Định danh và phân tích cấu trúc của họ gene liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn (manihot esculenta crantz)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
======

TRẦN THỊ KIỀU TRANG

ĐỊNH DANH VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
HỌ GENE LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG RA HOA Ở
LOÀI SẮN (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Di truyền - Công nghệ sinh học

Hà Nội, 2019


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
======

TRẦN THỊ KIỀU TRANG

ĐỊNH DANH VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA
HỌ GENE LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG RA HOA Ở
LOÀI SẮN (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ)

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Di truyền - Công nghệ sinh học
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Phạm Phƣơng Thu
TS. Chu Đức Hà

Hà Nội, 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận bộ môn Di
truyền - Công nghệ sinh học tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và Viện Di
truyền Nông nghiệp - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam tôi đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm, động viên và giúp đỡ của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS. Phạm Phương Thu, Khoa
Sinh - Kỹ thuật nông nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, người đã động
viên chỉ dẫn, đóng góp ý kiến và tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành khóa luận.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS. Chu Đức Hà, Viện Di truyền Nông
nghiệp - Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo
tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô tại Viện Di truyền Nông nghiệp Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn
thành khóa luận.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Sinh - Kỹ thuật nông
nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Bằng tình cảm chân thành, tôi xin gửi
lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian tôi thực hiện khóa luận này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất, tuy
nhiên do hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm nên khó tránh khỏi thiếu sót, tôi rất
mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để khóa luận được hoàn chỉnh hơn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2019
Sinh viên

Trần Thị Kiều Trang

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan khóa luận “Định danh và phân tích cấu trúc của họ gene
liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn (Manihot esculenta Crantz)” là công trình
nghiên cứu của cá nhân tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm
Phương Thu và TS. Chu Đức Hà. Các kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung
thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất cứ công trình nào.
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2019
Sinh viên

Trần Thị Kiều Trang


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ch vi t
tắt
BLAST

Thuật ng Ti ng Anh
Basic local alignment search tool

Thuật ng Ti ng Việt
Công cụ tìm kiếm trình tự cơ
bản

BlastP

Basic local alignment search tool

Công cụ tìm kiếm trình tự

protein

protein

CDS

Coding DNA sequence

Trình tự mã hóa DNA

CEN

Centroradialis

Protein CEN

CIAT

International center for tropical

Trung tâm Nông nghiệp Nhiệt

agriculture

đới Quốc tế

CM

Centimetre

Centimét

DNA

Deoxyribonucleic acid

Axit đêoxyribônucleic

FAO

Food and agriculture organization

Tổ chức Lương thực và Nông

of the united nations

nghiệp Liên Hiệp Quốc

FD

Flowering locus D

Locus quy định ra hoa D

FT

Flowering locus T

Locus quy định ra hoa T

GSDS

Gene structure display server

Công cụ hiển thị cấu trúc gene

HD

Heading date

Protein HD

HQVN

-

Hải quan Việt Nam

HCN

Hydrocyanic acid

Axit xianhiđric

JGI

Joint genome institute

Viện hợp tác về genome

M

Metre

Mét

Mb

Megabyte

Megabit


MFT

Mother of FT and TFL

Protein MFT

NCBI

Nation center for biotechnology

Trung tâm thông tin công

information

nghệ sinh học quốc gia

NST

-

Nhiễm sắc thể

PVC

Polyvinyl chloride

Polyvinyl clorua

SAM

Shoot apical meristem

Mô phân sinh đỉnh chồi

TCTK

-

Tổng cục thống kê

TFL

Terminal flower

Protein TFL

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................2
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ................................................................2
4.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................................2
4.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ..........................3
1.1. Flowering locus T (FT) và sự ra hoa ở thực vật ..............................................3
1.1.1. Một số y u tố ảnh hƣởng đ n sự ra hoa ở thực vật ......................................3
1.1.2. Các nghiên cứu về gene Flowering locus T (FT) ở thực vật ........................4
1.2. Đặc điểm hình thái và đặc điểm di truyền của cây sắn ..................................5
1.2.1. Đặc điểm hình thái của cây sắn......................................................................5
1.2.2. Đặc điểm di truyền của cây sắn .....................................................................7
1.3. Vai trò của cây sắn .............................................................................................8
1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên th giới và ở Việt Nam ..................10
1.4.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên th giới ........................................10
1.4.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn ở Việt Nam ..........................................11
CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.13
2.1. D liệu nghiên cứu ...........................................................................................13
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..................................................................13
2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................13
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................13
2.4.1. Phƣơng pháp xác định các gene FT ở sắn ..................................................13
2.4.2. Phƣơng pháp xác định thông tin của gene mã hóa FT ở sắn. ...................14
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích cấu trúc của gene mã hóa FT ở sắn. ...................14
2.4.4. Phƣơng pháp xây dựng cây phân loại của FT ở sắn ..................................15
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................16
3.1. K t quả xác định họ gene mã hóa FT ở sắn ...................................................16

3.2. K t quả xác định vị trí phân bố và chú giải chức năng của gene FT ở sắn 21
3.3. K t quả phân tích thành phần và cấu trúc của họ gene mã hóa FT ở sắn 25
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................33
1. K t luận ................................................................................................................33
2. Đề nghị..................................................................................................................33
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN KHÓA LUẬN
...................................................................................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................35
PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Diện tích và sản lƣợng sắn của 10 nƣớc trên th giới .........................11
Bảng 3.1. Thông tin cơ bản về họ gene mã hóa FT ở sắn ................................... 17
Bảng 3.2. Tóm lƣợc về họ gene FT ở một số loại loài ..........................................20
Bảng 3.3. Vị trí phân bố và chức năng của gene mã hóa FT ở sắn ....................22
Bảng 3.4. Đặc điểm cơ bản của họ gene mã hóa FT ở sắn ..................................27
Bảng 3.5. Đặc điểm cơ bản của họ gene mã hóa FT ở sắn ..................................29


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Đặc điểm hình thái của cây sắn ...............................................................6
Hình 1.2. Bộ gene cây sắn .........................................................................................7
Hình 2.1. Cơ sở d liệu Phytozome ...................................................................... 14
Hình 3.1. Vị trí phân bố của các gene FT trên NST ở sắn ................................. 23
Hình 3.2. Cấu trúc của họ gene mã hóa FT ở loài sắn đƣợc sắp x p theo cây
phân loại ...................................................................................................................30

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Sắn là cây trồng quan trọng ở các nước có khí hậu nhiệt đới và là loại cây
trồng có khả năng tạo được nhiều lượng carbohydrate nhất trong số các cây lương
thực [10-tr.35]. Tổ chức Nông lương thế giới (Food and Agriculture Organization of
the United Nations, FAO) đã xếp cây sắn là cây lương thực quan trọng thứ tư sau
lúa gạo, ngô và lúa mì ở các nước đang phát triển. Ở Việt Nam, cây sắn đã và đang
trở thành loại cây trồng được ưu tiên nghiên cứu phát triển trong tầm nhìn chiến
lược đến năm 2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Với hàm lượng
tinh bột cao, sắn có thể được sử dụng làm lương thực cũng như chế biến thức ăn
chăn nuôi. Ngoài ra, sắn cũng là một nguyên liệu quan trọng trong ngành công
nghiệp nhiên liệu tái tạo hiện nay. Các hướng nghiên cứu chính gần đây tập trung
vào nhận dạng, phân loại giống, chọn giống bằng xử lý đột biến và bằng chỉ thị
phân tử. Tuy nhiên, để nâng cao sản lượng, chất lượng và tăng lợi nhuận thì một
trong những trở ngại lớn nhất trong công tác lai giống hiện nay là xử lý ra hoa tập
trung ở sắn [4-tr.35].
Về bản chất, quá trình ra hoa được quy định bởi các yếu tố di truyền, ngoài ra
còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, thời gian chiếu sáng
[20-tr.37]. Trong đó, hầu hết các gene quy định khả năng ra hoa được chứng minh
có liên quan đến 6 chu trình là xuân hóa (vemalization), quang chu kỳ
(photoperiod), đồng hồ sinh học (circadian clock), nhiệt độ (temperature), hóc môn
gibberellin, tuổi (age) và tự điều khiển (autonomous) [22-tr.37].
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện với mục đích hiểu rõ hơn về các gene
liên quan đến khả năng ra hoa của sắn từ đó giúp nâng cao sản lượng, chất lượng
sắn. Đặc biệt quan tâm tới các gene locus quy định ra hoa T (Flowering locus T,
FT) do các gene này có vai trò quan trọng đối với sự ra hoa của thực vật theo con
đường quang chu kì và xuân hóa. Do vậy, việc tìm hiểu rõ về họ gene liên quan đến
khả năng ra hoa giúp nhà khoa học có thể điều khiển được quá trình giao phấn theo
ý muốn và nắm được nguyên lý trong giai đoạn sinh trưởng và sinh thực ở cây trồng.

1


Chính vì vậy, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Định danh và phân tích cấu
trúc của họ gene liên quan đ n khả năng ra hoa của sắn (Manihot esculenta
Crantz)”.
2. Mục đích nghiên cứu
Kết quả của nghiên cứu này sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng để định danh và
phân tích cấu trúc của các gene liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn.
3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Xác định các gene liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn.
Nội dung 2: Phân tích thông tin của gene mã hóa FT ở loài sắn.
Nội dung 3: Phân tích cấu trúc của các gene liên quan đến khả năng ra hoa ở
loài sắn.
Nội dung 4: Thiết lập cây phân loại của gene FT ở loài sắn.
4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
4.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả của nghiên cứu nhằm cung cấp những hiểu biết cơ bản về cấu trúc
và chức năng của họ gene liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả của nghiên cứu này sẽ cung cấp những gene ứng viên mã hóa FT ở
sắn có liên quan đến khả năng ra hoa của loài nhằm phục vụ công tác chọn tạo
giống nhằm nâng cao năng suất.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
1.1. Flowering locus T (FT) và sự ra hoa ở thực vật

1.1.1. Một số y u tố ảnh hƣởng đ n sự ra hoa ở thực vật
Ở thực vật có hoa, sự ra hoa là dấu hiệu thực vật chuyển từ giai đoạn sinh
trưởng sinh dưỡng sang giai đoạn sinh trưởng sinh sản nhờ sự chuyển hướng đột
ngột từ hình thành mầm chồi và lá sang hình thành mầm hoa. Từ đó giúp cây trồng
sớm nhanh có quả, giúp tăng sản lượng, chất lượng và tăng lợi nhuận khi trồng cây.
Do vậy nếu muốn tăng năng suất, sản lượng hay lợi nhuận thì cần phải điều khiển
được quá trình ra hoa ở cây trồng. Quá trình ra hoa ở thực vật là một cơ chế phức
tạp, về bản chất thì được quy định bởi yếu tố di truyền và các yếu tố môi trường như
nhiệt độ, thời gian chiếu sáng [20-tr.37].
Ở hầu hết ở các loài thực vật bậc cao thì quá trình ra hoa chịu sự ảnh hưởng
bởi các yếu tố môi trường. Trong đó, một số yếu tố như là hàm lượng chất dinh
dưỡng, nước, ánh sáng, nhiệt độ được gọi chung là các yếu tố môi trường và những
yếu tố môi trường này có thể được coi là yếu tố giới hạn sinh trưởng của cây. Quá
trình sinh trưởng và phát triển của thực vật thì chịu sự ảnh hưởng, tác động qua lại
giữa các yếu tố môi trường này. Cụ thể, khi nhiệt độ tăng thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp
tới quá trình quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước, hấp thu nước và chất dinh dưỡng
của cây trồng, làm cho tốc độ của các quá trình diễn ra nhanh hơn. Ngoài ra, chất
lượng, cường độ và thời gian chiếu sáng là các chỉ tiêu quan trọng của ánh sáng ảnh
hưởng tới sinh trưởng, phát triển ở thực vật. Do ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng
nên một số loại cây trồng có thể không ra hoa trên một số vùng, do đó cần phải
kiểm soát được thời gian chiếu sáng để cây ra hoa theo ý muốn, từ đó phục vụ nhu
cầu của con người.
Ngoài chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng, hàm lượng
chất dinh dưỡng, nước, nhiệt độ thì sự ra hoa ở thực vật còn được quy định bởi yếu
tố di truyền [20-tr.37]. Trong đó, các yếu tố di truyền này là yếu tố quan trọng quyết
định đến sự ra hoa ở cây trồng. Từ lâu trên thế giới đã có nhiều học thuyết viết về
sự ra hoa của thực vật như thuyết phát triển Klebs (1905), thuyết quang chu kì của
Allard và Ganner (1920), thuyết hormone ra hoa florigen của Chailakhyan (1936)
3

và nhiều học thuyết khác. Theo đó, hầu hết các gene quy định khả năng ra hoa được
chứng minh có liên quan đến 6 chu trình là xuân hóa (vemalization), quang chu kỳ
(photoperiod), đồng hồ sinh học (circadian clock), nhiệt độ (temperature), hóc môn
gibberellin, tuổi (age) và tự điều khiển (autonomous) [22-tr.37].
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ra hoa ở thực vật, trong đó yếu tố di truyền
được coi là động lực hàng đầu giúp tăng năng suất và sản lượng hiện nay [14-tr.36].
Ngoài ra ở sắn, một trong những yếu tố chính để nâng cao năng suất và sản lượng là
nhờ sự tăng cường nghiên cứu, nhập nội, lai tạo và ứng dụng công nghệ mới trong
chọn tạo và nhân giống sắn lai [7-tr.35]. Tuy vậy, để xử lí ra hoa tập trung sắn thì
còn gặp nhiều trở ngại trong công tác lai giống [4-tr.35].
1.1.2. Các nghiên cứu về gene Flowering locus T (FT) ở thực vật
Theo nghiên cứu, cơ chế ra hoa ở thực vật có sự tham gia trực tiếp của 3
nhóm gene chính là FT, Leafy và Suppressor of overexpression of constans 1 [22tr.37]. Trong đó, FT là gene quan trọng được nghiên cứu ở nhiều loài thực vật như
Arabidopsis thaliana [22-tr.37], lúa mì (Triticum aestivum) [40-tr.39], lúa mạch
(Hordeum vulgare) [40-tr.39] và củ cải (Raphanus sativus) [44-tr.39]. Gene FT
được biểu hiện trong mô mạch của lá mầm và lá non nhưng không có trong mô
phân sinh đỉnh chồi (Shoot apical meristem, SAM) là nơi xảy ra quá trình chuyển
đổi hoa [43-tr.39]. Qua đó, protein FT thông qua phloem (libe) sẽ được vận chuyển
đến SAM [19,29]. Trong đó, phloem là nơi mà ở đó các chất hữu cơ là sản phẩm
của quá trình quang hợp sẽ được vận chuyển khắp thân cây nhằm tạo nguồn năng
lượng để cây phát triển và kết hạt. Ở đây, protein FT sẽ thúc đẩy sự ra hoa và kích
hoạt các gene nhận dạng mô phân sinh hoa nhờ sự tương tác với yếu tố phiên mã cơ
bản locus quy định ra hoa D (Flowering locus D, FD).
Ở A. thaliana, dựa vào sự phân lập các đột biến mất chức năng hoặc phân
tích chuyển gene mà kết quả đã phát hiện được khoảng 180 gene có liên quan đến
sự kiểm soát thời gian ra hoa. Các gene có liên quan đến sự ra hoa có liên quan liên
quan đến 6 chu trình chính là xuân hóa (vemalization), quang chu kỳ (photoperiod),
đồng hồ sinh học (circadian clock), nhiệt độ (temperature), hóc môn gibberellin,
tuổi (age) và tự điều khiển (autonomous). Các chu trình này điều chỉnh một lượng

4


nhỏ gene được mã hóa bởi các protein khác nhau từ đó kiểm soát thời gian ra hoa
bằng các tín hiệu được thu thập từ nhiều con đường khác nhau. Ngoài ra, việc phản
ứng với các kích thích môi trường khác như sự cân bằng các bước sóng ánh sáng,
hàm lượng chất dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến thời gian ra hoa [22-tr.37].
Ở củ cải để xác định được các gene liên quan đến ra hoa thì tiến hành tập
trung vào 160 gene mã hóa protein, từ đó xác định được khoảng 254 gene liên quan
đến sự ra hoa ở củ cải. Do đó xác định được rằng hầu hết các gene ra hoa ở A.
thaliana có tương đồng với củ cải giả định (khoảng 139/160) [44-tr.39]. Ngoài ra đã
nghiên cứu được một số ít gene điều khiển sự ra hoa ở lúa mì, lúa mạch [40-tr.39].
1.2. Đặc điểm hình thái và đặc điểm di truyền của cây sắn
1.2.1. Đặc điểm hình thái của cây sắn
Sắn thuộc chi Sắn (Manihot), họ Thầu dầu (Euphorbiaceae), bộ Sơ ri
(Malpighiales), lớp Hai lá mầm (Magnoliopsida), ngành Thực vật có hạt (Rosanae).
Theo nghiên cứu của trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế (International center
for tropical agriculture, CIAT) vào năm 1993, sắn được trồng cách đây khoảng
5000 năm [46-tr.39]. Ngoài ra, theo một số giả thiết thì trung tâm phát sinh của cây
sắn ở vùng Đông Bắc của Brazil thuộc lưu vực sông Amazon, nơi có nhiều chủng
loại sắn trồng và hoang dại [27-tr.37]. Ngoài ra trung tâm phân hóa phụ có thể tại
Mexico và vùng ven biển phía bắc của Nam Mỹ. Cây sắn được du nhập vào Việt
Nam khoảng giữa thế kỉ XVIII và được trồng ở hầu hết các vùng sinh thái từ Bắc
đến Nam [13-tr.36].
Có thể phân biệt được các giống sắn khác nhau dựa vào các đặc điểm hình
thái trên một số cơ quan chính như lá đỉnh, lá trưởng thành, thân, rễ [3-tr.35]. Trong
đó, có một số đặc điểm về hình thái được cho là ổn định và ít thay đổi dưới tác động
của ngoại cảnh, đặc trưng cho từng giống [13-tr.36].
Đặc điểm của cây sắn là có nhựa mủ. Rễ sắn có 2 kiểu mọc từ hạt và từ hom.
Hai loại rễ này đều có thể phát triển thành củ, được tạo thành do sự phình to của các

rễ con và rễ củ tích lũy tinh bột. Củ sắn dạng hình trụ hoặc hình thoi, kích thước từ
2 - 15 cm. Củ sắn gồm 4 phần: phần vỏ gỗ màu nâu sẫm giúp bảo vệ tránh các tác
động làm hư hại củ; phần vỏ thịt nằm trong lớp vỏ gỗ chứa nhiều glucozit khi thủy

5


phân giải phóng ra axit xianhiđric (Hydrocyanic acid, HCN) gây ngộ độc; phần thịt
củ chứa vitamin, chất khoáng, lipid và nhiều thành phần khác; nằm trong cùng là lõi
sắn. Nói chung, tùy vào từng loại giống, điều kiện canh tác và độ màu mỡ của đất
mà trọng lượng và kích thước của củ có sự thay đổi khác nhau [12-tr.36].
Thân gỗ, đơn, mọc thẳng, cao trung bình từ 2 - 3 m, đường kính thân từ 2 - 6
cm. Thân cây sắn có sự phân cành, sự phân cành liên quan đến khả năng ra hoa của
cây sắn. Tùy từng giống và từng giai đoạn phát triển của cây mà thân cây có màu
sắc khác nhau như khi non có màu xanh, đỏ tía còn khi già thì thân cây có màu
vàng, vàng tía hay xám lục. Hơn nữa, độ dài của thân cây được phụ thuộc vào giống
cây trồng, điều kiện chiếu sáng, mức độ thâm canh, mật độ và thời vụ trồng [13tr.36].
Lá đơn, chia thùy, mọc xen kẽ và xếp theo vòng, có lá kèm. Số lượng lá kèm là
chỉ tiêu được dùng để phân biệt các giống khác nhau [12-tr.36]. Hoa sắn là hoa đơn
tính cùng gốc, có hoa đực và hoa cái riêng đều cùng hình thành trên cùng một chùm
hoa. Số lượng hoa trên cây thay đổi tùy giống khác nhau. Cây thường thụ phấn chéo
nhờ gió và côn trùng. Quả nang, màu nâu nhạt hay đỏ tía, hình lục giác, đường kính
khoảng 1 - 1,5 cm. Hạt hình trứng, có vân hoặc có những vết nâu đỏ trên nền màu kem
hoặc xám nhạt. Hạt sắn hình trứng, có vân hoặc những vết nâu đỏ [12-tr.36].

Hình 2.1.
Đặc2.1.
điểm
thái
củathái

câycủa
sắncây
(Nguồn:
Hình
Đặchình
điểm
hình
sắn [13,12])

6


1.2.2. Đặc điểm di truyền của cây sắn
Sắn là cây đa bội thể phức tạp, dị hợp, có 36 nhiễm sắc thể (NST). Phổ thích
nghi của sắn rộng và có khả năng giữ được các đặc tính tốt thông qua các phương
pháp chọn lọc và nhân giống vô tính, do vậy thuận lợi cho công tác cải tiến giống
[9-tr.35]. Nghiên cứu được thực hiện trên giống sắn mô hình AM560-2 và cơ sở dữ
liệu về genome được lấy từ CIAT. Dựa vào phương pháp giải trình tự của genome
ppWGS (whole genome shotgun) từ đó xác định được trình tự của genome của cây
sắn, với kích thước của genome cây sắn ước khoảng 772 megabit (Megabyte, Mb)
[16-tr.36]. Tuy nhiên theo nghiên cứu mới gần đây của Bredeson và cộng sự thì đã
công bố khoảng 582,25 Mb trình tự của genome sắn trên 18 NST [17-tr.36]. Dù
chưa đầy đủ nhưng kích thước genome này có thể đại diện cho gần như tất cả các
vùng di truyền của genome và phần bị thiếu còn lại là các chuỗi trình tự lặp lại chưa
được sắp xếp.

Hình 2.Hình
2. Bộ2.2.
gene
sắncây

(Nguồn:
Bredeson
et al., 2016)
Bộcây
gene
sắn (Nguồn:
[17-tr.36])
Trong nghiên cứu gần đây về giải trình tự genome của cây sắn, tổng chiều
dài của 18 NST đạt khoảng 582,25 Mb bao gồm 2001 scaffolds chưa được định
danh trên các NST, trong đó scaffolds là một phần của trình tự genome được tái tạo

7


trong kĩ thuật shotgun trên toàn bộ genome được tính từ đầu đến cuối phân tử DNA.
Trong scaffolds gồm những contigs và những đoạn hở (gaps). Khoảng 495,48 Mb
được sắp xếp trong 40044 contigs, trong đó tỉ lệ G≡C chiếm hàm lượng khoảng
35,9%. Bản sao mã protein được chứa ở trong 30003 loci, chiếm 91,8% trình tự có
sẵn được xác định nhằm cung cấp dữ liệu để tiến hành lập bản đồ gene ở sắn. Kết
quả trên cho thấy trong quá trình sắp xếp thì có sự xuất hiện gần như toàn genome
mã hóa protein [17-tr.36].
1.3. Vai trò của cây sắn
Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong đời sống hằng ngày như được sử
dụng làm nguồn lương thực cho con người, làm nguồn thức ăn dồi dào cho chăn
nuôi và là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp. Tất cả các bộ phận của cây sắn đều
có thể sử dụng vào các mục đích khác nhau. Thành phần dinh dưỡng có trong củ
sắn tươi có tỉ lệ chất khô 38 - 40%, tinh bột 16 - 32%, giàu vitamin B, vitamin C,
calcium và các chất khoáng, nghèo lipid, muối khoáng và đạm. Trong củ sắn, hàm
lượng các amino acid không được cân đối, thừa arginine nhưng lại thiếu các amino
acid chứa lưu huỳnh. Lá sắn có hàm lượng đạm khá cao, nhiều chất bột, chất

khoáng và vitamin. Ngoài ra, trong lá sắn thì có chứa một lượng độc tố HCN gây
nguy hại cho cơ thể. Chất đạm của lá sắn có đầy đủ các amino acid cần thiết, giàu
lysine nhưng thiếu methionine. Sắn có tỉ lệ protein và lipid thấp, vì vậy khi sử dụng
sắn làm lương thực cần chú ý bổ sung thêm thức ăn giàu đạm và lipid mới cung cấp
đủ năng lượng cho cơ thể [13-tr.36].
Củ, thân hay lá sắn đều được dùng trong chế biến vào các mục đích khác
nhau. Củ là nguyên liệu chính được dùng để chế biến bột sắn nghiền, sắn lát khô,
tinh bột hoặc có thể dùng để ăn tươi. Từ đó chế biến thành các sản phẩm công
nghiệp như bột ngọt, rượu cồn, mì ăn liền, bánh kẹo, mạch nha, mì sợi, phụ gia thực
phẩm cùng nhiều sản phẩm khác. Ngoài ra, củ cũng được nghiền thành bột đem trộn
theo tỉ lệ thích hợp với bột ngô, cám gạo để dùng làm thức ăn cho gia súc, gia cầm.
Thân dùng để làm giống, làm nấm, làm củi đun, ngoài ra cũng được sử dụng trong
công nghiệp cellulose. Lá sắn non giàu đạm dùng làm rau xanh, có thể dùng trực
tiếp để nuôi tằm, nuôi cá. Ở nước ta, sắn là nguồn thức ăn quan trọng trong chăn
8


nuôi của các hộ gia đình. Ngày nay, ngoài việc phối hợp sắn vào khẩu phần thức ăn
hỗn hợp trong công nghiệp chế biến thức ăn gia súc thì quy trình ủ chua sắn củ tươi
phục vụ cho chăn nuôi lợn trong gia đình cũng được áp dụng rộng rãi. Ngày nay,
các sản phẩm có nguồn gốc từ sắn ngày càng trở nên thông dụng trong buôn bán [1tr.35].
Không những thế, sắn còn được coi là một trong những loại nguyên liệu
được dùng để sản xuất cồn sinh học. Cồn được dùng để sản xuất một số loại hóa
chất khác nhau như cellulose triacetate, vinyl acetate, PVC, styrene, polystyrene.
Do đó, cồn sản xuất từ cây sắn sẽ giải quyết vấn nạn thiếu cồn ở nhiều quốc gia trên
thế giới. Có thể chế biến cồn sinh học với hiệu suất cao, cạnh tranh với các cây khác
như nếu chế biến 6 kg sắn củ tươi thành 2,5 kg sắn lát, từ đó thành 2,2 kg bột sắn
nghiền thì chế biến được 1 lít cồn 99,5%. Do đó, nhu cầu thị trường rất lớn và giá
cạnh tranh là cơ hội để phát triển sản xuất sắn [11-tr.36].
Ô nhiễm môi trường từ túi nylon không chỉ là vấn đề riêng của một quốc gia

nào mà nó là vấn nạn toàn cầu. Vì vậy nhiều sáng kiến sản xuất túi nylon thân thiện
với môi trường đã ra đời, trong đó phải nói đến túi nylon được sản xuất từ sắn. Túi
nylon được sản xuất từ tinh bột sắn, khoai tây được doanh nhân ở Ấn Độ sáng chế
ra đầu tiên. Sau đó, túi nylon khoai mì thân thiện với môi trường cũng được sáng
chế ra ở Indonesia, chiếc túi có thành phần gồm khoai mì, dầu thực vật và nhựa hữu
cơ. Gần đây, các nhà khoa học thuộc trung tâm nghiên cứu vật liệu Polyme, Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu thành công một loại túi nylon tự hủy làm
bằng bột sắn và nhựa sinh học, có tính thân thiện cao với môi trường. Trong đó tỷ lệ
bột sắn chiếm 35 - 40%, còn lại là nhựa phân hủy sinh học. Loại túi này có độ bền
và dai hơn túi nylon thông thường với giá thành cao hơn từ 1,5 đến 2 lần. Tuy
nhiên, ưu điểm nổi trội của nó là sau khi phân hủy ra đất, chúng ta có thể trồng cây
tại chính những khu vực này [53-tr.39].
Tóm lại, sắn có nhiều vai trò quan trọng trong cuộc sống như làm nguồn
lương thực, thực phẩm đối với con người và làm nguồn thức ăn cho chăn nuôi gia
súc, ngoài ra còn là nguyên liệu chế biến cồn sinh học và túi nylon sinh học thân
thiện với môi trường, từ đó giúp bảo vệ môi trường. Với nhiều vai trò như vậy nên

9


sắn đang là đối tượng cây trồng được ưu tiên nghiên cứu phát triển trong tầm nhìn
chiến lược đến năm 2020 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn [14-tr.36].
1.4. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên th giới và ở Việt Nam
1.4.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên th giới
Sắn có vai trò vô cùng lớn đối với con người, theo FAO thì sắn là cây lương
thực quan trọng xếp thứ tư ở các nước đang phát triển sau ngô, lúa gạo, lúa mì.
Ngoài ra, sắn là cây trồng đứng thứ tư trên thế giới về cung cấp năng lượng cho con
người, là cây có khả năng sản xuất lượng carbohydrate cao nhất trong số các cây
lương thực. Do đó mà chúng đang rất được quan tâm và được trồng ở trên 100 quốc
gia trên thế giới với các quy mô canh tác khác nhau [13-tr.36].

Về sản xuất, sản lượng sắn trên toàn thế giới trong nhiều năm trở lại đây duy
trì tương đối ổn định ở mức sản lượng 250 triệu tấn. Trong đó Nigeria là quốc gia
đứng đầu thế giới với sản lượng sắn xấp xỉ 59,57 triệu tấn và diện tích trồng khoảng
6 triệu hecta (hectare, ha). Đứng thứ hai là Congo với sản lượng sắn xấp xỉ 34 triệu
tấn và diện tích trồng sắn khoảng 4,18 triệu ha. Việt Nam là nước có diện tích trồng
đứng thứ tám trong bảng với hơn 569 nghìn ha và sản lượng sắn đứng thứ bảy với
khoảng 10,91 triệu tấn. Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của
công nghiệp sản xuất cồn sinh học có sắn là nguyên liệu đầu vào nên sản lượng sắn
đang gia tăng mạnh mẽ. Sản xuất sắn bùng nổ tại các quốc gia Đông Nam Á cùng
với nhu cầu lương thực ngày càng tăng của Châu Phi [5-tr.35].
Về tiêu thụ, sắn chiếm tỉ trọng cao trong cơ cấu lương thực ở Châu Phi, bình
quân khoảng 96 kg/người/năm. Trong đó, Congo là nước sử dụng sắn nhiếu nhất
với 391 kg/người/năm (hoặc 1123 calori/ngày). Trung Quốc hiện là nước nhập khẩu
sắn nhiều nhất thế giới để làm cồn sinh học (bio ethanol), tinh bột biến tính (modify
starch), thức ăn gia súc và dùng trong công nghiệp thực phẩm dược liệu. Căn cứ vào
số liệu của FAO năm 2016, dưới đây là bảng thống kê về diện tích và sản lượng sắn
của 10 quốc gia trên thế giới.

10


Bảng 1.1. Diện tích và sản lượng sắn của 10 nước trên thế giới
(Nguồn: FAO, 2016)
STT

Quốc gia

Diện tích (ha)

Sản lƣợng (tấn)

1

Thailand

1.378.885

31.161.000

2

Nigeria

6.150.574

59.565.916

3

Brazil

1.406.512

21.084.418

4

Indonesia

867.495

20.744.674

5

Ghana

938.725

17.798.217

6

Congo

4.178.193

34.024.295

7

Viet Nam

569.233

10.909.800

8

Cambodia

375.173

9.830.665

9

Angola

923.240

10.182.973

10

Mozambique

1.165.363

9.100.000

Chú thích: Diện tích (ha), sản lượng (tấn) đều được khai thác số liệu từ FAO, 2016.
1.4.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây sắn được coi là cây công nghiệp xuất khẩu có triển vọng.
Những năm gần đây sắn được Bộ Công thương đưa vào nhóm 10 mặt hàng nông
sản xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Ngoài lợi ích về giá trị kinh tế cao thì sắn còn
có giá trị lớn về an ninh lương thực, an ninh quốc phòng và xã hội do sắn được
trồng chủ yếu ở các vùng miền núi, là nguồn thu nhập quan trọng của các hộ nông
dân nghèo, vì sắn dễ trồng, ít kén đất, ít vốn đầu tư, phù hợp với điều kiện sinh thái
ít thuận lợi và điều kiện kinh tế nông hộ.

Về sản xuất, sắn được trồng từ Bắc tới Nam, tuy nhiên được trồng chủ yếu ở
5 vùng sinh thái là Bắc Trung Bộ, Duyên hải miền Trung, Tây Nguyên, Đông Nam
Bộ và Trung du miền núi phía Bắc. Diện tích trồng sắn ở 5 vùng sinh thái này
chiếm khoảng 97% diện tích trồng sắn trên cả nước, với tổng diện tích trồng sắn
trên cả nước năm 2016 đạt 569,9 nghìn ha. Năng suất sắn bình quân trên cả nước
năm 2016 đạt 19,17 tấn/ha. Trong năm 2016, tổng sản lượng sắn củ tươi trên cả
nước đạt khoảng 10,91 triệu tấn, tăng 10,44% so với năm 2011 [49-tr.39].

11


Về tiêu thụ, năm 2016 sắn tươi tiêu thụ khoảng 14,84 triệu tấn dùng để sản
xuất tinh bột sắn, thức ăn chăn nuôi, sắn lát phơi khô, cồn sinh học hoặc các sản
phẩm khác. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Hải quan, trong năm 2016 tổng kim
ngạch xuất khẩu các mặt hàng sắn là 3,697 triệu tấn, trong đó kim ngạch xuất khẩu
sắn các loại là 1,508 triệu tấn, kim ngạch xuất khẩu các sản phẩm từ sắn là 2,189
triệu tấn [50-tr.39].

12


CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. D liệu nghiên cứu
Hệ gene và hệ protein của giống sắn mô hình AM560-2 [17-tr.36] được cung
cấp từ cơ sở dữ liệu Phytozome () [24-tr.37] và NCBI
(Bioproject: PRJNA234389).
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 6/2018 - 1/2019
Địa điểm nghiên cứu:
Phòng Sinh học phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp.

Khoa Sinh - Kỹ thuật nông nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2.
2.3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Xác định các gene liên quan đến khả năng ra hoa ở loài sắn.
Nội dung 2: Phân tích thông tin của gene mã hóa FT ở loài sắn.
Nội dung 3: Phân tích cấu trúc của các gene liên quan đến khả năng ra hoa ở
loài sắn.
Nội dung 4: Thiết lập cây phân loại của gene FT ở loài sắn.
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.4.1. Phƣơng pháp xác định các gene FT ở sắn
Để xác định được các thành viên của gene FT, sử dụng công cụ tìm kiếm
trình tự protein (Basic local alignment search tool protein, BlastP), sau đó tiến hành
bằng cách BlastP vùng bảo thủ At1G65480 vào hệ protein ở A. thaliana trên cơ sở
dữ liệu của Phytozome. Trong đó vùng bảo thủ At1G65480 đặc trưng cho khả năng
ra hoa ở loài sắn. Bao gồm các bước:
Bước 1: Ta truy cập vào Phytozome, sau đó truy cập vào species, chọn
Manihot esculenta v6.1.
Bước 2: Nhập từ khóa At1G65480 (vùng bảo thủ đặc trưng cho các loài thực
vật) vào ô trống từ khóa, sau đó Enter (hình 2.1).

13


Hình3.1.
2.1.Cơ
Cơsởsởdữdữliệu
liệuPhytozome
Phytozome
Hình
Bước 3: Xác định số lượng các gene FT.
2.4.2. Phƣơng pháp xác định thông tin của gene mã hóa FT ở sắn.

Mã định danh và các thông tin chú giải của gene FT được tiến hành bằng
cách tìm kiếm BlastP trên cơ sở dữ liệu NCBI qua đó người dùng có thể thu thập
các thông tin như mã định danh, vị trí phân bố của gene. Cụ thể như sau:
Bước 1: Truy cập vào công cụ tìm kiếm trình tự cơ bản (Basic Local
Alignment Search Tool, BLAST) là một công cụ tìm kiếm cơ bản nhằm so sánh các
chuỗi sinh học, ví dụ như chuỗi amino acid của phân tử protein hay chuỗi
polynucleotide của DNA, chọn BlastP.
Bước 2: Nhập trình tự amino acid của các protein FT vào ô trống từ khóa,
sau đó truy cập vào ô có chữ BLAST ở bên dưới.
Bước 3: Xuất hiện thông tin của họ gene, tỉ lệ nào chiếm lớn nhất sau đó truy
cập vào Accession.
Bước 4: Xác định mã phiên mã, mã định danh protein, mã locus của họ gene FT.
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích cấu trúc của gene mã hóa FT ở sắn.
Để xác định được cấu trúc của gene mã hóa FT ở sắn, ta tiến hành đưa trình
tự mã hóa DNA (Coding DNA sequence, CDS) và bộ gen DNA (Genomic

14


deoxyribonucleic acid , gDNA) của từng gene tương ứng vào BioEdit [25-tr.37].
Trong đó, CDS và gDNA của từng gene được khai thác trên cơ sở dữ liệu
Phytozome và BioEdit là phần mềm được sử dụng để phân tích và so sánh trình tự
sắp xếp của các chuỗi sinh học. Từ đó thông qua phần mềm BioEdit mà ta có thể
xác định được kích thước các gene, thành phần nucleotide trong mỗi gene. Cụ thể
gồm các bước sau:
Bước 1: Ta đưa trình tự CDS, gDNA của từng gene lần lượt vào phần mềm
BioEdit.
Bước 2: Truy cập vào sequence, sau đó chọn nucleic acid, rồi truy cập vào
nucleotide composition.
Bước 3: Xác định kích thước của CDS, gDNA và hàm lượng GC (%) của

từng gene.
Đối với số lượng các đoạn exon/intron của họ gene thì được xác định bằng
công cụ hiển thị cấu trúc gen (Gene Structure Display Server, GSDS) [28-tr.37] dựa
trên trình tự vùng CDS và gDNA tương ứng của từng gene mã hóa.
2.4.4. Phƣơng pháp xây dựng cây phân loại của FT ở sắn
Cây phân loại được xây dựng trên công cụ MEGA (V6.0) [32-tr.38] bằng
cách sử dụng phương pháp Neighbor - Joining. Trong đó có sự tham gia đóng góp
của trình tự amino acid của các thành viên họ gene FT, từ đó thiết lập nên cây phân
loại của FT ở sắn.

15