Tăng cường quá trình sinh tổng hợp tinh bột ở cây mô hình thuốc lá thông qua việc chuyển gen mã hóa ADP glucose pyrophosphorylase của vi khuẩn

Starch is the primary storage polysaccharide in plants.  It not only plays a role as the most important nutritional component in the diet of humans and many animal species, but is also a raw material in the food processing industry or material industry. Therefore, a current research direction is the improvement of crops by increasing starch yields based on enhancing the activity of key enzymes involved in starch biosynthesis by genetic engineering. ADP-Glc pyrophosphorylase (AGPase) is an important regulatory enzyme for synthesis of glycogen in bacteria and starch in plants. In this paper, the 1.5 kb synthetic mutant of AGPopt gene derived from E. coli AGPase was inserted into the plant expression vector pBI121 under the control of 35S promoter. The efficiency of this construct was tested in transgenic Nicotiana tabacum. The integration of AGPopt into the plant genome was confirmed by PCR and Southern hybridization, and the expression of bacterial AGPase in transgenic lines was detected by Western hybridization. Interestingly, starch assays in 7 tobacco transgenic lines resulted in 5 lines displaying an increase in the levels of starch accumulated in the leaves, approximately 18%–56% higher than those of WT plants. These results indicate that the expression of AGPopt is one of effective strategies for enhanced starch production in plant.Tinh bột là polysaccaride dự trữ của thực vật, đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của con người cũng như nhiều loài động vật, đồng thời là nguyên liệu thô trong công nghiệp chế biến thực phẩm và công nghiệp vật liệu. Do đó, một trong các hướng nghiên cứu được quan tâm hiện nay là làm tăng hàm lượng tinh bột trong cây trồng trên cơ sở tăng cường hoạt động của một số gen mã hóa các enzyme đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp và tích lũy tinh bột. ADP-Glc pyrophosphorylase (AGPase) đã được chứng minh là enzyme điều hòa quan trọng, điều chỉnh tốc độ phản ứng của toàn bộ chu trình sinh tổng hợp glycogen ở vi khuẩn và tinh bột ở thực vật. Trong nghiên cứu này, gen nhân tạo đã tối ưu mã AGPopt với kích thước 1,5 kb có nguồn gốc từ gen glgC mã hóa cho enzyme AGPase của vi khuẩn E. coli mang đột biến thay thế glycine bằng aspartic acid ở vị trí 393 nhằm giảm ái lực với các chất ức chế đã được nối ghép với vector chuyển gen thực vật và chuyển vào cây mô hình thuốc lá, hoạt động dưới sự điều khiển của promoter 35S. Sự tích hợp của gen AGPopt vào genome thực vật được khẳng định bằng kỹ thuật PCR và Southern blot, đồng thời phương pháp lai Western blot đã phát hiện sự biểu hiện của AGPase trong các dòng thuốc lá chuyển gen . Đặc biệt, phép đo hàm lượng tinh bột tích lũy trong lá ở 7 dòng chuyển gen cho thấy có 5 dòng chứa lượng tinh bột trong lá cao hơn dòng đối chứng không chuyển gen, trong đó 1 dòng có mức tăng cao nhất là 56%, 4 dòng còn lại có mức tăng từ 18%-44%. Những bằng chứng này bước đầu cho thấy việc biểu hiện gen AGPopt là một chiến lược hiệu quả giúp tăng cường quá trình sinh tổng hợp tinh bột ở thực vật