Đặt vấn đề Thực vật đang sống trong một môi trường khắc nghiệt và chịu tác động của nhiều yếu tố vật lý hoặc hóa học có tính chất bất lợi với chúng, bao gồm nhiệt độ, thiếu hoặc thừa nước, nhiễm mặn, nhiễm kim loại nặng. Những yếu tố bất lợi phi sinh học kể trên đã và đang là mối đe dọa cấp thiết đối với nông nghiệp và hệ sinh thái, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, dẫn đến việc năng suất cây trồng trên toàn thế giới bị giảm đáng kể (He et al. Thống kê cho thấy, vào năm 2018, sản lượng cây trồng bị thiệt hại nghiêm trọng lên đến gần 50% do bị ảnh hưởng bởi hạn hán và nhiễm mặn (Devasirvatham and Tan, 2018). Trong đất, quá trình tích lũy kim loại nặng đã gây hại cho kết cấu của đất đồng thời làm giảm sự phát triển của thực vật bằng cách trực tiếp (hoặc gián tiếp) thông qua cơ chế tác động tới các hoạt động phân tử khác nhau và hoạt động sinh lý trong cây (Tiwari and Lata.
Ở thực vật, căng thẳng nhiệt độ được chia thành ba loại (như nhiệt độ cao, lạnh hoặc đóng băng) tùy thuộc vào tác nhân gây căng thẳng. Bất lợi về nhiệt độ làm giảm khả năng quang hợp, kìm hãm quá trình nảy mầm, khiến cây bị tổn thương và có thể dẫn đến chết (Kai and Iba. Nhiều báo cáo chỉ ra rằng các tác động bất lợi của phi sinh học đa yếu tố đối với thực vật là do sự tích tụ quá mức của các gốc chứa oxy nguyên tử hoạt động (reactive oxygen species, ROS) trong tế bào (Sewelam et al. Sự dư thừa này đã gây ra những thay đổi cấu trúc trên các đại phân tử (chẳng hạn như protein) (Jacques et al.
Trên cấu trúc phân tử của protein có chứa gốc Methionine (Met), vị trí này rất dễ bị oxy hóa, từ đó làm thay đổi cấu trúc, dẫn đến protein bị thay đổi hoặc mất chức năng, khiến tế bào có thể bị chết (Chu et al., 2016, Jacques et al. Do đó, vấn đề được đặt ra là có những protein nào chứa nhiều Met có thể đáp ứng được với tác động của đa yếu tố bất lợi phi 1 sinh học ở thực vật. Đây được coi là vấn đề nan giải để giải quyết bài toán về việc nâng cao tính chống chịu đa yếu tố bất lợi phi sinh học đối với thực vật nói chung và cây sắn nói riêng. Chính vì lí do đó nên em đã thực hiện đề tài “Xác định và khai thác dữ liệu biểu hiện của các gene mã hóa protein mẫn cảm với tác động của đa yếu tố bất lợi phi sinh học ở giống sắn (Manihot esculenta) mô hình KU50”.
Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích của đề tài Mục đích của đề tài nhằm xác định những MRP ở sắn đáp ứng với đa yếu tố bất lợi phi sinh học. Từ đó tìm ra những gene ưu tú có thể đáp ứng với đa yếu tố bất lợi phi sinh học nhằm phục vụ cho công tác chọn tạo giống và cải thiện di truyền tính chống chịu của cây thích ứng với biến đổi khí hậu. Yêu cầu của đề tài Đề tài gồm những yêu cầu chính như sau: Xác định và định danh những MRP thỏa mãn điều kiện có kích thước ≥ 95 amino acid và số lượng Met ≥ 6% trên proteome ở giống sắn KU50.
Phân loại chức năng của MRP đã xác định ở giống sắn KU50. Xác định đặc tính lý hóa của MRP chưa rõ chức năng ở giống sắn KU50. Dự đoán vị trí cư trú nội bào của MRP chưa rõ chức năng ở giống sắn KU50. Khai thác dữ liệu biểu hiện của gene mã hóa MRP chưa rõ chức năng ở giống sắn KU50 trong điều kiện thường.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài nghiên cứu này là cơ sở khoa học cung cấp những hiểu biết cơ bản và những dữ liệu về gene mã hóa MRP ở giống sắn KU50 đáp ứng đa yếu tố bất lợi phi sinh học. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đề tài nghiên cứu này có thể cung cấp những gene ứng viên mã hóa MRP ở sắn đáp ứng với đa yếu tố bất lợi phi sinh học nhằm phục vụ cho công tác chọn tạo giống và nâng cao tính chống chịu của cây. 3 PHẦN II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Giới thiệu về cây sắn Sắn là cây lương thực sống lâu năm, thuộc giới Thực vật (Plantea), bộ Sơ ri (Malpighiales), họ Thầu dầu (Euphorbiaceae), Phân họ Ba đậu (Crotonoideae), Tông sắn (Manihoteae), Chi sắn (Manihot), loài (M. Cây sắn có tên khoa học là Manihot esculenta Crantz. Ở Việt Nam, cây lương thực này có nhiều tên gọi khác nhau theo từng vùng miền theo phương ngữ miền Bắc gọi là sắn, theo phương ngữ miền Nam gọi là khoai mì. Ngoài ra, sắn còn có một số tên khác như cassava (tiếng Anh), le manioc (tiếng Pháp), yuca hoặc madioca (tiếng Tây Ban Nha).
Trong phần này, bốn nội dung cơ bản về cây sắn, bao gồm (i) nguồn gốc và lịch sử của cây sắn, (ii) đặc điểm hình thái của sắn, (iii) đặc điểm di truyền của sắn và (iv) vai trò của sắn được đề cập một cách chi tiết nhằm đưa ra một tổng quan đầy đủ về đối tượng nghiên cứu của luận văn. Nguồn gốc và lịch sử của cây sắn Cách đây khoảng 5000 năm, sắn đã được con người thuần hóa, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh. Có giả thiết cho rằng trung tâm phát sinh loài của sắn nằm ở lưu vực sông Amazon ở đông bắc Brazil, nơi có nhiều giống sắn được trồng trọt và hoang dã (Rogers, 1965). Trung tâm của phân khu có thể ở Mexico và các khu vực ven biển phía bắc Nam Mỹ.Bằng chứng về nguồn gốc của sắn trồng bao gồm di chỉ khảo cổ học của Venezuela từ năm 2700 trước Công nguyên (TCN), dấu tích của củ sắn ở cùng ven biển của Peru vào khoảng năm 2000 TCN, và lò sắn ở khu phức hợp Malabo ở miền bắc Colombia có niên đại khoảng 1200 TCN, tinh bột phân hóa thạch được tìm thấy ở Mexico có niên đại từ 900-200 TCN (Rogers 1963, 1965).
Ở thế kỷ 16, cây sắn được du nhập đến Congo của châu Phi bởi người Bồ Đào Nha dựa vào tài liệu của Barre và Thevet được viết vào năm 1558 có nói tới cây sắn tại vùng này. Tại châu Á, sắn được du nhập vào khoảng thế kỷ 17 ở Ấn 4 Độ và đầu thế kỷ 18 ở Sri Lanka. Cho đến khoảng cuối thế kỷ 18, đầu thế kỷ 19 sắn được trồng ở các nước, bao gồm Myanma, Trung Quốc và các nước châu Á khác (Fang et al. Vào khoảng giữa thế kỷ 18, cây sắn được du nhập vào Việt Nam (Hoàng Kim và cs.
Hiện nay vẫn chưa có tài liệu nào chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên của cây sắn. Ở Việt Nam, từ Bắc đến Nam, cây sắn được canh tác phổ biến tại hầu hết các tỉnh. Những nơi như vùng Đông Nam Bộ, vùng Tây Nguyên, vùng núi và trung du phía Bắc, vùng ven biển Nam Trung Bộ và vùng ven biển Bắc Trung Bộ có diện tích trồng sắn nhiều nhất.2 Đặc điểm hình thái của sắn Sắn là cây đa dạng về giống, tuy nhiên đặc điểm hình thái của sắn có thể được phân biệt thông qua các cơ quan/bộ phận chính như lá, cuống lá, thân và củ (Chu Đức Hà và cs. Ở những giống sắn khác nhau, các đặc điểm hình thái thường được đánh giá là ổn định và ít có sự thay đổi bởi các yếu tố của điều kiện ngoại cảnh (Trần Ngọc Ngoạn, 2007).1: Hình thái của sắn (Nguồn: Chu Đức Hà và cs.
2015a) 5 Cây sắn có lá thuộc loại lá đơn, có chia thùy và mọc xen kẽ trên thân, một vòng có năm lá được xếp thành. Lá sắn được chia làm hai phần là cuống lá và phiến lá. Tùy thuộc vào từng giống sắn mà cuống lá có những màu sắc khác nhau như màu hồng, vàng, xanh vàng, đỏ tươi và có chiều dài từ 3-30cm. Phiến lá có thể không chia thùy hoặc chia thùy, trung bình thường có 5-7 thùy (Trần Ngọc Ngạn, 2007).
Số lượng thùy trên mỗi lá là khác nhau, tùy thuộc vào từng giống sắn mà số lượng thùy có thể ít (3-4 thùy), có thể nhiều (9-10 thùy) (Đinh Thế Lộc và cs. Phiến lá có dạng màng, màu xanh, mảnh, ở phía dưới có phấn. Phiến lá có một lớp biểu bì gồm phía trên có tầng cutin dày, tầng mô dậu, tầng mô hổng và biểu bì, phía dưới có những tế bào nhô ra khiến mặt dưới của lá rất mượt (Trần Ngọc Ngạn, 2007). Cây sắn có hoa thuộc loại hoa chùm, có cuống dài, mọc ra ở phía ngọn thân, phân cành và là hoa đơn tính.
Ở một số giống sắn sẽ không có hoa có thể do không có quá trình phân hóa hoa hoặc do những mầm hoa rụng đi (Trần Ngọc Ngạn, 2007). Số lượng hoa đực nhiều hơn hoa cái và hoa cái nở sớm hơn hoa đực nên cây thường được thụ phấn chéo nhờ côn trùng và gió (Đinh Thế Lộc và cs. Hoa cái và hoa đực đều có năm lá đài. Quả sắn thuộc loại quả nang, có ba ô, trong mỗi một ô có một hạt, có đường kính từ 1-1,5cm.
Màu sắc từ lục nhạt đến đỏ tía. Quả sắn được hình thành từ những cánh của bầu hoa và thường có 6 cánh. Cuống quả phình lên ở chỗ tiếp xúc với quả, ở chỗ phình có màu khác với màu của quả (Trần Ngọc Ngạn, 2007). Vỏ của quả sắn có ba lớp vỏ quả ngoài, vỏ quả giữa, vỏ quả trong.
Hạt sắn có vân hoặc những vết nâu đỏ trên nền màu kem hoặc xám nhạt, hình trứng, tiết diện hơi giống hình tam giác (Đinh Thế Lộc và cs. Thân của cây sắn thuộc loại thân gỗ, là một thân đơn, mọc thẳng có chiều cao khoảng từ 2-3m, có đường kính trung bình khoảng từ 2-6cm. Tùy vào từng giống và từng giai đoạn phát triển của sắn màu của thân cây cũng sẽ khác nhau. 6 Khi thân cây còn non màu của thân thường là màu xanh hoặc màu đỏ tía, khi thân cây đã già, màu của thân sẽ thay đổi thành màu vàng, xám, trắng bạc hay xám lục (Đinh Thế Lộc và cs.
Chiều cao của cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như giống, thời gian chiếu sáng, mức độ thâm canh, mật độ và thời vụ trồng. Tùy thuộc vào từng giống, thân sắn không phân cành hoặc phân cành từ 1-3 lần, có những giống lên tới 10 lần. Sự phân cành này sẽ liên quan đến khả năng ra hoa của cây.