ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, cây lạc là một trong những loài cây họ Đậu rất quan trọng, được canh tác rộng rãi trên thế giới với nhiều mục đích sử dụng khác nhau như làm thực phẩm, nguyên liệu cho sản xuất thức ăn chăn nuôi, làm nhiên liệu sinh học và giúp cải tạo đất. Cây lạc được gọi theo tên tiếng Anh là peanut. Tên khoa học là Arachis hypogaea, thuộc chi Arachis, thuộc họ đậu (Fabaceae), lớp Hai lá mầm (Dicotylendonae), ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta) giới thực vật (Plantae) (Sammy, 2017).
Ở Việt Nam, lạc nói riêng và các cây họ Đậu nói chung được đánh giá là loại cây công nghiệp ngắn ngày, trồng xen canh trên các diện tích canh tác hoa màu với tác dụng cải tạo đất, góp phần tăng thu nhập cho người nông dân. Tuy nhiên, năng suất và chất lượng lạc đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tác động của các yếu tố bất lợi phi sinh học. Các nhân tố phiên mã được biết đến là một trong những protein điều hòa chính đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học khác nhau của thực vật bậc cao. TF NAC liên quan đến sự tăng trưởng, phát triển của thực vật và khả năng chịu đựng trước các căng thẳng chẳng hạn như hạn hán, độ mặn cao, nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp.
Cho đến nay, một số lượng lớn các thành viên học NAC ở nhiều loài đã được xác định như đậu tương (Glycine max) (Pinheiro et al.,2009), lúa (Oryza sativa) (Nuruzzaman et al.,2010), táo (Malus domestica) (Su et al.,2013), đậu gà (Cicer arietinum) (Ha et al., 2014), chuối (Musa acuminata) (Cenci et al., 2014), dâu rừng (Fragaria vesca) (Moyano et al., 2018), vừng (Sesamum indicum) (Zhang et al., 2018),tiêu (Capsicum annuum) (Diao et al. Ở lạc, tổng số 29 gene AhNAC đã được xác định và phân tích các đặc tính cơ bản. Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã thực hiên đề tài : “Tìm hiểu mức độ biểu hiện của các cặp gene lặp mã hóa nhân tố phiên mã NAC đáp ứng với bất lợi ở cây lạc (Arachis Hypogaea)”. Trong nghiên cứu này, 1 hiện tượng lặp của các gene và vai trò của chọn lọc tự nhiên đã được dự đoán dựa trên công cụ tin sinh học.
Bên cạnh đó, vùng promoter của gene AhNAC ở cây lạc đã được phân tích nhằm cung cấp những dữ liệu về yếu tố điều hòa cis- cảm ứng hormone và đáp ứng bất lợi. Trọng tâm của nghiên cứu này là khai thác mức độ dữ liệu biểu hiện của họ gene AhNAC trong các điều kiện bất lợi phi sinh học của cây lạc. Từ đó, kết quả của nghiên cứu cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc định hướng phân tích chức năng gene giúp cho cải thiện đặc tính chống chịu bất lợi của cây lạc. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1.
Mục đích Đề tài được thực hiện nhằm để tìm hiểu về đánh giá mức độ biểu hiện của các cặp gene lặp mã hóa AhNAC ở cây lạc liên quan đến hạn hán. Dựa trên những giả thuyết đó, chức năng của các gene AhNAC liên quan đến đáp ứng bất lợi ở lạc có thể được tìm hiểu nhằm trả lời cho câu hỏi họ gene AhNAC ở lạc nói riêng và thực vật nói chung là họ đa gene và chỉ có những gene nhất định lại được lặp trong họ. Bên cạnh đó, các phân tích tin sinh học đã cung cấp thêm những thông tin cơ bản về cấu trúc đặc thù về protein của NAC có trong cây lạc. Yêu cầu Yêu cầu của đề tài bao gồm 5 yêu cầu chính: - Phân tích hiện tượng lặp xảy ra ở họ gene AhNAC ở cây lạc.
- Xác định giá trị thay thế đồng nghĩa (Ks) và giá trị thay thế trái nghĩa (Ka), và tỷ lệ Ka/Ks để đánh giá vai trò áp lực chọn lọc tự nhiên đến các cặp gene lặp ở họ gene AhNAC ở cây lạc. - Phân tích mối tương quan giữa AhNAC ở cây lạc và các CaNAC đáp ứng hạn ở đậu gà. - Khai thác yếu tố điều hòa cis- trên vùng promoter của gene AhNAC. - Đánh giá dữ liệu biểu hiện của họ gene AhNAC trong điều kiện xử lý hạn.
2 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Nguồn gốc xuất xứ của cây lạc Cây lạc có thể có nguồn gốc xuất xứ từ Peru hoặc Brazil ở Nam Mỹ, nhưng mãi đến khi các nhà thám hiểm Châu Âu phát hiện ra Châu Mỹ, sự tồn tại của loài lạc mới được biết đến. Cây lạc là một trong những cây có lịch sử phát triển lâu đời. Không có tài liệu hóa thạch nào chứng minh nhưng những người ở Nam Mỹ đã làm đồ gốm với hình dạng hạt lạc, những chiếc lọ được trang trí bằng hạt lạc từ 3.500 năm trước hoặc lâu hơn.
Ngay từ năm 1500 trước Công nguyên, người Incans ở Peru đã sử dụng lạc làm vật hiến tế và ướp xác họ với xác ướp của họ để hỗ trợ đời sống linh hồn. Các bộ lạc ở miền trung Brazil cũng xay lạc với ngô để làm thức uống (Ray et al. Các nhà thám hiểm châu Âu lần đầu tiên phát hiện ra hạt lạc ở Brazil. Cây lạc được trồng ở phía Bắc Mexico khi người Tây Ban Nha bắt đầu khám phá thế giới mới.
Các nhà thám hiểm đã mang cây lạc trở lại Tây Ban Nha, và từ đó các thương nhân và nhà thám hiểm đã truyền bá chúng sang châu Á và châu Phi. Người Châu Phi là những người đầu tiên đưa cây lạc đến Bắc Mỹ bắt đầu từ những năm 1700 (Ray et al. Các ghi chép cho thấy rằng phải đến đầu những năm 1800, cây lạc mới được trồng như một loại cây thương mại ở Hoa Kỳ. Chúng được trồng lần đầu tiên ở Virginia và được sử dụng chủ yếu để làm dầu, thực phẩm và như một chất thay thế ca cao.
Vào thời điểm này, lạc được coi là thức ăn cho gia súc và người nghèo và được coi là khó trồng và khó thu hoạch (Ray et al. Ở Việt Nam, lịch sử nuôi trồng của cây lạc chưa được xác minh rõ ràng nhưng có thể nhận biết rằng loài lạc được nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc vào khoảng thế kỷ XVII - XVIII. Loài lạc là một trong số các loài ít mẫn cảm với thời gian chiếu sáng và có chúng tính chịu hạn tốt nên hiện nay có khoảng 1000 giống khác nhau được trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới từ 40 vĩ độ Bắc đến 40 vĩ độ Nam (Nguyễn Đình Hải, 2014). Đặc điểm sinh học của cây lạc a) Đặc điểm di truyền Lạc là một loài thực vật có đa dạng về di truyền, genome được xác định là 2n=20.
Chuỗi bộ gene của lạc hoàn chỉnh bao gồm hơn 2,5×109 bp (Zheng et al. b) Đặc điểm hình thái của cây lạc Đầu tiên, cây lạc là loài cây thân thảo, thân phân nhánh từ gốc, có các cành toả ra, cao 30-100 cm tùy theo giống và phụ thuộc vào điều kiện trồng trọt. Đối với phần rễ cây lạc là rễ cọc, nhiều rễ phụ, có rễ cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium tạo thành những nốt sần có khả năng hấp thụ đạm. Rễ cây phân bố ở trên mặt đất khoảng 30cm (Nguyễn Đình Thi và cs.
Lá của cây lạc có đặc điểm là dạng lá kép mọc đối, kép hình lông chim với bốn lá chét, kích thước lá chét dài 4-7 cm và rộng 1-3 cm. Lá kèm 2 làm thành bẹ bao quanh thân, có hình dải nhọn. Thông thường lá cây có màu xanh nhạt hoặc đậm, vàng nhạt hay vàng đậm phụ thuộc vào từng giống cây và điều kiện canh tác. Tiếp theo về phần hoa của cây lạc gồm có cụm hoa chùm ở nách, 2-4 hoa nhỏ, màu vàng.
Dạng hoa đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, cuống hoa dài 2-4 cm. Quả lạc sau khi thụ phấn, cuống hoa dài ra, làm cho nó uốn cong cho đến khi quả chạm mặt đất, chúng phát triển thành một dạng quả đậu (củ) trong đất dài 3-7cm, mỗi quả chứa 1-4 hạt và thông thường là 2 hạt, có rãnh dọc. Quả lạc có hình trụ thuôn, không chia đôi, thon lại giữa các hạt, có vân mạng. Hạt chứa dầu lên đến 50% (Nguyễn Đình Hải, 2014).
Đặc điểm hình thái của cây lạc. Vai trò của cây lạc Cây lạc đóng góp rất nhiều vai trò là cây công nghiệp, cây thực phẩm, xuất hiện lâu đời và chúng có giá trị dinh dưỡng cao. Lạc sử dụng làm thực phẩm cho con người, chúng cung cấp 30 nhóm chất dinh dưỡng thiết yếu và dinh dưỡng thực vật. Hạt lạc chứa 40-50% chất béo, 24-27% protein và nhiều khoáng chất như Ca, Fe, Mg, P, K, Zn cùng với một lượng vitamin lớn, đặc biệt là vitamin B (Nguyễn Văn Đính và cs.
Giá trị dinh dưỡng chủ yếu của hạt lạc mà con người sử dụng là lipid và protein. Hàm lượng lipid có trong hạt lạc (40-60%) so với vừng (45-54%) cao hơn nhiều so với đậu tương và đậu xanh. Hàm lượng protein có trong cây lạc (26-34%) chỉ đứng sau cây đậu tương (40-50%) (Dương Đình Chiến, 2018). Cây lạc còn được dùng làm nguyên liệu sản xuất cho thức ăn chăn nuôi gia súc, thân lá làm thành thức ăn xanh và việc vận dụng phế liệu từ lạc làm thức 5 ăn cho gia súc.
Bên cạnh đó, vỏ lạc còn là nguồn cung cấp xơ trong thức ăn chăn nuôi, đặc biệt là động vật nhai lại và thỏ (Chu Thị Thơm và cs. Ngoài ra, giúp cải tạo đất thông qua quá trình cố định đạm là một vai trò quan trọng không thể không kể đến của cây lạc. Chúng cải thiện tình trạng Nitơ cũng như cải tạo đất do khả năng cố định Nitơ từ sự cộng sinh với hệ vi khuẩn Rhizobium trên rễ cây. Tạo thuận lợi trong việc luân canh, xen canh cây trồng trong mùa vụ của người dân.
Chất béo có trong lạc là nguồn nguyên liệu được sử dụng làm diesel sinh học. Các thành phần trong lạc như là carbohydrate, lipid và protein còn được dùng làm nguyên liệu cơ sở cho sản xuất biogas (Yong et al.Vai trò của cây lạc. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sinh trưởng và phát triển của cây lạc Biến đổi khí hậu hiện đang là một vấn đề được xã hội đặc biệt quan tâm, đó là sự nóng lên của trái đất do hiệu ứng của các khí nhà kính tăng lên và được biểu hiện trên rất nhiều các khía cạnh như làm cho mực nước biển dâng, hạn hán, lũ lụt, bão, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng như đời sống xã hội của con người. Theo Michon Scott (2012), vào mùa hè năm 2011 hạn hán đã tấn công một số bang tại Hoa Kỳ nơi trồng lạc.