Nghiên cứu trình tự gen GmEXP1 liên quan đến khả năng kéo dài rễ của cây đậu tương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM




NGUYỄN THANH PHƯƠNG




NGHIÊN CỨU TRÌNH TỰ GEN GmEXP1 LIÊN QUAN
ĐẾN KHẢ NĂNG KÉO DÀI RỄ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG

Glycine max (L.) Merrill








LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2013





ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM




NGUYỄN THANH PHƯƠNG




NGHIÊN CỨU TRÌNH TỰ GEN GmEXP1 LIÊN QUAN
ĐẾN KHẢ NĂNG KÉO DÀI RỄ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG

Glycine max (L.) Merrill



Chuyên ngành: Di truyền học

Mã số: 60.42.01.21


LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC


Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Chu Hoàng Mậu





Thái Nguyên - 2013

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

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa có ai công bố
trong một công trình nào khác. Mọi trích dẫn đều ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn



Nguyễn Thanh Phương

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

ii


LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Chu
Hoàng Mậu đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể cán bộ phòng Công nghệ tế bào
thực vật, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về công nghệ gen thuộc Viện
Công nghệ sinh học - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam và
NCS.Lò Thanh Sơn, giảng viên Trường Đại học Tây Bắc đã nhiệt tình giúp
đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện thí nghiệm của đề tài.
Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy cô thuộc Bộ môn Di truyền và
Sinh học hiện đại, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh-KTNN, Trường Đại học Sư
phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi trong học tập, nghiên
cứu và tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè cùng toàn
thể gia đình đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập.

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 4 năm 2013
Tác giả

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

iii

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các chữ viết tắt iv
Danh mục các bảng v
Danh mục các hình vi
MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG (Glycine max (L.) Merrill) 3

1.1.1. Vị trí, nguồn gốc, phân loại 3

1.1.2. Đặc điểm sinh học và giá trị kinh tế của cây đậu tương 4

1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam 7
1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY ĐẬU TƯƠNG 11

1.3. GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU HẠN VÀ GEN GmEXP1 CỦA
CÂY ĐẬU TƯƠNG 14

1.3.1. Gen liên quan đến tính chịu hạn của đậu tương 14

1.3.2. Gen GmEXP1 liên quan đến sự kéo dài rễ của cây đậu tương 19

Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 24

2.1.1. Vật liệu 24

2.1.2. Hoá chất và thiết bị 25

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.2.1. Các phương pháp sinh học phân tử 26

2.2.2. Phương pháp xác định và phân tích trình tự nucleotid của gen 33

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1. KẾT QUẢ NHÂN BẢN ĐOẠN MÃ HÓA CỦA GEN GmEXP1 TỪ HỆ
GEN CỦA HAI GIỐNG ĐẬU TƯƠNG SL3 VÀ DT84 34

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

iv

3.2. TÁCH DÒNG VÀ SO SÁNH XÁC ĐỊNH TRÌNH TỰ ĐOẠN MÃ HÓA
CỦA GEN GmEXP1 CỦA HAI GIỐNG ĐẬU TƯƠNG SL3 và DT84 36

3.2.1 Kết quả tách dòng cDNA 36

3.2.2. Kết quả xác định trình tự nucleotid đoạn mã hóa của gen GmEXP1 39

3.3. SỰ ĐA DẠNG CỦA GEN EXP1 Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG VÀ MỘT SỐ
LOẠI CÂY TRỒNG KHÁC 47

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Tài liệu tiếng Việt 51

Tài liệu tiếng Anh 52


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

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT




ABA Abcisis acid
Bp Cặp bazơ
cDNA Sợi bổ sung DNA(ComplementaryDNA) tổng hợp từ

mARN nhờ Enzym phiên mã ngược
DT84 Giống đậu tương DT84
DNA Deoxyribonucleic Acid
DREB Dehydration- Responsive Element Binding
dNTP Deoxy ribo nucleotid triphosphates
DEPC Diethyl pyrocarbonate
Đtg Đồng tác giả
EXP Expansin
HSP Heat Shock protein - Protein sốc nhiệt
Kb Kilo bazơ = 1000 bp
LB Luria Bertani
LEA Late embryogenesis abundant
LTP Lipid Transfer Protein (Protein vận chuyển lipid)
MGPT Môi giới phân tử - Molecular chaperone
P5CS Pyrroline- 5- Carboxylate Synthetase
PCR Polymerase chain reaction - Phản ứng chuỗi polymerase
RNA Ribonucleic Acid
RT-PCR Reverse trancriptase- Polymerase chain reaction(PCR
ngược)
SL3 Giống đậu tương Sông Mã- Sơn La.
TAE Tris acetat EDTA




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

v

DANH MỤC CÁC BẢNG


Tên bảng

Trang

Bảng 1.1.

Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 2005- 2011

9
Bảng 1.2.

Tình hình nhập khẩu đậu tương của Việt Nam giai đoạn
2009-2011
10
Bảng 2.1.

Nguồn gốc của các giống đậu tương nghiên cứu 24
Bảng 2.2.

Trình tự cặp mồi sử dụng để nhân gen Gm EXP1 27
Bảng 2.3.

Thành phần cho phản ứng tổng hợp cDNA 27
Bảng 2.4.

Thành phần của phản ứng PCR 28

Bảng 2.5.

Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR 28
Bảng 2.6.

Thành phần phản ứng gắn gen vào vector tách dòng pBT 30
Bảng 2.7.

Thành phần phản ứng colony – PCR 32
Bảng 2.8.

Chu trình nhiệt của phản ứng colony – PCR 32
Bảng 3.1.

Vị trí sai khác trong trình tự nucleotid đoạn mã hóa c
ủa gen
GmEXP1 ở 3 giống đậu tương
42
Bảng 3.2.

Vị trí sai khác trong trình tự aminoacid của protein do gen
GmEXP1 mã hóa ở 3 giống đậu tương
44
Bảng 3.3.

Hệ số tương đồng và hệ số sai khác của trình tự đoạn mã
hóa của gen EXP1 của 8 giống phân tích
47
Bảng 3.4.

Hệ số tương đồng và hệ số sai khác của trình t
ự amino acid
mã hóa bởi gen EXP của 8 giống cây trồng
49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH



Tên hình

Trang

Hình 1.1. Trình tự của vùng mã hóa của gen GmEXP1 ở đậu tương 21
Hình 1.2. Sơ đồ về gen và protein EXP1 ở cây đậu tương 22
Hình 1.3.

Trình tự amino acid vùng bảo thủ DPBB của protein EXP1 22
Hình 1.4. Trình tự amino acid của vùng Pollen allerg của protein EXP1

23
Hình 2.1. Hạt của hai giống đậu tương nghiên cứu 24
Hình 2.2. Sơ đồ vector pBT 30
Hình 3.1 Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm RT-PCR 35
Hình 3.2.

Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm thôi gel 35

Hình 3.3. Đĩa nuôi cấy xuất hiện các khuẩn lạc trắng và khuẩn lạc xanh

36
Hình 3.4. Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm PCR trực tiếp từ khuẩn lạc 37
Hình 3.5. Ảnh điện di kiểm tra kết quả tách plasmid tái tổ hợp 38
Hình 3.6. Ảnh điện di cắt kiểm tra plasmid tái tổ hợp bằng enzym BamHI 38
Hình 3.7.

So sánh trình tự nucleotid đoạn mã hóa của gen GmEXP1 giữa
giống đậu tương SL3 và DT84 với đoạn mã hoá của gen
GmEXP1 giống có mã số AF516879 trong Ngân hàng gen qu
ốc
tế
41
Hình 3.8. So sánh trình tự amino acid mã hoá bởi gen GmEXP1 của
giống đậu tương SL3, DT84 với giống AF516879 công bố
trong Ngân hàng gen
43
Hình 3.9. So sánh trình tự amino acid của vùng DPBB ở 5 giống đậu tương

45
Hình 3.10.

Sơ đồ hình cây về mối quan hệ giữa các giống đậu tương dựa tr
ên
cơ sở trình tự amino acid của vùng DPBB của protein EXP1
45
Hình 3.11.

So sánh trình tự amino acid của vùng Pollen allerg trong

trình tự amino acid của protein EXP 5 giống đậu tương
46
Hình 3.12.

Sơ đồ hình cây biểu hiện mối quan hệ di truyền của 8 giống
cây trồng được thiết lập trên cơ sở dữ liệu trình tự đoạn mã
hóa gen EXP1
48
Hình 3.13.

Sơ đồ hình cây so sánh mức độ tương đồng protein EXP của
8 giống cây trồng phân tích
49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là cây loại trồng ngắn ngày có vị
trí quan trọng trong cơ cấu cây nông nghiệp ở nước ta. Đậu tương được đánh
giá cao về giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế. Trong hạt đậu tương rất giàu
hàm lượng protein (từ 32% - 52% ) và chứa nhiều amino acid không thay thế
(lysin, triptophan, metionin, leucin ), 12% -25% lipit và các vitamin (B1, B2,
C, D, E, K ). Hạt đậu tương cung cấp nguồn dinh dưỡng phong phú, cần thiết
cho người và động vật. Một đặc tính quan trọng nữa của đậu tương đó là khả
năng cải tạo đất do hệ rễ của chúng có nốt sần chứa vi khuẩn cố định đạm.
Chính vì vậy trồng đậu tương ngoài việc đem lại hiệu quả kinh tế còn góp phần
vào công cuộc cải tạo đất trồng trọt.

Sản lượng đậu tương trên thế giới đạt hàng trăm triệu tấn /năm. Trong
khi đó ở Việt Nam chỉ đạt vài trăm nghìn tấn /năm. Để đáp ứng nhu cầu tiêu
dùng và chế biến ngành công nghiệp chế biến của nước ta vẫn phải nhập khẩu
đậu tương từ các nước trên thể giới đặc biệt là Mỹ. Thực trạng này cũng chứng
tỏ một điều là diện tích gieo trồng, năng suất và sản lượng đậu tương của nước
ta còn thấp so với các nước trong khu vực và trên thế giới. Một trong những
nguyên nhân làm sụt giảm năng suất cây trồng nói chung và đậu tương nói
riêng chính là hạn hán. Việt Nam nằm trong khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề
của biến đổi khí hậu, hơn nữa nhiều tỉnh miền núi của nước ta có địa hình dốc
cho nên tình trạng hạn hán cục bộ xảy ra rất phổ biến. Đậu tương là cây tương
đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh và thuộc nhóm cây chịu hạn kém, vì thế
hạn hán xảy ra sẽ làm giảm năng suất của đậu tương. Chính vì vậy công tác
tuyển chọn giống đậu tương có kiểu gen chịu hạn ngày càng được quan tâm
nghiên cứu.
Hai cơ chế chính liên quan đến khả năng chiụ hạn của cây đậu tương, đó
là sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu và sự phát triển bộ rễ. Khả năng thu nhận
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


2

nước của cây phụ thuộc chủ yếu vào bộ rễ. Vì vậy hướng nghiên cứu về khả
năng đâm xuyên, lan toả của hệ rễ và tìm hiểu về cơ sở di truyền phân tử của sự
phát triển hệ rễ liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu tương là vấn đề
đang được quan tâm và mang tính thời sự. Xuất phát từ lí do trên chúng tôi lựa
chọn và tiến hành đề tài: “Nghiên cứu trình tự gen GmEXP1 liên quan đến
sự kéo dài rễ của cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill)”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được điểm sai khác về trình tự nucleotide của gen GmEXP1 và
trình tự amino acid của protein do gen GmEXP1 mã hóa phân lập từ một số

giống đậu tương có khả năng chịu hạn khác nhau.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Khuếch đại đoạn mã hóa của gen GmEXP1 liên quan đến khả năng kéo dài
rễ của một số giống đậu tương bằng kỹ thuật RT-PCR;
3.2. Tách dòng và xác định trình tự đoạn mã hóa của gen GmEXP1 liên quan
đến khả năng kéo dài của rễ ở cây đậu tương;
3.3. So sánh trình tự đoạn mã hóa của gen GmEXP1, trình tự amino acid trong
protein do gen GmEXP1 mã hóa của một số giống đậu tương nghiên cứu với
trình tự gen đã công bố trên Ngân hàng gen quốc tế;
3.4. Phân tích tính đa dạng về trình tự nucleotide đoạn mã hóa của gen EXP1
và trình tự amino acid của protein EXP1 ở cây đậu tương và một số loài thực
vật khác.


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


3


Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG (Glycine max (L.) Merrill)
1.1.1. Vị trí, nguồn gốc, phân loại
Đậu tương (Glycine max L. Merill) là loại cây trồng cạn ngắn ngày đã và
đang trở thành một trong những cây trồng quan trọng của nhiều quốc gia trên
thế giới và ở Việt Nam. Khó có thể tìm thấy loại cây trồng nào lại có tác dụng
nhiều mặt và hiệu quả kinh tế cao như cây đậu tương. Sản phẩm của nó làm

thức ăn cho người và vật nuôi, nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp chế
biến thực phẩm, dược liệu, công nghiệp ép dầu, công nghiệp chế biến thức ăn
chăn nuôi. Từ hạt đậu tương người ta có thể chế biến thành hơn 600 sản phẩm
có giá trị dinh dưỡng khác nhau. Trong các protein thực vật thì protein của đậu
tương là có phẩm chất tốt nhất bởi có đầy đủ và cân đối các loại axit amin cần
thiết, dễ tiêu hóa lại không có các thành phần tạo thành cholesterol. Lipit của
đậu tương chứa tỷ lệ lớn các axit béo chưa no, có hệ số đồng hóa lớn (98%), chỉ
số iot tương đối cao (120-137). Với tính vượt trội về phẩm chất của protein và
lipit có trong hạt đậu tương cho nên qua thực tiễn đã chứng minh đối với đời
sống con người sử dụng đậu tương thường xuyên, một cách hợp lý sẽ rất tốt
cho sức khỏe, có tác dụng phòng chống bướu cổ, bệnh đái tháo đường, béo phì,
cao huyết áp, [9].
Trong các cây họ Ðậu (Fabaceae) thì đậu tương cũng có vị trí quan trọng
bậc nhất, chúng còn được gọi là “Ông Hoàng trong các loại cây họ đậu” [2].
Ngoài ra, cùng với các loài cây họ đậu khác trồng đậu tương còn nhằm mục
đích cải tạo đất.
Về nguồn gốc, đậu tương là một trong những loài cây trồng được biết
đến từ lâu đời. Các bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học chỉ ra rằng đậu
tương có nguồn gốc từ Trung Quốc, chúng được thuần hóa và trồng làm cây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


4

thực phẩm ở Trung Quốc vào khoảng thế kỉ XVII trước Công nguyên. Từ
Trung Quốc đậu tương được đưa sang Triều Tiên, Nhật Bản, Nga, Nam Á và
Đông Nam Á qua con đường tơ lụa.
Ở Việt Nam, đậu tương được trồng từ lâu đời, sớm nhất là các tỉnh trung
du, miền núi phía Bắc và miền Đông Nam Bộ. Hiện nay, các giống đậu tương
đang được gieo trồng trong nước có hai nguồn gốc, đó là tập đoàn các giống địa

phương và các giống nhập nội [2], [ 7 ], [9].
Về phân loại thực vật học: Cây đậu tương có tên khoa học Glycine max
(L.) Merill (2n= 40) thuộc họ đậu (Lengunoceace), họ phụ cánh bướm
(Papilinoideae). Các dạng đậu tương trồng có nhiều tên thực vật khác nhau,
nhưng tên đúng của đậu tương phải là Glycine max (L.) Merill. ( Hymowitz và
Newell, 1981). Các giống đậu tương 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 bướm (Papilinoideae). Đối với đậu tương trồng
có thể phân loại theo đặc điểm thực vật học, dựa theo thời gian sinh trưởng,
theo thời vụ [9,].
1.1.2. Đặc điểm sinh học và giá trị kinh tế của cây đậu tương
1.1.2.1. Đặc điểm sinh học của cây đậu tương
Cây đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày, lấy hạt và thuộc nhóm cây
hàng năm. Cây gồm các bộ phận chính: rễ, thân, lá, hoa, quả, hạt.
Rễ của cây đậu tương là loại rễ cọc, gồm rễ chính và các rễ bên. Rễ tập
trung ở tầng đất mặt 30 – 40 cm, ăn lan khoảng 20– 40 cm. Trên rễ có nhiều nốt
sần. Trên mỗi nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium japonicum có khả năng cố định
đạm của không khí tạo thành đạm dễ tiêu, mỗi nốt sần này được ví như nhà
máy sản xuất đạm. Khi mới hình thành thì nốt sần có màu trắng sữa, khi phát
triển tốt nhất nó có màu hồng, số lượng và chất lượng nốt sần có ảnh hưởng đến
sinh trưởng và năng suất của đậu tương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5

Đậu tương là cây thảo, ít phân cành, dạng bụi. Thân có hình tròn, nhiều
lông, mang nhiều đốt, thân thường đứng, có khi dạng bò hay nửa bò, thân
thường có từ 14 – 15 lóng, chiều cao trung bình từ 0,5 – 1,2m thay đổi tuỳ theo
giống. Cây khi còn non thân có màu xanh hoặc tím, khi già chuyển màu nâu

nhạt. Màu sắc thân cho ta biết màu của hoa sau này, nếu thân có màu xanh thì
hoa sẽ có màu trắng, nếu thân có màu tím thì hoa sau này có màu tím đỏ. Cành
đậu tương mọc ra từ các đốt trên thân, đốt đầu tiên của thân chính mang hai lá
mầm, đốt thứ hai mang hai lá đơn đối nhau, từ đốt thứ ba trở lên mỗi đốt mang
một lá kép.
Lá đậu tương có nhiều hình dạng khác nhau: Tròn, hẹp, bầu dục, lưỡi
mác hoặc hình thoi…nhưng thường quy thành hai loại là lá rộng và lá hẹp.
Hình dạng lá thay đổi tùy theo giống, các giống đậu tương có dạng lá dài và
nhỏ thường có khả năng chịu hạn tốt nhưng cho năng suất thấp còn các giống lá
to thường có năng suất cao hơn nhưng khả năng chịu hạn lại kém hơn.
Hoa đậu tương được phát sinh từ nách lá, đầu cành hoặc đầu thân. Hoa
thuộc hoa cánh bướm, mọc thành chùm, mỗi chùm thường có 3-5 hoa, có màu
tím hay trắng, thời kỳ cây ra hoa sớm hay muộn, thời gian dài hay ngắn tuỳ
thuộc vào giống và thời vụ gieo do chịu ảnh hưởng phối hợp của ánh sáng và
nhiệt độ. Do hoa đậu tương thuộc loại hoa lưỡng tính nên nó là cây tự thụ phấn,
tỷ lệ giao phấn thấp chỉ chiếm 0,5-1%.
Quả của cây đậu tương là loại quả ráp, bên ngoài vỏ quả thường có lớp lông
bao phủ, màu sắc vỏ khi chín nó có màu vàng hoặc xám đen. Quả thẳng hoặc hơi
cong. Mỗi quả thường có từ 1 - 4 hạt nhưng phổ biến là 2 hạt. Hạt đậu tương có
nhiều hình dạng; bầu dục, tròn dài, tròn dẹt. Vỏ hạt thường nhẵn và có màu vàng
nhạt, vàng đậm, xanh, nâu, đen…nhưng đa số là hạt màu vàng. Những giống có
hạt màu vàng có giá trị thương phẩm cao. Khối lượng hạt dao động từ 200 –
400 mg/hạt và khối lượng 1000 hạt dao động trung bình 100-200g. Hình dạng
và màu sắc rốn hạt là dấu hiệu đặc trưng cho mỗi giống đậu tương.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6

Cây đậu tương có 2 đặc tính sinh trưởng: sinh trưởng hữu hạn và sinh

trưởng vô hạn; căn cứ vào thời gian sinh trưởng có 3 loại: chín sớm (75- 85
ngày), trung bình (80- 100 ngày), chín muộn (110- 120 ngày). Đậu tương là cây
trồng tương đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh. Trong tập đoàn giống đậu
tương, có những giống chỉ trồng vào vụ hè, ngược lại có những giống chỉ trồng
vào vụ đông [1], [2], [9].
1.1.2.2. Giá trị kinh tế của cây đậu tương
Đậu tương thuộc loại cây trồng có giá trị thương phẩm và kinh tế rất cao.
Sản phẩm của nó có tác dụng toàn diện như làm thức ăn cho người, gia súc,
nguyên liệu cho công nghiệp chế biến, là hàng xuất khẩu và trồng đậu tương có
tác dụng cải tạo đất rất tốt.
Về mặt thực phẩm, so với nhiều nguồn cung cấp protein thì hạt đậu
tương có hàm lượng protein cao nhất, chiếm khoảng từ 30%- 46%, trong khi đó
hàm lượng protein trong gạo chỉ chứa 6,2- 12%, ngô 9,8- 13,2%, thịt bò 21%,
thịt gà 20%, cá 17- 20% và , chứa hầu hết các loại axit amin không thay thế cần
thiết cho cơ thể (triptophan, lizin, metionin, valine…), ở dạng dễ tan, dễ tiêu hóa và
không có các thành phần tạo cholesteron. Lipit chiếm khoảng 18-25% và khoảng
20% gluxit, ngoài ra trong hạt đậu tương chứa nhiều các các enzyme; các chất ức
chế protease và lectin; muối khoáng; các vitamin (B1, B2, C,D, E, K…). Do có
thành phần dinh dưỡng cao (lipit, protein) nên hạt đậu tương có khả năng cung cấp
năng lượng khá cao, khoảng 4700 cal/kg. Hiện nay, từ hạt đậu tương người ta đã
chế biến ra được trên 600 sản phẩm khác nhau, trong đó có hơn 300 loại làm thực
phẩm như: đậu phụ, tương, xì dầu, sữa, bánh kẹo, lương khô…[1], [7], [9].
Về mặt công nghiệp, đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công
nghiệp khác nhau như chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất
dẻo, tơ nhân tạo, dầu bôi trơn trong ngành hàng không nhưng chủ yếu đậu
tương được dùng để ép dầu. Hiện nay, trên thế giới có 8 loại cây lấy dầu quan
trọng đó là: đậu tương, bông, lạc, hướng dương, cải dầu, dừa và cọ. Trong đó,
đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu. Từ dầu đậu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7

tương người ta chế biến ra hàng trăm sản phẩm công nghiệp khác như làm nến,
xà phòng, ni lông Về xuất khẩu, đậu tương là mặt hàng nông sản có giá trị ổn
định trên thị trường thế giới.
Về mặt nông nghiệp, đậu tương là loại cây trồng mà tất cả các bộ phận
đều có giá trị với chăn nuôi. Từ thân lá quả đều là nguồn thức ăn cho gia súc.
1kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi. Đậu tương
còn là cây luân canh cải tạo đất tốt. Một ha diện tích trồng đậu tương nếu sinh
trưởng và phát triển tốt sẽ để lại trong đất từ 30 – 60kg nitơ. Trong hệ thống
luân canh, nếu bố trí đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng làm
đất tơi xốp, màu mỡ, từ đó góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng mà
giảm chi phí cho việc bón đạm. Thân và lá đậu tương là nguồn phân xanh hữu
cơ rất tốt bởi hàm lượng nitơ trong thân chiếm 0,05%, trong lá chiếm 0,19%.
Với những giá trị kinh tế đem lại từ việc trồng đậu tương thì cần có một
cơ cấu cây trồng hợp lí, để thúc đẩy được hoạt động sản xuất đậu tương đáp
ứng nhu cầu về thực phẩm cho nhân loại là vấn đề đáng quan tâm không chỉ
mỗi quốc gia, khu vực mà trên toàn thế giới [2], [9].
1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam
Với những giá trị kinh tế và và giá trị sử dụng cây đậu tương được xem
là một loại cây trồng chiến lược của nhiều quốc gia trên thế giới, với vị trí đứng
thứ tư chỉ sau lúa, ngô và lúa mỳ. Khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu và
sinh thái của đậu tương là khá rộng nên chúng được trồng rộng rãi trên cả năm
châu lục, đặc biệt nhiều nhất là ở châu Mỹ, tiếp đến là châu Á.
Thống kê của FAO (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp
quốc) cho thấy từ năm 1980 trở lại đây sản lượng đậu tương trên thế giới tăng
gấp 2 lần chủ yếu nhờ vào tăng năng suất và diện tích gieo trồng.
Hiện nay, đậu tương được trồng ở gần 80 quốc gia khác nhau trên thế giới.
Trong đó, những nước có sản lượng đậu tương đứng đầu là Mỹ, Brazil, Argentina

và Trung Quốc, chiếm khoảng 90- 95% tổng sản lượng đậu tương trên thế giới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


8

Cũng theo FAO, trong vòng 4 năm (2006-2009) thì diện tích gieo trồng đậu
tương trên thế giới tăng 3,6 triệu ha, trong đó Mỹ vẫn là quốc gia đứng đầu về
diện tích gieo trồng 30,91 triệu ha trong khi đó Việt Nam chỉ chiếm một con số
khiêm tốn là 0,15 triệu ha. Cùng thời điểm thống kê nhận thấy, mặc dù diện
tích gieo trồng tăng đáng kể nhưng sản lượng đậu tương của toàn thế giới lại có
nhiều biến động cụ thể, năm 2006 tổng sản lượng trên thế giới đạt 222,19 triệu
tấn, năm 2007 giảm xuống chỉ còn 219,5 triệu tấn, năm 2008 sản lượng tăng
đáng kể đạt 230,5 triệu tấn, nhưng đến năm 2009 thì chỉ còn là 222,2 triệu tấn.
Sở dĩ sản lượng đậu tương thế giới có sự giao động và sụt giảm là do có nhiều
nguyên nhân nhưng một trong những nguyên nhân đáng kể đến ở đây đó là do
ảnh hưởng của biến đổi khí hậu [4], [9].
Nhu cầu nguồn đậu tương của thế giới là rất cao vì đó là nguồn cung cấp
protein và dầu rất quan trọng cho nên lỗ lực thúc đấy năng suất và sản lượng đậu
tương đang là vấn đề được chú trọng ở nhiều quốc gia.
Ở Việt Nam, đậu tương được trồng từ rất lâu, trước cây đậu xanh và các
cây họ đậu khác và nhu cầu tiêu thụ đậu tương trong nước là rất lớn nên sản
xuất đậu tương trong nước cũng đang được chú trọng, diện tích gieo trồng tăng
lên đáng kể. Thống kê những năm gần đây cho thấy đậu tương được trồng ở cả
7 vùng nông nghiệp và là thế mạnh của một số vùng kinh tế, đơn cử vào năm
1997 thì diện tích gieo trồng đậu tương 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%).
Theo số liệu thống kê chính thức của chính phủ, đậu tương được trồng ở

28 tỉnh trên khắp cả nước, trong đó 70% ở miền bắc và 30% ở miền nam.
Khoảng 65% đậu tương nước ta được trồng ở vùng cao, những nơi đất không
cần màu mỡ; và 35% được trồng ở những vùng đất thấp ở khu vực đồng bằng
sông Hồng. Đậu tương được trồng ở nhiều địa phương trên khắp cả nước vào
từng thời điểm khác nhau nên có cả vụ xuân, vụ hè và vụ đông.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


9

Như vậy, có thể nói cây đậu tương chiếm một vị trí quan trọng trong cơ
cấu cây trồng nông nghiệp của nước ta, đặc biệt là ở những vùng nông thôn
nghèo kinh tế chưa phát triển [9].
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 2005- 2011

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Diện tích canh
tác (nghìn ha) 204,1 185,6 190,1 192,1 146,2 197,8 215*
Tổng sản lượng
(nghìn tấn) 292,7 258,1 275,5 267,6 213,6 296,9 350*

(Nguồn: Tổng cục thống kê Việt Nam, * số liệu ước tính của FSA)
Theo thống kê của Tổng cục thống kê Việt Nam thì tổng sản lượng đậu
tương nước ta năm 2010 đạt sấp xỉ 297 nghìn tấn, tăng 39% so với năm 2009.
Đạt được kết quả trên là do sự mở rộng đáng kể về diện tích gieo trồng đậu
tương (khoảng 35%) và những nỗ lực nhằm cải thiện năng suất của ngành. Tuy
nhiên, sản lượng trên vẫn còn thấp so với mục tiêu đề ra cho năm 2010 là
325nghìn tấn của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Nguyên nhân không
đạt chỉ tiêu đề ra có thể là do chi phí sản xuất tăng người dân chưa mặn mà với
việc trồng đậu tương, năng suất các giống đậu tương của nước ta chưa cao và

nhiều nguyên nhân khác. Nếu xét về diện tích gieo trồng vẫn tăng qua các
năm nhưng tỉ lệ diện tích gieo trồng đậu tương thì vẫn còn khá thấp chỉ
chiếm khoảng 1, 5- 1,6% [9]. Mặt khác, do chưa được đầu tư đúng mức nên
năng suất đậu tương trong nước còn nhiều hạn chế, chỉ bằng 50- 70% năng
suất đậu tương của toàn thế giới. Sản lượng đậu tương sản xuất ra không đủ
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước, nên hàng năm nước ta vẫn phải nhập
khẩu một số lượng đáng kể từ nước ngoài.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


10

Năm 2011, Việt Nam nhập khẩu hơn 1 triệu tấn đậu tương, tăng 350% so
với năm 2010 do áp lực tiêu thụ mạnh về thực phẩm và thức ăn chăn nuôi trong
nước. Kim ngạch nhập khẩu đậu tương năm 2011 đạt mức kỷ lục là 550 triệu
USD, tăng 416% so với cùng kỳ năm trước, trong đó khoảng 49% nhập khẩu từ
Brazil, 22% nhập khẩu từ Hoa Kỳ, 16% từ Argentina, số còn lại là nhập từ một
một số quốc gia khác (Bảng 1.2).
Hiện nay nhu cầu về nguyên liệu cho công nghiệp ép dầu và chế biến
thức ăn chăn nuôi của nước ta là rất mạnh, nên nhu cầu cung cấp về nguồn
hạt đậu tương của nước ta là rất lớn. Nguồn đậu tương trong nước không thể
đáp ứng đủ vì vậy công nghiệp chế biến từ nguyên liệu đậu tương phụ thuộc
rất nhiều vào nhập khẩu từ nước ngoài, làm ảnh hưởng giá thành sản phẩm
trong nước, gây thất thoát kinh tế.
Bảng 1.2. Tình hình nhập khẩu đậu tương của Việt Nam giai đoạn 2009-2011
2009 2010 2011
Nhập khẩu từ các
quốc gia
Lượng
(nghìn

tấn)

Giá trị
(triệu
USD)

Lượng
(nghìn
tấn)

Giá trị
(triệu
USD)

Lượng
(nghìn tấn)

Giá trị
(triệu USD)

Brazil - - - 506,9 258,2
Hoa Kỳ 141,2 65,4 178,1 87,4 227,1 135,9
Argentina 3,7 1,9 13,3 6 159,8 87,6
Canada 6,2 3,1 17,8 8,5 88,2 47,6
Uruguay - - - - 26,9 15,4
Trung Quốc 20,5 3,4 13,7 2,2 9,8 1,6
Các quốc gia khác 12,3 10,9 4,7 2,4 6,3 3,6
Tổng sản lượng và giá
trị nhập khẩu cả nước
183,9 84,7 227,6 106,5 1.025 549,9

(Nguồn: Tổng cục Hải quan Việt Nam, Global Trade Atlas, số liệu điều chỉnh của USDA)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


11

1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY ĐẬU TƯƠNG
Trong những năm gần đây, nhiều khu vực trên thế giới đang phải chịu
ảnh hưởng rất nặng nề do biến đổi khí hậu đặc biệt là hiện tượng nhiệt độ trái
đất ngày càng nóng nên, sản xuất nông nghiệp là một trong những lĩnh vực chịu
ảnh hưởng rõ nét nhất của biến đổi khí hậu. Việt Nam nằm trong khu vực Đông
Nam Á được đánh giá là một trong những nước chịu thiệt hại nặng nề do biến
đổi khí hậu toàn cầu gây ra như bão, lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, triều
cường và nhiều yếu tố bất thường khác của môi trường, làm ảnh hưởng lớn đến
hoạt động sản xuất nông nghiệp trong đó có sản xuất đậu tương.
Hệ quả của biến đổi khí hậu là sự thay đổi bất thường của các yếu tố sinh
thái nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa gây biến động mạnh đến môi trường đất,
nước, không khí, và có thể gây ra những đợt khô, nóng, hạn, lạnh hoặc mưa kéo
dài cục bộ ở từng vùng hoặc trên diện rộng.
Hạn là một trong những yếu tố cực đoan phi sinh học được quan tâm
nhiều nhất trên thế giới, là hiện tượng thường xuyên xảy ra trong thiên nhiên
liên quan trực tiếp đến vấn đề nước trong thực vật [6]. Khô hạn là yếu tố cơ bản
làm hạn chế sự tăng trưởng và năng suất cây trồng. Hạn hán là tình trạng xảy ra
tương đối thường xuyên ở nhiều vùng miền của nước ta nhất là vài năm trở lại
đây, làm sụt giảm đáng kể năng suất và sản lượng đậu tương của cả nước. Do
vậy hướng nghiên cứu tăng cường khả năng chịu hạn là mục tiêu đáng được
quan tâm, chú trọng đối với lĩnh vực tạo giống đậu tương.
Khi gặp hạn thì cây trồng cạn sẽ có khả năng chống chịu hạn ở các mức
độ đề kháng khác nhau, tùy vào từng giống, loài. Khả năng thực vật có thể
giảm thiểu mức tổn thương do thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn. Ở

thực vật có 4 biểu hiện về khả năng chịu hạn: (1) Giảm diện tích lá và rút ngắn
thời gian sinh trưởng để sử dụng nước một cách hợp lý trong điều kiện thiếu
nước; (2) Tăng khả năng đâm sâu của bộ rễ để tận dụng nguồn nước ở tầng sâu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


12

đảm bảo tương ứng cho nhu cầu thoát hơi nước của lá; (3) Duy trì sức trương
của tế bào thông qua khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu để bảo vệ các chồi
non khỏi bị khô hạn trong điều kiện mất nước cực đoan; (4) Kiểm soát mức độ
thoát hơi nước trên bề mặt lá thông qua điều tiết độ mở của khí khổng.
Trong trường hợp gặp điều kiện bất lợi về nước cây trồng cạn sẽ sử dụng
các cơ chế khác nhau để có thể thích ứng, sinh trưởng. Các cơ chế này khá đa
dạng nhưng có thể chia thành ba cơ chế chủ đạo bao gồm: Cơ chế trốn thoát
điều kiện hạn (drought escape), cơ chế tránh hạn (drought avoidance) và cơ chế
chống chịu hạn (drought tolerance).
Về cơ chế chống chịu hạn đối với các giống đậu tương có khả năng
chống chịu hạn đó là cây có thể duy trì sức căng của các mô và tế bào, nhờ vậy
mà trong điều kiện lượng nước môi trường xuống thấp các quá trình trao đổi
chất trong cây vẫn có thể diễn ra bình thường, sức căng của các mô, tế bào
được được duy trì thông qua việc tổng hợp mạnh các chất chống áp suất
thẩm thấu, các chất trao đổi. Như vậy, trong điều kiện thiếu nước cực đoan
có hai cơ chế chủ yếu của những giống đậu tương chống chịu hạn, đó là sự
thích nghi và phát triển bộ rễ của chúng, đồng thời duy trì áp suất thẩm thấu để
hút được nhiều các phân tử nước từ môi trường [3], [9].
Tác động cực đoan của hạn đến bất cứ giai đoạn sinh trưởng nào cũng
ảnh hưởng xấu đến các yếu tố cấu thành năng suất, làm giảm năng suất cây
trồng. Hướng nghiên cứu về khả năng đâm xuyên, lan tỏa của bộ rễ ở mức độ
phân tử của các giống đậu tương đang là một trong những định hướng của việc

tuyển chọn giống đậu tương có khả năng chống chịu hạn [10].
Đối với thực vật ở cạn thì rễ là bộ phận quan trọng làm nhiệm vụ lấy
nước, muối khoáng, cung cấp chất dinh dưỡng cho mọi hoạt động sống, với đậu
tương sự thích nghi với các điều kiện hạn chủ yếu thông qua việc phát triển rễ
trụ để có thể tìm kiếm nguồn nước từ các tầng đất sâu. Bên cạnh đó thì hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


13

thống rễ bên phát triển tỏa ra theo chiều ngang, vươn tới chỗ đất có độ ẩm cao
và tìm kiếm các chất dinh dưỡng.
Khi đánh giá 105 giống đậu tương trong điều kiện khô hạn Kasper và đtg
(1984) nhận thấy, cây đậu tương không được tưới nước thì bộ rễ có chiều dài
hơn hẳn cây đậu tương được tưới nước, ngoài ra các nhà nghiên cứu cũng nhận
thấy mối tương quan chặt chẽ đối với nhiều tính trạng của rễ như trọng lượng
khô, chiều dài tổng số, cấu trúc và số lượng rễ con ở các giống chịu hạn [24].
Trong một nghiên cứu khác cho thấy cây đậu tương khi được xử lý hạn ở giai
đoạn trước khi ra hoa sẽ cho năng suất cao hơn những cây đậu tương được xử
lý hạn ở giai đoạn sau khi hoa nở, điều này được giải thích là do chúng đã phát
triển hệ rễ đầy đủ để thích ứng với điều kiện hạn trước khi nở hoa và sự phát
triển bộ rễ lớn ở thời kỳ đầu của quá trình sinh trưởng sinh dưỡng sẽ giúp đậu
tương thích ứng tốt với các điều kiện hạn [9].
Khả năng cố định N
2
của hệ rễ cũng là một trong các yếu tố thích nghi
với tình trạng thiếu nước ở đậu tương. Khi gặp hạn thì khả năng cố định N
2
ở
đậu tương bị ảnh hưởng nghiêm trọng, điều này gây ảnh hưởng đến sinh tổng

hợp protein, vốn là thành phần quan trọng của hạt đậu tương. Các nghiên cứu
gần đây đã chỉ ra rằng các nốt sần ở rễ có liên quan đến khả năng cố định N
2
và
cơ chế hóa sinh của mối liên hệ các nốt sần của rễ đậu tương với điều kiện hạn
đã được làm sáng tỏ [9].
Khả năng hấp thụ nước phụ thuộc chủ yếu vào bộ rễ, để tránh mất nước
những cây chịu hạn thường có bộ rễ khoẻ, dài, mập có sức xuyên sâu sẽ hút
được nước ở những nơi sâu trong đất hoặc rễ lan rộng với số lượng lớn. Đối với
đậu tương các nốt sần của hệ rễ cũng liên quan đến khả năng kháng hạn của
loài thực vật này. Giai đoạn cây non thường chịu tác động mạnh của hạn vì bộ
rễ phát triển chưa đầy đủ, còn non yếu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


14

1.3. GEN LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHỊU HẠN VÀ GEN GmEXP1 CỦA
CÂY ĐẬU TƯƠNG
1.3.1. Gen liên quan đến tính chịu hạn của đậu tương
Trong nhiều năm trở lại đây, thì hạn hán và xâm nhập mặn đã tác động
xấu đến năng suất cây trồng trên toàn thế giới trong đó có đậu tương. Một số
lượng lớn các gen liên quan đến khả năng chịu hạn và chịu mặn đã được xác
định, nhưng vẫn còn đáng kể các gen liên quan đến tính chống chịu của thực
vật chưa được xác định (Bray,1997) [11].
Khi nghiên cứu đặc tính chịu hạn về mặt sinh lý, hóa sinh và cấu trúc tế
bào người ta nhận thấy hàng loạt những biến đổi sâu sắc ở những mức độ khác
nhau, trong các giai đoạn phát triển khác nhau của cây đậu tương. Điều này
chứng tỏ tính chịu hạn của thực vật do nhiều gen quyết định, biểu hiện trong
các giai đoạn phát triển khác nhau. Cho đến nay người ta vẫn chưa tìm được

một gen cụ thể nào thực sự quyết định tính chịu hạn, mà mới chỉ xác định được
các gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tương [8]. Như vậy, đặc tính
chịu hạn của cây đậu tương có liên quan chặt chẽ đến đặc điểm hoá keo của
nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất và tính chịu hạn của cây
mang tính đa gen được thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau: sự phát triển nhanh
của bộ rễ, tính chín sớm tương đối, cũng như bản chất di truyền của từng giống
trong quá trình sinh trưởng và phát triển có khả năng sử dụng nước tiết kiệm.
Nghiên cứu đặc tính chiụ hạn của thực vật có những bước tiếp cận khác
nhau trên nhiều loài cây trồng trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển
khác nhau, ngày càng đi sâu vào bản chất phân tử của đặc tính này. Tại Việt
Nam, nhiều gen liên quan đến tính chịu hạn đã được phân lập từ cây đậu tương,
dehydrin, chaperonin, gen P5CS, Cystatin, DREB1, DREB5 đã được công bố
trong 10 năm gần đây (2001-2010) bởi nhóm nghiên cứu của khoa Sinh-
KTNN, trường Đại học Sư phạm- Đại học Thái Nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


15

Các gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tương được chia làm 2
nhóm: (i). Nhóm gen mà sản phẩm của chúng có ảnh hưởng trực tiếp tới đặc
tính chịu hạn; (ii). Nhóm gen mà sản phẩm của chúng kích hoạt quá trình phiên
mã của nhóm gen chịu hạn [9].
Nhóm gen mà sản phẩm của chúng có ảnh hưởng trực tiếp tới tính chịu
hạn của cây đậu tương
Các gen chức năng mà sản phẩm liên quan trực tiếp đến tính chịu hạn
của cây đậu tương bao gồm: HSP, chaperonin, LEA, P5CS, EXP, LTP…
Sự xuất hiện của protein sốc nhiệt (HSP) có chức năng ngăn cản hoặc
sửa chữa sự phá hủy do stress nóng và mở rộng giá trị ngưỡng nhiệt độ với sự
chống chịu nhiệt độ cao. Trong tế bào thực vật HSP tế bào chất tập trung thành

các hạt sốc nhiệt (HSG- Heat Shock Granules). Người ta cho rằng HSG gắn kết
trên các RNA polymerase để ngăn cản sự phiên mã tổng hợp mRNA trong quá
trình stress nóng. HSP chiếm khoảng 1% protein tổng số trong lá và có ở hầu
hết các loài thực vật, xuất hiện trong các quá trình sinh trưởng bình thường, các
giai đoạn biệt hóa mô và cả trong thời kỳ sinh trưởng của thực vật. Dựa trên
khối lượng phân tử, HSP có thể chia thành 6 nhóm: HSP110, HSP90, HSP70,
HSP60, HSP20, HSP8,5 (theo Trần phương Liên,1999) Trong 6 nhóm HSP có
rất nhiều đại diện của chất môi giới phân tử (MGPT) như HSP70, HSP60
nhưng cũng có HSP không phải là MGPT như HSP8,5 (Ubiquitin) [5], [9].
MGPT là một nhóm gồm nhiều loại protein khác nhau có chức năng tham gia
cấu trúc không gian đúng cho protein trong tế bào (Hartl F.U, năm 1996) [22].
Phần lớn các MGPT có hoạt tính ATP- ase. Chức năng chính của MGPT là: (1)
Giữ ổn định chuỗi polypeptid khi đang tổng hợp và tạo cấu trúc không gian
đúng cho chúng; (2) Tạo lại cấu trúc không gian của protein sau khi vận chuyển
qua màng tế bào; (3) Lắp ráp các chuỗi polypeptid vào phức để tạo cấu trúc bậc
4; (4) MGPT được tăng cường nhờ quá trình tổng hợp trong điều kiện cực đoan
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


16

do nhu cầu cấp thiết của tế bào, nhất là sốc nhiệt. P5CS là một trong những
enzyme chức năng tham gia vào quá trình tổng hợp protein có chứa proline,
Proline là một axit amin ưa nước, có khả năng giữ và lấy nước cho tế bào, tham
gia tích cực trong việc điều chỉnh áp suất thẩm thẩu của tế bào thực vật. P5CS
biểu hiện mạnh mẽ làm tăng hàm lượng proline, qua đó tăng cường áp suất
thẩm thấu của tế bào và cây trong điều kiện khô hạn. Gen mã hóa cho enzyme
P5CS đã được nghiên cứu và tách dòng ở nhiều loại cây khác nhau. Nhiều cây
trồng đã được chuyển gen P5CS nhằm tăng cường khả năng chống chịu với các
điều kiện bất lợi do hạn gây ra [9], [31]. LEA là protein được tổng hợp nhiều

trong giai đoạn cuối của quá trình hình thành phôi, đặc điểm nổi bật của nhóm
protein LEA là giàu acid amin ưa nước, không chứa cystein và tryptophan, có
vùng xoắn α và có khả năng chịu nhiệt. Chúng thay thế vị trí nước trong tế bào
và thực hiện các chức năng khác nhau như: cô lập ion, bảo vệ protein màng tế
bào, phân hủy protein biến tính và điều chỉnh áp suất thẩm thấu, biểu hiện của
protein LEA và đặc điểm cấu trúc đại phân tử của chúng cho thấy chúng có vai
trò trong bảo vệ cây trồng chống chịu sự mất nước. Nhóm gen mã hóa loại
protein LEA đóng vai trò quan trọng trong sự chịu khô hạn của hạt và liên quan
đến khả năng chống hạn của cây. Khi hiện tượng mất nước xảy ra nhóm gen
LEA sẽ phiên mã tổng hợp một số lượng lớn mRNA trong hạt chín và bị phân
giải hết trong quá trình nảy mầm. Mức độ phiên mã của nhóm gen LEA được
điều khiển bởi acid abcisic (ABA) và độ mất nước của tế bào, điều chỉnh áp
suất thẩm thấu trong tế bào [9]. Expansin là một họ protein có chức năng tham
gia hoạt động mở rộng thành tế bào và liên quan đến kéo dài tế bào ở rễ của
thực vật. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, expansin chủ yếu được xem xét như
là một tác nhân chính trong sự kéo dài thành tế bào, tăng kích thước tế bào,
trong khi các enzym khác cũng có thể sửa đổi cấu trúc vách tế bào, hỗ trợ sự
kéo dài của vách tế bào

[14], [15], [16]. Tuy nhiên, vai trò chức năng của
expansin trong sự kéo dài tế bào đa số mới chỉ được nghiên cứu trong ống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên