Đánh giá khả năng chịu hạn và so sánh gen DREB5 của một số giống đậu tương địa phương

ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ
PHẠM
BẾ BÍCH
ĐÀO
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN VÀ
SO SÁNH GEN DREB5 CỦA MỘT SỐ
GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐỊA PHƯƠNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
THÁI NGUYÊN -
2011
ĐẠI HỌC THÁI
NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ
PHẠM
BẾ BÍCH
ĐÀO
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN VÀ
SO SÁNH GEN DREB5 CỦA MỘT SỐ
GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐỊA PHƯƠNG
Chuyên ngành: DI TRUYỀN
HỌC
Mã số:
60.42.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS CHU HOÀNG
MẬU
THÁI NGUYÊN -
2011
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill), là cây công nghiệp ngắn
ngày, có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Hạt đậu tương chứa 30% -
56% protein, chứa 12% - 25% lipid, chứa 36% - 40% hydrat cacbon và
các loại amino acid cần thiết cho cơ thể con người như: cystein, lysine,
triptophan, leucine, methyonine…. Ngoài ra trong đậu tương còn chứa
nhiều loại vitamin (B1, B2, C, D, E, K…) cần thiết cho cơ thể người và
động vật. Một đặc tính quan trọng nữa của cây đậu tương là có nốt sần ở
rễ tạo khả năng cố định nitơ không khí. Vì vậy, trồng đậu tương góp phần
cải tạo đất và bảo vệ môi trường. Trên phương diện hóa sinh, đậu tương là
loại hạt được đánh giá đồng thời cả về protein và lipid. Protein của hạt
đậu tương có phẩm chất tốt và hoàn toàn có thể thay thế đạm động vật
trong bữa ăn hàng ngày của con người. Sử dụng trong y học tránh được
hiện tượng suy dinh dưỡng ở trẻ em, cung cấp dinh dưỡng cần thiết cho
động vật còn non rất tốt.
Cây đậu tương phân bố từ vùng ôn đới đến vùng nhiệt đới, từ độ cao
thấp hơn so với mực nước biển đến độ cao gần 2000 m và được phân bố rộng
rãi từ 55 vĩ độ Bắc đến 55 vĩ độ Nam, với diện tích đạt khoảng hơn 74,7 triệu
ha. Ở Việt Nam cây đậu tương được gieo trồng ở cả 7 vùng nông nghiệp trên
cả nước, trong đó vùng núi phía bắc có diện tích gieo trồng lớn nhất (46,6%),
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%) và vùng
Duyên Hải Miền Trung (1,6%) [2].
Nước ta có hệ sinh thái rất đa dạng, khí hậu giữa các vùng, là không
giống nhau, do vậy vấn đề thích ứng của cây trồng với điều kiện ngoại cảnh là
một vấn đề có tầm quan trọng quyết định sự phát triển của ngành trồng trọt.
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

[11]. Trước thực trạng đó, công tác chọn, tạo và nhân giống các giống đậu
tương có kiểu gen chống chịu ngày càng được quan tâm, trong đó tính chịu
hạn được đặc biệt quan tâm trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay.
Các protein DREB là nhân tố tham gia vào quá trình phiên mã của
nhóm gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tương. Protein DREB là
nhân tố kích thích các gen cùng hoạt động và không phụ thuộc vào ABA.
Hiện nay đã có những nghiên cứu trong các đối tượng như: lúa, khoai tây,
cúc, lạc…, còn ở đậu tương nghiên cứu về DREB mới chỉ là bước đầu. Ở đậu
tương và thấy rằng phân họ DREB gồm GmDREBa, GmDREBb, GmDREBc,
GmDREB1, GmDREB2, GmDREB3, GmDREB5, GmDREB6, GmDREB7.
Mặc dù DREB không trực tiếp tham gia vào quá trình chống chịu hạn nhưng
nó là nhân tố kích hoạt đồng thời sự biểu hiện của các gen liên quan đến tính
chịu hạn. Như vậy, có thể nói nghiên cứu DREB là cơ sở để cải thiện tính chịu
hạn của cây đậu tương thông qua việc chuyển gen.
Với mục đích xác định chỉ thị phân tử liên quan đến tính chịu hạn của
cây đậu tương trên cơ sở phân lập, so sánh gen DREB5 chúng tôi đã tiến hành
đề tài: “Đánh giá khả năng chịu hạn và so sánh gen DREB5 của một số
giống đậu tương địa phương”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được mức độ chịu hạn và sự sai khác về trình tự gen DREB5
của một số giống đậu tương địa phương.
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích hình thái kích thước hạt, khối lượng 1000 hạt và xác định
hàm lượng protein, lipid trong hạt của một số giống đậu tương địa phương;
- Đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống đậu tương địa phương
trong điều kiện gây hạn nhân tạo.
- Khuếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen DREB5 của một số
giống đậu tương địa phương.
- So sánh trình tự gen DREB5, trình tự amino acid của protein DREB5
giữa các giống đậu tương khác nhau về khả năng chịu hạn.

Chƣơng
1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÂY ĐẬU T
Ƣ
ƠNG VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU T
Ƣ
ƠNG
1.1.1. Cây đậu tƣơng
1.1.1.1. Đặc điểm sinh học của cây đậu tương
Đậu tương có tên khoa học là (Glycine max (L) Merrill ), có bộ nhiễm
sắc thể 2n=40, thuộc cây thân thảo, họ Đậu (Fabaceae), họ phụ cánh bướm
(Papilionoidea).
Cây đậu tương được thuần hóa ở Trung Quốc và được đưa đến Triều
Tiên, Nhật Bản, Nga, sang Nam Á qua Con đường tơ lụa. Ở Việt Nam đậu
tương được trồng từ lâu đời, sớm nhất là các tỉnh thuộc khu vực Trung du,
miền núi phía Bắc và miền đông Nam Bộ [2].
Về hình thái, cây đậu tương có các bộ phận chính là rễ, thân, lá, hoa,
quả. Rễ của cây đậu tương là rễ cọc gồm rễ cái và rễ bên, trên rễ của cây
đậu
tương có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium japonicum có khả năng cố
định nitơ trong không khí, cung cấp đạm cho cây, có vai trò cải tạo đất [5].
Thân cây đậu tương có hình tròn, có màu xanh hoặc tím, khi quả chín
thì thân ngả sang màu vàng nâu.
Lá cây đậu tương gồm 3 loại: Lá mầm, lá đơn và lá kép (có 3 lá chét
đôi khi có 4-5 lá chét).
Hoa mọc thành chùm ở nách lá, mỗi chùm hoa có từ 10-15 hoa, có màu
trắng hoặc tím, hoa đậu tương tự thụ phấn và 1% giao phấn.
Quả có thể thẳng hoặc cong có nhiều lông, mỗi quả chứa 1-5 hạt nhưng
thông thường là từ 2- 3 hạt. Hạt đậu tương không có nội nhũ mà chỉ có một

lớp vỏ mỏng bao quanh phôi và 2 lá mầm. Hạt có hình tròn, ovan, tròn dài,
tròn dẹt, vỏ hạt đậu tương có màu nâu, đen, vàng, xanh.
Căn cứ vào thời gian sinh trưởng của cây đậu tương người ta
ch
ia làm
3 loại: giống chín sớm (75-85) ngày, giống chín trung bình (80-100) ngày,
giống chín muộn (110-120) ngày. Thời gian sinh trưởng là một yếu tố quan
trọng để lựa chọn cây trồng luân canh tăng vụ [13].
1.1.1.2. Giá trị kinh tế của cây đậu tương
Cây đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày, là loại cây trồng có tác
dụng nhiều mặt và hiệu quả kinh tế cao. Về thực phẩm, hạt đậu tương có
thành phần dinh dưỡng cao [2]. Protein của đậu tương có phẩm chất tốt
nhất trong các protein của thực vật, có đầy đủ và cân
đ
ối các loại amino
acid cần thiết. Protein của đậu tương lại dễ tiêu hóa và không có các
t
hành
phần tạo cholesterol. Lipid của đậu tương chứa tỷ lệ lớn các axit béo chưa
no, có hệ thống đồng hóa lớn (98%), chỉ số iot cao
(121
- 137) có tác dụng
phòng chống bệnh bướu cổ cho người, đặc biệt đối với vùng trung du và
miền núi. Hạt đậu tương còn chứa nhiều loại muối khoáng và có khả năng
cung cấp năng lượng khá lớn (4.710 kcal/ kg), cho nên người ta đã chế biến
hạt đậu tương thành hơn 600 sản phẩm khác nhau.
M
ặt khác, sử dụng
protein và lipid đậu tương còn có tác dụng phòng chống bệnh đái tháo
đường, béo phì, huyết áp cao, chảy máu não,… Ngày nay người ta mới biết

thêm trong hạt đậu tương có chất lecithin có tác dụng làm cơ thể trẻ lâu,
tăng trí nhớ và tái sinh các mô, làm cứng xương, tăng sức đề kháng. Ngoài
ra, nó còn chứa nhiều loại vitamin, là vị thuốc để chữa bệnh [12].
Về mặt công nghiệp, những sản phẩm của đậu tương là nguyên liệu của
nhiều ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp ép dầu, công
nghiệp sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp nguyên liệu từ đậu tương. Về xuất
khẩu, đậu tương là mặt hàng nông sản có giá trị ổn định trên thị trường thế
giới. Lượng hạt đậu tương xuất khẩu hàng năm là 24-26 triệu tấn hạt/ năm và
2- 4 triệu tấn dầu/ năm. Từ sau đại chiến thế giới thứ nhất, đậu tương giữ vị trí
hàng đầu trên thị trường nông sản thế giới [2].
Trong chăn nuôi, đậu tương là nguồn thức ăn rất cần thiết cho gia súc
rất tốt, 1 kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn. Trong lĩnh
vực trồng trọt, đậu tương có khả năng tích lũy đạm từ nitơ trong tự nhiên để
nuôi cây và làm giàu cho đất nhờ cộng sinh của vi khuẩn Rhizobium ở bộ rễ,
cùng với thân và lá, các chất hữu cơ này góp phần làm thay đổi tính chất lý
hóa và tăng độ phì nhiêu cho đất. Trong hệ thống thâm canh,trồng đậu tương
có tác dụng làm cho cây trồng vụ sau phát triển tốt hơn, góp phần phá vỡ chu
kì sâu bệnh, chống nạn ô nhiễm do lạm dụng bón phân hóa học và thuốc trừ
sâu. Cây đậu tương có thể trồng trên nhiều loại đất, nhiều vụ trong năm, có
thể xen canh, gối vụ rất thuận lợi. Sự phát triển của nghành sản xuất đậu
tương là biện pháp nhằm khai thác lợi thế của vùng khí hậu nhiệt đới.
1.1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới
Do khả năng thích ứng khá rộng, cây đậu tương đã được trồng khắp
năm châu lục, tập trung nhiều nhất là Châu Mỹ 75,68%, tiếp đến là Châu Á
21,27% và một số nước khác trên thế giới.
Cùng với khả năng thích nghi với các đặc điểm điều kiện thời tiết, khí
hậu, đất đai, việc ứng dụng tiến bộ công nghệ sinh học từ chọn, tạo giống đến
sản xuất làm tăng năng suất đậu tương trong những năm gần đây đã đưa đậu
tương trở thành cây trồng quan trọng trong cơ cấu cây trồng.
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu

t
ƣ
ơng
trên thế giới những năm gần đây
Năm
Diện tích
(triệu ha)
Sản lƣợng
(triệu tấn)
Năng
suất
(tạ/h
2003
83,6
6
227,8
9
27,2
4
2004
91,6
0
224,3
7
24,4
9
2005
92,5
1
231,6

5
25,0
4
2006
95,2
5
229,2
4
24,0
7
2007
90,1
1
243,6
3
27,0
4
2008
96,8
7
238,4
1
24,6
1
(Nguồn: FAOSTAT, 2009)
Qua bảng 1.1 cho thấy, trong khoảng thời gian từ năm 2000 đến năm
2008, sản xuất đậu tương trên thế giới đã có những bước tăng đáng kể cả về
diện tích, năng suất và sản lượng. Năm 2003, diện tích mới đạt 83,66 triệu ha
nhưng đến năm 2008 đã đạt 96,87 triệu ha tăng 15,8%.
Hiện nay, đậu tương đã được trồng ở gần 80 nước khác nhau trên khắp

các châu lục. Đậu tương là nguồn cung cấp dầu và protein quan trọng, trên thế
giới, 4 nước có sản lượng đậu tương đứng đầu là: Mỹ, Brazil, Achentina và
Trung Quốc.
Bảng 1.2. Tình hình sản xuất đậu
t
ƣ
ơng
của các
n
ƣ
ớc
đứng đầu thế giới
Quốc gia
Năm
2008
Năm
2009
Diện
tích
(triệu
Sản
l
ƣ
ợng
(triệu
Năng
suất
(tạ/h
Diện
tích

(triệu
Sản
l
ƣ
ợng
(triệu
Năng
suất
(tạ/h
Mỹ 30,2 26,67 80,53 28,84 28,72 82,83
Brazil 21,27 28,17 59,92 22,89 21,92 50,17
Argentina 16,38 28,22 46,23 14,03 27,28 38,27
Trung Quốc 9,13 17,02 15,54 9,500 17,79 16,90
(Nguồn:United States Department of Agriculture, May
2010)
Theo dự báo của Bộ Nông Nghiệp Mỹ (USDA) Tổng sản lượng của
niên vụ 2010-2011 sẽ đạt 249,93 triệu tấn giảm 9,27 triệu tấn (-3,6%) so
với sản lượng 259,20 triệu tấn niên vụ 2009-2010. Tổng diện tích đậu tương
thế giới đạt
101,37 triệu ha, giảm so với 102,12 triệu ha của niên vụ 2009-2010. Năng
suất
bình quân sẽ đạt 247 tấn/ha so với 2,54 tấn/ ha của niên vụ 2009-2010.
Bảng 1.3. Sản
lƣợng
đậu
tƣơng
niên vụ 2010 - 2011 của một số
nƣớc
trên thế giới dự
tính

Tên
nƣ
ớc
Sản
lƣợng
(triệu tấn)
Mỹ
90,0
8
Braxin
65,0
0
Achentina
50,0
0
Trung Quốc
14,6
0
Ấn Độ
8,8
0
Paragoay
6,5
0
Các nước khác
11,3
0
(Theo Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA)
1.1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam
Việt Nam có lịch sử trồng đậu tương lâu đời, một số tài liệu cho rằng

cây đậu tương được đưa vào trồng ở nước ta từ thời vua Hùng và xác định rằng
nhân dân ta trồng cây đậu tương trước cây đậu xanh và các cây họ đậu khác
[3].
Các giống đậu tương ở nước ta hiện nay rất phong phú gồm các giống
đậu tương nhập nội, giống lai tạo, giống đậu tương đột biến và tập đoàn các
giống đậu tương địa phương. Trong những năm gần đây cùng với việc tạo ra
các giống đậu tương mới cho năng suất cao, các nhà chọn giống đậu tương
còn quan tâm nghiên cứu các giống đậu tương địa phương, có năng suất thấp
nhưng lại có chất lượng hạt cao và có khả năng chống chịu tốt với điều kiện
ngoại cảnh bất lợi như nóng, lạnh, phèn, mặn, hạn…[2].
Hiện nay, diện tích gieo trồng đậu tương ở nước ta đã được mở rộng.
Tính đến tháng 4/2010 là 123,9 nghìn ha và được chia làm 6 vùng sản xuất
chính: miền núi Bắc Bộ 24,7%, Đồng bằng sông Hồng 17,5%, Đông Nam Bộ
26,2% (có diện tích lớn nhất), Đồng bằng sông Cửu Long 12,4%; tổng diện
tích 4 vùng này chiếm 80% diện tích trồng đậu tương cả nước, còn lại là Đồng
bằng ven biển miền Trung và Tây Nguyên [14].
Bảng 1.4. Tình hình sản xuất đậu
t
ƣ
ơng
ở Việt Nam những năm gần đây
Năm Diện tích (nghìn
ha)
Sản
lƣợng
(nghìn
tấn)
Năng suất
(tạ/ha)
2003

165,
6
219,
7
13
,2
6
2004
183,
8
245,
9
13
,3
7
2005
204,
1
292,
7
14
,3
4
2006
185,
6
258,
1
13
,9

0
2007
187,
4
275,
2
14
,6
9
2008
191,
5
268,
6
14
,0
3
2009
146,
4
213,
6
14
,5
9
(Nguồn: Niêm giám thống kê 2009, Nhà Xuất Bản Thống Kê Hà Nội, 2010)
Việt Nam đã đặt ra mục tiêu tăng sản lượng đậu tương lên đến 500 triệu
tấn/năm vào năm 2010. Tuy nhiên, sản lượng đậu tương khó tăng nhanh trong
những năm tới do năng suất còn thấp, chi phí cho hoá chất trừ sâu hại cao,
làm hạn chế khả năng tăng năng suất và tăng mùa vụ và diện tích gieo trồng

của đậu tương.
1.1.2. Thành phần hóa sinh hạt đậu tƣơng
1.1.2.1. Protein dự trữ và thành phần amino acid trong hạt đậu tương
Hàm lượng protein trong hạt chiếm từ 12% - 55%, thực tế cho thấy tuy
kiểu gen và điều kiện canh tác làm ảnh hưởng tới hàm lượng protein nhưng
chúng vẫn cao hơn hàm lượng protein của các loài thực vật khác. Protein
được dự trữ trong một loại bào quan và có chức năng duy nhất là cung cấp
nguồn amino acid và nitơ cho quá trình nảy mầm của hạt, protein dự trữ chủ
yếu ở hạt đậu tương là albumin và globulin. Dựa vào hệ số lắng (11s, 7s, 2s)
người ta chia protein của hạt đậu tương thành 3 loại: legumin (11s), vicilin
(7s), albumin (2s) và chất ức chế enzyme có bản chất protein. Trong hạt đậu
tương protein dự trữ chiếm 70% tổng số protein, ngoài ra là các enzyme, các
chất ức chế protease và lectin. Thành phần của protein gồm có albumin (9,5%),
globulin tan trong nước (75,8%), globumin tan trong NaCl là 3%, glutelin-
protein tan trong NaOH 0,2M là 11,7% [11].
Protein của hạt cây họ đậu nói chung và của cây đậu tương nói riêng
được coi là có chất lượng tốt nhất trong các loại protein của thực vật, chúng
chưa tât ca cac amino acid cơ ban : isoleucine, leucine, lysine, methyonine,
phenylalanine, tryptophan, valine cân thiêt cho cơ thê . Ngoài
ra
, đâu tương
đươc coi la môt nguôn cung câp cân thiêt cho cơ thê . Một điều đáng quan tâm
là hàm lượng lysine ở đậu tương rất cao so với protein của các loại ngũ cốc
khác. Qua nhiều nghiên cứu cho thấy hàm lượng các amino acid chứa nguồn
gốc SH như methyonine, cystein còn thấp. [2], [12]
1.1.2.2. Lipid, vitamin và một số chất khác
Lipid là hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không có khả năng hòa
tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như
ete, benzen, toluen, ete dầu hỏa… Lipid còn là thành phần quan trọng của
màng sinh học, là nguồn năng lượng cung cấp cho cơ thể. Hạt đậu tương rất

giàu lipid, hàm lượng lipid chiếm từ 12%- 25% khối lượng khô, chất lượng
lipid của hạt đậu tương rất tốt và được sử dung rộng rãi trong ngành công
nghiệp thực phẩm. Hạt đậu tương còn có các loại vitamin tan trong lipid, đặc
biệt là vitamin E (200 mg /100g lipid) [5], ngoài ra trong hạt đậu tương còn
chứa một số chất khác như hydrat cacbon, muối khoáng, axit nucleic, các chất
kích thích sinh trưởng [2].
1.1.3. Đặc tính chịu hạn và gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu
t
ƣ
ơng
Hạn là hiện tượng thường xuyên xảy ra trong tự nhiên và liên quan trực
tiếp đến vấn đề nước trong cơ thể thực vật. Hạn cũng như 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 như thiệt hại do
khô hạn gây ra khác nhau.
Khô hạn có thể phân biệt thành hai trường hợp:
(1) Hiện tượng khô hạn xảy ra khi mất một phần nước trong các cơ
quan ở giai đoạn nhất định của chu kỳ sống ở thực vật , hiện tượng này không
làm ảnh hưởng đến tế
bào
, mô của
cây
. Đây là qua 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 mât
nước
, khả năng chịu hạn tăng lên. Khả năng này đạt cực đại
ở thời kỳ hạt chín và có chiều hướng giảm dần khi hạt nảy mầm. Hạt khô còn
có khả năng chống chịu với hàng loạt các điều kiện ngoại cảnh bất lợi như
nhiệt độ, gió.

(2) Hạn do tác động của môi trường chịu sự tác động của bên ngoai rất
lớn gây ảnh hưởng đến đời sống của cây, có thể dẫn đến hủy hoại cây cối và
mất mùa, hiện tượng này xảy ra khi trong môi trường đất và không khí thiếu
nước đến mức áp suất thẩm thấu của cây không cạnh tranh được để lấy nước
vào tế bào. Những yếu tố bất lợi này chính là các thành phần như thổ
nhưỡng, nhiệt độ, gió nóng hay thời tiết và khí hậu. Có hai loại hạn do môi
trường tác động là hạn đất và hạn không khí [1], [13]. Hạn đất thường xảy ra
ở những vùng có khí hậu hay thổ nhưỡng đặc thù, hạn tác động mạnh lên bộ
rễ của cây. Sự tác động này được biểu hiện qua sự điều tiết các hoocmon
giúp cho cây chống chịu được điều kiện cực đoan. Hạn nhiệt độ không khí
thường xảy ra ở những vùng gió, nóng, nhiệt độ cao. Hạn không khí thường
tác động chủ yếu lên các bộ phận bên trên mặt đất như lá, hoa. Hạn do tác
động của môi trường dẫn đến hiện tượng mất nước trong cây ở các bộ phận
mô, tế bào khác nhau.
Hạn tác động lên cây trồng theo hai hướng chính làm tăng nhiệt độ cây
và gây mất nước trong cây. Nước 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. Hướng nghiên cứu tăng cường tính chịu hạn của cây
trồng là mục tiêu quan tâm. Mức độ thiếu hụt nước càng lớn thì càng ảnh
hưởng xấu đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây, nếu thiếu nước nhẹ
sẽ làm giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ là biến đổi hệ keo
nguyên sinh chất làm tăng cường quá trình già hóa tế bào khi bị khô kiệt
nước, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào, mô bị tổn thương và
chết. Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, hạn ảnh hưởng tới hai
quá trình sinh trưởng phát triển của cây đó là giai đoạn cây non và giai đoạn
ra hoa [1], [11]. Như vậy, ảnh hưởng cực đoan của nóng, của hạn bất cứ ở giai
đoạn sinh trưởng nào của cây trồng cũng ảnh hưởng đến các yếu tố cấu thành
năng suất làm giảm năng suất của cây trồng.
Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương
Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tương nói riêng là cây có nhu cầu

về nước cao hơn các loại cây khác và là cây chịu hạn kém. Đó chính là do
trong hạt và cây đậu tương có hàm lượng protein và lipid rất cao, để tổng
hợp 1 kg chất khô cần 500- 530 kg nước. Trong quá trình nảy mầm thì nhu
cầu về nước của đậu tương cũng khá cao 50%, trong khi ở ngô chỉ là 30%,
lúa là 26% [2].
Khi nghiên cứu về các đặc tính chịu hạn của cây đậu tương về phương
diện sinh lý và di truyền đã cho thấy, các 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 tương mang tính đa gen. Chúng thể hiện ở nhiều
khía cạnh khác nhau: như sự phát triển nhanh của bộ rễ, tính chín sớm tương
đối cũng như bản chất di truyền của từng giống có khả năng sử dụng nước tiết
kiệm trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Căn cứ vào đặc điểm
này, đậu tương được chia thành hai nhóm:
- Nhóm chịu được sự mất nước trong từng giai đoạn phát triển của cây.
- Nhóm chịu được sự thiếu nước trong tất cả giai đoạn phát triển của
cây. Ở
giai đoạn cây con khi gặp hạn, đậu tương có thể dễ vượt qua
hơn,
còn ở những giai đoạn sau như giai đoạn ra hoa, kết quả, hạt chín sữa mà gặp
hạn thì sẽ đẫn đến năng suất giảm đáng kể.
Nghiên cưu vê kha năng chiu han cua đâu tương la vân đê rât cân thiêt
nhăm chon tao cac giông đâu tương co năng suât cao , khả năng chịu hạn tốt
và cho đến nay đã có một số công trình tiêu biểu nghiên cứu về vấn đề này.
Đó là nghiên cứu đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu tương nhập
nội của Nguyễn Huy Hoàng (1992) [5], nghiên cứu phân lập, xác định trình tự
gen chaperonin tế bào chất từ giống đậu tương đột biến M103 [6], phân lập
gen dehydrin liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu tương của Trần
Thị Phương Liên và đtg (1999) [8], nâng cao tính chịu hạn của cây đậu tương
bằng phương pháp đột biến thực nghiệm của Chu Hoàng Mậu (2000) [10].
Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã có nhiều thành công khi

nghiên cứu về vai trò của bộ rễ trong việc nâng cao khả năng chịu hạn của
đậu tương. Lee và đtg (2003) đã nghiên cứu biểu hiện của gen Expansin
(EXP1) từ mRNA của cây đậu tương có kích thước 1089 bp [23]. Năm 2011
Lee và đtg đã nghiên cứu biểu hiện của gen liên quan đến việc kéo dài rễ của
cây đậu tương, gen liên quan đến việc kéo dài rễ là expansin (EXP). Expansin
là một họ protein xúc tác lâu dài trong việc mở rộng của thành tế bào và được
coi là một protein chủ yếu ảnh hưởng đến sự mở rộng của tế bào thực vật.
Mức độ biểu hiện của gen GmEXP1 rất cao trong thời gian nảy mầm từ 1 đến
5 ngày, giai đoạn kéo dài rễ diễn ra nhanh. Biểu hiện của GmEXP1 làm tăng
sự phát triển rễ của hạt cây thuốc lá chuyển gen và ít bị tác động từ bên ngoài.
Các kết quả này cho thấy gen GmEXP1 đóng một vai trò quan trọng trong
việc phát triển rễ của cây đậu tương, đặc biệt là trong quá trình kéo dài của rễ
chính và rễ thứ cấp [24].
Một số gen liên quan đến tính chịu hạn của đậu tương
Các gen chức năng
Các gen chức năng có liên qua n đên kha năng chiu han bao gôm : HSP,
chaperons, LEA, LTP, P5CS…
HSP (Heat Shock Protein) và môi giới phân tử (chaperons): HSP co
măt hâu hêt ơ cac loai thưc vât như : lúa
mì
, lúa
mạch
, ngô, đâu, hành, tỏi
chiêm khoang 1% protein tông sô trong la va co hâu hêt ơ cac loai thưc vât .
Sư xuât hiên cua HSP co chưc năng ngăn can hoăc sưa chưa sư pha huy do
stress nong va mơ rông gia tri ngương nhiêt đô vơi sư chông chiu nhiêt đô
cao. Trong
ca
c tê bao thưc vât HSP tê bao chât tâp trung thanh cac hat sôc
nhiêt (HSG - Heat Skock

Granules
). Ngươi ta cho răng cac HSG găn kêt trên
các RNA polymerase để ngăn cản sự phiên mã tổng hợp mRNA trong
quá
trình
bị stress nóng. Sau khi găp sôc nong cac hat nay phân tan va liên kêt day
đăc vơi cac ribôxôm hoat đông sinh tông hơp protein . HSP xuât hiên trong
các quá trình sinh trưởng bình thường , các giai đoạn biệt hóa mô và cả trong
thơi ky sinh trươ ng cua thưc vât . Ngoài ra chúng còn được tổng hợp thêm
trong điêu kiên cưc đoan cua môi trương [9].
Theo Trần Thị Phương Liên (1999), HSP có thể chia thành 6 nhóm dựa
trên khối lượng phân tử khác nhau: HSP110, HSP90, HSP70, HSP60, HSP20,
HSP8,5. Trong nhom HSP co rât nhiêu đai diên cua chât môi giơi phân tư
(MGPT) là
HSP
70, HSP60, nhưng cung co nhưng HSP không phai la
môi
giơi
phân tư như HSP 8,5 (Ubiquitin). Ubiquinin đươc xem la chât bao vê tê
bào, chúng tó hoạt
t
ính protease và thưc hiên chưc năng phân giai cac protein
không có hoạt tính enzym, ngăn chăn cac protein nay gây đôc cho tê bao .
Ubiquinin đong vai tro quan trong trong tư sưa chưa tê bao băng cach loai bo
các protein biến tính khi găp yêu tô cưc đoan.
Các MGPT là chìa khóa tham gia nội cân bằng tế bào trong các
điều
kiên
sinh trương cưc thuân va đôi lâp . MGPT la môt nhom gôm nhiêu loai
protein khac nhau . Phân lơn cac MGPT co hoat tinh ATP - ase. Chưc năng

chính của các MGPT là : (1) Giư ôn đinh chuôi polypeptid khi đang tông hơp
và tạo cấu tr úc không gian đúng cho chúng ; (2) Tạo lại cấu trúc không gian
của protein sau khi vận chuyển qua màng tế bào ; (3) Lăp rap cac ch uôi
polypeptide vào phức để tạo cấu trúc bậc 4; (4) MGPT đươc tăng cương nhơ
quá trình tổng hợp trong điều kiện cực đoan do nhu cầu cấp thiết của tế b ào,
nhât la sôc nhiêt [20].
Nghiên cứu của Trần Thị Phương Liên (1999) đã phân lập, xác định
trình tự gen Chaperonin tế bào chất CCTδ từ giống đậu tương đột biến M103
với kích thước 1602 bp mã hóa cho 533 amino acid. Trình tự gen này có sự
thay đổi amino acid ở vị trí 99 (ser- Thr), 280 (ser- Gly), và 380 (ser- Ala), sự
thay đổi này tuân theo quy luật tăng khả năng chịu nhiệt. Tác giả khẳng định
sự thay đổi này là căn cứ lý giải khả năng chịu nóng của giống đột biến M103.
Trần Thị Phương Liên và đtg (2003), đã phân lập được gen chaperonin
CCTδ từ giống đậu tương Cúc Vàng, gen này gồm 1602 nucleotide mã hóa
cho
533 amino acid. Hoàng Thị Thu Yến và đtg (2004) khi nghiên cứu đánh giá
trình tự nucleotide của dòng đậu tương đột biến ML61 đến việc tạo cấu trúc
không gian của chaperonin đã xem xét đến 3 vùng chức năng quan trọng của
chaperonin. Vùng hoạt tính ATPase và vùng gắn với ATP, đây là hai vùng bảo
thủ của gen.
LEA (Late embryogenesis abundant protein - protein tich luy vơi
sô
lƣợng
lớn để hình thành phôi)
LEA là loại protein được tổng hợp với số lượng lớn trong giai đoạn
cuối của quá trình hình thành phôi, nó là một trong những nhóm protein quan
trọng liên quan đến điều kiện mất nước của tế bào. Protein LEA giàu amino
acid ưa nước không chứa cystein và triptophan, có vùng xoắn α và có khả
năng chịu nhiệt [32]; chúng thay thế vị trí nước trong tế bào và thực hiện chức
năng khác nhau như: cô lập ion, bảo vệ protein màng tế bào, phân hủy protein

biến tính và điều chỉnh ASTT. Ngoài ra LEA không những điều chỉnh quá
trình mất nước sinh lí khi hạt chín, mà còn hạn chế sự mất nước bắt buộc do
các điều kiện ngoại cảnh bất lợi gây ra [16], [33].
Nhón gen mã hóa loại protein LEA còn đóng vai trò quan trọng trong sự
chịu khô hạn của hạt và liên quan đến khả năng chống hạn của cây. LEA đươc
chia thanh cac nhom sau : nhóm 2 - D19, nhóm 2 -D11 (còn gọi là
dehydrin
),
nhóm 3 - D7, nhóm 4 - D113, nhóm 5 - D29, nhóm 6 - 95 [9]. Khi hiện tượng
mất nước xảy ra, gen LEA phiên mã tổng hợp mRNA với số lượng lớn trong
hạt chín và bị phân giải hết trong quá trình nảy mầm. Mức độ phiên mã của
gen LEA được điều khiển bởi axit absisic (ABA) và độ mất nước của tế bào,
áp suất thẩm thấu trong tế bào [16], [8]. Jinn và đtg (1997) khi nghiên cứu về
Sinh học phân tử nhóm 1 (15- 18 kDa) đã nhận thấy, chúng tăng lên ở lượng
lớn trong mầm đậu tương dưới tác dụng của nhiệt độ được tìm thấy ở cấu trúc
dạng hạt trong nguyên sinh chất và trong nhân cùng với protein bị biến tính
[21]. Mức độ phiên mã của gen LEA được điều khiển bởi axit absisic (ABA).
Protein vân chuyên lipid (LTP - Lipid transfer proteins)
LTP liên quan đên sinh tông hơp cac biêu bi . Khi môi trương găp stress
hạn LTP được kích thích tăng tổng hợp ngoại biểu bì làm thực vật có thể giảm
mât nươc nhơ t ăng đô day lơp vo ngoai [22]. Ở Arabidopsis và ở đậu xan h,
gen LTP cung đa đươc phân lâp , đoc trinh tư va công bô t rên ngân hang gen
quôc tê [28], [29].
P5CS (Pyrroline -5 - Carboxylate Synthetase)
Khi gặp các điều kiện bất lợi từ môi trường, thực vật có khả năng sinh
ra các cơ chế thích nghi khác nhau để có thể tồn tại, sinh trưởng và phát triển.
Cơ chế thường gặp nhất khi cây gặp các điều kiện bất lợi về nước đó là tăng
khả năng duy trì sức căng của các mô, tế bào thông qua việc tăng cường tổng
hợp các chất như: Các loại đường tan, các loại amino acid… để tăng áp suất
thẩm thấu.

Proline là một trong những loại amino acid được quan tâm do ở nhiều
loài thực vật khac nhau hàm lượng Proline tăng lên rất cao khi các loại cây
này gặp các điều kiện bất lợi như hạn, mặn, lạnh, nóng, thiếu dinh dưỡng và
bị chiếu tia tử ngoại (Siripornadulsi và đtg, 2002). Mức độ tích lũy proline ở
các loài thực vật khác nhau là khác nhau và có thể cao hơn 100 lần so với cây
sống trong điều kiện bình thường. Chính vì vậy sự tích lũy proline được tin là
có vai trò rất quan trọng trong các cơ chế chống chịu với các điều kiện bất lợi
của các loại cây trồng. Proline được cho là phản ứng như một loại chất trao
đổi thích ứng và là chất để cây dự trữ carbon và nitơ (N) (Hare và Cress,
1997). Ở cây Arabidopsis quá trình sinh tổng hợp proline xảy ra ở tế bào chất
và được điều khiển bởi gen mã hóa enzym P5CS (Szekely và đtg, 2008).
Proline được xem là một chất thẩm thấu có tác dụng bảo vệ các cấu trúc
nội bào và các đại phân tử khi tế bào gặp các điều kiện bất lợi về ASTT.
Proline có vai trò như là một chất định hình phân tử trong việc bảo vệ các cấu
trúc protein và nâng cao hoạt tính của enzym M4 lactate dehydrogenase khi
có các tác động bất lợi về nhiệt độ xảy ra; bảo vệ enzyme nitrate redutase khi