so sánh trình tự gen dreb1 liên quan đến khả năng chịu hạn của một số giống đậu tương ở miền núi phía bắc việt nam

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


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC








PHẠM MINH DUY







SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN DREB1 LIÊN QUAN ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU
TƯƠNG Ở MIỀN NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM





LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2011



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

LỜI CAM ĐOAN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM MINH DUY



SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN DREB1 LIÊN QUAN ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU
TƯƠNG Ở MIỀN NÚI PHÍA BẮC VIỆT NAM



Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số: 60 42 80


LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC




Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VŨ THANH THANH






Thái Nguyên - 2011

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

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011
Tác giả


Phạm Minh Duy

















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

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh -
Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các kỹ thuật viên Bộ môn Sinh học
phân tử và Công nghệ gen - Viện Khoa học sự sống – Đại học Thái Nguyên.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên khuyến
khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.
Công trình được thực hiện với sự tài trợ kinh phí của dự án TRIG. Tôi
xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó
Tác giả luận văn



Phạm Minh Duy

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

NHỮ NG CHỮ VIẾ T TẮ T

ABA
Abscisic Acid (Axit abxisic)
DNA
Axit deoxyribonucleic (Deoxyribonucleic acid)
ASTT
Áp suất thm thấ u
bp
Base pair (Cặ p base)
CTAB
Cetyltrimethyl – amonium bromide
DREB
Dehydration- Responsive Element Binding
cs
Cộng sự
HSP
Heat shock protein (Protein số c nhiệ t)
LEA
Late embryogenesis abundant protein (Protein tí ch lũ y vớ i số
lượ ng lớ n ở giai đoạ n cuố i củ a quá trì nh hì nh thà nh phôi)
LTP
Lipid transfer protein (Protein vậ n chuyể n lipid)
MGPT

Môi giớ i phân tử (Molecular chaperone)
PCR
Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chui polymerase)
TAE
Tris Acetate EDTA
















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

DANH MỤ C CÁ C BẢNG

Bảng
Tên cá c bả ng trong luậ n văn
Trang
1.1
Diện tích và sản lượng đậu tương của một số quốc gia

trên thế giới
5
1.2
Năng suất đậu tương ở một số quốc gia trên thế giới
8
1.3
Mộ t số trì nh tự gen DREB1 đã đăng ký trên Ngân hà ng gen
(NCBI)
24
2.1
Tên và nguồn gốc các giống đậu tương nghiên cứu
25
2.2
Danh mụ c cá c thiế t bị sử dụ ng
27
2.3
Mồ i nhân gen DREB1
29
2.4
Thành phn phản ứng nhân gen DREB1
29
2.5
Thành phn phản ứng gắn gen vào vector
31
2.6
Thành phn phản ứng cắt plasmid tái t hợp
32
3.1
Ph hấp thụ DNA ở bước sóng 260nm và 280nm của
giống đậu tương VNS, CPB, CYS

35
3.2
Vị trí khác biệt về trình tự nucleotide của gen DREB1 ở CYS,
CPB và VNS
40
3.3
Vị trí sai khác trong trình tự amino acid của protein
DREB1 giữa hai nhóm chịu hạn khác nhau
42
3.4
So sá nh mứ c độ tương đồ ng trình tự nucleotide củ a gen
DREB1 ở giống đậu tương CYS, CPB và VNS vớ i
FR822736
43
3.5
Hệ số tương đồng về amino acid trong protein DREB1
của CPB, CYS, VNS, FJ965342, AY802779 và
FR822736
45







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

DANH MC CÁC HÌNH

Hnh
Tên cá c hì nh trong luậ n văn
Trang
1.1
Cơ chế phân tử quá trình tăng cường tính chịu hạn ở
thực vật
19
2.1
Hạt của 3 giố ng hạ t đậ u tương đị a phương nghiên
cứ u
25
2.2
Hình ảnh vector pTZ57R/T
26
3.1
Hình ảnh điện di DNA tng số 3 giố ng đậ u tương
VNS, CPB, CYS
34
3.2
Kết quả điệ n di sả n phẩ m PCR nhân gen DREB1 của
giố ng đậ u tương VNS, CPB, CYS.
36
3.3
Tế bào khả biế n E.coli chủng DH5α chứ a vector tá i
tổ hợ p mang gen DREB1 phân lập từ giống VNS
37
3.4
Kết quả điện di sản phm cắt plasmid tái t hợp
bằng BamHI và EcoRI
38

3.5
So sánh trình tự nucleotide của gen DREB1 ở ba giống
đậu tương địa phương CYS, CPB và VNS
39
3.6
So sánh trình tự amino acid trong protein DREB1 ở
ba giống đậu tương CYS, CPB và VNS.
41
3.7
Mối quan hệ di truyền của các giống đậu tương dựa
trên phân tích trình tự nucleotide của gen DREB1
44
3.8
Mối quan hệ di truyền của các giống đậu tương dựa
trên phân tích trình tự amino acid trong protein
DREB1

45





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

1
MỞ ĐẦU
1. ĐT VẤN ĐỀ
Cây đậu tƣơng Glycine max (L.) Merrill là loại cây họ Đậu có vị trí
quan trọng trong cơ cấu cây trồng nông nghiệp ở nƣớc ta. Hạt đậu tƣơng có

hàm lƣợng protein cao từ 30% - 56%, 19% - 25% lipid và 20% glucid. Trong
protein của thực vật, protein của đậu tƣơng có phẩm chất tốt, dễ tan và chứa
hầu hết các loại amino acid, đặc biệt là các loại amino acid không thay thế.
Lipid của đậu tƣơng chứa tỷ lệ lớn các axit béo chƣa no, có hệ số đồng hoá
lớn (98%), chỉ số iốt cao (120 – 137) có tác dụng phòng chống bệnh bƣớu cổ
cho ngƣời. Sử dụng protein và lipid đậu tƣơng còn có tác dụng phòng chữa
bệnh đái tháo đƣờng, béo phì, huyết áp cao, chảy máu não…Rễ đậu tƣơng có
nốt sần chứa vi khuẩn cố định đạm.
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. Cả nƣớc đã hình thành 6 vùng sản xuất đậu tƣơng: Vùng Nam Bộ, miền
núi Bắc Bộ, Đồng bằng sông Hồng, Đồng bằng sông Cửu Long, Đồng bằng
ven biển miền Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên, sản lƣợng đậu tƣơng của
nƣớc ta vẫn thấp phải nhập khẩu từ các nƣớc để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và
làm thức ăn cho gia súc [5]. Cây đậu tƣơng thuộc nhóm cây chịu hạn kém,
bên cạnh những yếu tố nhƣ kỹ thuật canh tác, ảnh hƣởng của sâu bệnh thì yếu
tố hạn hán hay không chủ động đƣợc nguồn nƣớc trong quá trình canh tác cây
đậu tƣơng là một trong những nguyên nhân chính làm cho năng suất và sản
lƣợng đậu tƣơng của nƣớc ta còn thấp. Nghiên cứu tăng cƣờng khả năng chịu
hạn của cây đậu tƣơng bằng các biện pháp công nghệ sinh học đang đƣợc
quan tâm là yêu cầu từ thực tiễn sản xuất đậu tƣơng ở nƣớc ta [11]. Một trong
các nguyên nhân cơ bản làm hạn chế phát triển cây đậu tƣơng ở nƣớc ta là các
giống địa phƣơng đã bị thoái hoá do kỹ thuật canh tác hoặc do tác động xấu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
của những biến đổi của môi trƣờng. Do vậy, vấn đề cải tạo các giống đậu
tƣơng có nguồn gốc địa phƣơng hoặc đã trồng lâu năm ở địa phƣơng, tạo
giống mới thích nghi với điều kiện sinh thái của vùng, bảo tồn và phát triển
nguồn gen là một yêu cầu thực tiễn đặt ra cho ngành chọn giống đậu tƣơng

[11].
Cây đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill) đang trở thành một trong
những cây trồng quan trọng không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều quốc gia
trên thế giới. Hạt đậu tƣơng có thể đƣợc dùng làm nguồn thức ăn giàu đạm
cho con ngƣời và là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công
nghiệp. Đậu tƣơng là loại cây trồng ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao khi sử
dụng làm thƣơng phẩm và có thể đƣợc sử dụng cho mục đích cải tạo đất, bên
cạnh đó đậu tƣơng rất dễ canh tác và thích nghi với nhiều vùng sinh thái.
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 trên diện tích là 146,2 nghìn ha ở 28 tỉnh thành trải đều từ Bắc
vào Nam, tập trung chủ yếu là ở miền Bắc với sản lƣợng là 213,6 nghìn tấn
[64]. Trong khu vực ASEAN, năng suất đậu tƣơng năm 2009 của Việt Nam
đứng thứ 3 trong số 6 nƣớc trồng cây đậu tƣơng là Campuchia, Lào,
Myanmar, Philipines, Thái Lan và Việt Nam. Khi so sánh số liệu này với
năng suất của các trung tâm sản xuất đậu tƣơng của thế giới là Argentina,
Brazil và Hoa Kỳ thì khá thấp [65]. Do không đáp ứng đủ nhu cầu trong nƣớc
nên chúng ta vẫn phải nhập khẩu đậu tƣơng với số lƣợng lớn từ các quốc gia
bên ngoài.
Khô hạn là yếu tố chính làm giảm năng suất đậu tƣơng. Hiện nay ngƣời
ta đang tập trung vào đối tƣợng khô hạn và mặn, hai dạng gây stress phi sinh
học quan trọng đến sản xuất đậu tƣơng và đặt ra mục tiêu hƣớng tới cải tiến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
giống đậu tƣơng trên toàn cầu. Khô hạn có thể làm giảm 70% năng suất cây
trồng nói chung [16]. Bở i vậ y, việ c nghiên cƣ́ u gen liên quan đế n khả năng
chịu hạn của cây đậ u tƣơng góp phần tạo cây đậu tƣơng chịu hạn tốt là yêu
cầ u cấ p thiế t. Protein DREB là nhân tố phiên mã kích hoạt một số gen liên

quan đến tính chịu hạn của thực vật nói chung và của cây đậu tƣơng nói
riêng. Nghiên cƣ́ u xác định trình tự gen DREB1 đã đƣợ c công bố bở i Chen
và cs (2004) [20]. Năm 2010, Nguyễn Thị Minh Hồng và cs đã phân lập
gen DREB1 của giống đậu tƣơng Xanh lơ Ba Bể [29].
Để xác định chỉ thị phân tử liên quan đến khả năng chịu hạn dựa trên
trình tự gen DREB1, chúng tôi tiến hành đề tài “So sánh trình tự gen
DREB1 liên quan đến khả năng chịu hạn của một số giống đậu tƣơng ở
miền núi phía Bắc Việt Nam”.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
So sánh trình tự nucleotide của gen DREB1 ở một số giống đậu tƣơng
có khả năng chịu hạn khác nhau nhằm xác định chỉ thị phân tử liên quan đến
khả năng chịu hạn.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Tách DNA tổng số của 3 giống đậu tƣơng Vàng Ngân Sơn (Ngân Sơn -
Bắc Kạn), Cúc Lông Phú Bình (Phú Bình – Thái Nguyên), Cúc Vàng
Yên Sơn (Yên Sơn – Tuyên Quang).
2. Tách dòng gen DREB1 của 3 giống đậu tƣơng Vàng Ngân Sơn, Cúc
Lông Phú Bình, Cúc Vàng Yên Sơn.
3. Xác định trình tự gen DREB1 bằng máy xác định trình tự nucleotide tự
động.
4. So sánh trình tự gen DREB1 ở 3 giống đậu tƣơng trên với nhau và so
sánh với một số trình tự gen trên Ngân hàng gen quốc tế NCBI.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. SƠ LƢỢC VỀ CÂY ĐẬU TƢƠNG
Đậu tƣơng có tên khoa học là (Glycine max (L.) Merrill), là loại cây
trồ ng thuộ c họ đậ u (Fabaceae), họ phụ cánh bƣớm (Papilionoidea) có nguồn

gố c tƣ̀ Trung Qu ốc, là loại cây trồng hàng năm , không thấ y xuấ t hiệ n ở loà i
hoang dạ i. Các giống đậu địa phƣơng của nƣớc ta hiện nay đƣợc du nhập từ
Trung Quố c đã tƣ̀ lâu đờ i. Cây đậ u tƣơng ở cá c tỉ nh phía Nam và Tây Nguyên
gọi là đậu nành, ở miền Bắc gọi là đậu tƣơng [2], [7].
Cây đậ u tƣơng là cây thân thả o , ít phân cành dạng bụi , lá đậu tƣơng là
lá kép với 3 lá chét, nhƣng đôi khi cũ ng có 4 – 5 lá chét. Hoa mà u trắ ng hay
tím, quả thng hay quả cong đều có nhiề u lông. V của hạt đậu tƣơng có màu
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 trọ ng để lƣ̣ a chọ n cây trồ ng luân canh xen vụ . Mộ t đặ c điể m nổ i bậ t
là ở rễ cây đậu tƣơng thƣờng có nố t sầ n chƣ́ a vi khuẩ n có khả năng cố đị nh
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 cứu cho thấy những giống có khả năng cộng sinh và có đủ nốt
sầ n thƣờ ng là m cho lƣợ ng pr otein cao. Đậu tƣơng là cây tƣơng đối mẫn cảm
vớ i 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 [10].



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

5
Bảng 1.1. Diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng của một số quốc gia trên thế giới
(Đơn vị: Diện tích (S): Triệu ha, sản lƣợng (SL): Triệu tấn)
Quốc gia
Diện tích (S) và sản lƣợng (SL)
Năm 2006
Năm 2007

Năm 2008
Năm 2009
S
SL
S
SL
S
SL
S
SL
Argentina
15,13
40,54
15,98
47,48
16,39
46,24
16,77
30,99
Brazil
22,05
52,46
20,57
57,86
21,06
59,24
21,76
56,96
Trung Quốc
9,30

15,50
8,75
12,73
9,13
15,55
8,80
14,50
Ấn Độ
8,33
8,86
8,88
10,97
9,52
9,91
9,60
10,22
Indonesia
0,58
0,75
0,46
0,59
0,59
0,78
0,72
0,97
Thái Lan
0,14
0,21
0,13
0,20

0,12
0,19
0,11
0,19
Hoa Kỳ
30,91
87,00
25,96
72,86
30,22
80,75
30,91
91,42
Việt Nam
0,19
0,26
0,19
0,28
0,19
0,27
0,15
0,21
(FAO STAT, 2009) [64]
Trên thế giới, 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 ở nhiều quốc
gia với vị trí 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 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). Năm 2009, Hoa Kỳ là quốc gia quốc gia có diện tích gieo trồng cây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
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 còn Việt Nam có diện tích
gieo trồng đậu tƣơng nh nhất (0,15 triệu ha). Mặc dù diện tích gieo trồng cây
đậu tƣơng tăng lên đáng kể trong các năm trở lại đây tuy nhiên 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, 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, còn Việt Nam vẫn là nƣớc có sản lƣợng thấp
(0,21 triệu tấn).
Ở Việt Nam, trƣớc cách mạng tháng tám năm 1945 diện tích gieo trồng
đậu tƣơng khoảng 32 ha, năng suất 4,1 tạ/ha. Hiện nay, cây đậu tƣơng đƣợc
trồng trên cả 7 vùng nông nghiệp, năm 1997 diện tích gieo trồng ở miền núi
phía Bắc là 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%) [10]. Hiện
nay, ở Việt Nam cây đậu tƣơng chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền
nông nghiệp, đặc biệt ở những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chƣa phát triển.
Tuy nhiên, sản xuất đậu tƣơng ở nƣớc ta chƣa đƣợc đầu tƣ cao, năng suất còn
thấp, do vậy cần nghiên cứu cải tiến các đặc điểm nông sinh học của đậu
tƣơng ở các giống địa phƣơng tạo giống mới có năng suất cao và thích nghi
với nhiều vùng sinh thái.
Trong bốn năm trở lại đây năng suất cao nhất năm 2007 là 24,3 tạ/ha và
thấp nhất là năm 2009 là 22,4 tạ/ha. Chỉ có Hoa Kỳ vẫn duy trì đƣợc năng

suất cây đậu tƣơng, Argentina là nƣớc có năng suất cây đậu tƣơng giảm mạnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
nhất vào năm 2009 chỉ còn là 18,48 tạ/ha so với các năm trƣớc trung bình đạt
khoảng 27 tạ/ha. (bảng 1.2)
Bảng 1.2. 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
Thái Lan
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
Có nhiều nguyên nhân làm cho năng suất và sản lƣợng cây đậu tƣơng
không ổn định là do dịch bệnh, kỹ thuật canh tác, nhƣng chủ yếu là do biến
đổi khí hậu và hạn hán là yếu tố ảnh hƣởng không nh đến sản xuất đậu tƣơng
trên thế giới. Sự suy giảm năng suất và sản lƣợng tại hai quốc gia hàng đầu về
sản xuất đậu tƣơng là Brazil và Argentina đã ảnh hƣởng đến sản lƣợng đậu
tƣơng của toàn thế giới.
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 trì nh 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
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 cứu và đánh giá tập đoàn
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 trồng trọt
và sinh thái của nhiều quốc 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 đí ch : thƣ́ nhấ t là nhậ p nộ i giố ng sau đó chọ n
lọc, thƣ̉ nghiệ m vớ i điề u kiệ n của các vùng sinh thái khác nhau ; thƣ́ hai là
khảo nghiệm các giống ở các vùng sinh thái khác nhau để tìm ra khả năng
thích ứng cho các vùng sinh thái đó ; thƣ́ ba là tạ o tí nh trạ ng mớ i bằ ng lai hƣ̃ u
tính và dùng các tác nhân vậ t 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 giớ i và cá c nƣớ c trồ ng đậ u tƣơng đạ t năng suấ t và sả n lƣợ ng cao . Để đạ t
đƣợ c những mục tiêu trên , trong khi tì nh hì nh 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 trì nh nghiên cƣ́ u về khả năng chị u hạ n và cá c gen liên
quan đế n tính chịu hạn của cây đậu tƣơng còn hạn chế . Vớ i mụ c tiêu nghiên
cƣ́ u cơ sở phân tƣ̉ củ a tí nh chịu hạ n , các nhân tố phiên mã liên quan đế n điề u
khiể n tí nh chịu hạ n nhƣ : DREB, AREB, NAC, bZIP, ZFHD…cũ ng đã đƣợ c

thảo luận trên các tạ p chí chuyên ngà nh [23], [37].
1.2. ĐC TÍNH CHỊU HẠN VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHỊU HẠN CỦA
CÂY ĐẬU TƢƠNG
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
1.2.1. Hạn và ảnh hƣởng của hạn đối với cây trồng
Hạn là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nƣớc của thực vật do môi
trƣờng gây nên làm ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của thực vật.
Hạn cũng có thể đƣợc định nghĩa là sự thiếu lƣợng nƣớc do mƣa hoặc tƣới
nƣớc trong một thời gian dài tạo ra sự cạn kiệt độ ẩm trong đất và gây nên tổn
thƣơng cho thực vật. Khả năng thực vật có thể giảm thiểu mức độ tổn thƣơng
do thiếu hụt nƣớc gây ra gọi là tính chịu hạn. Những cây trồng có khả năng
duy trì sự phát triển trong điều kiện khô hạn gọi là cây chịu hạn.
Mỗi cây trồng có một giới hạn nhất định đối với các nhân tố sinh thái
của môi trƣờng nhƣ hạn, nóng, lạnh,…Nếu ở ngoài giới hạn đó có thể gây hại
cho sự sinh trƣởng và phát triển của cây, giảm năng suất sinh học. Đã có rất
nhiều công trình nghiên cứu về khả năng chịu hạn ở cây đậu tƣơng [1], [7].
Khô hạn có thể phân biệt thành hai trƣờng hợp:
+ Hiện tƣợng 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.
+ Hạn do tác động của môi trƣờng chịu sự tác động của bên ngoà i 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
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], [6].
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.
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 làm 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 [1], [8].
Nhƣ vậy, ảnh hƣởng 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.
1.2.2. Đặc tính chịu hạn của 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 có hàm

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

11
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% [10].
Khi nghiên cứu về đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng về phƣơng diện
sinh l 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 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,
bản chất di truyền của từng giống.
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.
Ở giai đoạn cây con khi gặp hạn 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 mạnh.
Những năm gần đây các nhà khoa học có nhiều thành công trong
nghiên cứu về đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng.
Vai trò của bộ rễ trong việc nâng cao khả năng chịu hạn của đậu tƣơng
đã đƣợc các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Gen Expansin (EXP) là một
họ protein xúc tác việc mở rộng của thành tế bào đã đƣợc nghiên cứu. Ở đậu
tƣơng, GmEXP1 đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển rễ của cây,
đặc biệt là trong quá trình kéo dài của rễ chính và rễ thứ cấp. Năm 2011, Lee
và cs đã phân lập gen EXP1 với kích thƣớc 1089 bp [35].
Maitra và Cushman (1994) đã phân lập đƣợc cDNA của dehydrin từ lá
đậu tƣơng khi bị 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 [44].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
1.3. GEN LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở ĐẬU TƢƠNG
1.3.1. Các gen chức năng
Các gen chức năng có liên quan đến khả năng chịu hạn bao gồm: HSP,
chaperons, LEA, LTP…
* HSP (Heat Shock Protein) và môi giới 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, ti chiế m
khoảng 1% protein tổ ng số trong lá và có hầ u hế t ở cá c loà i thƣ̣ c vậ t . 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 vớ i sƣ̣ chố ng chị u nhiệ t 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
stress nó ng. Sau khi gặ p số c nó ng cá c hạ t nà y phân tá n và liên kế t dà y đặ c vớ i
các riboxome hoạt động sinh tổng hợp protein . HSP xuấ t hiệ n trong cá c quá
trình sinh trƣởng bình thƣờng , các giai đoạ n biệ t hó a mô và cả trong thờ i kỳ
sinh trƣở ng củ a thƣ̣ c vậ t . Ngoài ra chúng còn đƣợc tổng hợp thêm trong điều
kiệ n cƣ̣ c đoan củ a môi trƣờ ng [7], [13].
Hạt đậu tƣơng đang chín ở điều kiện bình thƣờng và dƣới áp suất thẩm
thấu cao có thể HSP tăng dần lên trong quá trình hình thành hạt và giảm đi
khi hạt nảy mầm. Trong quá trình chín của hạt, HSP đƣợc nghiên cứu đồng
thời với sự gia tăng hydratcacbon dễ tan, kết quả cho thấy HSP hỗ trợ bảo vệ
tế bào khi bị mất nƣớc vào thời điểm oligosaccarit chƣa đƣợc tổng hợp đủ.
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 [53], [54]. Trong
nhóm HSP có 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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
HSP8,5 (Ubiquitin). Ubiquinin đƣợ c xem là chấ t bả o vệ tế bà o , chúng tó hoạt
tính protease, thƣ̣ c hiệ n chƣ́ c năng phân giả i cá c protein bị biế n tính không có
cấ u trú c đú ng, ngăn chặ n cá c protein nà y gây độ c cho tế bà o . Ubiquinin đó ng
vai trò 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 gặp yếu tố cực đoan.
Các MGPT là chìa khóa tham gia nội câ n bằ ng tế bà o trong cá c điề u
kiệ n sinh trƣở ng cƣ̣ c thuậ n và đố i lậ p . MGPT là mộ t nhó m gồ m nhiề u loạ i
protein khá c nhau . Phầ n lớ n cá c MGPT có hoạ t tí nh ATP - ase. Chƣ́ c năng
chính của các MGPT là:
- Giƣ̃ ổ n đị nh chuỗ i polype ptid khi đang tổ ng hợ p và tạ o cấ u trú c
không gian đú ng cho chú ng.
- Tạo lại cấu trúc không gian của protein sau khi vận chuyển qua màng tế bào.
- Lắ p rá p cá c chuỗ i polypeptid và o phƣ́ c để tạ o cấ u trú c bậ c 4.
- MGPT đƣợ c tăng cƣờ ng nhờ quá trì nh tổ ng hợ p trong điề u kiệ n cƣ̣ c
đoan do nhu cầ u cấ p thiế t củ a tế bà o, nhấ t là số c nhiệ t [25].
Công trì nh nghiên cƣ́ u đầ u tiên về MGPT ở thƣ̣ c vậ t có liên quan đế n
enzym riboluasebisphosphas 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 chí nh củ a phƣ́ c chấ t nà y (Rubisco biding protein -
RBP). RBP chí nh là MGPT [7], [25].
Năm 2008, nhóm tác giả Yang và cs đã phân lập gen HSP60 ở đậu
tƣơng và đăng k trên ngân hàng gen NCBI với mã số EU036414, kích thƣớc
là 498 bp [62].
Năm 2011, Lei và cs đã phân lập gen GmHSP70, kích thƣớc 1683 bp
[34].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Năm 2010, Wang và cs đã nghiên cứu phân lập gen HSP90 và đã đăng
ký trên ngân hàng gen NCBI với mã số FJ969431 và kích thƣớc là 2100 bp
[60].
MGPT ở thƣ̣ c vậ t tham gia cấ u trú c không gian đú ng cho nhƣ̃ ng phân
tƣ̉ protein mớ i đƣợ c tổ ng hợ p , chuyể n protein qua mà ng , duy trì cấ u trú c đặ c
hiệ u củ a protein , ngăn chặ n sƣ̣ hủ y hoạ i củ a protein chƣa tạ o cấ u trú c đú ng ,
khở i đầ u sƣ̣ phân giả i protein bị biế n tí nh.
MGPT có thể chia thà nh mộ t số nhó m nhƣ sau:
- HSP70 là nhóm MGPT có hoạt tính ATP – ase và có tí nh 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
lƣợ ng 60 kDa và cũ ng có hoạ t tí nh ATP – ase.
- Hệ CCT là chaperronin 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 tro ng khung tế bà o actin và tubu lin trong tế bà o
chấ t, đó ng vai trò quan trọ ng trong quá trì nh hình thà nh thoi vô sắ c củ a giai
đoạ n phân bà o, đặ c biệ t là thờ i kỳ phá t triể n mầ m thà nh hạ t [6].
Các nhóm HSP100, HSP90 đều có tính bảo thủ cao và có hoạ t tí nh ATP –
ase. Mộ t số tìm thấ y trong tế bà o bì nh thƣờ ng, nhƣng phầ n lớ n chú ng sinh ra khi
gặ p cá c điề u kiệ n ngoại cảnh bất lợi nhƣ hạn, nóng, lạnh. Chƣ́ c năng chí nh củ a chú ng
là ngăn chặn sự co cụm của protein và tá i hoạ t hó a cá c protein biế n tính [7], [25].
* LEA (Late embryogenesis abundant protein – protein tích lũ y vớ i số
lƣợ ng lớ n để hình thà nh phôi)
LEA là protein đặ c biệ t có vai trò bả o vệ thƣ̣ c vậ t bậ c cao khi môi
trƣờng xảy ra stress, đặ c biệ t là hạ n. Khi gặ p điề u kiệ n ngoạ i cả nh bấ t lợ i nhƣ
hạn, muố i cao , nóng, lạnh dẫn đến tế bào bị mất nƣớc . LEA là mộ t trong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
nhƣ̃ ng nhó m gen liên quan tớ i sƣ̣ mấ t nƣớ c củ a thƣ̣ c vậ t . Protein LEA hạ n chế
sƣ̣ mấ t nƣớ c do điề u kiệ n ngoạ i cả nh bấ t lợ i và nó cũ ng đó ng vai trò quan
trọng trong điều chỉnh quá trình mất nƣớc sinh l khi hạt 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 áp suất thẩm thấu trong tế bào . Cho đế n nay đã có nhiề u gen LEA đã đƣợ c
nghiên cƣ́ u , phân lậ p, xác định chức năng , mộ t đặ c điể m nổ i bậ t củ a nhó m
protein nà y là : giàu amino acid ƣa nƣớc , không chƣ́ a cystein và trytophan , có
vùng xoắn và năng chịu nhiệt [21]. 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 mà ng tế bà o, phân hủ y protein biế n tí nh và điề u chỉ nh ASTT . Năm
2010, Stolf-Moreira và cs đã nghiên cứu và phân lập gen LEA ở đậu tƣơng
với kích thƣớc là 2134 bp [53].
LEA đƣợ c chia thà nh cá c nhó m sau : nhóm 2 – D19, nhóm 2 –D11
(còn gọi là dehydrin ) [21], nhóm 3 – D7, nhóm 4 – D113, nhóm 5 – D29,
nhóm 6 –D95 [7]. 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 h òa
tan củ a hạ t [3], [21]. Ngày nay , ngƣờ i ta phân lậ p đƣợ c 30 gen khá c nhau
thuộ c thà nh viên củ a cá c nhó m gen dehydrin ở nhƣ̃ ng cây trồ ng khá c nhau
[21]. Gen mã hó a protein dehydrin ở đậ u tƣơng đã đƣợ c nghiên cƣ́ u tạ i mộ t số
phòng thí nghiệm trên thế giới , cho đế n nay đã có mộ t số trì nh tƣ̣ gen
dehydrin đậ u tƣơng và mộ t số thƣ̣ c vậ t khá c đã đƣợ c công bố trì nh tƣ̣ trên
Ngân hà ng trình tƣ̣ gen quố c tế [28]. Maitra và cs (1994) đã phân lậ p đƣợ c
cDNA củ a de hydrin tƣ̀ lá đậ u tƣơng khi bị mấ t nƣớ c , ngoài ra tác giả còn
phân lậ p đƣợ c cDNA củ a LEA nhó m D -95 tƣ̀ lá và rễ cây đậ u tƣơng khi bị
hạn hán [44]. Nghiên cƣ́ u củ a Porcel và cs (2005), đã chỉ ra rằ ng, gen mã hó a
protein dehydrin (LEA D - 11) có vai trò với khả năng chống chịu của đậu
tƣơng. Nghiên cứu này cũng chứng minh có sự cộng sinh của nấm
(Arbuscular Mycorrhizal – AM) có thể làm thay đổi mô hình cấu trúc của

protein LED D-11 và có thể làm thay đổi mức độ chịu hạn của đậu tƣơng,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
thay đổi khả năng giữ nƣớc của lá [47]. Porcel và cs cho rằng hoạt động của
gen mã hóa protein LEA có thể bị ảnh hƣởng bởi nấm cộng sinh AM và đã
chứng minh tác động của vi khuẩn đến sự tổng hợp hay phân giải proline ở
cây đậu tƣơng [47].
Năm 2005, Porcel và cs đã phân lập gen LEA D- 11 và đã đăng k trên
ngân hàng gen NCBI, mã số AJ704824, kích thƣớc 641 bp [48].
Dehydrin (D11, protein LEA nhóm 2) là những protein hòa tan, chịu
nhiệt thƣờng gặp nhất, chứa tỷ lệ amino acid tích điện và phân cực có tỷ lệ
nh không phân cực và kỵ nƣớc. Sự chênh lệch thành phần amino acid phân
cực / tích điện giải thích cho tính tan tốt ở nhiệt độ cao của nó và các dehydrin
khác. Dehydrin sinh ra khi tế bào bị mất nƣớc và đã đƣợc khng định liên
quan đến khả năng chịu nóng, chịu hạn, chịu muối, sự phát triển phôi và cảm
ứng do ABA ở thực vật. Trong phôi trƣởng thành của các cây ngũ cốc dƣới
điều kiện khô hạn, lƣợng dehydrin đặc trƣng chiếm ở mức cao hơn. Điều này
khng định vai trò sinh hóa quan trọng của dehydrin trong việc chống chịu sự
mất nƣớc của tế bào [3]. Các dehydrin ban đầu đƣợc xác định nhƣ là họ
protein D11 của các protein LEA trong sự phát triển của phôi mầm cây bông.
Các khảo sát miễn dịch học cũng tìm thấy các protein có liên quan đến
dehydrin trong tảo, nấm men và vi khuẩn quang hợp [21]. Các protein nhóm 2
tạo ra một tập hợp nh hơn các protein giầu bảo quản glycin, protein hút nƣớc
(hydrophilic) có thể thích nghi với sự tăng thẩm thấu. Các dehydrin thƣờng
đƣợc tạo ra trong các mô hạt hay rau trƣởng thành dƣới tác động bất lợi nhƣ
mặn, khô hạn, lạnh hay băng giá hoặc tác động của ABA nhân tạo. Nghiên
cứu đã công bố về quan hệ tƣơng quan giữa sự tích tụ phiên mã hay protein
LEA nhóm 2 và khả năng chịu lạnh băng giá khô hạn và mặn. Thêm vào đó
các dehydrin thể hiện quan hệ với một vài locus tính trạng số lƣợng có liên

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

17
quan đến các tính trạng thích nghi, nhƣ khả năng chịu các điều kiện khắc
nhiệt của mùa đông hay duy trì năng suất ở điều kiện khô hạn [11].
Năm 2003, Trần Thị Phƣơng Liên và cs đã phân lập gen Dehydrin ở
đậu tƣơng và đã đăng k trên ngân hàng gen NCBI với mã số là AJ583799,
kích thƣớc là 681 bp [51].
* P5CS (Pyrroline -5-carboxylate synthetase – Enzym có vai trò
trong quá trình tổng hợp proline)
P5CS là một enzyme hai chức năng và cấu trúc của nó bao gồm hai
domain xúc tác của hai enzyme là glutamyl kinase và glutamic seminaldehyde
synthase. Enzyme này xúc tác cho hai phản ứng đầu tiên của quá trình sinh
tổng hợp proline và giữ vai trò trung tâm trong quá trình điều hòa sự sinh tổng
hợp proline thực vật [4], [12]. Các nghiên cứu sử dụng enzyme này nhằm mục
đích điều khiển hàm lƣợng proline để thích ứng và tăng cƣờng khả năng
chống chịu của cây đối với các bất lợi về áp suất thẩm thấu và oxy hóa của
môi trƣờng đã đƣợc thực hiện ở nhiều loài cây khác nhau. Ở thực vật bậc cao,
chu trình sinh tổng hợp proline từ glutamate chỉ đƣợc xác định sau khi các
nhà khoa học thành công trong việc phân lập đƣợc đoạn cDNA của gen mã
hóa cho enzyme pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) [4].
Năm 2005, Porcel và cs đã nghiên cứu phân lập gen P5CS ở đậu tƣơng
và đã đăng k trên ngân hàng gen NCBI, mã số là AJ715851, kích thƣớc là
831 bp [49]. Ở Việt Nam, gen P5CS đƣợc Nguyễn Thị Thuý Hƣờng và cs
phân lập năm 2009 với kích thƣớc 2148 bp từ mRNA [30].
Ở thực vật, proline không chỉ đƣợc tổng hợp từ glutamate mà còn từ
ornithine. Trong quá trình sinh tổng hợp này gốc amin của ornithine có thể
đƣợc chuyển thành glutamic semialdehyde bởi sự xúc tác của enzyme
ornithine aminotransferase hoặc thành keto-aminovalerate bởi sự xúc tác của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
enzyme ornithine aminotransferase. Những phân tích về sự biểu hiện của
enzyme ornithine aminotransferase ở cây đậu cho thấy gen mã hóa cho
enzyme này biểu hiện rất yếu trong điều kiện bình thƣờng và điều kiện bất lợi,
nhƣng trong điều kiện thừa nitơ thì gen này biểu hiện rất mạnh [14]. Chính vì
l do này mà quá trình sinh tổng hợp proline từ ornithine đƣợc cho là xảy ra
trong các điều kiện thừa nitơ. Mặc dù vậy trong một vài trƣờng hợp đặc biệt
nhƣ ở cây c ngọt và lá non của cây Arabidopsis hàm lƣợng mRNA của gen
ornithine aminotransferase tăng lên rất mạnh ở các điều kiện bất lợi về áp suất
thẩm thấu, vì vậy sự tích lũy proline theo chu trình này cũng đƣợc coi là có
vai trò đối với tính chống chịu của cây khi gặp các diều kiện bất lợi về áp suất
thẩm thấu [11].
* Các protein vận chuyn lipid (LTP – Lipid transfer proteins)
LTP liên quan đế n sinh tổ ng hợ p cá c biể u bì . Khi môi trƣờ ng gặ p stress
hạn LTP đƣợc kích thích tăng tổng hợp ngoại biểu bì làm thƣ̣ c vậ t có thể giả m
mấ t nƣớ c nhờ tăng độ dà y lớ p vỏ ngoà i [31]. Gen LTP đã đƣợc phân lập ở
một số cây trồng nhƣ đậu xanh, lúa, Arabidopsis [39], [40], [46].
1.3.2. Các gen điều khin phiên m
Các gen điều khiển phiên mã có khả năn g hoạ t hó a hoặ c ƣ́ c chế biể u
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 trì n h 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 trì nh sinh họ c trong cơ thể số ng . Ngày nay, có nhiều
phƣơng phá p nghiên cƣ́ u nhân tố phiên mã: Tách dòng gen, tinh sạch protein;
Nghiên cƣ́ u chƣ́ c năng gen; Nghiên cƣ́ u tƣơng tá c giƣ̃ a DNA và nhân tố phiên mã.