So sánh trình tự gen GmDREB2 phân lập từ một số giống đậu tương trồng phổ biến ở miền Bắc Việt Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

m
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC






ĐINH THỊ HƢNG





SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN GmDREB2 PHÂN LẬP
TỪ MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƢƠNG TRỒNG PHỔ BIẾN
Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM




LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC





ĐINH THỊ HƢNG






SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN GmDREB2 PHÂN LẬP
TỪ MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƢƠNG TRỒNG PHỔ BIẾN

Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM


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: GS.TS. Chu Hoàng Mậu




Thái Nguyên – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

i


LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan những nội dung trình bày trong luận văn là do tôi
tìm hiểu dƣới sự hƣớng dẫn của GS.TS. Chu Hoàng Mậu
. Các số liệu và kết
quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất
kỳ công trình nào. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả




Đinh Thị Hƣng












Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS. Chu Hoàng Mậu đã tận tình
hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn
thành Bản luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. , ThS.
các thầy cô Bộ môn Di truyền học & Sinh học
hiện đại, khoa Sinh – K , Trƣờng Đại học Sƣ phạm - Đại

học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện .
Tôi xin cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh, Trƣởng khoa-
Khoa Khoa học sự sống, Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
TS.
đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
-
- .
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, cảm ơn bạn
bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua.


Tác giả


Đinh Thị Hƣng


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iii
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cảm ơn i
Lời cam đoan ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng vii
Danh mục các hình viii

MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. CÂY ĐẬU TƢƠNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY ĐẬU TƢƠNG 3
1.1.1. Cây đậu tƣơng 3
1.1.2. Tác động của hạn đến cây đậu tƣơng 11
1.1.3. Đặc điểm sinh học của cây đậu tƣơng 4
1.1.4. Giá trị kinh tế của cây đậu tƣơng 6
1.1.5. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam 7
1.2. GEN DREB VÀ DREB2 Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG 13
1.2.1. Gen DREB 13
1.2.2. DREB2 và gen GmDREB2 16
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 21
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 21
2.1.2. Hoá chất và thiết bị 22
2.1.3. Địa điểm nghiên cứu 22
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

iv
2.2.1. Các phƣơng pháp sinh học phân tử 22
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích xử lý trình tự gen 30
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31
3.1. KẾT QUẢ 2 TỪ
HAI GIỐNG ĐẬU TƢƠNG CBD và DVN5 31
3.1.1. Kết quả nhân gen DREB2 31

ả GmDREB2 32
3.2. SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN DREB2 VÀ TRÌNH TỰ
36
GmDREB2
36
3.2.2. So sánh trình tự ống đậu tƣơng CBD, DVN5 vớ
ố AAY89658 40
3.2.3. Kết quả so sánh vùng AP2 của protein DREB2 ở một số giống đậu
tƣơng nghiên cứu 41
3.3. SO SÁNH TRÌNH TỰ NUCLEOTIDE VÀ TRÌNH TỰ AMINO
42
3.3.1. Kết quả so sánh trình tự gen DREB2 giữa một số giống đậu tƣơng
Việ 054363 42
3.3.2. So sánh trình tự amino acid suy diễn của một số giống đậu tƣơng Việ
89658 45
3.3.3. Kết quả so sánh vùng AP2 của protein DREB2 ở ống đậu
tƣơng CBD, DVN5, BG, 89658 46
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48
1. KẾT LUẬN 48
2. ĐỀ NGHỊ 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABA
Abscisis acid
bp

Cặp base
Cs
Cộng sự
cDNA
Complementary DNA( Sợi DNA bổ sung đƣợc tổng hợp từ
RNA thông tin nhờ enzym phiên mã ngƣợc)
DREB
Dehydration- Responsive Element Binding
EDTA
Ethyen Diamin Tetraacetic Acid
kb
Kilo base
PCR
Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)
RNA
Ribonucleic Acid
TAE
Tris acetat EDTA
CBD
Cao Bằng Đen
DVN5
Giống ĐVN5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bả , ản lƣợng đậ ệ
9
Bảng 2.1. Nguồn gốc của các giống đậu tƣơng nghiên cứu 21
2.2. Thành phần phản ứng tổng hợp cDNA 24
Bảng 2.3. Thành phần của phản ứng PCR nhân gen DREB2 25
Bảng 2.4. Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR nhân gen DREB2 25
Bảng 2.6. Thành phần phản ứng colony – PCR 28
Bảng 2.7. Chu trình nhiệt của phản ứng colony – PCR 29
Bảng 3.1. Các vị trí sai khác giữa trình tự đoạn gen GmDREB2 của hai giống đậu
tƣơng CBD và DVN5 với gen GmDREB2 có mã số DQ054363 39
Bả ữa trình tự
89658 41
Bả ữa trình tự
89658 42
Gm
42
Bả ữa trình tự đoạn genGmDREB2 của các giống đậu
tƣơng Việ ự có mã số DQ054363 44
Bảng 3.6. ữa trình tự amin

89658 46
Bảng 3.7. ữa trình tự
tƣơng Việ 89658 47


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ mô tả gen và vùng mã hóa của gen GmDREB2 ở cây đậu tƣơng 18
Hình 1.2. Sơ đồ mô tả protein DREB2 ở đậu tƣơng 19
Hình 1.3. Trình tự amino acid của vùng AP2 trong protein DREB2 ở đậu tƣơng 19
Hình 2.1. Hạt của hai giống đậu tƣơng nghiên cứu 21
ệ ản phẩ
Gm i giống đậ 32
ệ ản phẩm PCR tinh sạch 33
34
Hình 3.4. Hình ảnh điện di sản phẩm colony- PCR từ khuẩn lạc 35
Hình 3.5. Hình ảnh điện di sản phẩm tách plasmid tái tổ hợp mang đoạn gen
GmDREB2 36
Hình 3.6. Trình tự đoạn gen DREB2 của hai giống đậu tƣơng nghiên cứu
và giống đậu tƣơng trên GenBank có mã số DQ054363 38
Hình 3.7.
tƣơng nghiên cứ 89658 . 40
89658 . 41
Hình 3.9. Gm
054363 44
Hình 3.10.
89658 45

89658 47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Cây đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill ) là loại cây trồng thuộc họ
đậu, một trong các loại cây công nghiệp ngắn ngày có vai trò quan trọng
không chỉ về mặt kinh tế và dinh dƣỡng mà còn trong việc cải tạo đất. Hạt
đậu tƣơng có hàm lƣợng protein cao, từ 20-45%, dễ tan và chứa hầu hết các
loại acid amin, đặc biệt là các loại amino acid không thay thế. Ngoài ra, ở rễ
cây đậu tƣơng có các nốt sần, đó là kết quả của sự cộng sinh giữa vi khuẩn
Rhizobium japonicum với rễ tạo khả năng cố định nitơ trong không khí. Vì
vậy, đậu tƣơng là loại cây trồng có tác dụng cải tạo đất, làm cây trồng vụ sau
phát triển tốt hơn, góp phần phá vỡ chu kỳ sâu bệnh, chống ô nhiễm môi
trƣờng do lạm dụng phân bón và thuốc trừ sâu [6].
Việt Nam là nƣớc nông nghiệp nhiệt đới, cây đậu tƣơng đƣợc trồng với
ba mục đích giải quyết vấn đề thiếu protein cho ngƣời và gia súc, xuất khẩu
và cải tạo đất. Trong những năm gần đây do biến đổi khí hậu toàn cầu, hạn
hán xảy ra thƣờng xuyên làm cho đất nông nghiệp bị hoang hóa, tác động xấu
đến sự sinh trƣởng, phát triển, làm giảm năng suất và sản lƣợng cây trồng.
Đặc biệt đậu tƣơng là loại cây trồng thuộc nhóm cây chịu hạn kém. Bên cạnh
kỹ thuật canh tác, ảnh hƣởng của sâu bệnh và giống thì hạn hán xảy ra là một
trong những nguyên nhân làm giảm khả năng sinh trƣởng, phát triển, giảm
năng suất, chất lƣợng hạt, vì vậy chọn giống đậu tƣơng theo định hƣớng về
tăng cƣờng khả năng chịu hạn cao hoặc cải thiện đặc tính chịu hạn của cây
đậu tƣơng là yêu cầu thực tiễn đặt ra cho ngành nông nghiệp nói chung và
ngành sản xuất đậu tƣơng nói riêng.

Đặc tính chịu hạn của là tính trạng đa gen, trong đó có
nhóm gen mà sản phẩm của chúng liên quan trực tiếp đến sự biểu hiện của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2
đặc tính chịu hạn và nhóm gen ản phẩm có chức năng điều hòa biểu
hiện của nhóm gen chống chịu. Protein DREB là nhân tố phiên mã
năng kích hoạt nhóm gen liên quan đến tính chịu hạn của thực vật nói chung
và của cây đậu tƣơng nói riêng. DREB là một họ protein đƣợc tổng hợp
hạn, nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp. Tuy protein DREB không
trực tiếp tham gia vào quá trình kháng hạn nhƣng nó giữ vai trò là nhân tố
kích thích đồng thời sự biểu hiện của các gen liên quan đến khả năng chịu hạn
của cây. Ch nh vì vậy, phân lập và nghiên cứu đặc điểm của gen DREB sẽ
cung cấp thông tin và tạo nguyên liệu phục vụ tạo cây chuyển gen nhằm
cải thiện tính chịu hạn của cây đậu tƣơng là vấn đề đang đƣợc quan tâm
nghiên cứu.
Từ những lý do trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “So sánh
trình tự gen GmDREB2 phân lập từ một số giống đậu tƣơng trồng phổ
biến ở miền Bắc Việt Nam”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định đƣợc sự sai khác trong trình tự gen DREB2 và protein suy
diễn phân lập từ một số giống đậu tƣơng trồng ở miền Bắc Việt Nam.
3. Nội dung nghiên cứu
(i) Nhân gen, tách dòng và xác định trình tự gen GmDREB2 từ hai mẫu đậu
tƣơng nghiên cứu;
(ii) So sánh trình tự gen GmDREB2 đã phân lập, trình tự amino acid suy diễn
và vùng AP2 của protein DREB2 hai với các trình tự
công bố.
(iii) So sánh trình tự GmDREB2 đã phân lập, trình tự amino acid suy diễn và

vùng AP2 của protein DREB2 vớ ố.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY ĐẬU TƯƠNG
1.1.1. Cây đậu tƣơng
Cây đậu tƣơng, là loại cây trồng có lịch sử lâu đời nhất. Nhiều bằng
chứng về lịch sử và khảo cổ học cho thấy đậu tƣơng có nguồn gốc từ vùng
Mãn Châu-Trung Quốc, đƣợc thuần hoá ở Trung Quốc từ các Triều đại Phong
kiến, có thể trong triều đại Shang (1700 – 1100 B.C). Từ Trung Quốc cây đậu
tƣơng đã lan rộng và đƣợc trồng trên khắp thế giới. Vào khoảng 200 năm
trƣớc Công nguyên, đậu tƣơng đƣợc đƣa sang trồng ở Triều Tiên, Nhật Bản
và mãi đến năm 1954 mới đƣợc đƣa trồng ở Mĩ. Ở Việt Nam đậu tƣơng đƣợc
biết đến sớm, từ thời Hùng Vƣơng “cƣ dân Văn Lang đã biết trồng khoai và
đậu nành” [1], [4].
Đậu tƣơng hay còn gọi là đậu nành, tên khoa học Glycine max (L.)
Merill (2n= 40) thuộc họ đậu (Fabaceae), họ phụ cánh bƣớm (Papilinoideae)
(Hymowitz và Newell, 1981). Các giống đậu tƣơng trồng ở Việt Nam thuộc
loài Glycine max (L.) Merill (2n= 40) trong giống phụ G.Soya, giống Glycine
thuộc họ đậu (Lengunoceace) họ phụ cánh bƣớm (Papilinoideae). Đối với đậu
tƣơng có thể phân loại theo đặc điểm thực vật học, dựa vào thời gian sinh
trƣởng, theo thời vụ. Hiện nay đậu tƣơng đƣợc trồng ở Việt Nam có hai
nguồn gốc, đó là các giống địa phƣơng và các giống nhập nội.
Cây đậu tƣơng là loại cây thân thảo có giá trị kinh tế cao, quan trọng
bậc nhất trong các cây họ Ðậu. Để có vị trí nhƣ vậy là nhờ đậu tƣơng có

những đặc tính ƣu việt hơn những giống đậu khác, đó là: Hàm lƣợng
protein, lipid cao và chứa nhiều loại vitamin ….Các sản phẩm rất quen

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4
thuộc của đậu tƣơng nhƣ đậu phụ, tƣơng, dầu ăn có vai trò hết sức quan
trọng trong đời sống hàng ngày của con ngƣời. 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 cấp thiết hiện nay trên thế giới là năng lƣợng từ các sản phẩm của
nó. Ngoài ra đậu tƣơng là cây họ đậu nên có tác dụng cải tạo đất thông qua
việc cố định đạm của vi khuẩn trên các nốt sần ở rễ, góp phần làm giảm
lƣợng phân hóa học bón xuống đất, khắc phục sự thoái hóa đất và ô nhiễm
môi trƣờng [1],[3], [9].
1.1.3. Đặc điểm sinh học của cây đậu tƣơng
Cây đậu tƣơng thuộc loại cây thân thảo, là loại cây trồng cạn thu hạt
bao gồm các bộ phận rễ, thân, cành, lá, hoa, quả và hạt.
Hệ rễ
Khác với rễ cây hoà thảo rễ cây đậu tƣơng gồm có rễ chính và rễ phụ.
Trên rễ chính và rễ phụ có nhiều nốt sần đó là kết quả cộng sinh của một loại
vi khuẩn Rhizobium japonicum với rễ cây đậu tƣơng. Nốt sần có thể dài 1cm,
đƣờng kính 5-6mm, khi mới hình thành có màu trắng sữa, khi phát triển tốt
nhất nốt sần có màu hồng. Nốt sần tập trung nhiều ở tầng đất có độ sâu 0-
20cm, có vai trò quan trọng trong việc cố định đạm từ nito không khí, với
lƣợng đạm cung cấp cho cây khoảng 30- 60kg/ha [9].
Đặc điểm của thân và cành
Thân cây đậu tƣơng thuộc thân thảo, có hình tròn, trên thân có nhiều
lông nhỏ. Thân khi còn non có màu xanh hoặc màu tím khi về già chuyển
sang màu nâu nhạt, màu sắc của thân khi còn non có liên quan chặt chẽ với

màu sắc của hoa sau này. Nếu thân lúc còn non màu xanh thì hoa màu trắng
và nếu khi còn non thân có màu tím thì hoa có màu tím đỏ.
Số cành trên thân nhiều hay ít phụ thuộc vào giống và các kỹ thuật canh
tác. Có giống chỉ có 1 - 2 cành hoặc thậm chí không có cành. Các cành mọc ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

5
từ chồi ở các nách lá. Các chồi ở dƣới thân chính sẽ phát triển thành các chùm
quả, các chồi ở giữa và ngọn thì phát triển thành các chùm hoa. Các cành mọc
ra ở đốt thứ nhất hay đốt thứ hai sẽ khỏe hơn các cành mọc ở phía trên. Các
cành cùng với thân sẽ tạo thành tán cây [10].
Đặc điểm của lá
Cây đậu tƣơng có 3 loại lá chính là: lá mầm, cặp lá đơn, lá kép có 3 lá
chét đôi khi 4-5 lá chét.
Phiến lá có nhiều hình dạng khác nhau : trứng, tròn, dài, ô van, mũi
mác… Hình dạng của lá thay đổi theo giống , những giống có lá dài và nhỏ
chịu hạn tốt nhƣng cho năng suất thấp, những giống có lá to thƣờng cho năng
suất cao hơn nhƣng cũng chịu hạn kém hơn.
Đặc điểm của hoa
Đậu tƣơng là loại cây tự thụ phấn. Hoa đậu tƣơng đƣợc phát sinh từ
nách lá, đầu cành hoặc đầu thân, hoa lƣỡng tính màu tím hay trắng. Thời kỳ
cây ra hoa sớm hay muộn, thời gian dài hay ngắn tùy thuộc vào giống và thời
vụ gieo bởi nó chịu ảnh hƣởng phối hợp của ánh sáng và nhiệt độ.Hoa đậu
tƣơng nhỏ và không có vị. Hoa mọc thành từng chùm, mỗi chùm có từ 1 - 10
hoa và thƣờng có 3 - 5 hoa.
Đặc điểm của quả và hạt
Quả đậu tƣơng thuộc loại quả ráp, ngoài vỏ thƣờng có lông bao phủ
màu sắc vỏ quả khi chín màu vàng hay màu xám đen.Cũng giống nhƣ các cây
họ đậu khác, quả đậu tƣơng gồm 2 nửa một lá noãn nối với nhau ở phần bụng

và lƣng. Trên cả hai đƣờng nối biểu bì của quả cong vào phía trong tạo nên
một lớp nhu mô thẳng đứng, lớp nhu mô này tách mô dẫn thành 2 vùng và
giúp quả tách ra.
Hạt đậu tƣơng có nhiều hình dạng khác nhau nhƣ: hình tròn, hình trứng,
hình ô van, hình bầu dục, …Hạt đậu tƣơng cũng đa dạng về màu sắc nhƣ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6
vàng nhạt,vàng đậm, xanh, nâu, đen trong đó màu vàng chiếm đa số và có giá
trị thƣơng phẩm cao. Trong hạt, phôi thƣờng chiếm 2%, lá mầm chiếm đến
90% và còn lại là vỏ hạt chiếm 8% tổng khối lƣợng hạt. Khối lƣợng 1000 hạt
trung bình dao động từ 100 – 200 g. Màu sắc rốn hạt khác nhau đặc trƣng cho
từng loại giống [2].
Cây đậu tƣơng có 2 đặc tính sinh trƣởng: sinh trƣởng hữu hạn và sinh
trƣởng vô hạn; căn cứ vào thời gian sinh trƣởng có 3 loại: chín sớm (75- 85
ngày), trung bình (80- 100 ngày), chín muộn (110- 120 ngày).
Đậu tƣơng là cây trồng tƣơng đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh.
Trong tập đoàn giống đậu tƣơng, có những giống chỉ trồng vào vụ hè, ngƣợc
lại có những giống chỉ trồng vào vụ đông [1], [3].
1.1.4. Giá trị kinh tế của cây đậu tƣơng
Trong họ Đậu thì đậu tƣơng là cây trồng có giá trị rất toàn diện về mặt
dinh dƣỡng, kinh tế và cải tạo đất, nó đƣợc trồng dùng làm thực phẩm cho
con ngƣời, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, là hàng xuất
khẩu và là loài cây cải tạo đất trồng rất tốt.
Giá trị về mặt thực phẩm: Đậu tƣơng có hàm lƣợng protein cao hơn
trong gạo, thịt, cá và cao gấp hai lần các loại đậu đỗ khác. Trong hạt đậu
tƣơng không có thành phần cấu tạo của cholestetol. Đậu tƣơng còn đƣợc xem
là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng, lipid đậu tƣơng chứa thành phần các
acid béo không no cao, tổng số chất béo chiếm khoảng 18%. Hạt đậu tƣơng

còn chứa nhiều loại vitamin nhƣ: Vitamin nhóm B nhƣ: B1, B2, B6, vitamin
E, … Ngoài ra, nó còn chứa sắt, canxi, photpho và các thành phần chất xơ tốt
cho tiêu hóa.
Giá trị về mặt công nghiệp: Hiện nay trên thế giới, đậu tƣơng là cây
cung cấp nguyên liệu hàng đầu cho công nghiệp ép dầu, dầu đậu tƣơng chiếm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

7
khoảng 50% dầu thực vật. Dầu đậu tƣơng có chỉ số iốt cao, nhiệt độ ngƣng tụ từ
-15 đến -18oC. Đậu tƣơng còn là nguyên liệu quan trọng cho các nghành công
nghiệp khác nhƣ: chế biến cao su nhân tạo, mực in, chất dẻo, tơ nhân tạo,…
Giá trị về mặt nông nghiệp: Trong nông nghiệp đậu tƣơng đƣợc sử
dụng làm thức ăn gia súc. Ngoài ra, đậu tƣơng còn có vai trò trong cải tạo đất
trồng đem lại hàm lƣợng đạm cao cung cấp cho cây trồng. Vì vậy, việc luân
canh trồng cây đậu tƣơng với các loại cây trồng khác có thể đƣợc xem là biện
pháp cải tạo đất trồng hữu hiệu [9].
1.1.5. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.5.1.Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới
Trên thế giới diện tích trồng đậu tƣơng ngày càng tăng. Với những giá
trị kinh tế và sử dụng của mình cây đậu tƣơng đƣợc xem là một trong những
loại cây trồng chiến lƣợc của nhiều quốc gia đứngvị trí thứ tƣ sau lúa mỳ, lúa
nƣớc và ngô [9]. Đậu tƣơng là cây lấy hạt, có dầu quan trọng bậc nhất thế
giới. Đặc biệt trong những năm gần đây do nhu cầu dinh dƣỡng của protein và
dầu thực vật tăng đã thúc đẩy phát triển sản xuất đậu tƣơng trên thế giới tăng
nhanh về cả diện tích, năng suất và sản lƣợng.
Đậu tƣơng có khả năng thích ứng khá rộng nên đƣợc trồng khắp các
châu lục, đặc biệt là châu Mỹ (75,68%) và châu Á (21,27%).
Trong những năm gần đây, do kết quả của việc ứng dụng những tiến bộ
của công nghệ sinh học từ chọn, tạo giống đến sản xuất nên năng suất đậu

tƣơng đã tăng lên đáng kể, đƣa đậu tƣơng trở thành cây trồng quan trọng
trong cơ cấu cây trồng của nhiều quốc gia.
Hiện nay, đậu tƣơng đƣợc trồng ở gần 80 quốc gia khác nhau trên thế giới.
Trong đó, 4 nƣớc có sản lƣợng đậu tƣơng đứng đầu là: Mỹ, Brazil, Argentina và
Trung Quốc. Đậu tƣơng là nguồn cung cấp dầu và protein quan trọng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8
1.1.5.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam
Ở Việt Nam, đậu tƣơng đƣợc trồng từ rất lâu, trƣớc cây đậu xanh và các
cây họ đậu khác. Các giống đậu tƣơng ở nƣớc ta bao gồm các giống đậu
tƣơng nhập nội, giống lai tạo, giống đậu tƣơng đột biến và các giống đậu
tƣơng địa phƣơng.
Việt Nam là nƣớc nông nghiệp nhiệt đới trồng đậu tƣơng với ba mục
đích: Giải quyết vấn đề thiếu protein cho ngƣời và gia súc,xuất khẩu và cải
tạo đất.
Trƣớc cách mạng tháng 8 năm 1945, diện tích gieo trồng đậu tƣơng ở
Việt Nam chỉ khoảng 32 ha, năng suất 4,1 tạ/ha. Hiện nay, diện tích đó đã
đƣợc tăng lên đáng kể, cả nƣớc có 7 vùng nông nghiệp đều trồng đƣợc đậu
tƣơng với diện tích gieo trồng (năm 1997) lớn nhất là miền núi phía bắc
(46,6%), tiếp đến là đồng bằng sông Hồng (19,3%), vùng Tây Nguyên (11%),
miền Đông Nam Bộ (10,2%). đồng bằng sông Cửu Long (8,9%), khu Bốn
(2,3%), vùng Duyên hải miền Trung (1,6%) [9]. Tuy nhiên sản lƣợng đậu
tƣơng trong nƣớc vẫn thấp và phải nhập khẩu từ các nƣớc khác để đáp ứng
nhu cầu tiêu dùng và làm thức ăn cho gia súc.
Theo Tổng cục Thống kê - Năm 2012, sản lƣợng đậu nành nƣớc ta
giảm 34,3% so với cùng kỳ năm trƣớc, xuống còn 175,2 nghìn tấn do thời tiết
lạnh khác nghiệt vào cuối năm 2011 và đầu năm 2012 khiến cho năng suất và
diện tích gieo trồng giảm mạnh (tham khảo bảng 1 ). Quy mô sản xuất vẫn còn

tƣơng đối nhỏ và tiếp tục không đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ trong nƣớc.
USDA- Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ dự báo diện tích trồng đậu nành năm
2013 nƣớc ta tăng khoảng 180 nghìn ha so với năm 2011 và sản lƣợng đạt ở
mức 270.000 tấn.
Thủ tƣớng Chính phủ cũng đã phê duyệt quy hoạch tổng thể phát triển sản
xuất ngành nông nghiệp đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030. Theo đó, diện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9
tích đất quy hoạch khoảng 100 ngàn ha, tận dụng tăng vụ trên đất lúa để năm 2020
diện tích gieo trồng khoảng 350.000 ha, sản lƣợng 700.000 tấn; vùng sản xuất
chính là đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc, Tây Nguyên.
Bảng 1.1. ản lƣợng đậu tƣơng
Việt Nam
Năm
Diện tích (nghìn
ha)
Năng suất
(tấn /ha)
Tổng sản lƣợng
(nghìn tấn)
2008
192,1
1,39
267,6
2009
146,2
1,46
213,6

2010
197,8
1,51
298,6
2011
181,1
1,47
266,9
2012
120,8
1,45
175,3
2013
*
180
1,5
270
2014
*
200
1,5
300
Nguồn: Tổng cục thống kê *số liệu dự báo của USDA

Hầu hết đậu nành đƣợc sản xuất trong nƣớc cũng nhƣ đậu nành nhập
khẩu đều đƣợc sử dụng nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng hàng ngày cũng nhƣ
dùng làm thức ăn chăn nuôi. Các loại thực phẩm không lên men truyền thống
nhƣ đậu phụ, sữa đậu nành, bột đậu nành đƣợc dùng trong công nghiệp chế
biến thực phẩm; số ít đƣợc sử dụng để làm nƣớc tƣơng, mắm đậu nành, và sản
xuất dầu đậu tƣơng tại các hộ gia đình. Chỉ một lƣợng nhỏ đậu nành sản xuất

trong nƣớc đƣợc sử dụng làm thức ăn chăn nuôi. Khoảng 80% lƣợng đậu
nành nguyên chất béo nhập khẩu đƣợc nghiền để làm dầu nành và bã đậu
nành, 5% đƣợc dùng làm thức ăn chăn nuôi và 15% đƣợc dùng làm thực
phẩm cho con ngƣời.
Dựa trên số liệu về sức tiêu thụ các sản phẩm từ đậu nành, USDA dự
báo sức tiêu thụ năm 2013 tăng 6% so với năm 2012, cụ thể là 340.000 tấn
niên vụ 2012/13 và 360.000 tấn niên vụ 2013/14.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10
Mặc dù quy mô sản xuất còn khá nhỏ và nhu cầu tiêu thụ trong nƣớc có
xu hƣớng giảm, nhƣng sản lƣợng đậu tƣơng nƣớc ta năm 2010 vẫn đạt
297.000 tấn, tăng 39% so với năm 2009. Nguyên nhân chính là do sự mở rộng
đáng kể về diện tích cây trồng (khoảng 35%) và những nỗ lực nhằm cải thiện
năng suất của ngành. Tuy nhiên, sản lƣợng trên vẫn còn thấp so với mục tiêu
đề ra cho năm 2010 là 325.000 tấn của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông
thôn do chi phí sản xuất tăng và năng suất đậu tƣơng của nƣớc ta chƣa cao.
Theo số liệu thống kê chính thức của chính phủ, đậu tƣơng đƣợc trồng ở
28 tỉnh trên khắp cả nƣớc, trong đó 70% ở miền bắc và 30% ở miền nam.
Khoảng 65% đậu tƣơng nƣớc ta đƣợc trồng ở vùng cao, những nơi đất không
cần màu mỡ; và 35% đƣợc trồng ở những vùng đất thấp ở khu vực đồng bằng
sông Hồng. Đậu tƣơng đƣợc trồng ở nhiều địa phƣơng trên khắp cả nƣớc vào
từng thời điểm khác nhau nên có cả vụ xuân, vụ hè và vụ đông.
Tuy nhiên, do chƣa đƣợc đầu tƣ cao nên năng suất đậu tƣơng còn nhiều
hạn chế. Xét về diện tích gieo trồng vẫn tăng qua các năm nhƣng tỉ lệ diện
tích gieo trồng đậu tƣơng còn thấp, chỉ khoảng 1,5- 1,6%. Năng suất đậu
tƣơng của nƣớc ta rất thấp, chỉ bằng 50- 70% năng suất đậu tƣơng của toàn
thế giới. Sản lƣợng đậu tƣơng sản xuất ra chƣa đủ đáp ứng nhu cầu trong
nƣớc. Hàng năm, chúng ta vẫn phải nhập khẩu một số lƣợng đáng kể từ nƣớc

ngoài. Tại Việt Nam, cây đậu tƣơng cũng giữ vai trò rất quan trọng trong cơ
cấu cây trồng ở nhiều địa phƣơng hiện nay với sản lƣợng trung bình từ 2001-
2009 là 239,1 nghìn tấn. Theo thống kê năm 2009 cho thấy cây đậu tƣơng
đƣợc canh tác có hệ thống trên diện tích là 146,2 nghìn ha ở 28 tỉnh thành trải
đều từ Bắc vào Nam, nhƣng tập trung chủ yếu vẫn là ở miền Bắc với sản
lƣợng của cả nƣớc là 213,6 nghìn tấn [9], [38]. Trong khu vực ASEAN, năng
suất đậu tƣơng của Việt Nam đứng thứ 3 trong số 6 nƣớc trồng đậu tƣơng là
Lào, Campuchia, Myanmar, Philipines, Thái Lan và Việt Nam. Khi so sánh số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

11
liệu trên với năng suất của các trung tâm sản xuất đậu tƣơng của thế giới là
Argentina, Brazil và Hoa Kì thì khá thấp [40]. Do không đáp ứng đủ nhu cầu
trong nƣớc nên Việt Nam vẫn phải nhập khẩu đậu tƣơng với số lƣợng lớn từ
các quốc gia khác đặc biệt là Hoa Kì.
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên, có thể là do dịch bệnh, kỹ
thuật canh tác, nhƣng chủ yếu là do biến đổi khí hậu và hạn hán. Vì vậy một
trong những yêu cầu thực tiễn đặt ra là nghiên cứu tạo ra giống đậu tƣơng có
khả năng thích nghi với những điều kiện sinh thái ở những vùng khác nhau.
Trong những năm gần đây, cùng với việc nghiên cứu các công nghệ sinh học
và các loại đậu tƣơng cao sản mới để tìm ra giống cho năng suất cao với chi
phí sản xuất thấp, các nhà chọn giống Việt Nam còn quan tâm nghiên cứu các
giống đậu tƣơng địa phƣơng có năng suất thấp nhƣng lại có chất lƣợng hạt
cao và có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trƣờng nhƣ:
nóng, lạnh, mặn, phèn, hạn
1.2. Tác động của hạn đến cây đậu tƣơng
Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tƣơng nói riêng là cây có nhu cầu về
nƣớc cao hơn các loại cây khác là do trong hạt và cây đậu tƣơng
–

50%, trong khi đó ngô chỉ là 30%, lúa là 26% [2].
Khi nghiên cứu về các đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng về phƣơng
diện sinh l
đến đặc điểm hóa keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi
chất. Tính chịu hạn của cây đậu tƣơng mang tính đa gen. 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12
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.
,
còn ở những giai đoạn nhƣ ra
.
Đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng liên quan chặt chẽ đến đặc điểm
hoá keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất. Tính chịu
hạn của cây đậu tƣơng mang tính đa gen. Chúng thể hiện ở nhiều khía cạnh
khác nhau: sự phát triển nhanh của bộ rễ, tính chín sớm tƣơng đối, cũng nhƣ
bản chất di truyền của từng giống trong quá trình sinh trƣởng và phát triển có
khả năng sử dụng nƣớc tiết kiệm.
Hạn hán và độ mặn cao có ảnh hƣởng làm giảm mạnh năng suất cây
trồng trên toàn thế giới trong đó có đậu tƣơng. Để thích ứng với điều kiện
nhƣ vậy cơ thể thực vật đã phát triển một loạt các cơ chế đòi hỏi sự khởi động
của nhiều gen liên quan chống lại stress do các điều kiện bất lợi vô sinh. Một
số lƣợng lớn các gen liên quan đến khả năng chịu hạn và chịu mặn đã đƣợc
xác định. Tuy nhiên, vẫn còn một số lƣợng đáng kể các gen liên quan đến tính

chống chịu của thực vật chƣa đƣợc xác định. Vì vậy điều quan trọng là nghiên
cứu các chức năng của gen liên quan đến stress để cải thiện khả năng chống
chịu của cây trồng với hạn hán. Có hai nhóm gen có liên quan chủ yếu đến
tính chịu hạn của cây đậu tƣơng:
(1). Nhóm gen mà sản phẩm của chúng có ảnh hƣởng trực tiếp tới đặc
tính chịu hạn; (2). Nhóm gen mà sản phẩm của chúng kích hoạt quá trình
phiên mã của nhóm gen chịu hạn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

13
1.3. GEN DREB VÀ DREB2 Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG
1.3.1. Gen DREB
ứ
, bông [12], [16], [19], [33], [37].
Gen DREB - DREB là họ gen tổng hợp protein đƣợc tìm thấy nhiều
trong tế bào sống khi thực vật gặp các điều kiện 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 chóng sự hoạt động của các gen tham gia trực tiếp chống lại
các điều kiện bất lợi của môi trƣờng nhƣ hạn hán, mặn và lạnh. Nhân tố phiên
mã DREB hoạt động không cần thông qua sự tác động của ABA.
. 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 chóng sự hoạt động của các gen tham gia
trực tiếp chống lại các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh.
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 mỳ…
Li và cs (2005) phân lập gen trên đối tƣợng cây đậu tƣơng đã chia thành
các phân họ DREB gồm: GmDREBa, GmDREBb, GmDREBc, ngoài ra còn có

DREB1, DREB2, DREB3, DREB4, DREB5, mỗi gen có trình tự, độ dài khác
nhau nhƣng đều đƣợc biểu hiện nhiều khi đậu tƣơng gặp các điều kiện hạn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
Wang và cs (2006) đã mô tả mối quan hệ giữa yếu tố phiên mã DREB
và DRE/CRT cis- một nhân tố chức năng liên quan đến sự biểu hiện của gen
DREB, nghiên cứu đặc điểm và chức năng của nhóm nhân tố phiên mã
AP2/EREBP ở thực vật [35]. AP2/ERF là một họ lớn bao gồm các yếu tố
phiên mã quan trọng.
Ở cây Arabidopsis trên cơ sở số lƣợng và giống nhau của các miền
DNA- binding, 145 nhân tố phiên mã đƣợc phân thành 5 nhóm: AP2 (14 gen),
RAV (6 gen), DREB (còn đƣợc gọi là CBF, 56 gen), ERF (còn đƣợc gọi là
EREBP, 65 gen) và nhóm gen khác (4 gen).
Ở Arabidopsis, 10 DREBs (DREB2- DREB11) đƣợc phân thành 5
nhóm, nhóm thứ nhất gồm DREB3, DREB4, DREB5; nhóm thứ hai gồm
W50, DREB6, DREB7, DREB1; nhóm thứ ba gồm DREB2 và DREB8; nhóm
thứ tƣ gồm DREB9 và DREB10; nhóm thứ năm gồm DREB11, ERF1 và
ERF2 (Liu và cs, 1998; Riechman và cs, 2000; Tsui- Hung Phang, 2008).
Li và cs (2005) đã phân lập ba gen DREB (GmDREBa, GmDREBb, và
GmDREBc) từ cây đậu tƣơng và cho rằng mỗi phân tử protein của các gen
này đã chứa một miền AP2 gồm 64 amino acid [23]. Thực nghiệm đã chứng
minh cả 3 protein này đều liên quan đến sự mất nƣớc và đáp ứng sự mất nƣớc
của tế bào. Ở nấm men, GmDREBa và GmDREBb có khả năng kích hoạ
GmDREBc lạ . Các protein
GmDREBa và GmDREBb trong lá của cây giống đậu tƣơng đƣợc tổng hợp
bởi tác động của muối, hạn hán, và lạnh.
Yang và cs (2007) đã phân lập đƣợc phân họ DREB trên đối tƣợng Hoa
Cúc, theo đó phân họ gồm DmDREBa và DmDREBb, những gen này mã hoá

cho hai protein có 191 amino acid và 185 amino acid với trọng lƣợng phân tử

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

15
21,66 và 20,99 kDa, các protein của hai gen này đƣợc biểu hiện khi cây hoa
cúc bị stress hạn lạnh.
Chen và cs (2007) đã nghiên cứu phân lập gen GmDREB5 từ mRNA ở
cây đậu tƣơng với kích thƣớc là 927 bp [14].
Nguyễn Vũ Thanh Thanh và cs (2011) đã nghiên cứu phân lập gen
GmDREB5 ở giống đậu tƣơng Vàng Ngân Sơn với kích thƣớc 924 bp mã hóa
cho 307 amino acid [31].
Nguyễn Vũ Thanh Thanh và cs (2012) đã nghiên cứu phân lập gen
DREB5 ở giống đậu tƣơng Xanh Ba Bể đăng ký trên NCBI với mã số
HE648567, kích thƣớc 924 bp [32].
DREB4 ở
644 bp [28].
Arumingtyas và cs (2011) đã nghiên cứu phân lập gen GmDREB2 từ
mRNA ở giống đậu tƣơng với kích thƣớc 416 bp [11].
Li và cs (2007) đã nghiên cứu phân lập gen DREB1 ở cây Địa lan với
kích thƣớc 1265 bp đƣợc công bố trên NCBI với mã số EF654657 [25].
Lui và cs (2005) đã nghiên cứu phân lập gen DREB3 từ mRNA ở cây
đậu tƣơng với kích thƣớc 819bp mã hóa cho 272 acid amin đƣợc công bố trên
NCBI với mã số DQ055133 [26].
Chen và cs (2013) nghiên cứu phân lập gen GmDREB3 ở cây đậu
tƣơng đƣợc công bố trên NCBI với mã số NM001250024 với kích thƣớc 819
bp mã hóa cho 272 amino acid [15].
Hoàng Thị Xoan và cs (2014) đã nghiên cứu và phân lập gen
GmDREB2 từ 2 giống đậu tƣơng Bắc Sơn mã số HG965101 [20] và Bắc
Giang mã số HG965100 [21] đƣợc công bố trên NCBI với kích thƣớc 480 bp.

ở
1380 bp [29].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

16
Nhƣ vậy, có rất nhiều nhà khoa học nghiên cứu phân lập về gen DREB
nói chung và gen GmDREB2 nói riêng ở cây đậu tƣơng.
1.3.2. DREB2 và gen GmDREB2
Đậu tƣơng là một cây trồng quan trọng trên thế giới, trong điều kiện
stress phi sinh học nhƣ hạn hán và nhiệt độ, ảnh hƣởng xấu đến sự sống, phát
triển cũng nhƣ năng suất. Việc mất nƣớc đƣợc đáp ứng bởi nhóm GmDREB2
bao gồm các yếu tố phiên mã góp phần chống hạn và chống stress nhiệt bằng
cách kích hoạt phiên mã thông qua các yếu tố cis đáp ứng mất nƣớc.
Gen GmDREB2 tham gia tích cực vào việc chống hạn. Gen GmDREB2 đƣợc
biểu hiện trong môi trƣờng có xử lý bởi hạn hán, nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp.
Nakashima và cs đã xác định đƣợc ở cây Arabidopsis gen DREB2 có
liên quan đến sự mất nƣớc và độ mặn cao trong biểu hiện gen. Trong cây
Arabidopsis gen biểu hiện trong điều kiện mất nƣớc đặc trƣng bởi một nhóm
gen DRE/CRT – binding protein là DREB2A và DREB2B. Khi phân tích thấy
rằng cả hai gen đƣợc gây ra bởi sự mất nƣớc và độ mặn cao. Mức độ biểu hiện
của hai gen rất cao trong rễ khi nồng độ muối cao và trong thân và rễ khi cây bị
mất nƣớc. Gen DREB2A nằm trên NST số 5 và DREB2B nằm trên NST số 3,
cả 2 gen bị gián đoạn bởi 1 intron duy nhất tại các vị trí giống hệt nhau.
Trong cây chuyển gen Arabidopsis gen DREB2 giải phóng ra Beta-
glucuronidase (GUS) trong điều kiện cây bị mất nƣớc và độ mặn cao [30].
Chen và cs (2009) đã phân lập gen PeDREB2 từ cây Populus
euphratica. Dựa trên sự liên kết nhiều trình tự và đặc tính phát sinh loài
PeDREB2 đƣợc xếp vào phân họ A2 trong nhóm gen DREB. Sự biểu hiện
của PeDREB2 đƣợc gây ra bởi môi trƣờng có xử lý hạn hán, lạnh và độ mặn

cao nhƣng không có ABA. PeDREB2 tăng khả năng chịu mặn trong cây
thuốc lá chuyển gen và không gây ra chậm phát triển. Kết quả cho thấy
PeDREB2 có chức năng nhƣ là một yếu tố phiên mã liên quan đến phản ứng