Đặt vấn đề Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) thuộc cây họ đậu (Fabaceae), là cây trồng cạn ngắn ngày có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Hạt đậu tương có hàm lượng protein từ 20% - 40%, dễ tan và chứa hầu hết các loại amino acid, đặc biệt là các loại amino acid không thay thế (lysin, triptophan, metionin. Hàm lượng lipid từ 18 - 20%, có chứa tỷ lệ lớn các axit béo chưa no, có hệ số đồng hóa lớn (98%) và chỉ số iốt cao, tốt cho việc phòng chống bệnh bướu cổ ở người. Trong hạt đậu tương còn có nhiều loại vitamin khác như: Vitamin A, D, E, PP, K… cung cấp nguồn dinh dưỡng phong phú, cần thiết cho người và động vật [2], [3], [4].
Cây đậu tương là một trong những cây trồng quan trọng không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều nước trên thế giới. Các sản phẩm rất quen thuộc của đậu tương như đậu phụ, nước tương, dầu ăn. có vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hằng ngày của con người. Các nhà khoa học đã nghiên cứu phát hiện ra khả năng phòng và điều trị bệnh ung thư, tim mạch trong hạt đậu tương.
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. Cùng với thân và lá làm thay đổi tính chất lý, hóa và tăng độ phì nhiêu cho đất. 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 [4]. Ở Việt Nam, 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 [3]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ Sản lượng đậu tương trên thế giới đạt hàng trăm triệu tấn/ năm. Tuy nhiên, ở Việt Nam đậu tương chỉ đạt vài trăm nghìn tấn/ năm.
Để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và chế biến nước ta vẫn phải nhập khẩu đậu tương từ các nước trên thế giới đặc biệt là Mĩ [62]. Thực trạng này cũng chứng tỏ một điều là diện tích gieo trồng và năng suất 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 [2]. 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 xảy ra sẽ làm giảm năng suất của đậu tương [2], [3], [4]. Do đó, công tác tuyển chọn giống đậu tương có kiểu gen chịu hạn ngày càng được quan tâm nghiên cứu. Khả năng chịu hạn của thực vật là tính trạng do nhiều gen quy định. 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 [9].
Các trình tự gen liên quan đến tính chịu hạn ở đậu tương đã được công bố trên Ngân hàng gen Quốc tế, trong đó có gen DREB. DREB (Dehydration Responsive Element Binding) là một họ gen sản xuất protein kích hoạt nhóm gen liên quan đến tính chịu hạn của thực vật nói chung và của cây đậu tương nói riêng. Việc nghiên cứu về DREB đã thành công trên các đối tượng như cây Arabidopsis [37], lúa mì [28], thuốc lá [38], hoa cúc [35], hướng dương [23], ngô [47], lúa [24]… Trong phân họ DREB của đậu tương, việc nghiên cứu gen DREB2 liên quan đến tính chịu hạn cho thấy đây là nhóm gen đa dạng về cấu trúc, chức năng và các tác giả khuyến cáo cần tiếp tục mở rộng nghiên cứu. Công bố đầu tiên về gen DREB2 ở cây đậu tương bởi Chen và cộng sự (2006), với việc phân lập gen DREB2 từ mRNA có kích thước 480bp.
Theo nhóm nghiên cứu, trong cây đậu tương, gen DREB2 tham gia tích cực vào việc cải tiến khả năng chịu hạn của cây [22], [54]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ Nhằm tìm hiểu đặc điểm cấu trúc của gen DREB2 liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu tương, chúng tôi lựa chọn và tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phân lập và so sánh đặc điểm cấu trúc gen GmDREB2 của một số giống đậu tương có khả năng chịu hạn khác nhau”. Mục tiêu nghiên cứu - Phân lập và so sánh gen DREB2 của giống đậu tương DT 26 với một số trình tự đã công bố. Nội dung nghiên cứu - Phân lập gen DREB2 từ mRNA của giống DT 26 bằng kỹ thuật PCR.
- So sánh trình tự nucleotide của gen GmDREB2 với một số trình tự đã công bố. - So sánh trình tự amino acid suy diễn từ gen DREB2 với một số trình tự đã công bố. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cây đậu tƣơng 1.
Nguồn gốc và đặc điểm sinh học của cây đậu tương Cây đậu tương hay đậu nành (Glycine max L. Merill) là một trong những loại cây trồng được biết đến rất sớm. Bằng chứng về lịch sử, địa lý, khảo cổ học đã chỉ ra, đậu tương có nguồn gốc từ Trung Quốc, được thuần hóa và trồng làm thực phẩm vào khoảng thế kỉ XVII trước Công nguyên. Từ Trung Quốc, đậu tương được đưa sang Triều Tiên, Nhật Bản, Nga, sang Đông Nam Á và Nam Á qua con đường tơ lụa [4].
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, đậu tương được trồng ở Việt Nam có hai nguồn gốc, đó là các giống địa phương và các giống nhập nội [3], [4]. Về phân loại thực vật học, cây đậu tương hay còn gọi là đậu nành, tên khoa học Glycine max (L. 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 (Fabaceae), họ phụ cánh bướm (Papilinoideae) [2], [3].
Về hình thái, cây đậu tương có các bộ phận chính là rễ, thân, lá, hoa và quả. Rễ cây đậu tương khác với rễ cây hoà thảo là có rễ chính và rễ phụ. Rễ chính có thể ăn sâu 30-50cm và có thể trên 1m. Trên rễ chính mọc ra nhiều rễ phụ, rễ phụ cấp 2, cấp 3 tập trung nhiều ở tầng đất 7-8 cm rộng 30-40 cm2 [2].
Trên rễ chính và rễ phụ có nhiều nốt sần. Đó là các u bướu nhỏ bám vào các rễ. Nốt sần là kết quả cộng sinh của một số loại vi sinh vật có tên khoa học là Rhizobium Japonicum với rễ cây đậu tương. Trong một nốt sần có khoảng 3-4 tỷ vi sinh vật, mà ta chỉ có thể nhìn thấy chúng qua kính hiển vi phóng đại 600 - 1000 lần [4].
Nốt sần đóng vai trò chính trong quá trình cố định Nito thành đạm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ dễ tiêu. Bộ rễ phân bố nông, sâu, rộng, hẹp, số lượng nốt sần ít hay nhiều phụ thuộc vào giống, đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng [3]. Đậu tương là cây hai lá mầm thân thảo, ít phân cành, dạng bụi. Thân cây có hình tròn, trên thân có nhiều lông tơ có tác dụng giảm thoát hơi nước và chống bệnh.
Thân non có thể có màu xanh hoặc màu tím, màu sắc thân non có tương quan chặt chẽ tới màu sắc của hoa, thân xanh hoa trắng, thân tím hoa tím. Thân có trung bình 14-15 lóng, các lóng ở phía dưới thường ngắn, các lóng ở phía trên thường dài. Thân có nhiều dạng như đứng, bò, nửa bò và leo. Đường kính thân thay đổi tùy theo giống và có liên quan chặt chẽ tới tính chống đổ của cây.
Số cành trên thân nhiều hay ít phụ thuộc vào giống và các kỹ thuật canh tác. Có giống chỉ có 1 - 2 cành hoặc thậm chí không có cành. Các cành mọc ra từ chồi ở các nách lá. Các chồi ở dưới thân chính sẽ phát triển thành các chùm quả, các chồi ở giữa và ngọn thì phát triển thành các chùm hoa.
Các cành mọc ra ở đốt thứ nhất hay đốt thứ hai sẽ khỏe hơn các cành mọc ở phía trên. Các cành cùng với thân sẽ tạo thành tán cây [2], [3], [4]. Đậu tương là cây hai lá mầm nên có ba loại lá: lá mầm, lá đơn, và lá thật. Lá mầm cung cấp dinh dưỡng cho cây ở thời kì đầu, về sau rụng đi.
Lá đơn mọc đối là lá thật chưa hoàn chỉnh có khả năng quang hợp cho cây. Lá thật hay lá kép có ba lá chét, nhưng cá biệt cũng có lúc có 4 đến 5 lá chét. Phiến lá có nhiều hình dạng khác nhau, hình dạng của lá thay đổi theo từng giống, những lá nhỏ và dài chịu hạn tốt nhưng cho năng suất thấp, những giống lá to thường cho năng suất cao nhưng khả năng chịu hạn thường kém [4]. Đậu tương là cây tự thụ phấn, hoa đậu tương nhỏ không có mùi, có màu tím, tím nhạt, hoặc màu trắng, hoa mọc từ nách lá hoặc ngọn.
Một hoa có từ 1800-6800 hạt phấn tuỳ theo giống khác nhau, giống hạt to thì có bao phấn to và nhiều hạt phấn. Hạt phấn thường hình tròn, số lượng và kích thước hạt phấn tuỳ giống khác nhau, giống hạt to thường có hạt phấn to và nhiều hơn so với giống có hạt nhỏ. Quả đậu tương thuộc loại quả ráp thẳng hoặc hơi cong, có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.vn/ nhiều lông khi chín màu vàng hoặc xám. Một quả chứa từ 1 tới 5 hạt, nhưng hầu hết các giống quả thường từ 2 đến 3 hạt.
Hạt đậu tương không có nội nhũ mà chỉ có một lớp mỏng bao quanh một phôi lớn. Hạt có hình tròn, ôvan, dẹt, bầu dục. Vỏ hạt nhẵn có thể có màu vàng đậm, vàng nhạt, xanh hoặc nâu, đen nhưng phổ biến là hạt màu vàng [2], [3]. Đậu tương là cây trồng lấy hạt, cung cấp dầu quan trọng bậc nhất trong các cây lấy dầu.
