Bài giảng Sinh học phân tử và tế bào thực vật - Tế bào thực vật

Sinh học phân tử và tế bào thực vật Phan Ngô Hoang Mục tiêu  Cơ sở phân tử và tế bào thực vật  Áp dụng các công nghệ sinh học thực vật Đánh giá Kiểm tra giữa kỳ (30%), trình bày bài tổng quan Thi cuối khóa (70%), tự luận (60 phút, sử dụng tài liệu) Nội dung 1. Tế bào thực vật 2. Vách và sự phát triển tế bào thực vật 3. Màng - Kiểm soát trao đổi chất và thông tin qua màng 4. Không bào 5. Chuyển đổi năng lượng ở ti thể và lục lạp 6. Công cụ & kỹ thuật căn bản của sinh học phân tử 7. Cơ sở phân tử của sự phát triển thực vật 8. Auxin và SAM Caáu truùc & chöùc naêng teá baøo thöïc vaät Microscopes and Cells • 1600s, Anton van Leeuwenhoek người đầu tiên mô tả sự sống tế bào nhờ một hệ thống “kính hiển vi“ đơn giản. Robert Hooke, người đầu tiên sử dụng hệ thống ống kính để quan sát lát mỏng cork cells. • 1830s, Mathias Schleiden xác định tế bào thực vật đầu tiên và kết luận thực vật được cấu trúc nên từ những tế bào. • Thomas Schwann, tương tự trên tế bào động vật 1. Vách tế bào 2. Màng nguyên sinh chất 3. Tế bào chất Cytosol Bào quan Bào quan có màng Các bào quan thuộc hệ thống nội màng Mạng nội chất nhám Mạng nội chất trơn Hệ thống golgi Lyzosom Không bào Ty thể và lục lạp Các cấu trúc không màng Trung thể Bộ xương tế bào Ribosom 4. Nhân tế bào Vách Màng Vách tế bào (cell wall) gồm 3 lớp cơ bản: sơ cấp, thứ cấp và khoảng giữa vách. Chức năng chính của vách: bảo vệ tế bào, nền tảng căn bản của màng và hoạt động của tế bào… Vách Màng Cytosol - Cytosol, môi trường lỏng bên trong tế bào bao gồm dịch tế bào và các bào quan hiện diện. - Chức năng chính của cytosol: môi trường hoạt động của tế bào, các phản ứng sinh học diễn ra trong cytosol cũng như hiện diện của hệ thống enzym nội bào. Nhân Hạch nhân Vách Màng Cytosol Nhân, (nucleus - trung tâm kiểm soát tế bào), bảo quản vật chất di truyền. Sự hiện diện của nhân con (nuleolus) bên trong nhân giúp sinh tổng hợp các hạt ribosome. Lưới nội chất (endoplasmic reticulum), hệ thống bào quan có màng với chức năng tham gia quá trình sinh tổng hợp và chế biến protein, lipid. Nhân Hạch nhân Lưới nội chất nhám Lưới nội chất trơn Vách Màng Cytosol Không bào (Vacuoles), bào quan đặc trưng ở thực vật bậc cao với nhiệm vụ dự trữ nước, muối khoáng, protein, một số hợp chất biến dưỡng sơ cấp, thứ cấp... Không bào Nhân Hạch nhân Lục lạp Lưới nội chất nhám Lưới nội chất trơn Vách Màng Cytosol Diệp lạp (Chloroplasts), bào quan đặc biệt với chức năng quang hợp của sinh vật tự dưỡng. Không bào Nhân Hạch nhân Lục lạp Lưới nội chất nhám Lưới nội chất trơn Vách Màng Cytosol Không bào Nhân Hạch nhân Lục lạp Lưới nội chất nhám Lưới nội chất trơn Ty thể Vách Màng Cytosol Ty thể (Mitochondria), thực hiện chức năng hô hấp cung cấp ATP và các hợp chất liên hệ quan trọng trong sự sống của tế bào, cơ quan và cơ thể. Golgi, tạo các bóng golgi chuyên chở các vật liệu quan trọng cho sự tổng hợp vách tế bào thực vật cũng như các chất bã (dự trữ) đến túi không bào. Không bào Nhân Hạch nhân Lục lạp Lưới nội chất nhám Lưới nội chất trơn Ty thể Vách Màng Cytosol Golgi Không bào Màng tế bào - phospholipid Cytosol Nhân Lưới nội chất Ribosome Golgi Bóng golgi Ti thể Vách cellulose Lục lạp Tế bào là «xã hội» có tổ chức cao, mỗi bào quan được chuyên môn hóa và hoạt động theo cách hợp tác. cytoplasm Nuclear envelope chromatin nucleolus Cell wall Onion Stained with Iodine Elodea Cells Thuyết tế bào Schleiden (1838), tế bào là đơn vị sống căn bản của mọi cấu trúc thực vật. Schwan (1839), tế bào là đơn vị cấu trúc căn bản của mọi sinh vật. Virchow (1855), mọi tế bào đều sinh ra từ tế bào Ngày nay, theo các nhà khoa học không có phân tử nào (kể cả DNA) tự sống ngoài tế bào. Do đó, tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng căn bản của mọi sinh vật sống. Tính toàn năng tế bào thực vật (Totipotency). 24 E3 ubiquitin ligase complex Auxin signal transduction pre-mRNA intron exon exon AAAAAAA200 M7G nhân Tế bào chất mRNA RNA splicing M7G AAAAAAA200 Sự vận chuyển M7G AAAAAAA200 ribosomes protein cap poly(A) tail - DNA lục lạp (cpDNA) có cấu trúc như một sợi kép DNA vòng (ptDNA). - Kích thước khoảng 120-217kb, mang khoảng 100 gen cấu trúc. - cpDNA bao gồm Large Single-Copy (LSC) & Small Single-Copy (SSC) và các đoạn lặp lại (IRA & IRB). Bộ gen lục lạp (Chloroplast genome) IRA IRB LSC SSC Đặc tính của bộ gen lục lạp - cpDNA tương đối độc lập với các thành phần của bộ gen thực vật, vì thế thuận lợi cho sự cô lập và phân tích. - Mức độ tiến hóa của gen lục lạp chậm hơn 5 lần so với bộ gen nhân TBTV. Genome diệp lạp có ý nghĩa sự ổn định. Ex: familial level; mono- & dicotyledonous. - DNA lục lạp di truyền không theo quy luật Mendel, đa số thực vật hạt kín di truyền theo dòng mẹ (lưu giữ thông tin trong tế bào noãn), có ý nghĩa trong sự ngăn sự lan rộng một số đặc tính không mong muốn. - cpDNA có thể nhân bản bởi PCR, áp dụng các kỹ thuật di truyền, giải trình tự gen. - Một số gen trên lục lạp đã được nghiên cứu ứng dụng trong chuyển gen. rbcL (1400bp), trnL-trnF (250-800bp), atpB-rbcL (1000bp), trnL intron (300bp), matK (2600bp), trnT- trnL (400-800bp), 16S (1400bp), rpoC (3600bp) etc. IRA IRB LSC SSC rbcL matK atpB-rbcL trnL intron trnL-trnF trnT-trnL rpoC 16S