c

Hình 4. Phân tích CgTCP ở bưởi thông qua khai thác d gene tương đồng trên cam ng

u hiện ởi bưởi, tương t (C.

đó đánh giá biểu a gene CgTCP thông qua khai thác dữ Trong i được u phiên mã i 4 cơ

mã c phầ biểu hi (tương đ (tương đ hiện t định gene có bi phiên mã

Một gene khác là CgTCP06

trong khi 2 gene, hình cây củ

i thông qua khai thác d ng trên cam ng

Kết quả cho th mã của các gene tương đ

ần lớn các gene tương đ u hiện yếu t

(tương đồng vớ (tương đồng với

n tại callus nh Cs2g15820 gene có biểu hi

phiên mã ở 3 cơ quan, lá, hoa và qu t gene khác là

CgTCP06) cũng có bi trong khi 2 gene,

ủa nhóm TCP

i thông qua khai thác dữ ng trên cam ngọt

cho thấy thông qua m a các gene tương đ

n các gene tương đồ u tại callus, ngo

ới CgTCP12 i CgTCP21) đư

i callus (Hình 4). Trong khi đó, đã xác g15820 (tương đồ

u hiện mạnh nh

3 cơ quan, lá, hoa và qu t gene khác là Cs7g25460

) cũng có biểu hi trong khi 2 gene, Cs5g10130

a nhóm TCP ở bưởi

ữ liệu

thông qua mức đ a các gene tương đồng trên C. sinensis

ồng với CgTCP i callus, ngoại trừ Cs7g11120 CgTCP12) và orange1

) được tăng cư

4). Trong khi đó, đã xác ồng với CgTCP02 nh nhất, được tăng cư 3 cơ quan, lá, hoa và quả

Cs7g25460 (tương đ u hiện mạnh ở Cs5g10130 (tương đ

c độ phiên C. sinensis, CgTCP đều có Cs7g11120 orange1.1t02427 c tăng cường biểu 4). Trong khi đó, đã xác CgTCP02) là c tăng cường ả (Hình 4).

(tương đồng với lá và hoa, (tương đồng với

(7)

CgTCP09) & cs7g03980 (tương đồng với CgTCP11) có mức phiên mã tăng ở lá (Hình 4).

Việc khai thác dữ liệu biểu hiện của các gene tương đồng ở C. sinensis (loài họ hàng gần gũi với C. grandis) đã chỉ ra rằng họ CgTCP có thể đóng vai trò quan trọng tại các 4 mẫu mô này.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng họ TCP có tham gia vào quá trình phân cành, phát triển ở lá và ở hoa (Francis & cs., 2016; Martín-Trillo

& Cubas, 2010), đặc biệt là liên quan đến cơ chế đáp ứng bất lợi (Tran & cs., 2018). Cụ thể, dựa trên việc khai thác dữ liệu biểu hiện đã biết, các gene CaTCP được dự đoán có biểu hiện mạnh ở lá và rễ cây đậu gà (Tran & cs., 2018). Kiểm chứng bằng kỹ thuật qRT-PCR cho thấy các gene CaTCP có đáp ứng mạnh ở mẫu lá và rễ xử lý hạn (Tran & cs., 2018). Những ghi nhận này đều phù hợp với giả thuyết về chức năng của họ gene CgTCP dựa trên khả năng biểu hiện mạnh tại callus, lá, hoa và quả của các gene tương đồng trên C. sinensis.

4. KẾT LUẬN

Trong nghiên cứu này, 21 thành viên thuộc họ TF TCP đã được xác định ở bưởi. Các gene mã hóa TF TCP phân bố rải rác trên hệ gene, với cấu trúc phổ biến gồm 1 exon duy nhất. Các TF TCP ở bưởi rất đa dạng về kích thước, khối lượng phân tử, điểm đẳng điện và có tính ưa nước. Họ TF TCP ở bưởi có thể được chia làm 3 nhóm chính dựa trên sự tương đồng trong cấu trúc vùng bảo thủ. Khai thác dữ liệu biểu hiện đã chỉ ra rằng, các gene mã hóa TF TCP ở bưởi có mức độ phiên mã rất đa dạng ở callus, lá, hoa và quả, trong đó, gene CgTCP02 có thể biểu hiện mạnh ở lá, hoa và quả.

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu này được thực hiện từ kinh phí của đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 08/HĐƯT- KHCN do Đại học Sư phạm Hà Nội 2 tài trợ.

Nhóm tác giả chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của tập thể cán bộ nghiên cứu của Bộ môn Sinh học phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp và tập thể giảng viên của Khoa Công nghệ Sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chai W., Jiang P., Huang G., Jiang H. & Li X. (2017).

Identification and expression profiling analysis of TCP family genes involved in growth and development in maize. Physiol Mol Biol Plants.

23(4): 779-791.

Chu Đức Hà, La Việt Hồng, Trần Thị Thu Hiền, Phạm Phương Thu, Trần Danh Sửu & Phạm Thị Lý Thu (2018). Nghiên cứu xác định và phân tích cấu trúc của họ gen mã hóa yếu tố phiên mã TCP ở cam ngọt (Citrus sinensis) bằng công cụ tin sinh học.

Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc năm 2018.

tr. 34-39.

Chu Đức Hà, Nguyễn Thị Duyên, La Việt Hồng, Phạm Phương Thu, Trần Thị Phương Liên, Lê Hùng Lĩnh, Phạm Xuân Hội & Lê Tiến Dũng (2019).

Phân tích đặc tính của nhân tố phiên mã TCP liên quan đến đáp ứng bất lợi ở sâm Hàn Quốc (Panax ginseng). Hội nghị Công nghệ Sinh học toàn quốc năm 2019. tr. 6-10.

Danisman S. (2016). TCP transcription factors at the interface between environmental challenges and the plant's growth responses. Frontier Plant Sci.

7: 1930.

Danisman S., van Dijk A.D., Bimbo A., van der Wal F., Hennig L., de Folter S., Angenent G.C. &

Immink RG. (2013). Analysis of functional redundancies within the Arabidopsis TCP transcription factor family. J Exp Bot.

64(18): 5673-5685.

El-Gebali S., Mistry J., Bateman A., Eddy S.R., Luciani A., Potter S.C., Qureshi M., Richardson L.J., Salazar G. A., Smart A., Sonnhammer E.L.L., Hirsh L., Paladin L., Piovesan D., Tosatto S.C.E.

& Finn R.D. (2018). The Pfam protein families database in 2019. Nucleic Acids Res. 47(Database issue): D427-D432.

Feng Z.J., Xu S.C., Liu N., Zhang G.W., Hu Q.Z. &

Gong Y.M. (2018). Soybean TCP transcription factors: Evolution, classification, protein interaction and stress and hormone responsiveness.

Plant Physiol Biochem. 127: 129-142.

Francis A., Dhaka N., Bakshi M., Jung K.H., Sharma M.K. & Sharma R. (2016). Comparative phylogenomic analysis provides insights into TCP gene functions in Sorghum. Sci Rep. 6: 38488.

Gasteiger E., Gattiker A., Hoogland C., Ivanyi I., Appel R.D. & Bairoch A. (2003). ExPASy: The proteomics server for in-depth protein knowledge and analysis. Nucleic Acids Res. 31(13): 3784-3788.

Hall T.A. (1999). BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids Symp Ser.

41: 95-98.

(8)

296

Hu B., Jin J., Guo A. Y., Zhang H., Luo J. & Gao G.

(2015). GSDS 2.0: An upgraded gene feature visualization server. Bioinformatics.

31(8): 1296-1297.

Kumar S., Stecher G. & Tamura K. (2016). MEGA7:

Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol Biol Evol.

33(7): 1870-1874.

Larkin M.A., Blackshields G., Brown N.P., Chenna R., McGettigan P.A., McWilliam H., Valentin F., Wallace I. M., Wilm A., Lopez R., Thompson J.D., Gibson T.J. & Higgins D.G. (2007). Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics.

23(21): 2947-2948.

Lei N., Yu X., Li S., Zeng C., Zou L., Liao W. & Peng M. (2017). Phylogeny and expression pattern analysis of TCP transcription factors in cassava seedlings exposed to cold and/or drought stress.

Sci Rep. 7(1): 10016.

Manassero N.G., Viola I.L., Welchen E. & Gonzalez D.H. (2013). TCP transcription factors:

Architectures of plant form. Biomol concepts.

4(2): 111-127.

Martín-Trillo M. & Cubas P. (2010). TCP genes: a family snapshot ten years later. Trends Plant Sci.

15(1): 31-39.

Nicolas M. & Cubas P. (2016). TCP factors: new kids on the signaling block. Curr Opin Plant Biol.

33: 33-41.

Parapunova V., Busscher M., Busscher-Lange J., Lammers M., Karlova R., Bovy A.G., Angenent G.C. & de Maagd R.A. (2014). Identification, cloning and characterization of the tomato TCP transcription factor family. BMC Plant Biol.

14: 157.

Shi P., Guy K.M., Wu W., Fang B., Yang J., Zhang M.

& Hu Z. (2016). Genome-wide identification and expression analysis of the ClTCP transcription factors in Citrullus lanatus. BMC Plant Biol.

16: 85.

Tran C.D., Chu H.D., Nguyen K.H., Watanabe Y., La H.V., Tran K.D. & Tran L.S.P. (2018). Genome- wide identification of the TCP transcription factor family in chickpea (Cicer arietinum L.) and their transcriptional responses to dehydration and exogenous abscisic acid treatments. J Plant Growth Reg. 37(4): 1286-1299.

Wang X., Xu Y., Zhang S., Cao L., Huang Y., Cheng J., Wu G., Tian S., Chen C., Liu Y., Yu H., Yang X., Lan H., Wang N., Wang L., Xu J., Jiang X., Xie Z., Tan M., Larkin R.M., Chen L.L., Ma B. G., Ruan Y., Deng X. & Xu Q. (2017). Genomic analyses of primitive, wild and cultivated citrus provide insights into asexual reproduction. Nat Genet. 49(5): 765-772.

Xu Q., Chen L.L., Ruan X., Chen D., Zhu A., Chen C., Bertrand D., Jiao W.B., Hao B.H., Lyon M.P., Chen J., Gao S., Xing F., Lan H., Chang J.W., Ge X., Lei Y., Hu Q., Miao Y., Wang L., Xiao S., Biswas M.K., Zeng W., Guo F., Cao H., Yang X., Xu X.W., Cheng Y.J., Xu J., Liu J.H., Luo O.J., Tang Z., Guo W.W., Kuang H., Zhang H.Y., Roose M.L., Nagarajan N., Deng X.X. & Ruan Y.

(2013). The draft genome of sweet orange (Citrus sinensis). Nat Genet. 45(1): 59-66.

Yao X., Ma H., Wang J. & Zhang D. (2007). Genome- wide comparative analysis and expression pattern of TCP gene families in Arabidopsis thaliana and Oryza sativa. J Integr Plant Biol. 49(6): 885-897.