Giới thiệu giáo trình ” Giáo Trình Các Chất Điều Hòa Sinh Trưởng Thực Vật “
1.2.3. Điều hoà gen và truyền tín hiệu
Trong mục này chúng ta xem xét sự biểu hiện gen và quá trình kích thích cảm ứng sự biểu hiện gen (truyền tín hiệu).
1.2.3.1. Biểu hiện gen
Biểu hiện gen liên quan với sự thu nhận thông tin từ gen và sửdụng nó để tạo ra các sản phẩm gen, có thể là ARN hoặc protein. Ở dạng đơn giản nhất, giáo lý trung tâm của sinh học phân tử phát biểu rằng, thông tin di truyền không trực tiếp từ ADN đến protein. Điều đó là sự thật đối với hầu hết các gen của tế bào. Sự biểu hiện gen diễn ra qua hàng loạt các mức độ khác nhau trước khi thông tin từ gen được giải phóng như là sản phẩm cuối cùng (Lincoln et al., 2006).
Tồn tại hai mức lớn của sự biểu hiện gen là phiên mã và tổng hợp protein, nhưng có nhiều giai đoạn trung gian điều hoà tinh tế vốn có thể sàng lọc và biến đổi thông tin. Về nguyên tắc, bất kỳ giai đoạn nào trong đó đều có thể được điều hoà. Tính trội tương đối của sự điều hoà tại mỗi mức biểu hiện gen là khác biệt giữa prokaryota và eukaryota (Richard M. Twyman, 1998). Các tác nhân di truyền, đã được Mendel phát hiện, xác định các tính trạng như màu của hoa, vị trí của hoa, hình dạng quả đậu, chiều dài thân, màu của hạt và hình dạng của hạt được gọi là các gen.
Các gen là trình tự của ADN mã hoá các phân tử ARN trực tiếp liên quan trong sự tổng hợp các enzym và các protein cấu trúc của tế bào. Các gen được sắp xếp thẳng hàng trên các nhiễm sắc thể tạo nên các nhóm liên kết, diều đó có nghĩa là các gen được di truyền cùng nhau. Tổng số lượng của ADN hoặc thông tin di truyền chứa trong tế bào, nhân hoặc bào quan được gọi là bộ gen (genome).
Kể từ phát hiện của Mendel, nguyên tắc đã được xác lập một cách khẳng định là sinh trưởng, phát triển và phản ứng đối với môi trường của sinh vật đã được quy định bởi một chương trình hoá của các gen. Trong các cơ thể đa bào, sự biểu hiện gen hoặc ngắt gen làm thay đổi sự bổ sung enzym và protein cấu trúc của tế bào. Điều đó cho phép tế bào phân hóa. Chúng ta sẽ xem xét kiến thức cơ sở của quá trình biểu hiện gen và truyền tín hiệu để hiểu được cơ chế tác động của các chất điều hoà sinh trưởng thực vật ở cấp độ phân tử trong các chương tiếp theo.
Những tín hiệu nội bào khác nhau là nhu cầu cần để phối hợp sự biểu hiện gen trong quá trình phát triển và giúp cho thực vật phản ứng đối với các tín hiệu từ môi trường. Các tác nhân tín hiệu bên trong (và cả bên ngoài) gây ảnh hưởng lên tế bào bằng trình tự của các phản ứng hoá sinh, được gọi là con đường truyền tín hiệu, vốn phóng đại rất mạnh tín hiệu ban đầu và dẫn đến kết quả cuối cùng là hoạt hoá hoặc ức chế các gen.
Trong những năm gần đây đã có nhiều tiến triển trong nghiên cứu các con đường truyền tín hiệu trong thực vật. Tuy nhiên, trước khi mô tả những điều đã biết về các con đường ấy trong cơ thể thực vật, chúng ta khái quát ngắn về thông tin cơ sở của sự biểu hiện gen và truyền tín hiệu trong các cơ thể khác như vi khuẩn, nấm men và động vật để tham khảo, cung cấp kiến thức để hiểu các tác động của các phytohormon đối với cơ thể thực vật, vốn là nội dung chính của giáo trình này.
Trước khi xem xét quá trình biểu hiện gen, chúng ta khái quát về một số đặc trưng của bộ gen (genome).
a) Kích thước, tổ chức và tính phức tạp của bộ gen
Kích thước của bộ gen liên quan đến tính phức tạp của cơ thể. Ví dụ: kích thước bộ gen của E. coli là 4.7 × 10°Cb (cặp base, base pairs), của ruồi dấm (Drosophila) là 2× 10°Cb và của con người là 3 × 10°Cb trong mỗi tế bào đơn bội. Tuy nhiên, kích thước bộ gen trong các cơ thể có nhân (eukaryota) là một chỉ số không đáng tin cậy về tính phức tạp vì không phải toàn bộ ADN mã hoá các gen.
Trong các cơ thể tiền nhân (prokaryota), hầu như tất cả ADN gồm từ các trình tự duy nhất (unique sequences) vốn mã hoá protein và các phân tử ARN chức năng. Tuy nhiên, nhiễm sắc thể của cơ thể có nhân (eukaryota) chứa số lượng lớn ADN không mã hoá vốn có chức năng chính đối với cấu trúc và tổ chức nhiễm sắc thể. Nhiều ADN không mã hoá chứa các trình tự có nhiều bản sao, được gọi là ADN lặp lại (repetitive DNA).
Phần còn lại của ADN không mã hoá bao gồm từ các trình tự sao chép đơn được gọi là ADN chêm (spaser DNA). Phối hợp lại, ADN lặp lại và ADN chêm tạo nên phần lớn của tổng thể bộ gen trong một số cơ thể có nhân. Ví dụ: trong con người chỉ có khoảng 5% của tổng ADN chứa các gen, các trình tự duy nhất ghi mã đối với ARN và tổng hợp protein (hình 1.4).
Kích thước bộ gen thực vật biến động nhiều hơn so với bất kỳ nhóm cơ thể có nhân nào khác (Lincoln et al., 2006). Trong thực vật hạt kín, bộ gen đơn bội giới hạn từ khoảng 1,5 × 10°Cb đối với Arabidopsis thalyana (bé hơn bộ gen của ruồi dấm) đến 1 × 10″Cb đối với thực vật Một lá mẫm Trillium, vốn lớn hơn đáng kể so với bộ gen của con người. Ngay cả các giống đậu có quan hệ thân thuộc của chi Viciba chứa ADN của bộ gen biến đổi trong phạm vi hơn 20 lần. Vậy vì sao kích thước của các bộ gen thực vật biến đổi nhiều như thế?
