ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Đậu gà (Cicer arietinum) là một trong những loài cây họ đậu đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp trên thế giới. Đậu gà rất giàu protein, chúng cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho con người, đặc biệt là những người ăn chay. Các loại cây họ đậu, bao gồm đậu gà đóng vai trò quan trọng trong luân canh cây trồng, vì nó hỗ trợ đất đai màu mỡ bằng cách cố định đạm, có khả năng cải tạo đất trồng trọt ngăn ngừa dịch bệnh và kiểm soát cỏ dại (Gunes et al.
Đây là loại cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao, được sử dụng phổ biến làm thực phẩm cho con người, là nguyên liệu chế biến thức ăn chăn nuôi, điều này giúp cho nó trở thành loại cây công nghiệp quan trọng với người dân trên thế giới. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ qua, sản lượng và năng suất cây họ đậu bị giảm đáng kể ở các nước đang phát triển. Nguyên nhân chủ yếu đến từ ảnh hưởng của các bất lợi môi trường đặc biệt là hạn, mặn gây thiệt hại trực tiếp đến nông nghiệp, đe dọa an ninh lương thực quốc gia (Ryan, 1997). Các nỗ lực nghiên cứu và phát triển nông nghiệp ở nhiều quốc gia này đã và đang tập trung vào việc tăng năng suất và sản lượng cây trồng nhằm giảm thiệt hại và cải thiện những vẫn đề về ninh lương thực (Amri et al.
Cũng theo đó, một trong những mối quan tâm chính đối với sản xuất đậu gà là nghiên cứu, phân tích khả năng chống chịu của chúng dưới các áp lực phi sinh học điển hình như hạn, mặn. Trước đây, các nghiên cứu đã được tiến hành nhằm xác định mức độ biểu hiện của một số nhóm gene thiết yếu liên quan đến đáp ứng stress mặn và hạn ở cây đậu gà như các nhóm gene mã hóa protein điều hòa (như nhân tố phiên mã NAC) (Hà Văn Chiến và cs., 2014) và protein chức năng (như protein vận chuyển đường sucrose SWEET) (La Việt Hồng và cs., 2022) đã được xác định và phân tích mức độ phiên mã ở một số cơ quan và bộ phận chính trong điều kiện xử lý stress hạn. Hầu hết các báo cáo chỉ tập trung vào vai trò một số nhóm gene cụ thể trong điều kiện hạn hoặc mặn, chưa có nhiều phân tích tiến 1 hành với dữ liệu phiên mã của toàn hệ gene. Gần đây, với thành tựu của công nghệ giải trình tự hệ phiên mã, mức độ biểu hiện toàn hệ gene ở cây đậu gà trong các điều kiện xử lý stress đã lần lượt được phân tích.
Theo đó, dữ liệu biểu hiện của toàn hệ gene tại lá và rễ trong điều kiện xử lý stress hạn (Badhan et al., 2018; Sinha et al., 2017; Molina et al., 2008) và mặn (Kaashyap et al., 2018; Molina et al., 2011) được nghiên cứu một cách riêng lẻ, từ đó phân tích chức năng của những nhóm gene có biểu hiện khác biệt (differentially expressed gene, DEG) để đưa ra cơ chế đáp ứng với stress ở cấp độ phân tử. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu kết hợp các dữ liệu microarray trên GEO NCBI để tìm ra danh sách DEG trong điều kiện xử lý stress mặn và hạn trên cây đậu gà, từ đó đề xuất ra các gene ứng viên định hướng cho phân tích chức năng gene. Xuất phát từ lý do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu và phân tích nhóm gene kiểm soát đáp ứng đa bất lợi phi sinh học ở cây đậu gà (Cicer arietinum) bằng công cụ tin sinh học dữ liệu lớn”. Nghiên cứu này được thực hiện khai thác tất cả các dữ liệu microarray liên quan đến xử lý stress hạn và mặn ở cây đậu gà.
Theo đó, nghiên cứu đã tái phân tích dữ liệu nhằm đưa ra một danh sách DEG tiềm năng có mức độ phiên mã đáp ứng mạnh. Chức năng của các gene tiếp tục được chú giải dựa trên hệ tham chiếu của cây đậu gà. Cuối cùng, tính chất và vị trí cư trú nội bào của các protein được phân tích bằng công cụ tin sinh học. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1.
Mục đích của đề tài Đề tài được thực hiện nhằm xác định những đặc điểm và cấu trúc phù hợp với chức năng của các gene đáp ứng với các bất lợi môi trường. Từ đó xác định được các gene có mức độ biểu hiện đáp ứng mạnh đồng thời với xử lí hạn và mặn ở cây đậu gà. Yêu cầu của đề tài Đề tài bao gồm 4 yêu cầu chính sau đây: 2 - Xác định các gene có mức độ biểu hiện đáp ứng mạnh đồng thời với xử lý hạn và mặn ở cây đậu gà. - Phân tích chức năng của các gene đáp ứng với hạn và mặn ở cây đậu gà.
- Xác định đặc tính lý hóa của protein dưới tác động của hạn và mặn trên cây đậu gà. - Dự đoán vị trí phân bố nội bào của protein đáp ứng điều kiện hạn và mặn trên cây đậu gà. 3 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Giới thiệu chung về cây đậu gà Đậu gà là một loại cây trồng quan trọng và được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế giới.
Nó là một trong những loại cây họ đậu quan trọng và nguồn cung cấp protein dồi dào và chất lượng trong ẩm thực Ấn Độ, Địa Trung Hải, Trung Đông cũng như nhiều nơi khác. Tổng quan về cây đậu gà được trình bày thành 3 nội dung, cụ thể như sau: 2. Tên khoa học, phân loại thực vật và nguồn gốc của cây đậu gà Loài đậu gà (Cicer arietinum L.) là một trong 43 loài thuộc chi Cicer, phân họ Đậu (Faboideae), họ Đậu (Fabaceae), lớp Ngọc lan (Magnoliopsida), ngành Ngọc lan (Magnoliophyta). Đậu gà là đối tượng quan trọng được quan tâm trong các nghiên cứu, chính vì vậy việc phân tích hạt giống trong quá trình khai quật đã làm tăng thêm rất nhiều giả thiết và kết luận được về sự đa dạng nguồn gốc của nó.
Đậu gà được cho là loài có quan hệ họ hàng gần nhất và bắt nguồn từ tổ tiên Cicer reticulatum. Được đưa vào trồng trọt cách đây khoảng 10.000 năm ở khu vực trung tâm phía đông nam Thổ Nhĩ Kỳ, một phần của vùng ''Lưỡi liềm màu mỡ” (khu vực này kéo dài từ miền tây Iran qua Iraq, Jormadan và Israel đến đông nam Thổ Nhĩ Kỳ) (Abbo et al. Dường như đậu gà cũng được sản xuất trong khu tổ hợp nông nghiệp đầu tiên từ châu Âu qua Biển Đen (Zohary et al. Đậu gà có khả năng được đưa đến Ấn Độ bởi các bộ lạc Aryan vào thiên niên kỷ thứ hai trước Công Nguyên, nó cũng được trải rộng trên lưu vực Địa Trung Hải và qua sông Nile và được lan truyền sang phía đông châu Phi.
Đậu gà được thực dân Tây Ban Nha đưa đến Tân Thế giới vào năm 1492. Nó băng qua Đại Tây Dương trong chuyến du hành khám phá đầu tiên của Columbus. Món ăn từ đậu gà hầu như không bao giờ xuất hiện trên các bàn ăn của hoàng gia, ngược lại nó còn là một loại thực 4 phẩm hữu ích cho cả con người và động vật và trở thành loại thực phẩm thiết yếu trên toàn cầu (Zohary et al. Một số đặc điểm chung về hình thái của cây đậu gà Đậu gà là cây họ đậu hàng năm, thân bụi, có chiều cao từ 20 - 100 cm có khi lên đến 130 cm.
(Reddy et al. Bộ rễ mọc dài, rễ cái có thể đâm sâu xuống tới 2 m, nhiều rễ phụ mọc bên khoảng 15 - 30 cm và có chứa các vi khuẩn cố định đạm. Các cành sơ cấp bắt đầu từ mặt đất phát triển thành các chồi cũng như các cành bên của cây con. Những cành này dày, khỏe và thân gỗ, và chúng quyết định hình dáng chung của cây.
Thân và cành chính có thể đạt chiều cao khoảng 40 - 100 cm. Các giống Kabuli thường cao hơn các giống Desi. Các lá ở đậu xanh mọc xen kẽ dọc theo cành. Mỗi cành có 5 - 8 cặp lá chét răng cưa.
Hoa thường có hình cánh bướm, hoa kép hoặc đơn thường mọc ở ở nách lá trên cuống và cuống, các tràng hoa thường có màu tím ở loại Desi và màu trắng ở loại Kabuli (Singh, 1997). Quả có dạng hình thoi, thuôn dài hoặc hình trứng. Hạt có đặc điểm là có mỏ, thường có góc cạnh và nhăn nheo. Dựa trên màu sắc hạt giống và phân bố địa lý, đậu gà được phân thành hai loại gồm Desi (nguồn gốc Ấn Độ) và Kabuli (nguồn gốc Địa Trung Hải và Trung Đông).
Hạt của giống Kabuli thường lớn hơn với vỏ hạt màu trắng hoặc màu kem. Hạt của giống Desi nhỏ, nhăn nheo, có màu nâu, đen hoặc xanh lục (Kaur et al. Đặc điểm hình thái cây đậu gà (nguồn: Internet) 5 2. Đặc điểm di truyền cây đậu gà Đậu gà là loài lưỡng bội tự thụ phấn (2n = 16) với bộ gene khoảng 28629 gene và có kích thước vừa phải khoảng 750 Mbp (Varshney et al.
Thống kê kích thước NST đậu gà (nguồn: Varshney et al., 2013) Genome của một giống C. arietinum là Desi “ICC 4958” được giải trình tự với kích thước genome khoảng 510,877 Mb (Parween et al. Ngoài ra, một giống đậu gà khác có tên là Kabuli “CDC Frontier” ước tính có kích thước thực tế xấp xỉ 738 Mb, tuy nhiên chỉ khoảng 532,29 Mb (tương đương 71,94%) được ghi nhận trong bản mô tả genome ở thời điểm hiện tại (Varshney et al. Các dữ liệu cũng được nghiên cứu nhằm xác định kích thước của 8 NST đã được mô tả trên hình 2.
Vai trò cây đậu gà Hiện nay đậu gà được trồng phổ biến và rộng rãi gần 50 quốc gia, với 90% diện tích canh tác (khoảng 13×106 ha) ở các nước đang phát triển. Ấn Độ đứng đầu về diện tích canh tác sản xuất đậu gà chiếm 67% thị phần trong sản lượng toàn cầu, tiếp theo là Úc (5,9%), Pakistan (4,6%), Myanmar (3,8%), Thổ Nhĩ Kỳ (3,8%), Ethiopia (3,3%) và Iran (2,3%). Năng suất đậu gà cao ở những nước phát triển, dao động từ 1706 kg/ha ở Hoa Kỳ, 2077 kg/ha ở Canada trong khi đó năng suất trung bình của đậu gà ở châu Á trong năm 2012 - 2014 khoảng 922 kg/ha ở Ấn Độ, 599 kg/ha ở Pakistan và 530 kg/ha ở Iran. Số lượng quốc 6 gia nhập khẩu đã tăng từ 65 (năm 1991) lên 164 (năm 2011) đã cho thấy nhu cầu toàn cầu về sử dụng loại cây này cao nhất trong 20 năm qua (FAOSTAT, 2019).