Khóa luận tốt nghiệp đại học: Phân tích vai trò của gốc methionine trong cấu trúc nhân tố phiên mã ở cây đậu tương (Glycine max (L.) Merr.1917)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:61

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu tiến hành phân tích đặc tính của 3 nhóm TF giàu Met ở đậu tương; xc định mật độ phân bố Met ở ngoài vùng bảo thủ của 3 nhóm TF giàu Met ở đậu tương, phân tích mức độ biểu hiện của các gene mã hóa TF giàu ở đậu tương trong điều kiện thường và điều kiện xử lí mặn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Phân tích vai trò của gốc methionine trong cấu trúc nhân tố phiên mã ở cây đậu tương (Glycine max (L.) Merr.1917)

```````` TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH–KTNN ---------- LÊ MINH TUẤN PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA GỐC METHIONINE TRONG CẤU TRÚC NHÂN TỐ PHIÊN MÃ Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG (Glycine max (L.) Merr.1917) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Tin sinh học HÀ NỘI, 2019
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA SINH – KTNN ---------- LÊ MINH TUẤN PHÂN TÍCH VAI TRÒ CỦA GỐC METHIONINE TRONG CẤU TRÚC NHÂN TỐ PHIÊN MÃ Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG (Glycine max (L.) Merr.1917) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Tin sinh học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS. Chu Đức Hà HÀ NỘI, 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Chu Đức Hà. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố dƣới bất kỳ hình thức nào. Khóa luận sử dụng thông tin, số liệu, hình ảnh từ các bài báo và nguồn tài liệu của các tác giả khác đều đƣợc chú thích và trích dẫn đầy đủ. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về nội dung của khóa luận. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Lê Minh Tuấn
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới TS. Chu Đức Hà - Viện Di truyền Nông nghiệp đã tận tình hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt quá học tập, làm việc và hoàn thành khóa luận. Xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ phòng Sinh học phân tử, Viện Di truyền Nông nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tại đây. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. La Việt Hồng, Khoa Sinh - Kỹ thuật Nông nghiệp, trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và tạo điều kiện cho tôi đƣợc tham gia vào nhóm nghiêm cứu khoa học từ rất sớm. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và chia sẻ, động viên trong suốt quá trình học tập cũng nhƣ thực hiện khóa luận. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Lê Minh Tuấn
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1: Diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng của 5 nƣớc dẫn đầu và toàn thế giới (FAO, 2016) ........................................................................................ 8 Bảng 2. 1: Th ng tin về c c TF giàu Met đƣợc hai th c trong nghi n cứu................................................................................................................... 15 Bảng 3. 1: Đặc tính của nhóm protein họ bHLH ở đậu tƣơng ................. 20 Bảng 3. 2: Đặc điểm protein nhóm bZIP ở cây đậu tƣơng ....................... 22
DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1: Đặc điểm Hình th i cây đậu tƣơng .............................................. 5 Hình 1. 2: Diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng trong ni n vụ 2010 - 2016 . 10 Hình 2. 1: Giao diện trang web ExPASy protparam tool ......................... 16 Hình 2. 2: Cơ sở dữ liệu TargetP ................................................................. 16 Hình 3. 1: Tỉ lệ phân bố Methionine ngoài vùng bảo thủ c c họ TF........ 27 Hình 3. 2: Sự biểu hiện của c c gene bHLH, bZIP, SRF của cây đậu tƣơng trong c c m ở điều iện thƣờng.................................... 28 Hình 3. 3: Sự biểu hiện của c c gene bHLH, bZIP, SRF của cây đậu tƣơng trong c c m ở điều iện mặn ........................................ 30
DANH MỤC VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Ký hiệu Thuật ngữ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt bHLH Basic Helix Loop Helix Basic Helix Loop Helix bZIP Basic Leucine Zipper Basic Leucine Zipper DNA Deoxyribonucleic acid Axít đêôxyribônuclêic FAO Food and Agriclture Tổ chức lƣơng thực thế organization giới GRAVY Grand average of Độ ƣa nƣớc trung bình hydropathicity GEO Gene expression Cơ sở dữ liệu của dữ liệu omnibus biểu hiện gen kDa Kilo dalton Kilô daltơn II Instability Index Chỉ số bất ổn định Met Methionine Methionin MYB Myeloblastosis Myeloblastosis NAC NAM/ATAF1/CUC2 NAM/ATAF1/CUC2 pI Isoelectric point Điểm đẳng điện RNA Ribonucleic Acid Axít Ribônuclêic SRF Serum - Response Factor Yếu tố phiên mã đáp ứng serum TF Transcription factor Nhân tố phiên mã
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ..................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn.......................................................... 2 4.1. Ý nghĩa khoa học ........................................................................................ 2 4.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 2 NỘI DUNG ....................................................................................................... 3 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3 1.1. Tổng quan về cây đậu tƣơng ...................................................................... 3 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại của cây đậu tương ........................................... 3 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây đậu tương .................................................... 4 1.1.2.1. Đặc điểm hình thái học của cây đậu tương ......................................... 4 1.1.2.2. Đặc điểm di truyền của cây đậu tương ................................................ 6 1.1.3. Vai trò của cây đậu tương ....................................................................... 6 1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam ........................ 8 1.1.4.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới.......................................... 8 1.1.4.2. Tình hình sản xuất đậu tương tại Việt Nam ......................................... 9 1.2. Tổng quan về các nhân tố phiên mã trong nghiên cứu ............................ 10 1.2.1. Nhân tố phiên mã bHLH (Basic Helix-Loop-Helix) ............................. 10 1.2.2. Nhân tố phiên mã bZIP (Basic Leucine Zipper) ................................... 11 1.2.3 Nhân tố phiên mã SRF (Serum-Response Factor) ................................. 11 1.3. Met và vai trò của Met trong đáp ứng điều kiện bất lợi........................... 12 1.4. Lịch sử nghiên cứu ................................................................................... 13 1.4.1. Lịch sử nghiên cứu thế giới ................................................................... 13 1.4.2. Lịch sử nghiên cứu tại Việt Nam ........................................................... 14
Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 15 2.1.Vật liệu nghiên cứu ................................................................................... 15 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 15 2.2.1. Phương pháp phân tích đặc tính protein ở đậu tương.......................... 15 2.2.3. Phương pháp tính %Met ở ngoài vùng bảo thủ .................................... 16 2.2.4. Phương pháp xác định vị trí phân bố của protein trong tế bào ........... 16 2.2.5. Phương pháp phân tích mức độ biểu hiện của gen mã hóa trong điều kiện thường và điều kiện mặn ......................................................................... 17 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 18 3.1. Phân tích đặc tính protein của ba nh m TF giàu Met ở đậu tƣơng.......... 18 3.1.1. Nhóm bHLH ở đậu tương...................................................................... 18 3.1.2.Nhóm bZIP ở đậu tương......................................................................... 22 3.1.3. Nhóm SRF ở đậu tương ......................................................................... 23 3.2. Phân tích mật độ phân bố Met ở ngoài vùng bảo thủ của các nhóm TF giàu Met ở đậu tƣơng ...................................................................................... 26 3.3. Phân tích dữ liệu biểu hiện của gene mã h a TF giàu Met ở đậu tƣơng trong các điều kiện .......................................................................................... 28 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 32 1. Kết luận ..................................................................................................... 32 2. Đề xuất ...................................................................................................... 32 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ................................................................................................................ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 34 PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cây đậu tƣơng (Glycine max) là một trong những đối tƣợng cây trồng quan trọng trên thế giới. Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng đối với các ngành công nghiệp, đặc biệt là đối với sản xuất chế biến, sử dụng làm thức ăn cho gia súc [6]. Tuy nhiên, tác động của biến đổi khí hậu diễn ra liên tục và kéo dài đã ảnh hƣởng đến năng suất và sản lƣợng của đậu tƣơng [1]. Chính vì vậy, các nghiên cứu về đậu tƣơng thƣờng hƣớng đến mục tiêu cải thiện tính chống chịu bất lợi và nâng cao năng suất của giống nh m đáp ứng với biến đổi khí hậu. Trong genome của thực vật có khoảng 7% gene mã hóa cho các yếu tố phiên mã (transcription factor, TF) [47], phần nhiều trong số đ đã đƣợc chứng minh c đáp ứng với các bất lợi môi trƣờng [26]. Các TF là những phân tử protein nhận biết trình tự đặc hiệu trên v ng promoter (yếu tố điều h a cis- , từ đ điều h a sự biểu hiện của gene đích khi c tác động của điều kiện bất lợi [26], vì vậy chúng tham gia vào đáp ứng các bất lợi môi trƣờng [12,43]. Các họ TF lớn ở thực vật c thể đƣợc liệt kê nhƣ bZIP [51], NAC [30], WRKY [50] và bHLH [20]. Trong nội dung kh a luận này, 3 họ TF lớn ở thực vật gồm bHLH, bZIP và SRF đã đƣợc tập trung nghiên cứu. Methionine (Met) là một gốc amino acid đ ng một vai trò vô cùng quan trọng đối với đời sống của sinh giới [42]. Met là đơn vị cấu thành nên cấu trúc của chuỗi protein, tham gia vào chu trình Yang, liên quan đến hàng loạt các chu trình nội bào quan trọng nhƣ hình thành nên màng tế bào, tổng hợp diệp lục và củng cố thành tế bào [9]. Tuy nhiên, cấu tạo mạch có chứa lƣu huỳnh nên các gốc Met rất dễ bị ôxi h a, làm thay đổi cấu trúc hoặc dẫn đến thay đổi hoặc mất chức năng của phân tử protein trong tế bào. Điều đáng chú ý nhất là khoảng 68% phân tử bị ôxi hóa trong tế bào chính là protein [44], vì vậy đây 1
đƣợc xem là một đối tƣợng rất dễ bị tác động trong điều kiện bất lợi [27]. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi đã thực hiện đề tài “Phân tích vai trò của gốc methionine trong cấu trúc nhân tố phiên mã ở cây đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merr.1917)”. 2. Mục ti u nghi n cứu của đề tài Mục đích của nghiên cứu này nh m làm r giả thuyết về vai tr bảo vệ của các gốc Met trên các phân tử protein đ ng vai tr TF ở cây đậu tƣơng. 3. Nội dung nghi n cứu  Phân tích đặc tính của 3 nh m TF giàu Met ở đậu tƣơng.  Xác định mật độ phân bố Met ở ngoài vùng bảo thủ của 3 nhóm TF giàu Met ở đậu tƣơng.  Phân tích mức độ biểu hiện của các gene mã h a TF giàu ở đậu tƣơng trong điều kiện thƣờng và điều kiện xử lí mặn. 4. Ý nghĩa hoa học và ý nghĩa thực tiễn 4.1. Ý nghĩa khoa học  Nghiên cứu này nh m cung cấp những dẫn liệu quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo nh m phân tích rõ vai trò của các gene mã hóa giàu Met liên quan đến tính chống chịu bất lợi ở thực vật. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn  Kết quả của nghiên cứu này s cung cấp những gene ứng viên mã h a bHLH, bZIP và SRF c đáp ứng với điều kiện ngoại cảnh bất lợi nh m phục vụ công tác chọn tạo giống nh m nâng cao tính chống chịu ở cây đậu tƣơng. 2
NỘI DUNG Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về cây đậu tƣơng 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại của cây đậu tương Cây đậu tƣơng là một trong những cây trồng có lịch sử rất lâu đời và đ ng vai trò quan trọng trong nền nông nghiệp cũng nhƣ công nghiệp của thế giới. Theo những nghiên cứu gần đây các nhà khoa học đã chỉ ra r ng cây đậu tƣơng c nguồn gốc từ châu Á và đƣợc trồng tại Trung Quốc vào khoảng 5000 năm trƣớc công nguyên [19]. Nghiên cứu khác của Hymowitz cho r ng cây đậu tƣơng đã đƣợc thuần hóa và gieo trồng ở một phần phía đông và bắc Trung Quốc vào thế kỉ XI trƣớc công nguyên, sau đ n đã đƣợc du nhập vào Hàn Quốc, Nhật Bản và các nƣớc Đông Nam Á vào khoảng thế kỉ XI đến thế kỉ XIII trƣớc công nguyên [18]. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, cây đậu tƣơng đƣợc trồng và phát triển mạnh ở Hoa Kỳ, Brazil và Canada. Theo sách “Vân Đài loại ngữ” của Lê Quý Đôn, Việt Nam có lịch sử canh tác cây đậu tƣơng vào khoảng thế kỉ thứ VI [4]. Trong một số ghi chép cho r ng cây đậu tƣơng đã đƣợc canh tác ở nƣớc ta vào thời vua H ng trƣớc cả cây đậu xanh và đậu đen [2]. Đậu tƣơng đƣợc trồng chủ yếu để lấy hạt, là loại cây thực phẩm quan trọng sau lúa mì, lúa nƣớc và ngô. Ở Châu Mỹ là nơi c diện tích canh tác đậu tƣơng lớn nhất lên tới 70% và tiếp ngay sau đ là Châu Á. Theo số liệu năm 1993 Việt Nam đã hình thành 6 vùng sản xuất đậu tƣơng trọng điểm trên cả nƣớc với diện tích lớn bao gồm: v ng Đông Nam Bộ (26,2%), miền núi Bắc Bộ (24,7% , đồng b ng sông Cửu Long (12,4% , đồng b ng sông Hồng (17,5%), hai vùng còn lại là đồng b ng ven biển miền Trung và Tây Nguyên với diện tích canh tác thấp hơn [2]. Đậu tƣơng hay một số nơi c n gọi là đỗ tƣơng, đậu nành hoặc hoàng đậu miêu thuộc bộ Phaseoleae, họ đậu Fabaceae, họ phụ cánh bƣớm 3
Papilionoideae, chi Glycine với tên khoa học là Glycine max. Dựa vào các đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và số lƣợng nhiễm sắc thể do Hymowit và Newell (1984) xây dựng thì ngoài chi Glycine còn có thêm chi phụ Soja. Chi Glycine đƣợc chia ra thành 7 loài hoang dại lâu năm, chi phụ Soja đƣợc chia ra làm 2 loài: loài đậu tƣơng trồng Glycine (L.) Merr và loài hoang dại hàng năm G.Soja Sieb và Zucc. [6]. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây đậu tương 1.1.2.1. Đặc điểm hình thái học của cây đậu tương Đậu tƣơng là cây hai lá mầm, thân thảo. Thân cây có hình tròn, trên thân có nhiều lông nhỏ, màu trắng. Thân cây lúc còn non có màu xanh hoặc màu tím, khi về già chuyển sang màu nâu nhạt. Màu sắc của thân non có thể cho ta biết màu sắc của hoa sau này, nếu thân lúc còn non màu xanh thì hoa màu trắng và nếu khi c n non thân c màu tím thì hoa c màu tím đỏ. Thân cây đậu tƣơng thƣờng có chiều cao từ 0,3 - 1m tùy theo từng giống [6]. Cây đậu tƣơng c lá kép, mọc so le, gồm 3 lá chét có dạng hình bầu dục hoặc hình trái xoan. Gốc lá tr n, đầu nhọn, dài từ 3 - 12cm, rộng từ 2 - 8cm. Lá chét bên lệch, hai mặt có lông bao phủ, gân chính có 3 cuống chung dài từ 7 - 10cm, có lông bao phủ (Hình 1.1) [5]. Lá đa dạng về hình dạng phụ thuộc vào giống, những giống có lá dài và nhỏ chịu hạn tốt nhƣng thƣờng cho năng suất kém, những giống lá to thì thƣờng cho năng suất cao hơn nhƣng tính chống chịu kém hơn. Số lƣợng lá nhiều, to và khỏe nhất vào thời kì đang ra hoa rộ. Khi phiến lá phát triển to, rộng, mỏng phẳng và lá c màu xanh tƣơi chứng tỏ cây đang sinh trƣởng khỏe và có khả năng cho năng suất cao [6]. Hoa thƣờng nhỏ, có màu tím hoặc màu trắng, hình chuông, phủ lông mềm. Tràng hoa có cánh cờ mở rộng, không có tai, nhị một bó, bầu có lông (Hình 1.1)[5]. Hoa thƣờng mọc thành từng chùm, mỗi chùm có từ 3 - 5 hoa. Hoa đậu tƣơng là hoa lƣỡng tính nên đây là cây tự thụ phấn, tỷ lệ giao phấn rất thấp chỉ chiếm khoảng 0,5 - 1% [6]. 4
Quả đậu tƣơng thẳng hoặc hơi cong, dài từ 2 - 7cm. Mỗi quả thƣờng có từ 2 - 3 hạt. Lúc quả còn non quả có màu xan, khi quả chín có màu nâu. Hạt có hình tròn, hình bầu dục. Những giống có hạt màu vàng thƣơng c giá trị thƣơng phẩm cao. Trong hạt, phôi thƣờng chiếm 2%, hai lá tử điệp chiếm 90% và 8% còn lại là vỏ hạt trên tổng khối lƣợng của hạt. Hình dạng và màu sắc của rốn hạt đặc trƣng cho mỗi giống (Hình 1.1)[6]. Bộ rễ của đậu tƣơng gồm rễ chính và rễ phụ. Trên rễ có rất nhiều nốt sần, đ là kết quả của sự cộng sinh giữa vi khuẩn Rhizobium jabonicum với rễ. Nốt sần có thể dài tới 1cm, đƣờng kính từ 5 - 6mm, khi mới hình thành nó có màu trắng sữa, khi phát triển tốt nhất nốt sần có màu hồng. Nốt sần tập trung nhiều nhất ở tầng đất c độ sâu từ 0 - 20cm, có vai trò quan trọng trong việc cố định từ nitơ trong không khí với lƣợng đạm cung cấp cho cây khoảng 30 - 60kg/ha (Hình 1.1) [6]. Hình 1.1: Đặc điểm Hình thái cây đậu tƣơng (Nguồn tài liệu tham khảo: https://www.croplan.com) A: Hoa đậu tƣơng; B: Quả đậu tƣơng; C: Lá cây đậu tƣơng; D: Rễ cây đậu tƣơng. 5
1.1.2.2. Đặc điểm di truyền của cây đậu tương Đậu tƣơng thuộc chi Glycine có tổ tiên là loài hoang dại Glycine soja. Glycine là chi duy nhất trong bộ Phaseoleae mà các loài của nó có số nhiễm sắc thể nhị bội 2n = 40 và 80 không phải là 20 [2]. Trong nghiên cứu của Lackey số nhiễm sắc thể của Glycine có thể bắt nguồn từ loài nhị bội với số nhiễm sắc thể gốc x = 11 trải qua quá trình đa bội lệch khuyết có gốc x = 10 và đa bội thể đã cho bộ nhiễm sắc thể lên đến 40 và 80 [29]. Theo Gurley, đậu tƣơng là dạng tứ bội bền vững của bộ nhiễm nhị bội [15]. Cây đậu tƣơng có bộ nhiễm sắc thể lƣỡng bội 2n = 40 với kích thƣớc vào khoảng 1115Mb bao gồm 1,115 triệu cặp bazơ trên mỗi nhiễm sắc thể đơn bội [8]. Trong toàn bộ genome có khoảng 40 - 60% trình tự gen lặp lại [15,16]. Đậu tƣơng c bộ nhiễm sắc thể 2n = 40 với tỷ lệ G/C trung bình là 34,8%, số lƣợng protein trung bình là 89 597 và số lƣợng gen trung bình là 56 680 (www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/5). 1.1.3. Vai trò của cây đậu tương Đậu tƣơng là cây trồng ngắn ngày đem lại giá trị kinh tế cao và có tác dụng về nhiều mặt nhƣ: làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nguyên liệu trong nhiều ngành công nghiệp, cải tạo đất. Vì thế cây đậu tƣơng đƣợc mệnh danh là “ Ông hoàng trong các loại cây họ đậu” [6]. Đậu tƣơng đƣợc biết tới là một loại ngũ cốc c hàm lƣợng dinh dƣỡng rất cao nhất là hàm lƣợng protein trung bình khoảng 35,5 - 40%. So với hàm lƣợng protein trong gạo (6,2 - 12%), ngô (9,8 - 13,2%) hay các loại thịt nhƣ thịt bò (21%), thịt gà (20%), cá (17 - 20% thì hàm lƣợng protein trong đậu tƣơng ở mức cao, lipit khoảng 15 - 20%, carbohydrate khoảng 15 - 16% và một số các khoáng chất khác cần cho sự sống [3]. Protein trong đậu tƣơng đƣợc coi là loại protein thực vật có phẩm chất tốt, dễ tiêu h a hơn protein trong thịt và đặc biệt là không có các thành phần tạo cholesterol. Hàm lƣợng lipid trong đậu tƣơng cũng rất cao, chứa khoảng 60 - 70% các acid béo không 6
no rất tốt cho sức khỏe. Bên cạnh đ , trong hạt đậu tƣơng c chứa rất nhiều các vitamin và khoáng chất nhƣ vitamin B1, vitamin B2, vitamin C, Ca, Fe, P [6]. Ngoài đƣợc sử dụng để chế biến thành các loại thực phẩm cho con ngƣời, đậu tƣơng c n đƣợc sử dụng làm thức ăn cho gia súc. Khoảng 1kg hạt đậu tƣơng khô tƣơng đƣơng với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi. Toàn bộ cây đậu tƣơng c chứa hàm lƣợng đạm khá cao có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc hoặc nghiền khô để chế biến thức ăn tổng hợp rất tốt. Sản phẩm phụ công nghiệp nhƣ khô dầu có thành phần dinh dƣỡng khá cao: N: 6,2%, P2O5: 0,7%, K2O: 2,4% có thế làm thức ăn bổ sung cho gia súc rất tốt [2]. Hiện nay, những nguồn năng lƣợng hóa thạch nhƣ than đá, dầu mỏ có trữ lƣợng ngày càng giảm kèm theo là hiện tƣợng biến đổi khí hậu và các vấn đề môi trƣờng nên nhiên liệu sinh học là giải pháp thay thế tốt nhất. Biodiesel là nhiên liệu sạch và tái tạo đƣợc coi là sự thay thế tốt nhất cho nhiên liệu diesel. Trong đ dầu đƣợc chiết xuất từ hạt đậu tƣơng đƣợc coi là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất dầu diezel sinh học. Ngoài là nguyên liệu sản xuất dầu diezel sinh học, dầu đậu tƣơng c thể sử dụng để sản xuất một dạng nhiên liệu sinh học khác là bioethanol. Vỏ đậu tƣơng chứa lƣợng lớn carbohydrate sử dụng để tạo ra bioethanol và có thể làm thức ăn cho động vật vì có chứa hàm lƣợng protein cao. Kết quả kiểm tra khí thải động cơ cho thấy r ng chỉ sử dụng dầu diesel sinh học đã tạo ra khí thải CO, HC, NOx và kh i ít hơn so với petro-diesel [25]. Toàn bộ cây đậu tƣơng (thân, lá, quả, hạt) cả khi tƣơi và khô đều có thể làm thức ăn cho gia súc. Đặc biệt cây đậu tƣơng c vai tr quan trọng trong việc cải tạo đất do trên rễ có rất nhiều nốt sần (là kết quả của sự cộng sinh giữa vi khuẩn Rhizobium jabonicum với rễ) c năng cố định đạm. Vậy cứ trồng khoảng 1 ha đậu tƣơng sinh trƣởng tốt s tạo ra khoảng 30 - 60 kg nitơ 7
trong đất. Đối với thân và lá đậu tƣơng c chứa lƣợng lớn nitơ nên sau khi thu hoạch có thể sử dụng nhƣ phân hữu cơ để b n cho đất hoặc các cây trồng khác. Việc luân canh cây đậu tƣơng với một loại cây trồng khác đƣợc xem là biện pháp cải tạo đất trồng rất tốt [6]. 1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam 1.1.4.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Đậu tƣơng là cây trồng có giá trị kinh tế và dinh dƣỡng cao, đƣợc xem là một trong những loại cây thực phẩm quan trọng bậc nhất thế giới sau cây lúa mì, lúa nƣớc và ngô. Do có khả năng thích ứng rộng với các điều kiện khí hậu khác nhau nên đậu tƣơng đƣợc canh trồng rộng rãi trên toàn thế giới, nhƣng tập trung chủ yếu ở tại Hoa Kỳ, tiếp đến là Châu Á. Theo số liệu từ bảng 1.1 cho thấy tổng diện tích canh tác đậu tƣơng trên toàn thế giới khoảng 121,5 triệu ha, trong đ : Hoa Kỳ là 33,5 triệu ha (28% , Brazil đạt 33,2 triệu ha (27,2%), Argentina là 19,5 triệu ha (16%), Ấn Độ là 11,5 triệu ha (9%) và Trung Quốc là 6,6 triệu ha (5,5%). Số liệu từ bảng 1.1 cho thấy tổng sản lƣợng của thế giới là 334,9 triệu tấn tăng khoảng 11,7 triệu tấn so với năm 2015. Tổng sản lƣợng thu hoạch của Hoa Kỳ năm 2016 khoảng hơn 117,2 triệu tấn chiếm gần 35% sản lƣợng của thế giới (FAO, 2016). Bảng 1. 1: Diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng của 5 nƣớc dẫn đầu và toàn thế giới (FAO, 2016) T n quốc gia Diện tích canh t c Sản lƣợng thu hoạch (triệu ha) (triệu tấn) Hoa Kỳ 33,5 117,2 Brazil 33,2 96,3 Argentina 19,5 58,8 Ấn Độ 11,5 14 Trung Quốc 6,6 11,9 Thế giới 121,5 334,9 8
1.1.4.2. Tình hình sản xuất đậu tương tại Việt Nam Việt Nam là một đất nƣớc có nền nông nghiệp rất lâu đời, bên cạnh các cây lƣơng thực nhƣ lúa, ngô và một số cây công nghiệp khác thì đậu tƣơng cũng đ ng vai tr quan trọng đối với đối với đời sống của ngƣời dân Việt Nam. Cả nƣớc có 28 tỉnh thành canh tác đậu tƣơng trong đ 70% là ở miền Bắc và 30% ở các tỉnh phía Nam [6]. Theo số liệu chính thức của FAO thì diện tích và sản lƣợng trồng đậu tƣơng ở nƣớc ta thì từ năm 2010 trở về các năm trƣớc thì phát triển rất mạnh cả về diện tích gieo trồng cũng nhƣ là năng suất thu hoạch. Tuy nhiên với những phƣơng thức canh tác truyền thống, bộ giống năng suất thấp, sản xuất nhỏ lẻ, giá thành cao, lãi suất thấp, giá thành đậu tƣơng trong nƣớc không có khả năng cạnh tranh với đậu tƣơng nhập khẩu cộng thêm sự bất lợi về điều kiện khí hậu trong một vài năm gần đây là nguyên nhân dẫn đến việc nông dân không còn mặn mà với cây đậu tƣơng đã dẫn đến diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng giảm mạnh trong 6 năm gần đây. Quan sát biểu đồ hình 1.2 có thể thấy năm 2012 sản lƣợng đậu tƣơng nƣớc ta đã giảm 34,3% so với cùng kỳ năm trƣớc xuống còn khoảng 175,2 nghìn tấn do điều kiện khí hậu bất lợi. Diện tích trông đậu tƣơng năm 2016 ở nƣớc ta giảm mạnh chỉ b ng khoảng 50% diện tích của năm 2010 là 99,6 nghìn ha và sản lƣợng đạt ở mức 161 nghìn tấn giảm gần 138 nghìn tấn so với cùng kỳ năm 2010 (FAO, 2016). 9
Hình 1.2: Diện tích và sản lƣợng đậu tƣơng trong niên vụ 2010 - 2016 ( FAO, 2010-2016) 1.2. Tổng quan về c c nhân tố phi n mã trong nghi n cứu TF là một protein gắn đặc hiệu với trình tự DNA trong v ng điều khiển và tham gia điều khiển quá trình phiên mã của gene [10][31]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi s tiến hành phân tích 3 nhóm TF phổ biến nhất ở thực vật là bHLH, bZIP và SRF. 1.2.1. Nhân tố phiên mã bHLH (Basic Helix-Loop-Helix) TF basic/helix-loop-helix (bHLH) và nhân tố tƣơng đồngcủa chúng đã tạo thành một họ lớn trong genome của cả thực vật và động vật [36]. Từ khi tìm ra TF bHLH có khả năng liên kết với DNA và khả năng nhị trùng hóa [36] các thành viên trong siêu họ protein bHLH ngày càng phát hiện thêm nhiều chức năng quan trọng trong quá trình sinh lí và sinh trƣởng ở động vật ở mức độ thấp hơn so với thực vật [35][40]. bHLH chứa khoảng 60 acid amin với hai vùng chức năng đ là v ng cơ bản (basic) và vùng chức năng (helix-loop- helix . V ng cơ bản n m ở đầu amin (N-terminal) của miền bHLH và có chức năng nhƣ một dạng gắn kết DNA, bao gồm khoảng 15 amino acid thƣờng 10
gồm sáu dƣ lƣợng cơ bản. Vùng HLH gồm hai phân tử α-helices phân cực với một sự liên kết vòng lặp với chiều dài biến thiên. Các α-helices lƣỡng cực của hai protein bHLH có thể tƣơng tác và hình thành hai cấu phần giống nhau (homodimer) hoặc hai cấu phần khác nhau (heterodimer) [13][36][38]. Trong các nghiên cứu gần đây đã cho thấy một số protein bHLH ở thực vật có khả năng tƣơng tác với các protein bị thiếu đi một miền bHLH, đặc biệt là đối với các phức hợp protein với protein MYB (Myeloblastosis), bHLH và WD40 đƣợc đƣa ra để bảo vệ tế bào và rễ tơ khác nhau [39]. 1.2.2. Nhân tố phiên mã bZIP (Basic Leucine Zipper) Protein bZIP (basic leucine zipper) là một họ lớn có khả năng điều chỉnh quá trình phiên mã [46], đặc biệt là đối với thực vật nói chung và sinh vật nhân thực n i riêng. Các protein bZIP thƣờng gồm một miền bZIP có hai vùng là: vùng basic và vùng nhị trùng hóa. Vùng basic liên kết với DNA và vùng nhị trùng hóa có dạng homo giống nhƣ các dị thể. Ở tại v ng cơ bản có vùng tín hiệu bên trong dựa trên một dạng N-x7-R/K không đổi để liên kết với DNA. Ngoài ra, sự lặp lại của một đoạn leucine tại vị trí chín amino acid n m dọc theo v ng đầu cacboxyl (C-terminus) đã tạo ra một phân tử helix phân cực. Các yếu tố phiên mã bZIP ở thực vật thì liên kết chặt ch với chuỗi DNA của -ACGT- nhƣ G-box (-CACGTG-), C-box (-GACGTC-), A-box (- TACGTA-) [23]. Các TF bZIP thƣờng phổ biến nhất ở thực vật nh m điều chỉnh các hiện tƣợng nhƣ: nảy mầm, quang hóa, hình thành hoa, phát triển hoa và cũng c vai trò quan trọng đối với cây trồng trong việc báo hiệu bất lợi và hormone. Các protein bZIP ở thực vật đã đƣợc nghiên cứu rộng rãi và các chức năng của chúng phức tạp hơn đối với các TF khác [49]. 1.2.3 Nhân tố phiên mã SRF (Serum-Response Factor) Họ TF SRF gồm khoảng 56 amino acid và đƣợc tìm thấy trong vùng liên kết DNA của phần đông các TF ở sinh vật nhân thực. Vùng ở đầu amin (N- 11