Tài liệu Nghiên cứu đặc điểm của gen gmdreb2 phân lập từ cây đậu tương [glycine max (l.) merrill]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HOÀNG THỊ XOAN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN GmDREB2 PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG Glycine max (L.) Merrill LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC HOÀNG THỊ XOAN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN GmDREB2 PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG Glycine max (L.) Merrill Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. Chu Hoàng Mậu Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc. Tác giả Hoàng Thị Xoan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi hoàn thành Bản luận văn thạc sĩ Công nghệ sinh học này. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Vũ Thanh Thanh, Trƣởng khoa Khoa học Sự sống, Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin cảm ơn các thầy cô và tập thể cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Khoa học Sự sống, cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, cảm ơn bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Tác giả Hoàng Thị Xoan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan .............................................................................................. i Lời cảm ơn ................................................................................................. ii Mục lục........................................................................................................ iii Những chữ viết tắt trong luận văn............................................................... v Danh mục các bảng trong luận văn............................................................. vi Danh mục các hình trong luận văn.............................................................. vii MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2 3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 3 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 4 1.1. CÂY ĐẬU TƢƠNG .................................................................................... 4 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và vị trí cây đậu tƣơng ........................................... 4 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây đậu tƣơng ...................................................... 5 1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam ...................... 7 1.2. GEN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU TƢƠNG .................. 9 1.2.1. Hạn và tác động hạn đến sinh trƣởng phát triển của thực vật ................... 9 1.2.2. Đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng ...................................................... 11 1.2.3. Một số gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tƣơng .................... 13 1.2.3.1. Nhóm gen chức năng liên quan trực tiếp đến tính chịu hạn của cây đậu tƣơng ........................................................................................................... 13 1.2.3.2. Nhóm gen điều khiển quá trình phiên mã của nhóm gen chịu hạn ...... 16 1.3. NHÂN TỐ PHIÊN MÃ DREB VÀ DREB2 ............................................. 18 1.3.1. Nhân tố phiên mã DREB ........................................................................ 18 1.3.2. DREB2 và gen GmDREB2 ..................................................................... 20 Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ............................................... 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn iv 2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ .................................................. 25 2.1.1. Vật liệu .................................................................................................... 25 2.1.2. Hóa chất................................................................................................... 26 2.1.3. Thiết bị .................................................................................................... 26 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................................. 28 2.2.1. Phƣơng pháp đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn cây non trong điều kiện gây hạn nhân tạo ................................................................................ 28 2.2.2. Phƣơng pháp sinh học phân tử ................................................................ 29 2.2.2.1. Phƣơng pháp tách chiết DNA tổng số.................................................. 29 2.2.2.2. Kỹ thuật PCR ....................................................................................... 30 2.2.2.3. Phƣơng pháp tinh sạch sản phẩm PCR ................................................ 32 2.2.2.4. Phƣơng pháp gắn gen vào vector tách dòng ........................................ 33 2.2.2.5. Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào E.coli DH5 ............................. 34 2.2.2.6. Tách chiết plasmid ............................................................................... 34 2.2.2.7. Phƣơng pháp phân tích trình tự gen ..................................................... 35 2.2.2.8. Xử lý kết quả và tính toán số liệu ........................................................ 35 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 36 3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HẠN CỦA CÁC GIỐNG ĐẬU TƢƠNG NGHIÊN CỨU .................................................................................................. 36 3.2. KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN GmDREB2 TỪ MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƢƠNG NGHIÊN CỨU................................................................................... 39 3.2.1. Tách chiết DNA từ lá non hạt đậu tƣơng ................................................ 39 3.2.2. Kết quả nhân gen GmDREB2 bằng kỹ thuật PCR ................................. 40 3.2.3. Kết quả tách dòng và giải trình tự gen GmDREB2 ................................. 41 3.2.4. So sánh trình tự nucleotide của gen GmDREB2 của ba giống đậu tƣơng BS, BG, HG1 và các trình tự đã công bố ............................................... 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn v 3.2.5. So sánh trình tự amino acid của protein DREB2 của ba giống đậu tƣơng BS, BG, HG1 và các trình tự đã công bố ............................................... 45 3.3 PHÂN TÍCH SỰ ĐA DẠNG VỀ TRÌNH TỰ NUCLEOTIDE VÀ TRÌNH TỰ AMINO ACID CỦA GEN DREB2 Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG ........ 45 3.3.1. Sự đa dạng của các giống đậu tƣơng trên cơ sở phân tích trình tự nucleotide của gen DREB2 ............................................................................... 45 3.3.2. Phân tích sự đa dạng trong trình tự amino acid của DREB2 .................. 48 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 51 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn vi NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT ABA Abscisis acid bp Cặp base CS Cộng sự DNA Deoxiribonucleic acid DREB Dehydration- Responsive Element Binding EDTA Ethyen Diamin Tetraacetic Acid HSP Heat shock protein kb Kilo base LEA Late Embryogenesis Abundant protein (Protein tích luỹ với số lƣợng lớn ở giai đoạn cuối của quá trình hình thành phôi) LTP Lipid Tranfer protein (Protein vận chuyển lipid) MGPT Môi giới phân tử PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) RNA Ribonucleic Acid TAE Tris acetat EDTA Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam từ 2005- 2011 8 Bảng 2.1 Nguồn gốc các giống đậu tƣơng nghiên cứu 25 Bảng 2.2 Danh mục các thiết bị đã sử dụng 27 Bảng 2.3 Trình tự cặp mồi nhân gen DREB2 30 Bảng 2.4 Thành phần phản ứng PCR 31 Bảng 2.5 Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR 31 Bảng 2.6 Thành phần phản ứng gắn gen vào vector tách dòng pBT 33 Bảng 3.1 Chỉ số chịu hạn của các giống đậu tƣơng nghiên cứu 38 Bảng 3.2 Hệ số tƣơng đồng và hệ số sai khác về trình tự gen 46 GmDREB2 của 3 giống đậu tƣơng BS, BG và HG1 và trình tự gen GmDREB2 của 9 giống đậu tƣơng trên GenBank Bảng 3.3 Hệ số tƣơng đồng và hệ số sai khác về trình tự amino 48 acid của protein DREB2 của 3 giống đậu tƣơng BS, BG, HG1 và trình tự amino acid của protein DREB2 của 9 giống đậu tƣơng trên GenBank Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Hình 1.1 Tên hình Trang Sơ đồ mô tả gen và vùng mã hóa của gen GmDREB2 ở 23 đậu tƣơng Hình 1.2 Sơ đồ mô tả protein GmDREB2 ở đậu tƣơng 23 Hình 1.3 Trình tự amino acid của vùng AP2 của protein DREB2 ở 23 đậu tƣơng Hình 2.1 Hình ảnh hạt các giống đậu tƣơng nghiên cứu 26 Hình 2.2 Sơ đồ vector tách dòng pBT 33 Hình 3.1 Hình ảnh cây đậu tƣơng non của 7 giống đậu tƣơng hạn 36 trƣớc khi gây hạn Hình 3.2 Hình ảnh cây đậu tƣơng non của 7 giống đậu tƣơng sau 7 37 ngày hạn Hình 3.3 Hình ảnh điện di DNA tổng số của 4 giống HG1, BG, 39 HG4 và BS Hình 3.4. Hình ảnh điện di sản phẩm nhân gen GmDREB2 của bốn 40 giống đậu tƣơng nghiên cứu Hình 3.5. Đĩa nuôi cấy dòng tế bào khả biến E.coli chủng DH5 41 chứa vector tái tổ hợp mang gen GmDREB2 Hình 3.6 Hình ảnh điện di sản phẩm colony – PCR gen 42 GmDREB2 trực tiếp từ khuẩn lạc Hình 3.7 Hình ảnh điện di tách plasmid tái tổ hợp mang gen 42 GmDREB2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn ix Hình 3.8. Trình tự gen GmDREB2 phân lập từ ba giống đậu tƣơng 44 HG1, BG, BS Hình 3.9 Sơ đồ so sánh trình tự amino acid của protein DREB2 45 suy diễn từ trình tự gen GmDREB2 Hình 3.10 Biểu đồ hình cây mô tả mối quan hệ di truyền của 11 47 giống đậu tƣơng dựa trên mức độ tƣơng đồng của trình tự gen GmDREB2 Hình 3.11 Biểu đồ hình cây mô tả mối quan hệ di truyền của 11 49 giống đậu tƣơng dựa trên mức độ tƣơng đồng của trình tự amino acid của protein DREB2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill ) là loại cây trồng thuộc họ đậu, không chỉ có vai trò quan trọng về mặt kinh tế và dinh dƣỡng mà còn có vai trò quan trọng trong việc cải tạo đất. Trong hạt đậu tƣơng có hàm lƣợng dinh dƣỡng cao, chứa 35% - 52% protein, 18% - 25% lipit, 10% – 15% glucid và nhiều loại amino acid không thay thế nhƣ: leucin, isoleucin, lysin, metionin, phenylalanin, tryptophan, valin. Ngoài ra, trong hạt đậu tƣơng còn chứa nhiều vitamin (B1, B2, A, D, E, K…) là thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao, rất cần thiết cho cơ thể ngƣời và động vật. Đặc biệt, protein của đậu tƣơng đƣợc coi là một nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh vì chứa một lƣợng đáng kể các amino acid không thay thế cần thiết cho cơ thể, dễ tiêu hoá và không có các thành phần tạo cholesterol. Lipit của đậu tƣơng chứa tỉ lệ lớn các axit béo chƣa no, có hệ số đồng hoá lớn (98%), chỉ số iot cao (120-137). Sử dụng protein và lipit của hạt đậu tƣơng còn có tác dụng chữa một số bệnh nhƣ: đái tháo đƣờng, béo phì, huyết áp cao, chảy máu não… [3]. Ngoài ra, ở rễ cây đậu tƣơng có các nốt sần, đó là kết quả của sự cộng sinh giữa vi khuẩn Rhizobium japonicum với rễ tạo khả năng cố định nitơ trong không khí. Vì vậy, đậu tƣơng là loại cây trồng có tác dụng cải tạo đất, làm cây trồng vụ sau phát triển tốt hơn, góp phần phá vỡ chu kỳ sâu bệnh, chống ô nhiễm môi trƣờng do lạm dụng phân bón và thuốc trừ sâu [6]. Do biến đổi khí hậu mà trong những năm gần đây hạn hán xảy ra thƣờng xuyên đã tác động xấu đến sự sinh trƣởng, phát triển làm giảm năng suất cây trồng. Đậu tƣơng là loại cây trồng thuộc nhóm cây chịu hạn kém, vì vậy chọn giống đậu tƣơng theo định hƣớng về khả năng chịu hạn cao hoặc cải thiện đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng là yêu cầu thực tiễn đặt ra. 2 Đặc tính chịu hạn của cây đậu tƣơng là tính trạng đa gen có hai nhóm gen liên quan đến tính chịu hạn đó là: (i) nhóm gen chức năng mà sản phẩm của nhóm gen này trực tiếp liên quan đến tính chịu hạn và (ii) nhóm gen mà sản phẩm của chúng là những protein điều hòa hoạt động của nhóm gen chức năng. DREB là một loại protein điều hòa, có chức năng kích thích hoạt động phiên mã của nhóm gen chịu hạn. Tuy DREB không trực tiếp tham gia vào quá trình kháng hạn nhƣng nó giữ vai trò là nhân tố kích thích đồng thời sự biểu hiện của các gen liên quan đến khả năng chịu hạn. DREB là một họ protein trong đó có DREB2, gen DREB2 đƣợc biểu hiện trong môi trƣờng có xử lý bởi hạn hán, nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp. Chình vì vậy phân lập và nghiên cứu gen DREB tạo nguyên liệu phục vụ tạo cây chuyển gen nhằm cải thiện tính chịu hạn của cây đậu tƣơng là vấn đề đang đƣợc quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ lý do trên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm của gen GmDREB2 phân lập từ cây đậu tƣơng [Glycine max (L.) Merrill]”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định đƣợc sự khác nhau về khả năng chịu hạn của một số giống đậu tƣơng địa phƣơng; Xác định đƣợc điểm sai khác về trình tự gen GmDREB2 phân lập từ một số giống đậu tƣơng địa phƣơng. Đánh giá đƣợc sự đa dạng của một số giống đậu tƣơng dựa trên trình tự gen GmDREB2 và trình tự amino acid suy diễn. 3 3. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của một số giống đậu tƣơng địa phƣơng nghiên cứu. - Thu thập thông tin về gen DREB2 ở cây đậu tƣơng và thiết kế cặp mồi cho PCR nhân gen. - Nhân gen DREB2 từ hệ gen của giống đậu tƣơng địa phƣơng bằng kỹ thuật PCR với cặp mồi đã thiết kế. Tách dòng và xác định trình tự gen DREB2. - So sánh trình tự gen DREB2 của một số giống đậu tƣơng địa phƣơng với trình tự gen đã công bố. - Phân tích hệ số tƣơng đồng di truyền và hệ số sai khác về trình tự gen DREB2 và trình tự amino acid suy diễn. Thiết lập sơ đồ hình cây giữa các giống đậu tƣơng dựa trên trình tự gen DREB2 và trình tự amino acid suy diễn. 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY ĐẬU TƢƠNG 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và vị trí cây đậu tƣơng Cây đậu tƣơng hay còn gọi là đậu nành, tên khoa học Glycine max (L.) Merill (2n= 40) thuộc họ đậu (Fabaceae),họ phụ cánh bƣớm (Papilinoideae) (Hymowitz và Newell, 1981). Các giống đậu tƣơng trồng ở Việt Nam thuộc loài Glycine max (L.) Merill (2n= 40) trong giống phụ G.Soya, giống Glycine thuộc họ đậu (Lengunoceace) họ phụ cánh bƣớm (Papilinoideae). Đối với đậu tƣơng có thể phân loại theo đặc điểm thực vật học, dựa vào thời gian sinh trƣởng, theo thời vụ. Hiện nay đậu tƣơng đƣợc trồng ở Việt Nam có hai nguồn gốc, đó là các giống địa phƣơng và các giống nhập nội. Mặc dù nguồn gốc và lịch sử ban đầu của cây đậu tƣơng chƣa sáng tỏ nhƣng đã có những bằng chứng chứng tỏ giống đậu này đã đƣợc thuần hoá đầu tiên ở Trung Quốc. Từ Trung Quốc đậu tƣơng đƣợc đƣa sang Triều Tiên, Nhật Bản, Nga, sang Đông Nam Á và Nam Á qua con đƣờng tơ lụa. Ở Việt Nam đậu tƣơng đƣợc trồng từ lâu đời, sớm nhất là các tỉnh trung du, miền núi phía Bắc và miền Đông Nam Bộ [3], [6], [8]. Cây đậu tƣơng là loại cây quan trọng bậc nhất trong các cây họ Ðậu. Để có vị trí nhƣ vậy là nhờ đậu tƣơng có những đặc tính ƣu việt hơn những giống đậu khác, đó là: Hàm lƣợng protein và lipit cao: protein (35% - 52%), lipit từ (18% - 25%), glucid (10% -15%), chứa nhiều loại vitamin..., là nguồn năng lƣợng quan trọng cho con ngƣời và vật nuôi. Các sản phẩm rất quen thuộc của đậu tƣơng nhƣ đậu phụ, tƣơng, dầu ăn...có vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hàng ngày của con ngƣời. Gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện đậu tƣơng có vai trò chữa và điều trị bệnh nan y nhƣ 5 ung thƣ, tim mạch... Đậu tƣơng còn có thể giải quyết một phần vấn đề hết sức cấp thiết hiện nay trên thế giới là năng lƣợng từ các sản phẩm của nó. Ngoài ra đậu tƣơng là cây họ đậu nên có tác dụng cải tạo đất thông qua việc cố định đạm của vi khuẩn trên các nốt sần ở rễ, góp phần làm giảm lƣợng phân hóa học bón xuống đất, khắc phục sự thoái hóa đất và ô nhiễm môi trƣờng [3], [6]. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây đậu tƣơng Cây đậu tƣơng là cây trồng cạn ngắn ngày, gồm các bộ phận chính: rễ, thân, lá, hoa, quả, hạt. Đậu tƣơng là cây hai lá mầm có rễ cọc, gồm rễ cái và rễ bên. Khi hạt nảy mầm, phôi phát triển thành rễ cái. Rễ tập trung ở tầng đất mặt 30 – 40 cm, ăn lan khoảng 20– 40 cm. Trên rễ có nhiều nốt sần, những nốt sần này đƣợc ví nhƣ nhà máy sản xuất đạm. Trên nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium japonicum có khả năng cố định đạm của không khí tạo thành đạm dễ tiêu. Nốt sần có phẩm chất tốt thì to, có màu hồng. Số lƣợng và trọng lƣợng nốt sần có liên quan trực tiếp đến sinh trƣởng và năng suất cây đậu tƣơng. Cây đậu tƣơng là cây thân thảo, ít phân cành, dạng bụi. Thân hình tròn, nhiều lông, mang nhiều đốt, thân thƣờng đứng, có khi bò hay nửa bò, thân thƣờng có màu xanh, có từ 14 – 15 lóng, chiều cao trung bình từ 0,5 – 1,2 m, thay đổi tuỳ theo giống, thời vụ, mật độ cây, đất đai, phân bón… Cành đậu tƣơng mọc ra từ các đốt trên thân. Đốt đầu tiên của thân chính mang hai lá mầm, đốt thứ hai mang hai lá đơn đối nhau, từ đốt thứ ba trở lên mỗi đốt mang một lá kép, mỗi lá kép có bao lá chét. Lá đậu tƣơng có hình dạng khác nhau: tròn, hẹp, bầu dục, lƣỡi mác hoặc hình thoi…nhƣng thƣờng quy thành hai loại là lá rộng và lá hẹp. Gồm có các dạng lá theo từng thời kì sinh trƣởng, phát triển của cây: lá mầm, lá đơn và lá kép có 3 lá chét, đôi khi có 4-5 lá chét. 6 Thời kỳ cây ra hoa sớm hay muộn, thời gian dài hay ngắn tuỳ thuộc vào giống và thời vụ gieo do chịu ảnh hƣởng phối hợp của ánh sáng và nhiệt độ. Hoa đậu tƣơng thuộc hoa cánh bƣớm, mọc thành từng chùm, mỗi chùm có từ 7 – 8 hoa, có màu trắng hoặc tím, mọc ở ngọn hay nách lá. Quả đậu tƣơng thuộc loại quả ráp, đa số ngoài vỏ có lông bao phủ, khi chín có màu vàng hoặc xám đen. Mỗi quả có 1 - 4 hạt, nhƣng thƣờng có 2 hạt. Hạt đậu tƣơng có hình dạng tròn hay bầu dục, tròn dài, tròn dẹt, vỏ hạt thƣờng nhẵn và có màu vàng nhạt, vàng đậm, xanh, nâu đen…nhƣng đa số là hạt màu vàng. Khối lƣợng hạt dao động từ 200 – 400 mg/hạt. Cây đậu tƣơng có 2 đặc tính sinh trƣởng: sinh trƣởng hữu hạn và sinh trƣởng vô hạn; căn cứ vào thời gian sinh trƣởng có 3 loại: chín sớm (75- 85 ngày), trung bình (80- 100 ngày), chín muộn (110- 120 ngày). Đậu tƣơng là cây trồng tƣơng đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh. Trong tập đoàn giống đậu tƣơng, có những giống chỉ trồng vào vụ hè, ngƣợc lại có những giống chỉ trồng vào vụ đông [3], [6]. Đặc điểm về sinh thái học của đậu tƣơng Nhiệt độ: Ở giai đoạn nẩy mầm nhiệt độ thích hợp 24 – 300C, ở giai đoạn cây con nhiệt độ từ 24 – 300C, ở giai đoạn ra hoa kết trái 24 – 340C và giai đoạn chín: 20 – 250C. Cây đậu tƣơng cần lƣợng mƣa tối thiểu phải đạt từ 400 mm, tốt nhất là 700 mm. Ở mỗi giai đoạn cây đậu tƣơng có nhu cầu khác nhau về độ ẩm. Giai đoạn nẩy mầm thích hợp với độ ẩm khoảng 75 – 80%, đến giai đoạn cây con nhu cầu về độ ẩm giảm 50 – 60% song lại tăng mạnh ở giai đoạn ra hoa kết quả 70 – 80% và thấp nhất ở giai đoạn chín: 35 – 50 %. Đa số các giống đậu tƣơng trồng hiện nay đều có phản ứng quang chu kỳ ngày ngắn. Đậu tƣơng có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau: đất đỏ, đất 7 xám, đất phù sa, đất giồng cát. Nhƣng để trồng đậu tƣơng có hiệu quả phải trồng trên đất có thành phần cơ giới nhẹ, pH từ 5 – 8 [3], [4], [6]. 1.1.3. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam Cây đậu tƣơng đƣợc xem là một loại cây trồng chiến lƣợc của nhiều quốc gia, với vị trí thứ tƣ, sau lúa, ngô và lúa mỳ. Đậu tƣơng có khả năng thích ứng khá rộng nên đƣợc trồng khắp các châu lục, đặc biệt là châu Mỹ (75,68%) và châu Á (21,27%). Trong những năm gần đây, do kết quả của việc ứng dụng những tiến bộ của công nghệ sinh học từ chọn, tạo giống đến sản xuất nên năng suất đậu tƣơng đã tăng lên đáng kể, đƣa đậu tƣơng trở thành cây trồng quan trọng trong cơ cấu cây trồng của nhiều quốc gia. Hiện nay, đậu tƣơng đƣợc trồng ở gần 80 quốc gia khác nhau trên thế giới. Trong đó, 4 nƣớc có sản lƣợng đậu tƣơng đứng đầu là: Mỹ, Brazil, Argentina và Trung Quốc. Đậu tƣơng là nguồn cung cấp dầu và protein quan trọng. Ở Việt Nam, đậu tƣơng đƣợc trồng từ rất lâu, trƣớc cây đậu xanh và các cây họ đậu khác. Các giống đậu tƣơng ở nƣớc ta bao gồm các giống đậu tƣơng nhập nội, giống lai tạo, giống đậu tƣơng đột biến và các giống đậu tƣơng địa phƣơng. Trƣớc cách mạng tháng 8 năm 1945, diện tích gieo trồng đậu tƣơng ở Việt Nam chỉ khoảng 32 ha, năng suất 4,1 tạ/ha. Hiện nay, diện tích đó đã đƣợc tăng lên đáng kể, cả nƣớc có 7 vùng nông nghiệp đều trồng đƣợc đậu tƣơng với diện tích gieo trồng (năm 1997) lớn nhất là miền núi phía bắc (46,6%), tiếp đến là đồng bằng sông Hồng (19,3%), vùng Tây Nguyên (11%), miền Đông Nam Bộ (10,2%). đồng bằng sông Cửu Long (8,9%), khu Bốn (2,3%), vùng Duyên hải miền Trung (1,6%) [6]. 8 Cây đậu tƣơng chiếm một vị trí quan trọng trong nền nông nghiệp của nƣớc ta hiện nay, đặc biệt ở những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chƣa phát triển. Mặc dù quy mô sản xuất còn khá nhỏ và nhu cầu tiêu thụ trong nƣớc có xu hƣớng giảm, nhƣng sản lƣợng đậu tƣơng nƣớc ta năm 2010 vẫn đạt 297.000 tấn, tăng 39% so với năm 2009. Nguyên nhân chính là do sự mở rộng đáng kể về diện tích cây trồng (khoảng 35%) và những nỗ lực nhằm cải thiện năng suất của ngành. Tuy nhiên, sản lƣợng trên vẫn còn thấp so với mục tiêu đề ra cho năm 2010 là 325.000 tấn của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn do chi phí sản xuất tăng và năng suất đậu tƣơng của nƣớc ta chƣa cao. Theo số liệu thống kê chính thức của chính phủ, đậu tƣơng đƣợc trồng ở 28 tỉnh trên khắp cả nƣớc, trong đó 70% ở miền bắc và 30% ở miền nam. Khoảng 65% đậu tƣơng nƣớc ta đƣợc trồng ở vùng cao, những nơi đất không cần màu mỡ; và 35% đƣợc trồng ở những vùng đất thấp ở khu vực đồng bằng sông Hồng. Đậu tƣơng đƣợc trồng ở nhiều địa phƣơng trên khắp cả nƣớc vào từng thời điểm khác nhau nên có cả vụ xuân, vụ hè và vụ đông. Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam từ 2005- 2011 Diện tích canh tác (nghìn ha) Sản lƣợng (tấn/ha) Tổng sản lƣợng (nghìn tấn) 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 204,1 185,6 190,1 192,1 146,2 197,8 215* 1,43 1,39 1,45 1,39 1,46 002 1,63* 292,7 258,1 275,5 267,6 213,6 296,9 350* (Nguồn: Tổng cục thống kê Việt Nam, * số liệu ước tính của FSA) 9 Tuy nhiên, do chƣa đƣợc đầu tƣ cao nên năng suất đậu tƣơng còn nhiều hạn chế. Xét về diện tích gieo trồng vẫn tăng qua các năm nhƣng tỉ lệ diện tích gieo trồng đậu tƣơng còn thấp, chỉ khoảng 1,5- 1,6%. Năng suất đậu tƣơng của nƣớc ta rất thấp, chỉ bằng 50- 70% năng suất đậu tƣơng của toàn thế giới. Sản lƣợng đậu tƣơng sản xuất ra chƣa đủ đáp ứng nhu cầu trong nƣớc. Hàng năm, chúng ta vẫn phải nhập khẩu một số lƣợng đáng kể từ nƣớc ngoài. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên, có thể là do dịch bệnh, kỹ thuật canh tác, nhƣng chủ yếu là do biến đổi khí hậu và hạn hán. Vì vậy một trong những yêu cầu thực tiễn đặt ra là nghiên cứu tạo ra giống đậu tƣơng có khả năng thích nghi với những điều kiện sinh thái ở những vùng khác nhau. Trong những năm gần đây, cùng với việc nghiên cứu các công nghệ sinh học và các loại đậu tƣơng cao sản mới để tìm ra giống cho năng suất cao với chi phí sản xuất thấp, các nhà chọn giống Việt Nam còn quan tâm nghiên cứu các giống đậu tƣơng địa phƣơng có năng suất thấp nhƣng lại có chất lƣợng hạt cao và có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trƣờng nhƣ: nóng, lạnh, mặn, phèn, hạn.... 1.2. GEN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU TƢƠNG 1.2.1. Hạn và tác động hạn đến sinh trƣởng phát triển của thực vật Hạn là tình trạng mất nƣớc ở cây nguyên nhân có thể do nhiều lý do: nhƣ sự thiếu nƣớc trong môi trƣờng hay do nhiệt độ thấp, đốt nóng, độ mặn cao. Hạn cũng nhƣ các yếu tố ngoại cảnh khác khi tác động lên cơ thể gây ra các phản ứng của cơ thể, tuỳ theo từng loài từng giống mà mức độ phản ứng của cơ thể cũng nhƣ thiệt hại do khô hạn gây ra là khác nhau: một số bị chết, một số bị thƣơng, một số khác bị ảnh hƣởng còn lại một số không bị ảnh hƣởng...