đặc điểm của gen dreb5 ở hai giống đậu tương cúc lông phú bình và vàng ngân sơn

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC






NGUYỄN THÙY GIANG





ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN DREB5
Ở HAI GIỐNG ĐẬU TƯƠNG CÚC LÔNG
PHÚ BÌNH VÀ VÀNG NGÂN SƠN




LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN – 2011

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC






NGUYỄN THÙY GIANG





ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN DREB5
Ở HAI GIỐNG ĐẬU TƯƠNG CÚC LÔNG
PHÚ BÌNH VÀ VÀNG NGÂN SƠN

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 60 42 80


LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. CHU HOÀNG MẬU






THÁI NGUYÊN – 2011

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

1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill ) là một trong những cây lƣơng
thực có vị trí quan trọng trong cơ cấu cây trồng nông nghiệp của thế giới nói
chung và của Việt Nam nói riêng. Trong các cây họ đậu, đậu tƣơng đƣợc coi
là loại cây trồng chiến lƣợc của nhiều quốc gia trên thế giới, do có tác dụng
nhiều mặt, có hiệu quả kinh tế cao, có thời gian sinh trƣởng ngắn lại dễ trồng.
Sản phẩm từ cây đậu tƣơng đƣợc sử dụng cho ngƣời và gia súc nhƣ dùng trực
tiếp hạt thô hoặc chế biến thành đậu phụ, ép thành dầu đậu nành, nƣớc tƣơng,
làm bánh kẹo, sữa đậu nành đáp ứng nhu cầu đạm trong khẩu phần ăn hàng
ngày của ngƣời cũng nhƣ gia súc [2].
Hạt đậu tƣơng có từ 32% đến 56% protein và từ 12% đến 25% lipit, từ
10-15% gluxit và chứa nhiều loại vitamin [2]. Gần đây các nhà khoa học đã
nghiên cứu và phát hiện đậu tƣơng có vai trò chữa và điều trị bệnh nan y nhƣ
ung thƣ, tim mạch Đậu tƣơng còn có thể giải quyết một phần vấn đề hết sức
nóng bỏng hiện nay trên thế giới là năng lƣợng từ các sản phẩm của nó. Ngoài

ra, đậu tƣơng còn có tác dụng cải tạo đất nhờ vi khuẩn cố định đạm chứa trong
các nốt sần ở rễ. Với những giá trị to lớn đó, cây đậu tƣơng đƣợc trồng phổ
biến ở nhiều nơi từ 55
o
vĩ Bắc đến 55
o
vĩ Nam, từ vùng thấp hơn mực nƣớc
biển đến vùng cao trên 2000m so với mực nƣớc biển với diện tích đạt khoảng
hơn 74,7 triệu ha. Hiện nay, ở Việt Nam, cây đậu tƣơng chiếm một vị trí rất
quan trọng trong nền nông nghiệp nên đƣợc gieo trồng ở cả 7 vùng nông
nghiệp trên cả nƣớc với mục đích giải quyết vấn đề thiếu protein cho ngƣời và
gia súc, xuất khẩu và cải tạo đất.
Trên thế giới, đậu tƣơng đƣợc sản xuất trên quy mô lớn và phát triển
mạnh mẽ nhất ở các nƣớc Nam Mỹ nhƣ Brazil, Argentina, Canada nhƣng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
lớn nhất phải kể đến Mỹ và gần đây là Trung Quốc. Hàng năm họ sản xuất và
đƣa ra thị trƣờng thế giới hàng triệu tấn/năm, điều này đã góp phần giải quyết
các vấn đề nóng của thế giới đó nhƣ năng lƣợng, ô nhiễm
Nƣớc ta có hệ sinh thái rất đa dạng, khí hậu giữa các vùng miền lại
không giống nhau. Địa hình có đến 3/4 là đồi núi thƣờng có mùa khô hanh ở
miền bắc, mùa khô nóng ở Tây Nguyên… Những năm gần đây diễn biến khí
hậu ngày càng phức tạp, lƣợng mƣa phân bố không đều giữa các vùng và giữa
các thời kỳ trong năm nên hạn hán và nắng nóng kéo dài. Tình trạng hạn hán
ảnh hƣởng đến sản xuất đậu tƣơng không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả những
nƣớc sản xuất đậu tƣơng hàng đầu thế giới nhƣ Argentina. Thống kê cho thấy,
sản lƣợng đậu tƣơng của Argentina vào vụ mùa năm 2009 giảm từ 34,5 triệu
tấn so với cùng thời điểm năm 2008 là 46,2 triệu tấn. Ở Việt Nam, tình hình
thiếu nƣớc trầm trọng tại các địa phƣơng làm cho sản lƣợng đậu tƣơng của

năm 2009 giảm xuống chỉ còn 213,6 nghìn tấn so với năm 2007 là 275,2
nghìn tấn và năm 2008 là 267,6 nghìn tấn [33]. Đậu tƣơng là cây tƣơng đối
mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh và thuộc vào nhóm cây chịu hạn kém.
Chính vì vậy nghiên cứu tạo giống đậu tƣơng có kiểu gen chống chịu hạn và
có khả năng sống trong điều kiện bất lợi về nƣớc đang là hƣớng nghiên cứu
rất đƣợc quan tâm của các nhà chọn giống [6], [7]. Cho đến nay ở Việt Nam
đã có một số công trình nghiên cứu tìm hiểu cơ sở phân tử của đặc tính chịu
hạn ở cây đậu tƣơng (Trần Thị Phƣơng Liên, 1999 [5]; Chu Hoàng Mậu, 2001
[7]; Hoàng Thị Thu Yến và đtg 2003 [10]), kết quả nghiên cứu của các công
trình này đã chỉ ra rằng, những thông tin về gen và protein liên quan đến tính
chịu hạn của cây đậu tƣơng là cơ sở cho việc tìm kiếm các ứng dụng nhằm
nâng cao khả năng chịu hạn của cây đậu tƣơng.
Quá trình phiên mã của nhóm gen chịu hạn chịu tác động của các yếu tố
điều khiển quá trình phiên mã, trong đó có nhân tố DREB. Nghiên cứu và ứng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
dụng protein DREB đã thành công trên các đối tƣợng nhƣ cây khoai tây, cà
chua, hoa cúc, lúa mì , nhƣng đối với cây đậu tƣơng các công trình nghiên
cứu về gen DREB còn ít đƣợc công bố. Vì vậy, nghiên cứu nhân tố phiên mã
theo hƣớng tăng cƣờng khả năng biểu hiện của nhóm gen liên quan đến đặc
tính chịu hạn của cây đậu tƣơng đƣợc chúng tôi quan tâm nghiên cứu. Từ
những lí do trên chúng tôi tiến hành đề tài luận văn thạc sĩ là: “Đặc điểm của
gen DREB5 ở hai giống đậu tƣơng Cúc lông Phú Bình và Vàng Ngân
Sơn”.
2. Mục tiêu đề tài
Xác định đƣợc sự sai khác trong trình tự gen DREB5 của hai giống đậu
tƣơng nghiên cứu.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Thu thập thông tin về gen DREB5 và thành phần phản ứng để nhân gen

DREB5;
3.2. Nhân bản gen DREB5 từ DNA hệ gen của cây đậu tƣơng bằng kỹ thuật PCR;
3.3. Tách dòng và đọc trình tự gen DREB5 của hai giống đậu tƣơng Cúc lông
Phú Bình (CPB) và Vàng Ngân Sơn (VNS);
3.4. So sánh trình tự gen DREB5, trình tự amino acid giữa hai giống đậu
tƣơng CPB, VNS và so sánh với các trình tự DREB5 đã công bố trên Ngân
hàng gen quốc tế.


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

4
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÂY ĐU TƢƠNG
1.1.1. Đặc điểm nông sinh học và thành phần hoá sinh hạt đậu tƣơng
Đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill), có bộ nhiễm sắc thể 2n = 40, là
loại cây trồng thuộc họ đậu (Fabaceae), họ phụ cánh bƣớm (Papilionoidea)
có nguồn gốc từ các tỉnh phía Bắc và Đông Bắc Trung Quố c , các vùng kế cận
của Cộng hòa Liên bang Nga, Triều Tiên và Nhật Bản. Các giống đậu địa
phƣơng củ a nƣớ c ta hiệ n nay đƣợ c du nhậ p tƣ̀ Trung Quố c đã tƣ̀ lâu đờ i [2].
Cây đậ u tƣơng là cây thân thả o , ít phân cành dạ ng bụ i cây đậu tƣơng có
các bộ phận chính là rễ, thân, lá, hoa và quả. Trong đó lá đậu tƣơng là lá kép
vớ i 3 lá chét, nhƣng đôi khi cũ ng có 4 – 5 lá chét. Hoa mà u trắ ng hay tí m, quả
thẳ ng hay quả cong đề u có nhiề u lông . Vỏ của hạ t đậ u tƣơng có mà u nâu hoặ c
đen, vàng, xanh. Khố i lƣợ ng hạ t rấ t đa dạ ng tƣ̀ 200 – 400mg/hạt. Cây đậ u
tƣơng có 2 đặ c tính sinh trƣở ng : sinh trƣở ng hƣ̃ u hạ n và sinh trƣở ng vô hạ n ;
thờ i gian sinh trƣở ng có 3 loại: chín sớm (75 – 85 ngày), trung bình (80 – 100
ngày), muộ n (110 – 120 ngày). Thờ i gian sinh trƣở ng là mộ t yế u tố rấ t quan
trọng để lựa chọn cây trồng luân canh xen vụ . Mộ t đặ c điể m nổ i bậ t là ở rễ

cây đậ u tƣơng thƣờ ng có nố t sầ n chƣ́ a vi k huẩ n có khả năng cố định nitơ tƣ̣
do, cho nên trồ ng cây đậ u tƣơng cò n có tá c dụ ng cả i tạ o đấ t . Các công trình
nghiên cƣ́ u cho thấ y nhƣ̃ ng giố ng có khả năng cộ ng sinh và có đủ nố t sầ n
thƣờ ng là m cho lƣợ ng protein cao . Đậu tƣơng là cây tƣơng đối mẫn cảm với
điề u kiệ n ngoạ i cả nh . Trong tậ p đoà n giố ng đậ u tƣơng có nhƣ̃ ng giố ng chỉ
trồ ng và o vụ hè , có những giống chỉ trồng vào vụ đông [2].
Cây đậu tƣơng cùng với các cây trồng khác nhƣ bông, lạc, hƣớ ng
dƣơng, cải dầu, dƣ̀ a và cọ là 8 loại cây lấ y dầ u quan trọ ng đƣợc quan tâm,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
trong đó , đậ u tƣơng là cây trồ ng lấ y hạ t , cung cấ p dầ u quan trọ ng bậ c nhấ t
trong cá c cây lấ y dầ u trên. Hiệ n nay, thố ng kê củ a FAO cho thấ y tƣ̀ năm 1980
trở lại đây sản lƣợng đậu tƣơng trên thế giới đã tăng lên 2 lầ n chủ yế u nhờ và o
tăng diệ n tích và năng suấ t . Trong vò ng 20 năm qua diệ n tích gieo trồ ng tăng
nhanh, năng suấ t bình quân khá cao 23 tạ/ha. Các nƣớc sản xuất đậu tƣơng
đứng đầu thế giới : Mỹ, Brazin, Argentina và Trung Quố c chiế m khoả ng 90 –
95% tổ ng sả n lƣợ ng đậ u tƣơng trên thế giớ i [33].
Hiệ n nay, ở Việt Nam cây đậu tƣơng chiếm một vị trí rất quan trọng
trong nề n sản xuất nông nghiệ p, đặ c biệ t ở nhƣ̃ ng vù ng nông thôn nghè o, kinh
tế chƣa phá t triể n. Nhƣng ngành sản xuất đậu tƣơng ở nƣớc ta chƣa đƣợc đầu
tƣ, năng suấ t cò n thấ p, do vậ y nghiên cƣ́ u cả i tiế n cá c đặ c điể m nông sinh học
của các giống địa phƣơng và tạo giố ng mớ i có năng suấ t cao , thích nghi với
điề u kiệ n sinh thá i ở nhƣ̃ ng vù ng khá c nhau bằ ng phƣơng phá p truyề n thố ng kế t
hợ p vớ i kỹ thuật hiệ n đạ i sẽ đá p ƣ́ ng đƣợ c yêu cầ u củ a thƣ̣ c tiễ n đặ t ra và đó là
chiế n lƣợ c quan trọ ng về sƣ̣ phá t triể n cây đậ u đỗ củ a nƣớ c ta.
Trong hạt đậu tƣơng, protein chiếm từ 30 – 56%, lipit 12- 25%, gluxit
20%; có các muối khoáng Ca, Mg, K, P, Na, S, Fe, các vitamin A, B1, B2, D,
E, F, các men, sáp, nhựa, cellulose. Ngoài ra, đậu tƣơng còn có đầy đủ các
amino acid cơ bản, isoleucin, leucin, lysin, methionin, phenylanalin,

tryptophan, valin [2].
Protein là thành phần chủ yếu trong hạt chiếm từ 30 - 56%, trên thực tế
cho thấy kiểu gen và điều kiện canh tác làm ảnh hƣởng tới hàm lƣợng protein
nhƣng chúng vẫn chứa hàm lƣợng protein lớn hơn các loài thực vật khác [2].
Protein đƣợc dự trữ trong các bào quan, có chức năng cung cấp nguồn amino
acid và nitơ cho quá trình nẩy mầm của hạt, protein dự trữ chủ yếu trong hạt
đậu tƣơng là albumin và globulin. Dựa vào hệ số lắng ngƣời ta chia protein
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
của hạt đậu tƣơng thành 3 loại: legumin, vixilin, enzim và chất ức chế enzim
có bản chất protein. Trong hạt đậu tƣơng protein dự trữ chiếm tới 70%, ngoài
ra là các enzim, các chất ức chế proteaza và lectin. Thành phần của protein
gồm có albumin (9,5%), globulin tan trong nƣớc (75,8%), globulin tan trong
NaCl chiếm 3%, glutelin tan trong NaOH 0,2M chiếm 11,7% [5]. Protein của
cây họ đậu nói chung, cây đậu tƣơng nói riêng đƣợc coi là chất lƣợng tốt nhất
trong các loại protein thực vật, chúng chứa tất cả các amino acid không thay
thế cần thiết cho cơ thể ngƣời và động vật, tỷ lệ lyzin rất cao, hàm lƣợng các
amino acid chứa gốc SH nhƣ methyonin, systein thấp [5], [7], [29].
Hàm lƣợng lipid trong hạt đậu tƣơng khá cao chiếm từ 12 – 25% khối
lƣợng khô, trong đó hàm lƣợng axit béo no thấp, khoảng 13% không có
cholestrol, 30% là các axit béo không no một nối đôi. Lƣợng axit không no
cần thiết: axit linoleic 50%, và đặc biệt có 7% axit - linoleic là nguồn cung
cấp chuỗi mạch dài omega 3 quan trọng cho cơ thể nhƣ DHA (Docosa
Hexaenoic Acid) và EPA (Eicosa Pentaenoic Acid). Chất lƣợng lipit ở hạt đậu
tƣơng rất tốt, vì vậy nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực
phẩm. Hạt đậu tƣơng còn có vitamin tan trong lipit, đặc biệt là vitamin
E=200mg/100glipit [2], ngoài ra trong hạt đậu tƣơng còn chứa một số chất
khác nhƣ cacbon hydrat, muối khoáng, axit nucleic, kích thích sinh trƣởng.
1.1.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam

Trên thế giới: Với những giá trị kinh tế và sử dụng của cây đậu tƣơng nên đây
đƣợc xem là một trong những loại cây trồng chiến lƣợc ở nhiều quốc gia với
vị trị chỉ đứng sau lúa, ngô và lúa mì. Do có khả năng thích nghi rộng với các
điều kiện khí hậu và sinh thái khác nhau nên đậu tƣơng đƣợc trồng rộng rãi
trên cả năm châu lục, tập trung nhiều nhất ở Châu Mỹ, tiếp đến là Châu Á.
Theo thống kê của Tổ chức Nông nghiệp và Lƣơng thực Liên hiệp quốc, diện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
tích gieo trồng đậu tƣơng trên thế giới tăng khoảng 3,6 triệu ha trong vòng 4
năm trở lại đây (năm 2006 là 95,2 triệu ha và năm 2009 là 98,8 triệu ha) [33].
Trong đó, Hoa Kỳ là quốc gia có diện tích gieo trồng cây đậu tƣơng
lớn nhất là 30,91 triệu ha tiếp đến là quốc gia Brazil (21,76 triệu ha) và
Argentina (16,77 triệu ha) vào năm 2009 (Bảng 1.1) so với Việt Nam chỉ là
0,15 triệu ha.
Bảng 1.1. Diện tích sản xuất đậu tƣơng ở một số quốc gia trên thế giới
Quốc gia
Diện tích thu hoạch (triệu ha)*
Năm 2006
Năm 2007
Năm 2008
Năm 2009
Argentina
15,13
15,98
16,39
16,77
Brazil
22,05
20,57

21,06
21,76
Trung Quốc
9,30
8,75
9,13
8,80
Ấn Độ
8,33
8,88
9,52
9,60
Indonesia
0,58
0,46
0,59
0,72
Thailan
0,14
0,13
0,12
0,11
Hoa Kỳ
30,19
25,96
30,22
30,91
Việt Nam
0,19
0,19

0,19
0,15

* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
hiệp quốc (FAO) [33].
Mặc dù diện tích gieo trồng cây đậu tƣơng tăng lên đáng kể trong các năm
trở lại đây nhƣng sản lƣợng đậu tƣơng của cả thế giới lại có những biến động khác
nhau giữa các năm. Năm 2006 sản xuất đậu tƣơng của cả thế giới đạt 221,9 triệu
tấn, năm 2007 giảm xuống còn 219,5 triệu tấn, tăng lên vào năm 2008 là 230,5
triệu tấn nhƣng năm 2009 chỉ còn 222,2 triệu tấn. Năm 2009, Hoa Kỳ là quốc gia
sản xuất đậu tƣơng nhiều nhất thế giới với 91,42 triệu tấn, tiếp theo là Brazil với
56,96 triệu tấn và Argentina là 30,99 triệu tấn [33] (Bảng 1.2).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
Bảng 1.2. Sản lƣợng sản xuất đậu tƣơng ở một số quốc gia trên thế giới
Quốc gia
Sản lƣợng (triệu tấn)*
Năm 2006
Năm 2007
Năm 2008
Năm 2009
Argentina
40,54
47,48
46,24
30,99
Brazil
52,46
57,86

59,24
56,96
Trung Quốc
15,50
12,73
15.55
14,50
Ấn Độ
8,86
10,97
9,91
10,22
Indonesia
0,75
0,59
0,78
0,97
Thailan
0,21
0,20
0,19
0,19
Hoa Kỳ
87,00
72,86
80,75
91,42
Việt Nam
0,26
0,28

0,27
0,21
* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
hiệp quốc (FAO) [33].

Trong bốn năm trở lại đây năng suất cao nhất đạt đƣợc vào năm 2007 là
24,3 tạ/ha và thấp nhất là năm 2009 là 22,4 tạ/ha. Trong số các quốc gia trồng
cây đậu tƣơng hàng đầu thế giới chỉ duy nhất Hoa Kỳ vẫn duy trì đƣợc năng suất
cây đậu tƣơng thậm chí có phần tăng vào năm 2009 so với các năm 2006, 2007
và 2008 (Bảng 1.3). Argentina là nƣớc có năng suất đậu tƣơng giảm mạnh nhất
vào năm 2009 chỉ còn 18,48 tạ/ha so với các năm trƣớc trung bình đạt khoảng 27
tạ/ha (Bảng 1.3).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9

Bảng 1.3. Năng suất đậu tƣơng ở một số quốc gia trên thế giới
Quốc gia
Năng suất (tạ/ha)*
Năm 2006
Năm 2007
Năm 2008
Năm 2009
Argentina
26,79
29,71
28,22
18,48
Brazil
23,80

28,13
28,13
26,18
Trung Quốc
16,66
14,54
17,03
16,48
Ấn Độ
10,63
12,35
10,40
10,64
Indonesia
12,88
12,91
13,12
13,48
Thailan
15,60
15,93
15,99
16,33
Hoa Kỳ
28,82
28,07
26,72
29,58
Việt Nam
13,91

14,70
14,03
14,61
* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
hiệp quốc (FAO) [33].

Có nhiều nguyên nhân làm cho năng suất và sản lƣợng đậu tƣơng
không ổn định và suy giảm trong một vài năm trở lại đây ở trên thế giới và tại
các quốc gia trồng đậu tƣơng là do dịch bệnh, kỹ thuật canh tác nhƣng đáng
chú ý nhất phải kể đến là do tình hình biến đổi khí hậu và hạn là một yếu tố có
ảnh hƣởng không nhỏ đến sản xuất đậu tƣơng trên thế giới. Hạn hán hay vấn
đề không chủ động đƣợc nguồn nƣớc làm giảm tới 40% phần năng suất của
cây đậu tƣơng. Theo thống kê của Cơ quan nông nghiệp Hoa Kỳ thì sản lƣợng
đậu tƣơng của Argentina so với năm 2008 giảm hơn 10 triệu tấn vào năm
2009, trong đó năng suất giảm khoảng 10 tạ/ha. Nguyên nhân gây ra tình trạng
này chính là do tình trạng hạn hán tại một số nƣớc Châu Mỹ Latin trong đó có
Argentina (Bảng 1.3). Do sự suy giảm năng suất và sản lƣợng tại hai quốc gia
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
hàng đầu về sản xuất đậu tƣơng là Brazil và Argentina nên đã ảnh hƣởng đến
sản lƣợng đậu tƣơng của cả thế giới (Bảng 1.3).
Ở Việt Nam đậu tƣơng đƣợc gieo trồng từ lâu đời, trƣớc cây đậu xanh và đậu
đen. Tuy nhiên với các phƣơng pháp canh tác truyền thống, bộ giống có năng
suất thấp, sản xuất nhỏ lẻ, giá thành đậu tƣơng trong nƣớc không có khả năng
cạnh tranh với đậu tƣơng nhập khẩu là lý do khiến cho nông dân không mặn
mà với cây đậu tƣơng. Diện tích trồng đậu tƣơng tăng qua các năm nhƣng vẫn
chỉ chiếm một tỉ lệ nhỏ (1,5 - 1,6% tổng diện tích cây nông nghiệp).
Mặc dù chƣa có những số liệu thống kê cụ thể thiệt hại do hạn hán gây
ra đối với sản xuất cây đậu tƣơng ở Việt Nam. Tuy nhiên, khi nhìn vào số liệu

thống kê sản lƣợng đậu tƣơng tại các tỉnh và thành phố của Việt Nam có thấy
rằng tại nhiều khu vực sản lƣợng sản xuất đậu tƣơng giảm đáng kể so với
những năm trƣớc đây, thêm vào đó kết hợp với những thông tin về tình hình
thời tiết bất thƣờng trong vòng 3 năm trở lại đây có thể thấy rằng bên cạnh
những yếu tố bất lợi sinh học và phi sinh học khác thì hạn hán cũng đã ảnh
hƣởng không nhỏ tới sản lƣợng đậu tƣơng ở một số tỉnh thành nói riêng và do
đó ảnh hƣởng đến sản lƣợng sản xuất đậu tƣơng của cả nƣớc nói chung.
Kết hợp với những số liệu thống kê cụ thể về sản lƣợng đậu tƣơng ở các
quốc gia trên thế giới và đánh giá tình hình sản xuất đậu tƣơng tại Việt Nam
trong vòng 4 năm trở lại đây có thể khẳng định rằng, vấn đề nâng cao khả
năng chịu hạn trở nên cấp thiết đối với cây đậu tƣơng.




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

11
Bảng 1.4. Sản lƣợng sản xuất đậu tƣơng tại các tỉnh và thành phố
Các địa phƣơng
Sản lƣợng các địa phƣơng (nghìn tấn)*
2006
2007
2008
2009
Hà Nội
2,1
2,1
43,9
11,8

Hà Tây
47,7
51,7
-
-
Vĩnh Phúc
10,2
6,4
10,5
4,2
Bắc Ninh
2,9
3,2
4,0
4,1
Quảng Ninh
1,1
1,1
1,1
1,3
Hải Dƣơng
2,9
2,5
2,3
2,7
Hƣng Yên
8,4
7,9
6,9
5,8

Thái Bình
12,4
13,8
14,0
16,8
Hà Nam
11,1
12,0
13,0
2,1
Nam Định
5,3
5,6
5,4
4,0
Hà Giang
14,1
14,1
20,4
23,7
Cao Bằng
4,4
5,2
5,1
4,1
Bắc Kạn
2,9
2,8
3,6
4,0

Tuyên Quang
3,2
4,1
4,5
3,9
Lào Cai
4,7
5,4
4,9
5,3
Thái Nguyên
3,6
3,1
2,8
2,5
Lạng Sơn
2,0
3,0
2,7
2,2
Bắc Giang
4,5
3,4
3,1
3,0
Điện Biên
10,7
11,2
13,0
11,7

Lai Châu
1,7
1,8
2,1
2,4
Sơn La
11,1
11,5
10,0
9,8
Hoà Bình
3,4
4,3
3,6
1,9
Thanh Hoá
6,6
7,6
6,3
7,4
Đắk Lắk
10,4
11,3
11,2
10,4
Đắk Nông
26,7
30,3
30,5
33,2

Đồng Nai
3,2
3,2
2,1
1,5
Đồng Tháp
14,0
16,6
13,7
10,7
An Giang
2,8
3,1
2,0
1,6
* Theo số liệu của Tổng Cục Thống kê [34]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
1.2. GEN LIÊN QUAN ĐẾN ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY
ĐU TƢƠNG
1.2.1. Hạn và tác động của hạn đến cây đậu tƣơng
Hạn là hiện tƣợng thƣờng xuyên xảy ra trong tự nhiên và liên quan trực
tiếp đến vấn đề nƣớc trong cơ thể thực vật. Hạn cũng nhƣ những yếu tố ngoại
cảnh khác khi tác động lên cơ thể, gây ra các phản ứng khác của cơ thể, tùy
theo từng loài, giống mà mức độ phản ứng của cơ thể cũng nhƣ thiệt hại do
khô hạn gây ra khác nhau.
Khô hạn có thể phân biệt thành hai trƣờng hợp:
(1) Hiện tƣợng khô hạn xảy ra khi mất một phần nƣớc trong các cơ quan ở
giai đoạn nhất định của chu kỳ sống ở thực vật, hiện tƣợng này không làm ảnh

hƣởng đến tế bào , mô của cây . Đây là quá trình biến đổi trong tế bào có sự
điều khiển của hệ thống thông tin di truyền. Trong giai đoạn hình thành hạt, tế
bào bị mấ t nƣớc, khả năng chịu hạn tăng lên. Khả năng này đạt cực đại ở thời
kỳ hạt chín và có chiều hƣớng giảm dần khi hạn nảy mầm. Hạt khô còn có khả
năng chống chịu với hàng loạt các điều kiện ngoại cảnh bất lợi nhƣ nhiệt độ, gió.
(2) Hạn do tác động của môi trƣờng chịu sự tác động của bên ngoài rất lớn
gây ảnh hƣởng đến đời sống của cây, có thể dẫn đến hủy hoại cây cối và mất
mùa, hiện tƣợng này xảy ra khi trong môi trƣờng đất và không khí thiếu nƣớc
đến mức áp suất thẩm thấu của cây không cạnh tranh đƣợc để lấy nƣớc vào tế
bào. Những yếu tố bất lợi này chính là các thành phần nhƣ thổ nhƣỡng, nhiệt
độ, gió nóng hay thời tiết và khí hậu. Có hai loại hạn do môi trƣờng tác động
là hạn đất và hạn không khí [1], [5].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
 Hạn đất thƣờng xảy ra ở những vùng có khí hậu hay thổ nhƣỡng đặc thù,
hạn tác động mạnh lên bộ rễ của cây. Sự tác động này đƣợc biểu hiện qua sự
điều tiết các hoocmon giúp cho cây chống chịu đƣợc điều kiện cực đoan.
 Hạn nhiệt độ không khí thƣờng xảy ra ở những vùng gió, nóng, nhiệt độ
cao. Hạn không khí thƣờng tác động chủ yếu lên các bộ phận bên trên mặt đất
nhƣ lá, hoa. Hạn do tác động của môi trƣờng dẫn đến hiện tƣợng mất nƣớc
trong cây ở các bộ phận mô, tế bào khác nhau.
Hạn tác động lên cây trồng theo hai hƣớng chính làm tăng nhiệt độ cây
và gây mất nƣớc trong cây. Nƣớc là yếu tố giới hạn đối với cây trồng, vừa là
sản phẩm khởi đầu vừa là sản phẩm trung gian và cuối cùng của các quá trình
chuyển hóa hóa sinh học. Hƣớng nghiên cứu tăng cƣờng tính chịu hạn của cây
trồng là mục tiêu quan tâm. Mức độ thiếu hụt nƣớc càng lớn thì càng ảnh
hƣởng xấu đến quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây, nếu thiếu nƣớc nhẹ
sẽ làm giảm tốc độ sinh trƣởng, thiếu nƣớc trầm trọng sẽ là biến đổi hệ keo
nguyên sinh chất làm tăng cƣờng quá trình già hóa tế bào khi bị khô kiệt nƣớc,

nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào, mô bị tổn thƣơng và chết.
Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, hạn ảnh hƣởng tới hai quá
trình sinh trƣởng phát triển của cây đó là giai đoạn cây non và giai đoạn ra hoa
Nhƣ vậy, ảnh hƣởng cực đoan của hạn bất cứ ở giai đoạn sinh trƣởng nào của
cây trồng cũng ảnh hƣởng đến các yếu tố cấu thành năng suất làm giảm năng
suất của cây trồng.
Cây đậu tƣơng có nhu cầu về nƣớc cao hơn các loại cây khác là do
trong hạt và cây đậu tƣơng có hàm lƣợng protein và lipid rất cao, để tổng hợp
1 kg chất khô cần 500 – 530 kg nƣớc. Trong quá trình nảy mầm thì nhu cầu về
nƣớc của đậu tƣơng cũng khá cao khoả ng 50%, trong khi đó ngô chỉ là 30%,
lúa là 26% [5], [6].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Khi nghiên cứu về các đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng về phƣơng
diện sinh lý và di truyền đã cho thấy rằng đặc tính này liên quan chặt chẽ đến
đặc điểm hóa keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất.
Tính chịu hạn của cây đậu tƣơng do nhiều gen quy định. Chúng thể hiện ở
nhiều khía cạnh khác nhau nhƣ: sự phát triển mạnh của bộ rễ, tính chín sớm
tƣơng đối, cũng nhƣ bản chất di truyền của từng giống có khả năng sử dụng
nƣớc tiết kiệm trong quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây. Căn cứ vào
đặc điểm này đậu tƣơng chia làm 2 nhóm:
- Nhóm chịu đƣợc sự mất nƣớc trong từng giai đoạn phát triển của cây.
- Nhóm chịu đƣợc sự thiếu nƣớc trong tất cả các giai đoạn phát triển của cây.
Khi gặp hạn, ở giai đoạn cây con đậu tƣơng có thể dễ vƣợt qua hơn, còn
ở những giai đoạn nhƣ ra hoa, kết quả, hạt chín sữa mà gặp hạn thì năng suất
bị giảm đáng kể.
Vớ i mụ c tiêu là tạ o ra nhƣ̃ ng giố ng đậ u tƣơng có năng suấ t cao và có
khả năng chống chịu tốt . Nhiề u tổ chƣ́ c và mạ ng lƣớ i nghiên cƣ́ u ra đờ i nhƣ :
Chƣơng trình đậ u tƣơng Quố c tế ở Mỹ (INTSOY – International Soybean

Program), Việ n Nông nghiệ p nhiệ t đớ i Nigeria (IMA – Institute of Tropical
Agriculture), Trung tâm phá t triể n rau mà u Châu Á (AVRDC – Asian
Vegetable Research Devlopment Centrer ) ở Đài Loan , Việ n nghiên cƣ́ u lú a
quố c tế ở Philippin (IRRI – International Rice Research Institute ). Trong đó
trung tâm phá t triể n rau mà u Châu Á là nơi nghiên cƣ́ u và đá nh giá tậ p đoà n
gen đậ u tƣơng sớ m nhấ t thế giớ i . Tại đây đã thiết lập hệ thống đánh giá đậu
tƣơng (ASET – AVRDC Soybean Evanluation Trial ), kế t quả đã chọ n lọ c
thành công 24 giố ng đậ u tƣơng có năng suấ t cao , thích ứng với điều kiện
trồ ng trọ t và sinh thá i củ a nhiề u quố c gia . Công tá c nghiên cƣ́ u giố ng đậ u
tƣơng trên thế giớ i đang hƣớ ng tớ i nhƣ̃ ng mụ c đích: (i) Nhậ p nộ i giố ng sau đó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
chọn lọc , thƣ̉ nghiệ m vớ i điề u kiệ n củ a cá c vù ng sinh thá i khá c nhau ; (ii)
Khảo nghiệm các giống ở các vùng sinh thái khác nhau để tìm ra khả năng
thích ứng cho các vù ng sinh thá i đó ; (iii) Tạo tính trạng mới bằng lai hữu tính
và dùng các tác nhân vật lý , hóa học , chọn lọc ra các dòng , giố ng tố t nhấ t
phục vụ cho sản xuất ; thƣ́ tƣ là xá c định nguồ n đị a bà n trồ ng đậ u tƣơng trên
thế giới và các nƣớc trồng đậu tƣơng đạt năng suất và sản lƣợng cao . Để đạt
đƣợ c nhƣ̃ ng mụ c tiêu trên , trong khi tình hình khí hậ u trá i đấ t có xu hƣớ ng
ngày càng nóng lên thì vấn đề nghiên cứu khả năng chống chịu với các điều
kiệ n ngoạ i cả nh đặ c biệ t là tính chịu hạ n phả i đƣợ c đặ t lên hà ng đầ u.
Nghiên cƣ́ u về khả năng chịu hạ n củ a đậ u tƣơng là vấ n đề rấ t cầ n thiế t
nhằ m chọ n tạ o cá c giố ng đậ u tƣơng có năng suấ t cao , khả năng chịu hạn tốt .
Tuy nhiên, số công trình nghiên cƣ́ u về khả năng chịu hạ n và cá c gen liên
quan đế n tính chịu hạ n củ a cây đậ u tƣơng cò n hạ n chế . Vớ i mụ c tiêu nghiên
cƣ́ u cơ sở phân tƣ̉ củ a tính chịu hạ n , các nhân tố phiên mã liên quan đế n điề u
khiể n tính chịu hạ n nhƣ : DREB, AREB, NAC, bZIP, ZFHD…cũng đã đƣợc
quan tâm nghiên cứu [12], [14], [15].
Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã có những thành công

khi nghiên cứu sâu hơn về tính chịu hạn của cây đậu tƣơng. Maitra và
Cushman (1994) đã phân lập đƣợc cDNA của dehydrin từ lá đậu tƣơng khi
mất nƣớc, ngoài ra các tác giả còn phân lập đƣợc cDNA của LEA nhóm D –
95 từ lá và rễ cây đậu tƣơng khi bị hạn [25]. Nghiên cứu của Porcel và đtg
(năm 2005) về gen mã hóa protein dehydrin (LEA – D11) cũng khẳng định
chức năng của dehydrin với khả năng chịu hạn của đậu tƣơng [28]. Gen P5CS
là nhân tố giới hạn cho nhịp độ tổng hợp prolin ở thực vật trong những điều
kiện bất lợi do hạn và do mặn gây nên. Năm 2009, Nguyễn Thị Thuý Hƣờng
và đtg đã phân lập đƣợc gen P5CS ở đậu tƣơng từ mRNA với kích thƣớc 2148
bp [3] và phân tích đặc điểm của gen P5CS phân lập từ cây đậu tƣơng [27].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
Ở Viêt Nam đã có một số tác giả nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây
đậu tƣơng, tiêu biểu là công trình đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng
đậu tƣơng đột biến của Chu Hoàng Mậu (2001) và nghiên cứu nâng cao khả
năng chịu hạn của cây đậu tƣơng bằng phƣơng pháp đột biến thực nghiệm của
Chu Hoàng Mậu (2001) [7]. Nghiên cứu phân lập và đọc trình tự gen
chaperonin với kích thƣớc phân tử 1,6 kb mã hoá 533 amino acid từ giống các
giống đậu tƣơng địa phƣơng của Trần Thị Phƣơng Liên (1998) [4], của Hoàng
Thị Thu Yến và đtg (2003) [10], của Chu Hoàng Mậu và đtg (2010) [26].
Phân lập gen dehydrin với kích thƣớc 751 bp liên quan đến khả năng chịu hạn
từ hai giống đậu tƣơng địa phƣơng vàng Mƣờng Khƣơng và Cao Bằng 4 liên
của Chu Hoàng Mậu và đtg (2007) [8]. Nghiên cứu đặc điểm của gen mã hoá
protein DREB của một số giống đậu tƣơng địa phƣơng của nhóm nghiên cứu
Chu Hoàng Mậu và đtg (2010, 2011) [9], [19].
1.2.2. Các gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tƣơng
Đặc tính chịu hạn ở thực vật đƣợc hình thành trong quá trình tiến hóa
dƣớ i tá c độ ng củ a chọ n lọ c tƣ̣ nhiên . Nghiên cƣ́ u tính chị u hạ n về mặ t sinh lý ,
hóa sinh và cấ u trú c tế bà o ngƣờ i ta nhậ n thấ y hà ng loạ t nhƣ̃ ng biế n đổ i sâu

sắ c ở nhƣ̃ ng mƣ́ c độ khá c nhau, trong cá c giai đoạ n phá t triể n khá c nhau. Điề u
này chứng tỏ tính chống chịu của thực vật do nhiều gen quyết định , biể u hiệ n
trong cá c giai đoạ n phá t triể n khá c nhau củ a cây trồ ng . Cho đế n nay vẫ n chƣa
tìm đƣợc gen cụ thể nào đó thực sự quyết định tính chịu hạn mà mới chỉ tìm
thấ y cá c gen liên quan đế n tính chịu hạ n ở cây trồ ng.
Chịu hạn ở thực vật thƣờng là kết quả của nhiều cơ chế đáp ứng stress
hoạt động cùng đồng thời . Các nghiên cứu gần đây đƣa ra một số cơ sở hóa
sinh và sinh họ c phân tƣ̉ củ a tính chịu hạ n bao gồ m : các gen chức năng (LEA,
HSP, LTP,…), các gen điều khiển phiên mã , vai trò củ a bộ rễ , khả năng điều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
chỉnh áp suất thẩm thấu , abscisic acid (ABA), sƣ̣ truyề n tín hiệ u và cá c nhân
tố ƣ́ c chế protease.
1.2.2.1. Cc gen chc năng
Các gen chức năng có liên quan đế n khả năng chịu hạ n bao gồ m : HSP,
chaperons, LEA, LTP…
HSP (Heat Shock Protein) và môi gii phân t (chaperons): HSP có mặ t hầ u
hế t ở cá c loà i thƣ̣ c vậ t nhƣ : lúa mì , lúa mạch , ngô, đậ u, hành, tỏi chiế m
khoảng 1% protein tổ ng số trong lá và có hầu hết ở các loài thực vật . Sƣ̣ xuấ t
hiệ n củ a HSP có chƣ́ c năng ngăn cả n hoặ c sƣ̉ a chƣ̃ a sƣ̣ phá hủ y do stress nó ng
và mở rộng giá trị ngƣỡng nhiệt độ với sự chống chịu nhiệt độ cao . Trong cá c
tế bà o thƣ̣ c vậ t HSP tế bà o chấ t tậ p trung thà nh cá c hạ t số c nhiệ t (HSG – Heat
Skock Granules ). Ngƣờ i ta cho rằ ng cá c HSG gắ n kế t trên cá c RNA
polymerase để ngăn cả n sƣ̣ phiên mã tổ ng hợ p mRNA trong quá trình bị sốc
nóng. Sau khi gặ p số c nóng các hạt này phân tán và liên kết dày đặc với các
ribôxôm hoạ t độ ng sinh tổ ng hợ p protein . HSP xuấ t hiệ n trong cá c quá trình
sinh trƣở ng bình thƣờ ng , các giai đoạn biệt hóa mô và cả trong thời kỳ sinh
trƣở ng củ a thƣ̣ c vậ t. Ngoài ra chúng còn đƣợc tổng hợp thêm trong điều kiện
cƣ̣ c đoan củ a môi trƣờ ng [5].

Dƣ̣ a và o khố i lƣợ ng phân tƣ̉ ngƣờ i ta phân loạ i HSP ở thƣ̣ c vậ t ra là m 6
nhóm: HSP110, HSP90, HSP70, HSP60, HSP20, HSP8,5 [5].
Trong nhó m HSP c ó rất nhiều đại diện của chất môi giới phân tử
(MGPT) là HSP70, HSP60, nhƣng cũ ng có nhƣ̃ ng HSP không phả i là môi giớ i
phân tƣ̉ nhƣ HSP 8,5 (Ubiquitin). Ubiquinin đƣợ c xem là chấ t bả o vệ tế bà o ,
chúng có hoạt tính protease, thƣ̣ c hiệ n chƣ́ c năng phân giả i cá c protein bị biế n
tính, ngăn chặ n cá c protein nà y gây độ c cho tế bà o . Ubiquinin đó ng vai trò
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
quan trọ ng trong tƣ̣ sƣ̉ a chƣ̃ a tế bà o bằ ng cá ch loạ i bỏ cá c protein biế n tính khi
gặ p yế u tố cƣ̣ c đoan.
Phầ n lớ n cá c MGPT có hoạ t tính ATP - ase. Chƣ́ c năng chính củ a cá c
MGPT là : (i) Giƣ̃ ổ n định chuỗ i polypeptid khi đang tổ ng hợ p và tạ o cấ u trú c
không gian đú ng cho chú ng ; (ii) Tạo lại cấu trúc không gian của protein sau
khi vậ n chuyển qua màng tế bào ; (iii) Lắp ráp các chuỗi polypeptid vào phức
để tạo cấu trúc bậc IV [17].
Công trình nghiên cƣ́ u đầ u tiên về MGPT ở thƣ̣ c vậ t có liên quan đế n
enzyme ribulozobisphosphas caboxylase/ oxygenase (Rubisco). Rubisco xú c
tác phản ứng tổng hợp chất hữu cơ từ CO
2
tƣ̣ do trong quá trình quang hợ p .
Để tạ o cấ u trú c không gian đú ng cho Rubisco cầ n mộ t loạ i protein đặ c hiệ u
gắ n vớ i nhƣ̃ ng tiể u đơn vị chính củ a phƣ́ c chấ t nà y (Rubisco biding protein -
RBP). RBP chí nh là MGPT [4], [17].
MGPT có thể chia thà nh mộ t số nhó m nhƣ sau:
- HSP70 là nhóm MGPT có hoạt tính ATP – ase và có tính bả o thủ cao. Trong
điề u kiệ n cƣ̣ c đoan HSP có thể ngăn chặ n sƣ̣ co cụ m và kế t tụ protein.
- HSP60 (chaperonin) là loại protein cấu tạo từ các tiểu đơn vị có khối lƣợng
60 kDa và cũ ng có hoạ t tí nh ATP – ase [4].

- Hệ CCT là chaperonin củ a tế bà o chấ t hay cò n gọ i là chaperonin chƣ́ a
polypeptid – 1 của phức t (CCT), chúng giúp cho việc tạo cấu trúc không gian
đú ng củ a protein trong khung tế bà o actin và tubilin trong tế bà o chấ t , đó ng
vai trò quan trọ ng trong quá trình hình thà nh thoi vô sắ c củ a giai đoạ n phân
bào, đặ c biệ t là thờ i kỳ phá t triể n mầ m thà nh hạ t [5].
Các nhóm HSP100, HSP90 đều có tính bảo thủ cao và có hoạt tính ATP
– ase, phầ n lớ n chú ng sinh ra khi gặ p cá c điề u kiệ n ngoạ i cả nh bấ t lợ i nhƣ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
hạn, nóng, lạnh. Chƣ́ c năng chính củ a chú ng là ngăn chặ n sƣ̣ co cụ m củ a
protein và tá i hoạ t hóa các protein biến tính [5], [31].
LEA (Late embryogenesis abundant protein – protein tích lũ y vớ i số lượ ng lớ n
đ hnh thành phôi)
LEA là mộ t trong nhƣ̃ ng nhó m gen liên quan tớ i sƣ̣ mấ t nƣớ c củ a thƣ̣ c
vậ t. Khi gặ p điề u kiệ n ngoạ i cả nh bấ t lợ i nhƣ hạ n , muố i cao, nóng, lạnh dẫn
đến tế bào bị mất nƣớc , protein LEA hạ n chế sƣ̣ mấ t nƣớ c do điề u kiệ n ngoạ i
cảnh bất lợi và nó cũng đóng vai trò quan trọng trong điều ch ỉnh quá trình mất
nƣớ c sinh lý khi hạ t chín . Protein LEA đƣợ c tạ o ra hà ng loạ t trong giai đoạ n
muộ n củ a quá trình hình thà nh phôi . Mƣ́ c độ phiên mã củ a LEA đƣợ c điề u
khiể n bở i ABA , độ mấ t nƣớ c củ a tế bà o và á p suấ t thẩ m thấ u trong tế bà o .
Cho đế n nay đã có nhiề u gen LEA đã đƣợ c nghiên cƣ́ u , phân lậ p, xác định
chƣ́ c năng, mộ t đặ c điể m nổ i bậ t củ a nhó m protein nà y là : giàu axitamin ƣa
nƣớ c, không chƣ́ a cystein và trytophan [13]. Ngoài ra chúng còn có thể thay
thế vị trí nƣớ c trong tế bà o và thƣ̣ c hiệ n cá c chƣ́ c năng khá c nhau nhƣ : cô lậ p
ion, bảo vệ protein màng tế bào , phân hủ y protein biế n tính và điề u chỉnh
ASTT. LEA đƣợ c chia thà nh cá c nhó m sau : nhóm 2 – D19, nhóm 2 –D11
(còn gọi là dehydrin), nhóm 3 – D7, nhóm 4 – D113, nhóm 5 – D29, nhóm 6 –
95 [13]. Khi điề u kiệ n mấ t nƣớ c xả y ra , protein LEA đƣợ c tổ ng hợ p vớ i số
lƣợ ng lớ n, trong đó dehydrin có thể chiế m tớ i 1% tổ ng số protein hò a tan củ a

hạt [5]. Ngày nay ngƣời ta phân lập đƣợc 30 gen khá c nhau thuộ c thà nh viên
của các nhóm gen dehydrin ở những cây trồng khác nhau [13]. Gen mã hó a
protein dehydrin ở đậ u tƣơng đã đƣợ c nghiên cƣ́ u tạ i mộ t số phò ng thí nghiệ m
trên thế giớ i , cho đế n nay đã có mộ t số trình tƣ̣ gen dehydrin đậ u tƣơng và
mộ t số thƣ̣ c vậ t khá c đã đƣợ c công bố trình tƣ̣ trên Ngân hàng trình tự gen
quố c tế . Maitra và đtg (1994) đã phân lậ p đƣợ c c DNA của dehydrin từ lá đậu
tƣơng khi bị mấ t nƣớ c , ngoài ra tác giả còn phân lập đƣợc c DNA của LEA
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
nhóm D-95 tƣ̀ lá và rễ cây đậ u tƣơng khi bị hạ n há n [25]. Nghiên cƣ́ u củ a
Porcel và đtg (2005), đã chỉ ra rằ ng , gen mã hó a protein dehydrin (LEA - II)
có vai tr ò với khả năng chống chịu của đậu tƣơng [28]. Ngoài ra còn các
nghiên cứu của Trần Thị Phƣơng Liên (1999) [5], Chu Hoàng Mậu (2007) [8].
Các protein vn chuyn lipid (LTP – Lipid transfer proteins)
LTP liên quan đế n sinh tổ ng hợ p cá c biể u b ì. Khi gặp tác động hạn hán
từ ngoại cảnh, LTP đƣợ c kích thích tăng tổ ng hợ p ngoạ i biể u bì là m thƣ̣ c vậ t
có thể giảm mất nƣớc nhờ tăng độ dà y lớ p vỏ ngoà i [18]. Ở Arabidopsis và ở
đậ u xanh, gen LTP cũ ng đã đƣợ c phân lậ p , đọ c trình tự và công bố trên ngân
hàng gen quốc tế [23], [24].
1.2.2.2. Cc gen điu khin quá trình phiên mã
Các gen điều khiển phiên mã có khả năng hoạt hóa hoặc ức chế biểu
hiệ n củ a cá c gen chƣ́ c năng thông qua việ c bá m và o trậ t tƣ̣ DNA điề u khiể n
(cis acting element ) trên vù ng khở i độ ng gen (promoter) và tƣơng tác với
RNA polymerase tạ o thà nh phƣ́ c hợ p khở i đầ u quá trình phiên mã cá c gen
chƣ́ c năng. Ngoài ra, nhân tố phiên mã đó ng vai trò quan trọ ng trong việ c điề u
khiể n toà n bộ quá trình sinh họ c trong cơ thể số ng. Ngày nay có nhiều phƣơng
pháp nghiên cứu nhân tố phiên mã , nhƣ: tách dòng gen , tinh sạ ch protein ;
nghiên cƣ́ u chƣ́ c năng gen; nghiên cƣ́ u tƣơng tá c giƣ̃ a DNA và nhân tố phiên mã.
Theo nghiên cƣ́ u về nhân tố phiên mã củ a mộ t số tá c giả đã đƣợ c công

bố trên Ngân hà ng gen quố c tế , có nhiều yếu tố khởi đầu phiên mã điều khiển
tính chịu hạn của thực vật nhƣ: DREB, AREB, NAC, bZIP, ZFHD…. [11],
[12], [14], [15], [22], [32].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21





















Hình 1.1. Cơ chế phân tử quá trình tăng cƣờng tính chịu hạn ở thực vật
Mỗi nhóm nhân tố khởi đầu phiên mã tham gia điều khiển tính chịu hạn
có trật tự cis acting element riêng biệt. Promotor trên mỗi gen chức năng chứa

một hoặc nhiều cis acting element của một hoặc nhiều nhóm nhân tố khởi đầu
phiên mã tham gia điều khiển tính chịu hạn.
Điều kiện hạn hán






Các gen điều khiển
biểu hiện





Các gen chức năng
biểu hiện










Thực vật tăng cƣờng khả năng chịu hạn
Nhóm gen nhận, truyền tín hiệu

(G protein, Kinase ….)
Các nhân tố khởi đầu phiên mã (DREB,
NAC, ZFHD, AREB, MYB, MYC…)
Các gen chức năng
(Late embryogensis abundant (LEA),
chaperones, proteases, transpoters, sugars,
proline, mannitol, sorbitol, …)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
Nhóm DREB có trật tự li cis acting element: DRY, A/GCCGAC. Hai
nhóm nhân tố khởi đầu phiên mã DREB 1 và DREB2 bám đặ c hiệ u và o DRY.
Nhóm DREB1 điề u khiể n tính chịu hạ n , mặ n và lạ nh trong khi nhó m DREB 2
điề u khiể n tính chịu hạ n . Chen và đtg (2007) đã nghiên cứu phân lập gen
DREB5 từ mRNA ở cây đậu tƣơng với kích thƣớc là 927 bp [12]. Nhóm NAC
gồm 2 loại: Nhóm nhân tố khởi đầu NAC biểu hiện phụ thuộc ABA và nhó m
nhân tố khở i đầ u NAC không phụ thuộ c ABA . Nhóm nhân tố khởi đầu NAC
không phụ thuộ c ABA có trậ t tƣ̣ lõ i cis acting element: NACRS, CATGTG.
Ba nhân tố khở i đầ u phiên mã thuộ c nhó m NAC bá m đặ c hiệ u và o NACRS có
tên: ANAC019, ANAC055, ANAC072. Còn nhóm nhân tố khởi đầu NAC
biểu hiện phụ thuộc ABA chƣa phát hiện đƣợc trật tự lõ i cis acting element.
Lin và đtg (2007) đã nghiên cƣ́ u và phân lập gen NAC trên cây lú a gen
(OsNAC19) có kích thƣớc 951 bp [21]. Nhóm ABREB/ABF có trậ t tƣ̣ lõ i cis
acting element: ABRE, ACGTGGC. Ba nhân tố khở i đầ u phiên mã thuộ c
nhóm ABREB /ABF bá m đặ c hiệ u và o ABRE có tên ABRE 1, ABRE2,
ABRE3. Nhóm nhân tố khởi đầu ABREB /ABF điề u khiể n tính chịu hạ n và
biể u hiệ n nhó m gen nà y phụ thuộ c ABA . Fujita và đtg (2005) đã tìm ra
ABRE1 là một nhân tố phiên mã của ABA – ABRE có khả năng tăng cƣờ ng
tính chịu hạn ở Arabidopsis [14].
Nhóm MYB có trật tự li cis acting element: MYBRS, YAACR. Nhân

tố khở i đầ u phiên mã MYB 2 bám đặc hiệu vào MYBRS . Nhóm nhân tố khởi
đầ u MYB điề u khiể n tính chịu hạ n , mặ n, lạnh và biểu hiện nhóm gen này phụ
thuộ c ABA. Liao và đtg (2008) đã chƣ́ ng minh đƣợ c GmMYB76, GmMYB92
và GmMYB177 đó ng vai trò đặ c biệ t trong khi môi trƣờ ng gặ p ph ải những
yế u tố bậ t lợ i: hạn, mặ n và lạ nh [20].
Nhóm ZFHD có trật tự li cis acting element: ZFHDRS,
CACTAAATTGTCAC. Nhân tố khở i đầ u phiên mã ZFDH1 bám đặc hiệu vào
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
ZFDHRS. Tran và đtg (2007) đã tìm ra nhân tố phiên mã ZFHD1 đó ng vai trò
trong sƣ̣ biể u hiệ n mấ t nƣớ c ở Arabidopsis [30].
1.3. NHÂN TỐ PHIÊN MÃ DREB
DREB là họ gen tổng hợp protein đƣợc tìm thấy nhiều trong tế bào
sống khi thực vật gặp các điều kiện ngoại cảnh bất lợi nhƣ hạn hán, mặn và
lạnh. Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cho
rằng, DREB là nhân tố phiên mã tham gia tích cực vào quá trình này bằng
cách kích hoạt nhanh sự hoạt động của các gen tham gia trực tiếp chống lại
các điều kiên bất lợi của môi trƣờng nhƣ hạn hán, mặn và lạnh, nhƣng nhân tố
phiên mã DREB hoạt động không cần thông qua sự tác động của ABA (Trần
Thị Phƣơng Liên và đtg) [5].
DREB đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm và nghiên cứu
từ những năm 80 của thế kỷ XX, tập trung vào các giống cây trồng nhƣ cây
hoa cúc, lạc, hƣớng dƣơng… và đã thu đƣợc những thành quả nhất định cho
khoa học trong việc cải thiện khả năng chống chịu của thực vật trƣớc điều
kiện môi trƣờng khắc nghiệt và biến đổi khí hậu nhƣ hiện nay. Các nhà khoa
học Trung Quốc, Đức, Pháp, Mỹ… đã nghiên cứu và giải trình tự gen DREB
trên loài cúc và hƣớng dƣơng, lúa mì; đã so sánh trình tự gen của các loài cây
trồng và hoang dại thấy rằng có sự sai khác giữa chúng từ đó họ đã đề xuất
phƣơng án cải thiện khả năng chống chịu thông qua việc cải tiến ở mức phân

tử của cơ chế chống chịu điều kiện bất lợi của môi trƣờng sống đó là chuyển
gen mục tiêu từ loài chống chịu tốt vào loài chống chịu kém. Zhaoshi và đtg
(2008), phân tích chức năng của gen GmDREB3 trong đậu tƣơng (Glycine
max L.) [35]. Shahrokhabadi và đtg (2008) đã xác định các gen trong họ gen
DREB ở cây đậu tƣơng. Dubouzet và đtg (Nhật Bản) nghiên cứu chức năng
gen DREB trên đối tƣợng là lúa. Dubouzet và đtg (2003) cho rằng gen