Kiểu gen giống lúa chống chịu mặn thông qua phân tích transporter “HTK1;5”

 Kiểu gen giống lúa chống chịu mặn thông qua phân tích transporter “HTK1;5”

Nguồn: Shohan MUS, Sinha S, Nabila FH, Dastidar SG, Seraj ZI. 2019. HKT1;5 Transporter Gene Expression and Association of Amino Acid Substitutions With Salt Tolerance Across Rice Genotypes. Front Plant Sci. 2019 Nov 4;10:1420. doi: 10.3389/fpls.2019.01420.

Cây lúa cần phải duy trì tỷ lệ Na⁺/K⁺ thấp để sống sót và tăng trưởng trong điều kiện stress do hàm lượng sodium trong đất rất cao. Trong những điều kiện như vậy, yếu tố vận chuyển có ái lực với ion K⁺  (HKT) và những phân tử đồng phân của nó (homologs) được biết  có nhiệm vụ hoàn thiện vai trò cực trọng này với HKT1;5 – một “player” chính khi duy trìn ion Na⁺. Sự thể hiện có tính chất chọn lực ấy của HKT1;5 trong rễ lúa so sánh với trong chồi thân đã được quan sát nhờ kỹ thuật “real time PCR”, “microarray”, và “RNAseq” với cơ sở dữ liệu. Sự thể hiện của nó, nói chung có xu hướng cao hơn khi stress mặn gia tăng ở giống nhiễm mặn IR29, giống chịu mặn Pokkali, cả hai glycophytes; cũng như thể haplotype của lúa hoang có khoảng cách rất xa về di truyền, đó là Porteresia coarctata, loài chỉ thị rất quan trọng đối với stress mặn. Kết quả này chỉ ra rằng tỷ lệ Na⁺/K⁺ thấp trong giống Pokkali (đối chứng kháng), nhưng càng thấp hơn rất nhiều lần trong mẫu giống P. coarctata. Yếu tố vận chuyển có ái lực với K⁺ là HKT1;5 thể hiện chức năng khá đa dạng trong các giống lúa nhiễm mặn và chống chịu mặn, cũng như so sánh chuỗi trình tự query với hệ tham chiếu (multiple sequence alignment of sequences) của HKT1;5 từ các loài Oryza và từ chi P. coarctata – kết quả có 4 sự thay thế amino acid chủ yếu (140 P/A/T/I, 184 H/R, D332H, V395L), với mức tương đồng của những giống chống chịu mặn và phương sai của haplotype so sánh với giống nhiễm mặn. Cấu trúc 3D của HKT1;5 được dự đoán tốt nhất, có được là nhờ phương pháp sử dụng “Ktrab potassium transporter” là nền. Trong bốn thya thế ấy, sụ hiện diện của amino acid bảo thủ là aspartate (332) và valine (395) đối diện với màng dọc theo kên truyền dẫn ion Na⁺/K⁺ - chi thấy ở cây chống chịu mặn và cây có tính chất “halophytic”. Mô phỏng theo kết quả trên, cũng như mô phỏng toán theo động thái phân tử cho thấy rằng valine là không thể có, để phát sinh ra một hệ thống mạnh mẽ có tính chất kỵ nước (hydrophobic network), với  những amino acid xung quanh nó khi so sánh với leucine do suy giảm chiều dài chuỗi trình tự. Kết quả của thay đổi như vậy bản chất không linh động của tế khổng (pore rigidity) làm tăng giá trị mô phỏng toán đối với vận chuyển ion Na⁺ từ mạch libe cho đến nhu mô rễ ở dưới đất. Mô phỏng này còn đặt ra rằng có sự xuất hiện của aspartate ở vị trí số 332 dẫn đến tương tác tại phân cực với các  gốc hóa học tại cực dạng kẹp tóc mang bản chất ngoài tế bào (extracellular loop polar residues). Những gốc hóa học này có thể di chuyển về vùng kẹp tóc khi mở ra sự co thắt ở tế khổng; do đó, cho phép dòng chảy diễn ra dễ dàng hơn đối với vận chuyển ion Na⁺. Hai thay thế này của transporter “HKT1;5” có thể giúp cho giống lúa trở nên chống chịu mặn, duy trì tốt tỷ lệ Na⁺/K⁺ mong muốn, để sống sót trong điều kiện stress mặn. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6843544/