ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
-----------------------------------

PHẠM THỊ NHẬT ANH

NGHIÊN CỨU CHUYỂN CẤU TRÚC
MANG GEN CODA VÀO CÂY CÀ CHUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
-----------------------------------

PHẠM THỊ NHẬT ANH

NGHIÊN CỨU CHUYỂN CẤU TRÚC

MANG GEN CODA VÀO CÂY CÀ CHUA
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số: 60.42.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn được hoàn thiện bằng sự say mê
nghiên cứu khoa học của bản thân dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Chu
Hoàng Hà – Viện trưởng Viện Công nghệ Sinh học, cùng với cán bộ Phòng Công
nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ Sinh học. Các số liệu hình ảnh, kết quả được
trình bày, trong luận văn này là trung thực, không sao chép bất cứ tài liệu, công
trình nghiên cứu của người khác mà không chỉ rõ nguồn tham khảo. Tôi xin chịu
trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước hội đồng nhà trường.

Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2015

Học viên

Phạm Thị Nhật Anh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iii

3.2.1. Chọn lọc ngưỡng chịu mặn của cà chua trong in vitro .....................................41
3.2.2. Kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của cây cà chua chuyển gen...................42
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………………………………………………….47
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iv
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

v

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Một số loài cây trồng chuyển gen codA mã hóa enzyme tham gia sinh tổng hợp
glycine betaine, tăng khả năng chống chịu với điều kiện môi trường bất lợi ....... 19
Bảng 2.1: Môi trường nuôi và chọn lọc cây cà chua chuyển gen ............................. 23
Bảng 2.2: Thành phần môi trường LB đặc................................................................ 23
Bảng 2.4: Thành phần phản ứng PCR nhân gen ....................................................... 27
Bảng 2.5: Thành phần phản ứng tổng hợp cDNA ở ống 1 ....................................... 29
Bảng 2.6: Thành phần phản ứng tổng hợp cDNA ở ống 2 ....................................... 30
Bảng 2.7: Thành phần phản ứng PCR nhân gen actin từ cDNA .............................. 31
Bảng 2.8: Thành phần phản ứng PCR nhân gen codA từ cDNA .............................. 31
Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả chuyển gen codA vào cây cà chua ............................... 34
Bảng 3.2: Kết quả đánh giá khả năng ra rễ ở cây cà chua in vitro trong điều kiện
bổ sung NaCl vào môi trường nuôi cấy ..................................................... 41
Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả đánh giá khả năng chịu mặn của cây cà chua chuyển gen.. 43

Hình 3.11: Các dòng cà chua chuyển gen codA và không chuyển gen trên môi trường
ra rễ có bổ sung 200mM NaCl .......................................................................... 44
Hình 3.12: Mảnh lá cà chua tái sinh trên môi trường có bổ sung 200 mM NaCl .......... 45

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Nghĩa tiếng Anh
µl

micro lit

µM

micro mol

AS

Acetosyringone

BAP

6-Benzyl amino purine

Bp


Glycine betaine

IBA

Indolyl acetic acid

Kb

Kilo base

MS

Murashige and Skoog, 1962

Môi trường cơ bản

M

Marker

Thang Marker chuẩn

mM

Milimol

NAA

Naphtyl acetic acid



MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ
Nam Mỹ, là loại rau ăn quả, họ Cà (Solanaceae). Quả có chứa nhiều vitamin C nên
có vị chua. Quả cà chua mọng, khi chín có màu vàng hoặc đỏ, có nhiều hình dạng:
tròn, dẹt, có cạnh, có múi, v.v. Cà chua được dùng trong chế biến thực phẩm, tạo vị
ngon và màu sắc hấp dẫn. Ngoài ra cà chua còn có tác dụng khá tốt trong việc chăm
sóc và bảo vệ sức khỏe. Lá cà chua có nơi dùng chữa bệnh về huyết áp và các bệnh
ngoài da.
Ở nước ta việc phát triển trồng cà chua còn có ý nghĩa quan trọng về mặt
luân canh, tăng vụ và tăng năng suất trên đơn vị diện tích, do đó cà chua là loại rau
được khuyến khích phát triển. Diện tích trồng cà chua lên đến chục ngàn ha, tập
trung chủ yếu ở đồng bằng và trung du phía Bắc. Tuy nhiên, việc trồng cà chua
chưa được phát triển mạnh theo mong muốn vì cà chua trồng trong điều kiện nóng
và ẩm ở nước ta dễ mắc nhiều bệnh gây hại đáng kể như héo tươi, virus,... khó
phòng trị.
Các nghiên cứu trong lĩnh vực nông nghiệp đều cho thấy tổng sản lượng các
cây lương thực trên thế giới chỉ đạt 20% tiềm năng di truyền. Nguyên nhân chính
cho là do các stress của môi trường tác động lên cây trồng, hạn mất nước, hạn mặn
và lạnh đều gây lên sự mất nước nội bào trong mô thực vật.
chống chịu những yếu tố bất lợi phi
sinh học khác nhau,
trên.
Những tác động bất lợi từ môi trường như khô hạn, đất nhiễm mặn, ngập úng,
nhiệt độ cực đoan thường làm mất cân bằng về áp suất thẩm thấu gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng của nhiều loài cây trồng [30]. Một trong
những phản ứng thường gặp nhất khi cây gặp các điều kiện bất lợi về nước đó là tăng
cường tổng hợp và tích lũy các chất chuyển hóa như các loại đường tan, axit amin để

Cà chua có nguồn gốc ở Peru, Bolivia, Ecuado. Trước khi tìm ra châu Mỹ thì
cà chua đã được trồng ở Peru và Mehico. Những loài cà chua hoang dại gần gũi với
loài cà chua trồng ngày nay vẫn tìm thấy ở dọc theo dãy núi Andes (Peru), đảo
Galapagos (Ecuado) và Bolivia. Các nhà vườn đã trồng, thuần dưỡng những giống
cà chua quả nhỏ và dạng hoang dại. Những giống và loài hoang dại này được mang
từ nơi xuất xứ đến Trung Mỹ, rồi đến Mehico [1].
Đến đầu thế kỷ XVIII, các giống cà chua đã trở nên phong phú và đa dạng,
nhiều vùng đã trồng cà chua làm thực phẩm. Vào thế kỷ XIX (1830) quả cà chua đã
trở thành loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày. Cuối thế kỷ XIX,
trên 200 dòng, giống cà chua được giới thiệu một cách rộng rãi trên thế giới [1].
Cà chua thuộc họ cà (Solaneceae), bộ cà (Solanales), phân lớp cúc
(Asteridae), lớp ngọc lan (Magnoliopsida), có tên khoa học là Lycopersicum
esculentum. Cà chua còn có nhiều tên gọi khác nhau như Lycopersicum esculentum
Mill, L. lycopersicum, S. lycopersicon, v.v [9]. Từ lâu có nhiều tác giả nghiên cứu
về phân loại cà chua và lập thành hệ thống phân loại theo quan điểm riêng của
mình. Theo H.J. Muller (1940) thì loài cà chua trồng hiện nay thuộc chi phụ
Eulycopersicon. Tác giả phân loại chi phụ này thành 7 loài, loài cà chua trồng hiện
nay (Lycopersicon esculentum L.) thuộc loài thứ nhất [1]. Theo L.B. Lihner
Nonnecke (1989) thì L. esculentum là loài cà chua trồng có 4 biến chủng sau:
- L. esculentum var. Commune là giống cà chua thông thường. Hầu hết
những giống cà chua trồng đều thuộc biến chủng này. Đặc điểm là thân, lá rậm rạp,
sum suê, quả có khối lượng trung bình lớn.


4
- L. esculentum var. Grandifolium. Lá của biến chủng này to, giống lá khoai
tây, mặt lá rộng và láng bóng, số lá trên cây ít.
- L. esculentum var. Validum. Cà chua anh đào, cây đứng, mập.
- L. esculentum var. Pyriforme. Cà chua hình quả lê.
Tât cả các loài cà chua đều có số nhiễm sắc thể 2n = 24.

1.1.1.3. Giá trị kinh tế
Cà chua là loại rau ăn quả có giá trị dinh dưỡng và có nhiều cách sử dụng.
Có thể dùng ăn tươi thay hoa quả, trộn salat, nấu canh, xào, nấu sốt vang và cũng
có thể chế biến thành các sản phẩm như cà chua cô đặc, tương cà chua, nước sốt
nấm, cà chua đóng hộp, mứt hay nước ép. Ngoài ra, có thể chiết tách hạt cà chua
để lấy dầu.
Quả cà chua vừa có thể dùng để ăn tươi, nấu nướng vừa là nguyên liệu cho
chế biến công nghiệp với các loại sản phẩm khác nhau. Do đó, với nhiều nước trên
thế giới thì cây cà chua là một cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế rất cao và là mặt
hàng xuất khẩu quan trọng.
Cà chua là loại rau quả hàng đầu thế giới. Theo FAO, năng suất cà chua trên
thế giới năm 2005 đạt 27,59 tấn/ha nhưng đến năm 2010 năng suất này tăng lên
33,59 tấn/ha . Năm 2010, diện tích trồng cà chua trên toàn thế giới đạt 4,34 triệu ha
trong khi đó diện tích trồng cà chua ở châu Á là 24,34 triệu ha chiếm 56,13% diện
tích cà chua toàn thế giới. Năng suất của châu Á đạt 33,57 tấn/ha. Trong năm 2012,
sản lượng cà chua toàn cầu là hơn 162 triệu tấn, trị giá hơn 55 tỷ USD. Ở nước ta,
cà chua được trồng từ rất lâu đời, cho đến nay cà chua vẫn là loại cây trồng chính
được nhà nước quan tâm phát triển, năm 2010, diện tich cà chua cả nước đạt 17,6
nghìn ha, năng suất đạt 11,6 tấn/ha. Phần lớn diện tích trồng cà chua tập trung tai
đồng bằng sông Hồng như Hà Nội, Hải Phòng , Hải Dương, Thái Bình, Hưng Yên,
Bắc Giang, Nam Định, và một số tỉnh tại miền Trung, Tây Nguyên, Nam Bộ [56].
Cà chua là một trong những mặt hàng có giá trị xuất khẩu cao kể cả dạng
tươi và dạng chế biến. Lượng cà chua trao đổi trên thị trường quốc tế là 32,7 triệu
tấn, trong đó 10% ở dạng quả tươi. Ở Mỹ tổng giá trị xuất khẩu một hecta cà chua
cao hơn 4 lần so với lúa nước, 20 lần so với lúa mỳ [1]. Ở Việt Nam cà chua được


6
trồng trên 100 năm nay, diện tích gieo trồng cà chua hàng năm biến động từ 15-17
ngàn ha, sản lượng 280 ngàn tấn [10].

7
hại sẽ ảnh hưởng đến năng suất quả. Tùy thuộc vào giống mà lá cà chua có màu
sắc và kích thước khác nhau.
Hoa cà chua thuộc loại hoa hoàn chỉnh (gồm lá đài, cánh hoa, nhị và nhụy).
Cà chua tự thụ phấn là chủ yếu do đặc điểm cấu tạo của hoa và do cây cà chua còn
tiết ra nhiều tiết tố độc nên không hấp dẫn côn trùng, ngoài ra hạt phấn nặng do đó
khó có sự thụ phấn chéo xảy ra. Hoa cà chua thường mọc thành chùm, hoa dính vào
chùm bởi cuống ngắn. Cà chua có 3 dạng chùm hoa: dạng chùm hoa đơn giản, dạng
chùm hoa trung gian và dạng chùm hoa phức tạp. Số chùm hoa trên cây dao động từ
4-20, số hoa trên chùm dao động từ 2-26 hoa. Hoa đính dưới bầu nhụy, đài hoa màu
vàng, số đài và số cánh hoa tương ứng nhau từ 5-9. Hoa lưỡng tính, nhị đực liên kết
nhau thành bao hình nón, bao quanh nhụy.
Quả cà chua thuộc loại quả mọng bao gồm: vỏ, thịt quả, vách ngăn, giá noãn.
Quả thường có 2,3 hay nhiều ngăn hạt. Hình dạng và màu sắc quả phụ thuộc vào
từng giống. Ngoài ra màu sắc quả chín còn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ phụ
thuộc vào hàm lượng caroten và lycopen. Ở nhiệt độ 30oC trở lên, sự tổng hợp
lycopen bị ức chế, trong khi đó sự tổng hợp beta-caroten không mẫn cảm với tác
động của nhiệt, vì thế trong mùa nóng cà chua có màu quả chín vàng hoặc đỏ vàng.
Trọng lượng quả cà chua dao động rất lớn từ 3-200 gam phụ thuộc vào giống [4].
1.1.3. Một số nghiên cứu về chọn tạo giống cà chua trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.3.1. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống cà chua trên thế giới
Trong khoảng 200 năm trở lại đây tình hình chọn tạo cà chua trên thế giới đã
có nhiều tiến bộ. Lịch sử nghiên cứu chọn tạo cà chua trên thế giới bắt đầu ở châu
Âu. Người Italia là những người đầu tiên phát triển các giống cà chua mới, họ chọn
các giống có sự khác nhau về tính trạng quả, chủ yếu là màu sắc quả.
Theo ý kiến của Anpachev (1978), Iorganov (1971), Phiên Kì Mạnh (1961)
thì xu hướng chọn tạo giống cà chua mới là [12]:
+ Tạo giống chín sớm phục vụ cho sản xuất vụ sớm
+ Tạo giống cho sản lượng cao, giá trị sinh học cao, dùng làm rau tươi và
nguyên liệu cho chế biến đồ hộp

phổ rộng với nhiều chủng virus khác nhau. Các nhà khoa học thuộc Đại Học
Kasetsart đã chồng hai gen, CMV replicase và CaCV nucleocapsid protein liên quan


9
đến tính kháng với virus CMV và CaCV, theo thứ tự, trong giống cà chua. Hai gen
này trước đây đã được chuyển nạp thành công vào giống Seedathip 3 và Seedathip
4, theo thứ tự, bằng Agrobacterium. Lai thuận nghịch giữa giống Seedathip 3
chuyển gen và Seedathip 4 chuyển gen cho thấy sự phân ly của con lai chuyển gen
này ở giai đoạn cây con nhờ kỹ thuật PCR với những cặp mồi đặc hiệu đối với cả
hai gen. Trong 685 dòng con lai (F1) của tổ hợp lai này, có 247 dòng (36,06%) chứa
cả hai gen chuyển, 172 dòng (25,11%) chứa một gen chuyển và 266 dòng (38,83%)
không có mang gen chuyển. Thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhà lưới
cho thấy việc chồng các gen chuyển như vậy trong cây cà chua có thể thành công
bằng kỹ thuật lai thuận nghịch (reciprocal). Các dòng cà chua có những gen được
chồng vào cho thấy không có khác biệt ý nghĩa đối với các tính trạng nông học so
với giống cà chua bình thường và dòng bố mẹ khởi thủy [34].
Năm 2013, các nhà khoa học của Đại học Banaras Hindu và Viện Nghiên
cứu rau của Ấn Độ đã tạo giống cà chua biến đổi gen biểu hiện gen ZAT12, điều
khiển tính kháng đối với nhiều loại hình stress. Kết quả phân tích Southern blot cho
thấy sự tích hợp thành công của gen này vào trong genome dòng cà chua biến nạp
(To). Phân tích RT-PCR cũng xác định sự biểu hiện của gen này ở cây thế hệ T2.
Năm trong sáu dòng cà chua chuyển gen có biểu hiện tối đa của gen ZAT12 khi
được xử lý khô hạn trong vòng một tuần. Kết quả này cũng phù hợp với hàm lượng
nước tương đối, sự kiện “electrolyte leakage”, chỉ số màu của diệp lục, hàm lượng
hydrogen peroxide và phân tích hoạt động của catalase theo đó chỉ ra tính chịu khô
hạn tăng [17].
Năm 2014, một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà khoa học thuộc Viện
Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (CAAS) tại Bắc Kinh, Trung Quốc, đã
công bố tóm tắt lịch sử về hệ gen trong quá trình nhân giống cà chua trên cơ sở giải

được vụ cà chua xuân hè mở rộng thời gian cung cấp sản phẩm.
- Giai đoạn 1986-1995: Các nghiên cứu tập trung về chọn giống cà chua chịu
nóng để phục vụ cho trồng cà chua trái vụ.
- Giai đoạn 1996-2005: Giai đoạn này công tác nghiên cứu chọn tạo giống cà
chua ưu thế lai được đẩy mạnh với mục tiêu là tạo các giống lai có nhiều ưu điểm
về năng suất, chất lượng, trồng chính vụ và trái vụ, đồng thời phục vụ cho chế biến
công nghiệp.


11
Ở giai đoạn này điểm nhấn là tạo giống cà chua lai chịu nóng. Tới năm 1997,
trong số các tổ hợp ưu tú đã tuyển chọn ra tổ hợp nổi trội đáp ứng được mục tiêu đặt
ra, đặt tên là HT7. Năm 2000, giống HT7 đã phát triển sản xuất đại trà 150 ha chủ
yếu ở trái vụ (sớm, muộn) trên địa bàn các tỉnh miền Bắc. Giống HT7 phối hợp
nhiều tính trạng quý: khả năng chịu nóng cao, ngắn ngày, quả nhanh chin và chin đỏ
đẹp, phối hợp được nhiều đặc điểm độc đáo về cấu trúc thịt quả và vỏ đảm bảo chất
lượng tiêu dung, chất lượng bảo quản và vận chuyển [8].
Giống cà chua PT18 có năng suất cao, chất lượng phù hợp cho chế biến công
nghiệp và thích hợp với điều kiện sinh thái ở các vùng trồng cà chua nguyên liệu
miền Bắc Việt Nam do PGS.TS. Trần Khắc Thi, ThS. Dương Kim Thoa và cộng sự
tại Viện nghiên cứu rau quả nghiên cứu. Từ dòng cà chua CLN 2026 D có nguồn
gốc từ Trung tâm rau màu Châu Á (AVRDC), bằng phương pháp chọn lọc cá thể
qua nhiều thế hệ đã chọn ra được dòng PT 18 có nhiều triển vọng, năng suất và chất
lượng phù hợp cho chế biến. Giống được Hội đồng Khoa học Bộ Nông nghiệp và
Phát triển Nông thôn công nhận là giống quốc gia tháng 4 năm 2004 [9].
- Giai đoạn từ 2005-2006 trở đi: Giai đoạn này sản xuất cà chua quả nhỏ đã
có sự phát triển về diện tích (phục vụ chủ yếu cho đóng hộp xuất khẩu). Năm 20042005 đã hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua quả nhỏ ra đại
trà, đã tạo ra bộ giống cà chua quả nhỏ chất lượng cao trong đó tiêu biểu là giống
HT144 [7].
Ngoài ra, sau nhiều năm phát triển sản xuất cà chua ở nước ta và sự phát

trình sinh tổng hợp glycine betaine ở vi khuẩn. Choline oxidase xúc tác phản ứng oxi
hóa bốn electron của choline để tạo thành glycine betaine. Vì vậy, enzyme này có ý
nghĩa quan trọng trong sự tồn tại và thích nghi với môi trường sống của vi khuẩn A.
globiformis, sự tích lũy hàm lượng cao glycine betaine trong tế bào chất giúp cho tế
bào chống lại sự khử nước và hiện tượng co nguyên sinh chất trong điều kiện môi
trường bất lợi.
Năm 1997, Hayashi và cộng sự đã chuyển gen codA phân lập từ vi khuẩn A.
globiformis vào cây Arabidopsis thaliana. Trong nghiên cứu này, gen codA được
thiết kế thêm đoạn peptide tín hiệu (transit peptide) dẫn vào trong đích là lục lạp.


13
Nồng độ GB được tích lũy trong lục lạp lên đến 50 – 100 mM. Kết quả thu được là
hạt của cây chuyển gen có khả năng chịu được nồng độ muối cao trong suốt quá
trình nảy mầm và quá trình phát triển tiếp theo của cây. Gen codA cũng được
chuyển vào trong cây lúa và tích lũy GB ở lục lạp, kết quả cho thấy cây lúa chuyển
gen cũng có khả năng chịu mặn cao hơn so với cây đối chứng. Tuy nhiên, khi không
thiết kế thêm đoạn transit peptide tín hiệu với mục đích biểu hiện gen codA trong tế
bào chất thì lượng GB tích lũy trong tế bào chất tăng lên từ 3 – 5 lần so với trong
lục lạp. Từ kết quả này, một số tác giả đưa ra giả thuyết rằng trong tế bào chất chứa
lượng cơ chất là choline cao hơn trong lục lạp, do đó, đây có thể là vị trí tổng hợp
choline trong tế bào. Khi các nhà khoa học tiếp tục kiểm tra cây Arabidopsis
thaliana chuyển gen codA trong các điều kiện bất lợi khác như: nhiệt độ thấp, nhiệt
độ cao, khô hạn thì thu được kết quả tương tự. Nghĩa là, cây chuyển gen codA có
khả năng chống chịu được các điều kiện bất lợi từ môi trường: mặn, lạnh, hạn và
nhiệt độ cao.
Ngoài ra, không dừng lại ở cây mô hình A. thaliana, nhiều tác giả đã nghiên
cứu chuyển gen codA vào một số loài cây trồng như: cây hồng Nhật bản
(Diospyroskaki), cây cải canh (Brassica juncea), cây cà chua (Solanum
lycopersicum), cây bạch đàn, cây ngô, cây đậu tương, cây thuốc lá, v.v. Các kết quả

tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện stress phi sinh học [46].
1.2.2.2. Các con đường sinh tổng hợp glycine betain ở sinh vật
a) Sinh tổng hợp glycine betain ở thực vật
Ở thực vật bậc cao, GB được tổng hợp từ serine qua ethanolamine, choline và
betaine aldehyde. Quá trình sinh tổng hợp GB ở thực vật trải qua hai bước như sau:
(1) Đầu tiên, tiền chất choline được chuyển thành betaine aldehyde (một hợp
chất trung gian độc với thực vật) nhờ sự xúc tác của choline monooxygenase
(CMO).
(2) Tiếp theo, betaine aldehyde được chuyển thành glycine betaine dưới hoạt
động của betaine aldehyde dehydrogenase (BADH) [40].
Mặc dù, con đường tổng hợp GB trực tiếp từ sự N-methyl hóa glycine cũng
được biết đến, nhưng sự tích lũy GB ở tất cả các loài thực vật bậc cao được xác định
là con đường tổng hợp từ choline như trên (hình 1.1).


15

Hình 1.1: Con đường sinh tổng hợp GB ở thực vật bậc cao
b) Sinh tổng hợp glycine betain ở vi khuẩn Escherichia coli và động vật
Cũng giống như thực vật bậc cao, ở vi khuẩn E. coli và ở một số động vật,
con đường sinh tổng hợp GB cũng trải qua hai bước là khử choline thành betaine
aldehyde và oxy hóa betaine aldehyde thành GB (hình 1.2). Tương ứng, hai bước đó
được xúc tác bởi choline dehydrogenase (CDH) và betaine aldehyde dehydrogenase
(BADH) [49].

Hình 1.2: Con đường sinh tổng hợp GB ở vi khuẩn E. coli
c) Sinh tổng hợp glycine betain ở vi khuẩn Arthrobacter globiformis và
Arthrobacter panescens
Ngược lại, con đường sinh tổng hợp GB ở một số vi khuẩn như Arthrobacter
globiformis và Arthrobacter panescensrất đơn giản,choline được chuyển hóa thành

tổng hợp GB bắt đầu từ glycine đã được phát hiện trong hai loài vi sinh ưa mặn là
Actinopolyspora halophilia và Ectothiorhodospira halochloris (hình 1.4). Quá trình
sinh tổng hợp GB được thực hiện bằng 2 enzyme: đầu tiên glycine sarcosine
methyltransferase (GSMT) xúc tác bước methyl hóa glycine thành sarcosine (Nmonomethylglycine), tiếp theo sarcosine dimethylglycine methyltransferase
(SDMT) xúc tác 2 phản ứng liên tiếp chuyển hóa sarcosine thành dimethylglycine
và cuối cùng thành GB [33].

Hình 1.4: Sinh tổng hợp GB ở Actinopolyspora halophilia
Từ các con đường sinh tổng hợp GB ở các đối tượng sinh vật khác nhau như
nêu ở trên, nhận thấy con đường sinh tổng hợp GB ở Arthrobacter globiformis và A.
panescens là đơn giản nhất. Từ tiền chất choline được chuyển hóa thành GB chỉ cần
xúc tác bởi enzyme choline oxidase (COD) được mã hóa bởi gen codA nên chúng
tôi chọn gen codA làm gen mục tiêu để nghiên cứu.