Cơ chế Kích thích Ethylene lên sự sản xuất nhựa ở H. brasiliensis

Để làm rõ cơ chế và xác định các gen biểu hiện khác nhau dưới sự kích thích của ethpehon lên sự sản xuất nhựa, phòng thí nghiệm của chúng tôi đã xây dựng hai thư viện SSH cDNA nhựa bị ehtephon tác động từ H. brasiliensis, trong đó 302 dòng vô tính được điều chỉnh bởi ethephon đã được sàng lọc .23 Dựa trên dữ liệu trình tự nucleotide, các hàm giả định của các nhân bản cDNA đã được dự đoán bằng phân tích BLASTX/BLASTN. Trong số này, 164 cDNA có các trình tự kết hợp đáng kể với các

trình tự đã biết trong cơ sở dữ liệu NCBI. 164 cDNAs có liên quan đến nhiều quá trình, như chuyển hóa sucrose (invertase, SS, CDPK, ATPase, ...), điều hoà sự đông đặc (Hev, CHI, .v.v.), độ ổn định của lutoids (MT, CuZnSOD, MnSOD, .v.v.) và truyền tín hiệu (ERF, WRKY, .v.v.).

Quá trình sinh tổng hợp cao su tự nhiên rất phức tạp, toàn bộ quá trình này vẫn chưa rõ ràng. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng có ba enzyme chính (HMGR, FDP synthase và RuT) trong quá trình sinh tổng hợp cao su có liên quan mật thiết đến năng suất và chất lượng của cao su. Trong số liệu của chúng tôi có nhiều gen mã hóa các enzyme chuyển hóa sucrose, các enzyme điều hòa sự đông đặc và các enzyme ổn định của lutoid đã được xác định, nhưng thú vị là, một số enzyme chính liên quan đến quá trình sinh tổng hợp cao su đã không được đưa vào, phù hợp với những nghiên cứu trước đây.5,15,22 Cùng với một số báo cáo trước, chúng tôi cho rằng ethephon (hoặc ethylene) có ít ảnh hưởng trực tiếp đến việc thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp cao su.

Các kết quả xử lý ethephon trong dòng chảy nhựa được kéo dài và những dòng chảy này luôn luôn được coi là một trong những lý do chính để kích thích sản lượng cao su bằng ethylene.7 Dữ liệu ESTs của chúng tôi (chưa công bố) cũng ủng hộ kết luận này. Một số gene tác động bởi ethylene liên quan đến các enzyme đông đặc và các enzyme ổn định của lutoid được sàng lọc trong thư viện SSH cDNA bị tác động bởi ethephon, cho thấy dòng chảy nhựa kéo dài được điều chỉnh bởi một số gene bị ethylene tác động.

Hàm lượng sucrose và cường độ trao đổi chất của nó được xem như là một yếu tố hạn chế quá trình sinh tổng hợp cao su.8.9 Hai gen vận chuyển sucrose HbSUT1A và HbSUT2A rõ ràng bị ethylene tác động được nhận thấy có liên quan đến sự gia tăng sucrose nhập vào tế bào nhựa, cần thiết để kích thích sản lượng nhựa cao su bằng ethylen trong cây mới.25 Các báo cáo trước đây về các khía cạnh sinh lý và sinh hóa cũng cho thấy rằng ethylene có thể làm tăng sự chuyển hóa sucrose.7-9 Chúng tôi đã sàng lọc 4 dòng vô tính cDNA invertase và chứng minh rằng hoạt tính invertase được tăng cường bởi ethephon (dữ liệu chưa công bố). Vì vậy sự gia tăng chuyển hóa sucrose do ethylene được suy đoán rằng cũng có thể là một trong những nguyên nhân chính cho sự kích thích sản lượng cao su bằng ethylene.

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Khoa Học Tự Nhiên Quốc Gia Trung Quốc (30760197), Viện Nghiên Cứu Phi Lợi Nhuận Quốc Gia của CATAS-ITBB (ITBBZD0716) và Quỹ Khoa Học Tự Nhiên ở Hải Nam (309052).

Tài liệu tham khảo

Backhaus RA. Rubber formation in plants: a mini- review. Israel J Bot 1985; 34:283-93.

Archer BL, Audeley BG. The biosynthesis of rubber. Biochem J 1963; 89:565-74.

Asawatreratanakul K, Zhang YW, Wititsuwannakul D, Wititsuwannakul R, Takahashi S,  Rattanapittayaporn A, và cộng sự Molecular cloning, expression and character- ization of cDNA encoding cis-prenyltransferases from Hevea brasiliensis. Eur J Biochem 2003; 270:4671-80.

Funkhouser   JM.   Immunohistochemical   analy-  sis oftransgenic tissues. In: Murphy D, Carter DA, (eds) Methods in Molecular Biology. Transgenesis Techniques Principles and Protocols, Humana Press 1993; 395-406.

Adiwilaga K, Kush A. Cloning and characterization of cDNA encoding farnesyl diphosphate synthase from rubber tree (Hevea brasiliensis). Plant Mol Biol 1996; 30:935-46.

Pujade-Renaud V, Clement A,  Perrot-Recbenmann C, Prevot JC, Chrestin H, Jacob JL, và cộng sự Ethylene induced increase in glutamine synthetase activity and mRNA levels in Hevea brasiliensis nhựa ceils. Plant Physiol 1994; 105:127-32.

Coupe M, Chrestin H. Physico-chemical and bio- chemical mechanisms of the hormonal (ethylene) stimulation: early biochemical events induced, in Hevea nhựa, by hormonal bark stimulation. In: Physiology of Rubber Tree  Nhựa  J.  d’Auzac,  Jacob  JL,  Chrestin  H, Eds, C.R.C. Press Inc., 1989; 295-319.

Tupý J. The regulation of invertase activity in the nhựa of Hevea brasiliensis Muell. Arg.: the effects of growth regulators, bark wounding and nhựa tapping. J Exp Bot 1973; 24:516-24.

Alessandro CM, Luiz Edson MO, Paulo M, Nelson DF. Anatomical characteristics and enzymes of the sucrose metabolism and their relationship with nhựa yield in therubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.). Braz J Plant Physiol 2006; 18:263-8.

Pluang S, Nualpun S, Wallie S. Regulation of the expression of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA syn- thase gene in Hevea brasiliensis (B.H.K.) Mull. Arg. Plant Sci 2004; 166:531-7.

Goyvaerts E, Chye ML, Chua NH. Laticifer-specific gene expression in Hevea brasiliensis (rubber tree). Proc Natl Acad Sci USA 1990; 87:1787-90.

Broekaert WF, Lee HI, Kush A, Chua NH, Raikhel NV. Wound-induced accumulation of mRNA contain- ing a hevein sequence in laticifers of rubber tree. Proc Nati Acad Sci USA 1990; 87:7633-7.

Sivasubramaniam S, Vanniasingham VM, Tan CT, Chua NH. Characterisation of HEVER, a novel stress- induced gene from Hevea brasiliensis. Plant Mol Biol 1995; 29:173-8.

Gidrol X, Chrestin H, Tan HL, Kush A. Hevein, a lectinlike protein from Hevea brasiliensia (rubber tree) is involved in the coagulation of nhựa. J Biol Chem 1994; 25:9278-83.

Miao Z, Gaynor JJ. Molecular cloning, characterization and expression of Mn-superoxide dismutase from the rubber tree (Hevea brasiliensis). Plant Mol Biol 1993; 23:267-77.

Sando T, Takaoka C, Mukai Y, Yamashita A,  Hattori M, Ogasawara N, và cộng sự Cloning and characterization of mevalonate pathway genes in a natural rubber produc- ing plant, Hevea brasiliensis. Biosci Biotechnol Biochem 2008; 72:2049-60.

Suwanmaneea P, Suvachittanonta W, Fincherb GB. Molecular Cloning and sequencing of a cDNA encod- ing 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A synthase from Hevea brasiliensis (HBK ) Mull Arg. Science Asia 2002; 28:29-36.

Chye ML, Kush A, Tan CT, Chua N-H. Characterization of cDNA and genomic clones encoding 3-hydroxy-3- methylglutaryl Co., A reductase from Hevea brasiliensis. Plant Mol Biol 1991; 16:567-77.

Chye ML, Tan CT, Chua NH. Three genes encode 3-hydroxy-3-methylglutaryl—coenzyme A  reductase in Hevea brasiliensis: hmg1 and hmg3 are differentially expressed. Plant Mol Biol 1992; 19:473-84.

Wititsuwannakul R. Diurnal variation of HMGR activity in nhựa of Hevea brasiliensis and its relation to rubber content. Experientia 1986; 42:44-50.

Sirinupong N, Suwanmanee P, Doolittle RF, Suvachitanont W. Molecular cloning of a new cDNA and expression of 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA synthase gene from Hevea brasiliensis. Planta 2005; 221:502-12.

Luo MW, Deng LH, Yi XP, Zeng HC, Xiao SH.  Cloning and sequence analysis of a novel cis-prenyl- transferases gene from Hevea brasiliensis. J Trop Subtrop Bot 2009; 17:223-8.

Liu KC, Yang Y, Zhao LH, Zhang ZL. Primary analysis and construction of ethephon-induced nhựa SSH cDNA library from Hevea brasiliensis. Chin J Trop Crops 2007; 28:1-4.

Dusotoit-Coucaud A, Brunel  N,  Kongsawadworakul  P, Viboonjun U, Lacointe A, Julien JL, và cộng sự Sucrose importation into laticifers of Hevea brasiliensis, in rela- tion to ethylene stimulation of nhựa production. Ann Bot 2009; 104:635-47.

Jiahong Zhu and Zhili Zhang