MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lạc (Arachis hypogaea) là cây công nghiệp ngắn ngày, cây lấy dầu có tính chiến lược với giá trị kinh tế cao. Từ lâu, lạc đã được sử dụng làm thực phẩm cho con người và nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chế biến thực phẩm nhờ chứa hàm lượng các chất dinh dưỡng cao. Tuy nhiên, ngày nay sản xuất lạc vẫn bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các điều kiện môi trường bất lợi dẫn đến thiệt hại ước tính hàng năm trong sản xuất lạc tương đương hơn 520 triệu Đô la Mỹ (Kambiranda et al.
Trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, các yếu tố phiên mã (transcription factor, TF) đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình sinh trưởng và phát triển, chẳng hạn như truyền tín hiệu, hình thành tế bào và phản ứng với các tác nhân bất lợi của môi trường. Trong số đó, họ NAC (NAM, ATAF, và CUC) là một trong những họ lớn nhất của TF đặc hiệu cho thực vật và được đặc trưng bởi vùng NAC được bảo thủ cao với ~ 150 gốc amino acid ở đầu cuối N (Baillo et al. Cho đến nay, một số lượng lớn các thành viên họ NAC ở nhiều loài đã được xác định chẳng hạn như Arabidopsis thaliana (Ooka, 2003), 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) (Van Ha et al., 2014), chuối (Musa acuminata) (Cenci et al., 2014), sắn (Manihot esculenta) (Hu et al., 2015), hành tây (Allium cepa) (Zheng et al., 2016), dâu rừng (Fragaria vesca) (Zhang et al., 2018), Medicago (Medicago truncatula) (Ling et al., 2017), dưa chuột (Cucumis sativus) (Liu et al.) (Min et al. Tuy nhiên, hiện nay không có sẵn thông tin về họ TF NAC trên cây lạc.
Xuất phát từ lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xác định và phân tích đặc tính cấu trúc của nhóm nhân tố phiên mã NAC ở cây lạc (Arachis hypogaea)”. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mô tả những đặc tính cơ bản 1 của nhóm gene AhNAC ở cây lạc. Các thành viên của nhóm gene mã hóa TF AhNAC đã được xác định và chú giải trên dữ liệu di truyền của cây lạc. Đặc điểm cấu trúc gene, trật tự sắp xếp exon/intron, đặc tính lý hóa, cây phát sinh loài và cấu trúc không gian đã được phân tích, khai thác bằng công cụ sinh học.
Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích của đề tài Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm tìm kiếm và định danh thành viên của họ TF NAC ở cây lạc bằng các công cụ tin sinh học. Dựa trên khai thác thông tin genome và proteome của giống lạc mô hình, cấu trúc gene và đặc tính của TF NAC cũng đã được phân tích. Kết quả của nghiên cứu có thể cung cấp những dẫn liệu khoa học quan trọng cho việc tìm hiểu về cơ chế chống chịu bất lợi ở cây lạc, từ đó định hướng cho công tác chọn tạo giống lạc ứng phó với biến đổi khí hậu.
Yêu cầu của đề tài Đề tài này bao gồm bốn yêu cầu chính. Cụ thể như sau: - Xác định và định danh các thành viên của họ TF NAC. - Xác định cấu trúc gene và vị trí phân bố của gene mã hóa TF AhNAC. - Phân tích đặc tính lý hóa của TF AhNAC và dự đoán vị trí cư trú nội bào của AhNAC.
- Xây dựng sơ đồ hình cây và xác định cấu trúc không gian của nhóm AhNAC. 2 Phần II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Thông tin khoa học chung về cây lạc Ngày nay, lạc được coi là cây trồng có giá trị kinh tế cao, sản phẩm được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày, công nghiệp chế biến và xuất khẩu. Là loại cây công nghiệp ngắn ngày, dễ trồng, thích hợp trong cơ cấu luân canh tăng vụ, cải tạo đất và có vị trí quan trọng trong quá trình chuyển dịch cơ cấu cây trồng.
Tên khoa học và phân loại thực vật của cây lạc Lạc hay còn được gọi là đậu phộng, chúng có tên khoa học là Arachis hypogaea, thuộc chi Arachis, họ Đậu (Fabaceae), bộ Đậu (Fabales), lớp Ngọc Lan (Magnoliopsida) hay lớp Hai lá mầm (Dicotylendonae), ngành Ngọc Lan (Magnoliophyta), giới thực vật (Plantae) (Sammy, 2017). Lịch sử nguồn gốc xuất xứ và phân bố của cây lạc Lạc là một trong những loại cây có lịch sử phát triển lâu đời cho đến nay, có rất nhiều nghiên cứu về nguồn gốc của cây lạc, nhưng hầu như đều cho thấy chúng bắt nguồn từ Nam Mỹ và phân bố từ Đông - Bắc Brazil đến Tây Nam Argentina, từ bờ biển Nam Uruguay đến Tây Bắc Mato Grosso. Theo giả thuyết khác, người ta cho rằng cây lạc có lẽ có nguồn gốc lâu đời ở Brazil hoặc Peru, mặc dù không có hồ sơ hóa thạch nào tồn tại để chứng minh điều này, nhưng người ta đã tìm ra các đồ vật làm bằng gốm, các lọ có hình dạng hoa văn giống như cây lạc dùng để trang trí được tìm thấy cách đây 3500 năm hoặc lâu hơn (Ray et al. Ngoài ra, cây lạc còn được mang đến nước Trung Quốc bởi những người thương nhân Bồ Đào Nha vào thế kỷ XVII và nhiều nhà truyền giáo người Mỹ vào thế kỷ XIX, rồi lan rộng khắp các quốc gia châu Á.
Ở Việt Nam, mặc dù hiện nay chưa xác minh được cây lạc được trồng bắt đầu từ bao giờ nhưng có thể nó được nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc vào khoảng thế kỷ XVII - XVIII. Hiện nay cây lạc càng được nghiên cứu rộng rãi, có khoảng 1000 giống lạc khác nhau được trồng khắp các nước vùng nhiệt đới 3 và á nhiệt đới. Do ít mẫn cảm với thời gian chiếu sáng và có tính chịu hạn tốt cho nên lạc được trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới từ 40 vĩ độ Bắc đến 40 vĩ độ Nam (Hồ Đình Hải, 2014). Đặc điểm sinh học của cây lạc 2.
Đặc điểm hình thái Lạc là loài cây thân thảo, sống hằng năm. Chúng thuộc loại cây 2 lá mầm có hệ rễ cọc. Bao gồm 6 bộ phận chính là thân, lá, hoa, rễ, củ và hạt (Hình 2. Đặc điểm hình thái của cây lạc (Hình ảnh được thu thập ngày 15-3-2021 tại khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam) Thân cây lạc được chia thành nhiều đốt, cao khoảng 30-100 cm, thường có màu xanh hoặc đỏ tím, tùy vào từng giống mà có loài trên thân xuất hiện lông.
Tiếp đến là lá và hoa được mọc ra ở những mắt của đốt. Cấu tạo lá kép và gân lá lạc theo hình lông chim với kích thước lá dài từ 1-7 cm, rộng từ 1-3 cm. Cây lạc có hoa dạng hoa đậu điển hình màu vàng có điểm gân đỏ, gồm 2- 4 hoa, cuống hoa dài 2–4 cm. Lạc ra hoa ở trên mặt đất, là hoa lưỡng tính, có nhụy và nhị trong một bông, tuy nhiên sau khi thụ phấn thì hợp tử tạo thành lại 4 phát triển trong lòng đất (Hồ Đình Hải, 2014).
Rễ cái của cây ăn sâu vào đất khoảng từ 1-1,4cm, tuy nhiên trung bình là từ 40-50 cm, có rất nhiều rễ phụ mọc xung quanh rễ cái. Cây lạc có một đặc điểm cấu tạo nổi bật ở rễ (đặc điểm phổ biến trong các cây thuộc bộ Đậu) đó là khả năng cộng sinh của rễ với nhóm vi khuẩn cố định đạm có tên khoa học là Rhizobium vigna (vi khuẩn nốt sần). Củ lạc thường có hình trụ thuôn, không chia đôi, thon lại giữa các hạt và có vân mạng, mỗi quả chứa 1-4 hạt, hình dạng, đường gân, màu sắc và độ lớn của hạt lạc được phụ thuộc vào loại giống và điều kiện canh tác (Trần Danh Sửu, 2017). Như vậy, với các đặc điểm hình thái trên đã giúp cây lạc có khả năng thích nghi với điều kiện khí hậu và địa hình khác nhau để phân bố rộng rãi trên thế giới, góp phần tăng thu nhập cho người nông dân.
Đặc điểm di truyền Là một loài thực vật có đa dạng về di truyền, genome của lạc được xác định có 2n = 20. Tổng chiều dài chuỗi là 2,5×109 bp bao gồm 20 nhiễm sắc thể (Nagy et al. Kích thước geneome của lạc (Nagy et al. Vai trò của cây lạc Lạc là một loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao giàu carbohydrate, protein, lipid, vitamin, khoáng chất và chất xơ.
Dầu lạc dùng để làm dầu ăn, dầu tinh chế, bơ thực vật. Ngoài ra, hạt lạc còn được sử dụng để làm thức ăn dưới dạng rang, luộc, làm bánh kẹo, nấu xôi, khô dầu lạc được dùng làm gia vị và một số thực phẩm bổ dưỡng khác. Trong hạt lạc chứa khoảng 40-60% dầu, 20- 30% đạm, 6-22% chất đường bột cùng một số các chất khoáng và vitamin A, B1, B2, B3, E, F. Bên cạnh đó, lạc còn dùng để làm các bài thuốc đông y, tây y, làm thực phẩm chức năng cung cấp các chất dinh dưỡng cho con người.
Các nghiên cứu lâm sàng quy mô lớn đã chỉ ra rằng ăn lạc thường xuyên có tác dụng tích cực đối với các bệnh tim mạch, tiểu đường loại 2 và bệnh Alzheimer. Các hợp chất hoạt tính sinh học có trong hạt lạc cũng có các tác dụng như chống viêm, chống oxy hóa, chống ung thư và chống khối u (Syed et al. Hạt lạc chứa nhiều hợp chất tuyệt vời bao gồm resveratrol, acid phenolic, flavonoid và phytosterol giúp ngăn chặn sự hấp thụ cholesterol thông qua chế độ ăn uống. Nó cũng chứa Co-enzyme Q10 và tất cả 20 amino acid có lượng arginine cao nhất, các hợp chất hoạt tính sinh học này đã được công nhận là có tác dụng ngăn ngừa một số bệnh và được cho là có thể kéo dài tuổi thọ (Arya et al.
Chất béo không bão hòa, một số vitamin, khoáng chất và các thành phần hoạt tính sinh học có trong nhân hạt lạc đã được nghiên cứu và chứng minh có tác dụng ngăn ngừa ung thư. Cụ thể, phytosterol có trong lạc đã được nghiên cứu có ảnh hưởng đến tế bào ung thư, chúng được phát hiện có tác dụng làm giảm hơn 40% khối u tuyến tiền liệt đang tăng trưởng và gần 50% sự xuất hiện của ung thư lây lan sang các bộ phận khác của cơ thể. Giống như phytosterol, resveratrol cũng đã được chứng minh có khả năng làm ức chế sự phát triển của tế bào ung thư (Syed et al.2 dưới đây cho thấy trong hạt lạc có chứa hàm lượng dinh dưỡng khá cao được liệt kê như hàm lượng protein chiếm 25,8 (g), carbohydrate 16,13 (g), chất béo không bão hoà đơn là 24,43 (g), chất xơ, vitamin,…nên nó 6 có vai trò quan trọng trong lĩnh vực chế biến thực phẩm và là thức ăn cho con người và động vật. Thành phần dinh dưỡng trong 100 gram hạt lạc chín và khô.