Đặt vấn đề Đậu tương (Glicine max (L.) thuộc họ Đậu (Fabacea), bộ Fabales, là cây trồng lấy hạt và là cây cho dầu quan trọng bậc nhất trên thế giới, do khả năng thích ứng rộng nên cây đậu tương được trồng khắp các châu lục, nhưng tập trung nhiều nhất ở Châu Mỹ với sản lượng đậu tương thu được chiếm 85,4% tổng sản lượng đậu tương trên toàn thế giới, tiếp đến là Châu Á đạt 12,1% (FAOSTAT, 2016). Tại Việt Nam, đậu tương là cây thực phẩm có vai trò quan trọng nhưng năng suất cây trồng này còn thấp, chưa thể đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước. Nguyên nhân gây ảnh hưởng lớn đến năng suất và sản lượng đậu tương của Việt Nam là do các bệnh dịch hại, sâu bệnh và chủ yếu là do hạn hán. Trong bối cảnh khí hậu trái đất thay đổi dẫn đến diện tích khô hạn, nhiễm mặn ngày một tăng.
Việc nghiên cứu các đáp ứng của cây lương thực, bao gồm cây đậu tương, trồng trong điều kiện môi trường thiếu nước, mặn, lạnh… ngày càng trở nên quan trọng (Petit và cộng sự, 1999; Manavalan và cộng sự, 2009; Tran và Mochida, 2010). Một trong những kỹ thuật luôn mang lại nhiều kỳ vọng đó là nghiên cứu, phát triển giống đậu tương biến đổi gen dựa trên việc phân lập các gen có lợi và thiết kế các véc tơ hiệu năng cao để chuyển các gen mục tiêu vào giống đậu tương xác định. Các yếu tố phiên mã NAC (NAM, ATAF và CUC) đã được báo cáo là tăng cường khả năng chống chịu của cây trồng đối với các điều kiện bất thuận như hạn, mặn và lạnh (Tran et al. Theo nghiên cứu mới nhất của Reem M.
Hussain và cộng sự (2017), đã xác định được 139 gen GmNAC, nghiên 1 cứu cụ thể 28 gen GmNAC chọn lọc kết quả cho thấy biểu hiện gen GmNAC phụ thuộc vào kiểu gen; 8 trong số 28 gen chọn lọc (GmNAC004, GmNAC021, GmNAC065, GmNAC066, GmNAC073, GmNAC082, GmNAC083 và GmNAC087) đã được phát hiện có mức độ biểu hiện cao ở các giống đậu tương chịu hạn. Tại Việt Nam, định hướng nghiên cứu về giống đậu tương Việt Nam chuyển gen chịu hạn còn khá mới. Cho tới nay, tất cả các công trình biến nạp gen vào đậu tương mới chỉ thành công trên giống mô hình như G. max 'Jack', Williams.
Do có sự khác biệt về nguồn gốc nên hầu hết các giông mô hình khó ra hoa kết quả tại Việt Nam. Giống đậu tương ĐT22 do Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ chọn tạo được công nhận là giống mới (Quyết định số 219 QĐ/BNN-KHCN ngày 19/01/2006) đã được trồng khá phổ biến ở các vùng Hà Nội, Hà Nam, Thái Bình, Vĩnh phúc, Cao bằng, Sơn La, Bắc Cạn, Điện Biên… và cho năng suất từ 18-27 tạ/ha, tùy thuộc vào mùa vụ và điều kiện thâm canh. ĐT22 thích hợp gieo trồng trong cả 3 vụ trong năm có khả năng kháng bệnh phấn trắng và chống đổ tốt nhưng khả năng chịu hạn lại kém. Theo nghiên cứu của phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Tế bào thực vật, Viện Di truyền Nông nghiệp đã chỉ ra rằng khả năng tiếp nhận gen cũng như khả năng tái sinh cây sau chuyển gen của giống ĐT22 cao hơn so với các giống đậu tương hiện có của Việt Nam.
Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên và dựa trên các công bố mới nhất về chức năng và tiềm năng ứng dụng của hệ thống gen GmNAC, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài đề tài “Nghiên cứu chuyển cấu trúc Promoter::Gen-GmNAC (35S::GmNAC004) thông qua vector pZY101- Asc và chủng vi khu n Agrobacterium tumefaciens EHA101 vào giống đậu tương ĐT22 Việt Nam”. Mục đích và yêu cầu của đề tài Mục đích: Chuyển cấu trúc 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 bằng kỹ thuật biến nạp gen. Yêu cầu của đề tài: - Biến nạp cấu trúc 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101-Asc và chủng vi khuẩn A. - Kiểm tra sự có mặt của gen chuyển trong cây ở thế hệ T0.
- Chọn lọc dòng chuyển gen đồng hợp tử bằng phun thuốc diệt cỏ Basta. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài cho thấy một hướng đi mới trong công tác chọn tạo giống cây trồng bằng phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn A. tumefaciens khác xa với các phương pháp chọn giống truyền thống. Ý nghĩa thực tiễn: Các giống đậu tương chuyển gen tạo ra từ kết quả của đề tài có thể sử dụng làm vật liệu khởi đầu trong công tác chọn tạo giống chống chịu tốt với điều kiện bất lợi của môi trường mang thương hiệu Việt Nam.
Tính mới của đề tài: Đề tài là công trình nghiên cứu đầu tiên về khả năng tiếp nhận cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên cây đậu tương giống ĐT22. 3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tình hình sản xuất đậu tương trong và ngoài nước 2. Giới thiệu chung về cây đậu tương 2.
Đặc điểm sinh học của cây đậu tương Đậu tương hay còn gọi là đỗ tương, đậu nành có tên khoa học là Glycine max (L. Căn cứ vào đặc điểm hình thái, sự phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể, đậu tương được xếp vào Bộ Fabales, Họ Fabaceae, Phân họ Leguminosae, Chi Glycine (Ngô Thế Dân, 1999). Đậu tương là cây họ đậu mùa hè hàng năm, thân thẳng đứng gồm thân chính và các cành, lá và thân thường có lông, hoa màu tía hoặc trắng, chùm hoa sinh ra ở nách lá trên một cây có thể có rất nhiều hoa, nhưng chỉ 2/ 3 hoặc 3/ 4 số hoa đậu quả và quả cũng có lông tơ. Quả màu vàng rơm nhạt đến đen, có 3-4 hạt, đôi khi 5 hạt.
Hạt đậu tương có các màu sắc khác nhau tùy thuộc vào giống như màu trắng, vàng nhạt, xanh, nâu và đen, và loại hạt nhiều màu. Rốn hạt cũng có màu sắc khác nhau như vàng, da bò, nâu và đen, rễ có nốt sần cố định đạm. Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương được chia làm hai giai đoạn chính là: (1). Giai đoạn phát triển sinh dưỡng; (2).
Giai đoạn sinh sản. Trong từng giai đoạn trải qua các bước khác nhau được tóm lược như sau: Bảng 2. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây đậu tương Giai đoạn sinh dưỡng VE Xuất hiện – lá mầm trồi lên khỏi mặt đất 4 Giai đoạn sinh dưỡng VC Unrolled unifoliolate leaves – phát triển của lá mầm V1 Lá kép đầu tiên – một tập hợp lá chét V2 Lá kép thứ hai – hai tập hợp lá chét V4 Lá kép thứ bốn – bốn tập hợp lá chét Lá kép thứ n – Giai đoạn V tiếp tục với sự phát triển của số V(n) lá chét. Số lá chét cuối cùng phụ thuộc vào giống đậu tương và các điều kiện môi trường.
Giai đoạn sinh sản R1 Bắt đầu ra hoa – cây có ít nhất một bông hoa trên đốt bất kỳ. R2 Đầy đủ hoa - có một hoa nở tại một trong hai đốt trên cùng Bắt đầu có quả– các quả dài 5 mm tại một trong 4 đốt trên R3 cùng R4 Đầy đủ quả– các quả dài 2 cm tại 1 trong 4 đốt trên cùng Bắt đầu hạt – hạt dài 3 mm trong các quả ở một trong 4 đốt R5 trên cùng của thân chính Hạt hoàn chỉnh - quả có chứa một hạt giống màu xanh lá cây R6 lấp đầy dung lượng quả tại một trong bốn đôt cao nhất trên thân chính Bắt đầu chín - một quả bình thường trên thân chính đã đạt đến R7 màu sắc chín của giống R8 Quả chín - 95% vỏ quả đã đạt đến màu sắc chín của giống 5 2. Giá trị của cây đậu tương Vai trò của cây đậu tương đối với đời sống của con người: Cây đậu tương đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người bởi nó là nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu đạm, giàu chất béo, giàu các chất khoáng và các vitamin. Hàm lượng protein trung bình khoảng 35,5- 40 % trong khi đó, hàm lượng protein trong gạo chỉ từ 6,2-12 %, ngô từ 9,8- 13,2 %, thịt bò 21 %, thịt gà 20 %, cá từ 17-20 % và trứng từ 13-14.
Hàm lượng lipit trung bình từ 15-20 % và thành phần chủ yếu là các axit béo không no khoảng 60-70 % có hệ số đồng hóa cao và mùi vị thơm như axit linoleic khoảng 52-65 %, oleic khoảng 25-36 %, linolenolic khoảng 2-3 % (Trần Văn Điền, 2007). Ở các nước Châu Á (Nhật Bản, Hàn Quốc.), đậu tương góp phần trong việc sản xuất các thức ăn cổ truyền như đậu phụ, tương miso, xì dầu shoyu. Ngày nay, sự tiêu thụ các sản phẩm từ đậu tương có xu hướng tăng lên trên toàn cầu, vì chúng có nhiều lợi ích như làm giảm lượng cholesterol, phòng chống các bệnh ung thư, đái tháo đường, béo phì và bảo vệ cơ thể chống lại các bệnh về đường ruột và thận (Friedman và Brandon, 2001). Vai trò của cây đậu tương với ngành công nghiệp: Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau: chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không.
Tuy nhiên, đậu tương chủ yếu được dùng làm nguyên liệu để ép dầu: hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật (Trần Văn Điền, 2007). Vai trò của cây đậu tương với ngành nông nghiệp: Trong nông nghiệp, đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, với tỉ lệ 1 kg hạt đậu tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi. Các bộ phận 6 thân, lá, rễ, quả, hạt của cây đậu tương đều có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân, lá tươi và nghiền khô đều là thức ăn tổng hợp cho gia súc. Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao (N: 6,2 % ; P2O5: 0,7 % ; K2O: 2,4 %) và cũng được dùng sản xuất thức ăn cho gia súc.
Ngoài ra, đậu tương còn là cây luân canh cải tạo đất tốt. Trong hệ thống luân canh, nếu bố trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng vụ sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng đồng thời giảm chi phí cho việc bón nitơ. Thân, lá đậu tương có thể dùng để bón ruộng thay phân hữu cơ bởi hàm lượng nitơ trong thân chiếm 0,05 %, trong lá chiếm 0,19 % (Trần Văn Điền, 2007).