THÁI NGUYÊN - 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN LÒ THANH SƠN
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ CHUYỂN GEN
GmEXP1 LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ
CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG (Glycine max (L.) Merrill)



Lò Thanh Sơn

i
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. Chu Hoàng Mậu, PGS.TS.
Nguyễn Vũ Thanh Thanh đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo trong suốt quá trình tôi
nghiên cứu và thực hiện đề tài luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Chu Hoàng Hà, TS. Lê Văn Sơn, TS.
Phạm Bích Ngọc, TS. Lâm Đại Nhân, TS. Nguyễn Trung Nam, TS. Nguyễn Thị
Thuý Hường - Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện
các thí nghiệm nghiên cứu trong đề tài luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và cán bộ Bộ môn
Di truyền&Sinh học hiện đại trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận
án; cảm ơn sự đóng góp những ý kiến quý báu trong các buổi seminar khoa học, báo
cáo chuyên đề và báo cáo tiểu luận tổng quan luận án.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của tập
thể cán bộ Phòng Công nghệ ADN và ứng dụng và Phòng Công nghệ tế bào thực
vật, Viện Công nghệ Sinh học. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo và cán bộ Khoa Sinh - Kỹ thuật nông nghiệp,
các thầy cô giáo và cán bộ Bộ phận đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Sư phạm -
Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khoá
học này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Tây Bắc, chân thành
cảm ơn các đồng nghiệp là thầy cô giáo và cán bộ Khoa Sinh Hoá - Trường Đại học

MỞ ĐẦU

1
1. Đặt vấn đề

1
2. Mục tiêu nghiên cứu

2
3. Nội dung nghiên cứu

3
4. Những đóng góp mới của luận án

3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án

4
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

5
1.1. VAI TRÒ CỦA BỘ RỄ THỰC VẬT VÀ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG ĐỐI
VỚI TÁC ĐỘNG CỦA HẠN

5
1.1.1. Cây đậu tương và tác động của hạn đối với cây đậu tương

5
1.1.2. Vai trò của bộ rễ ở cây trồng và ở cây đậu tương



38
2.1.2. Các chủng vi khuẩn và các loại vector

39
2.1.3. Các loại mồi sử dụng trong nghiên cứu

39
2.2. HOÁ CHẤT, THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU

39
2.2.1. Hóa chất, thiết bị nghiên cứu

39
2.2.2. Địa điểm nghiên cứu

40
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.
40
2.3.1. Phương pháp sinh lý đánh giá sự phát triển bộ rễ

40
2.3.2. Phương pháp phân lập, tách dòng và xác định trình tự gen

42
2.3.3. Phương pháp phát triển vector chuyển gen GmEXP1
.
44
2.3.4. Phương pháp tạo cây chuyển gen thông qua vi khuẩn A.tumefaciens


59
3.2.2. Sự đa dạng của trình tự vùng mã hoá gen EXP1 ở một số loài thực vật

67
3.3. PHÁT TRIỂN VECTOR CHUYỂN GEN MANG GEN GmEXP1

69
3.3.1. Tạo cấu trúc chứa gen đích GmEXP1

70
3.3.2. Gắn cấu trúc chứa gen GmEXP1 vào vector pCB301 tạo vector chuyển
gen GmEXP1

72
3.4. KẾT QUẢ BIỂU HIỆN GEN GmEXP1 TRÊN CÂY THUỐC LÁ

76
3.4.1. Chuyển cấu trúc mang gen GmEXP1 vào cây thuốc lá nhờ
A.tumefaciens

76
3.4.2. Phân tích sự biểu hiện của gen chuyển GmEXP1 trên cây thuốc lá ở thế
hệ T
078
3.4.3. Phân tích và đánh giá sự biểu hiện chức năng sinh học của gen chuyển
GmEXP1 trên cây thuốc lá ở thế hệ T

112

PHỤ LỤC

128

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

ABA Abscisic Acid
AS Acetylseringone
bp base pairs Cặp bazơ nitơ
cs Cộng sự
CCM Cocultivation medium Môi trường đồng nuôi cấy
Ct Threshold of Cycle Chu kỳ ngưỡng
DAB 3,3'-Diaminobenzidine
tetrahydrochloride

DRE Dehydration Responsive Element Yếu tố điều hoà phản ứng với
sự mất nước
DREBs Dehydration Responsive Element
Binding protein
Protein gắn với DRE
DREB
factor
Dehydration Responsive Element
Binding - factor
Yếu tố gắn với DRE
DPBB Double Psi Beta-Barrel structure Vùng cấu trúc DPBB
ELISA Enzyme-Linked ImmunoSorbent
Assay

RM Rooting Medium Môi trường tạo rễ
rpm Revolution Per Minute Số vòng/phút
RT-PCR Reverse Transcription Polymerase
Chain Reaction
Phản ứng chuỗi trùng hợp -
phiên mã ngược
SEM Shoot Elongation Medium Môi trường kéo dài chồi
SIM Shoot Induction Medium Môi trường tạo đa chồi
T-DNA Transfer DNA Đoạn DNA được chuyển vào
thực vật
Ti-plasmid Tumor inducing - plasmid Plasmid gây khối u
TMB 3,3’,5,5’-TetraMethyl Benzidine
UTR UnTranslated Region Vùng không dịch mã
WT Wild Type Kiểu dại
X-gal 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-beta-D-
galacto-pyranoside

DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN ÁN
Trang
Bảng 2.1. Thống kê một số giống đậu tương địa phương sử dụng làm vật liệu
nghiên cứu

38
Bảng 2.2. Thống kê các trình tự mồi sử dụng trong nghiên cứu

39
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR với Master Mix

42
Bảng 2.4. Thành phần phản ứng gắn gen GmEXP1 vào vector tách dòng

Bảng 3.2. Thể tích bộ rễ các giống đậu tương nghiên cứu sau 3, 5, 7 và 9 ngày
hạn

55
Bảng 3.3. Khối lượng khô của bộ rễ các giống đậu tương nghiên cứu sau 3, 5,
7, 9 ngày hạn

56
Bảng 3.4. Sự sai khác về trình tự nucleotide trên gen EXP1 của đậu tương SL1
và DT84

67
Bảng 3.5. Thống kê một số trình tự gen EXP1 để phân tích đa dạng di truyền

68
Bảng 3.6. Thống kê số lượng các mẫu chuyển gen vào cây thuốc lá mô hình N.
tabacum

78
Bảng 3.7. Kết quả phân tích chu kỳ ngưỡng và tỷ lệ biểu hiện của gen
GmEXP1 ở các cây thuốc lá chuyển gen thế hệ T
083
v
Bảng 3.8. Kết quả phân tích chu kỳ ngưỡng và tỷ lệ biểu hiện của gen
GmEXP1 ở các dòng thuốc lá chuyển gen thế hệ T
1
so với cây T

20
Hình 1.3. Cấu trúc thành tế bào thực vật

21
Hình 1.4. Cơ chế gây giãn thành tế bào thực vật của expansin

24
Hình 1.5. Sơ đồ các phương pháp phân tích cây chuyển gen

29
Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm tổng quát

41
Hình 2.2. Sơ đồ phát triển vector chuyển gen mang gen GmEXP1

45
Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm chuyển gen vào cây đậu tương qua nách lá mầm

49
Hình 3.1. Mối quan hệ giữa các giống đậu tương nghiên cứu dựa trên dữ liệu
về sự phát triển bộ rễ trong điều kiện gây hạn nhân tạo

56
Hình 3.2. Kết quả điện di sản phẩm RT-PCR nhân gen GmEXP1; colony-PCR
chọn lọc dòng vi khuẩn mang vector tái tổ hợp và sản phẩm cắt plasmid tái tổ
hợp bằng BamHI

60
Hình 3.3. So sánh trình tự gen GmEXP1_cDNA của Ngân hàng gen quốc tế
(AF516879) và của bảy giống đậu tương nghiên cứu

chuyển gen

77
Hình 3.11. Kết quả điện di sản phẩm PCR xác định sự có mặt của gen
GmEXP1 trong các cây thuốc lá chuyển gen

78
Hình 3.12. Kết quả điện di sản phẩm RT-PCR xác định hoạt động của gen
GmEXP1 trong các cây thuốc lá chuyển gen

79
Hình 3.13. Kết quả điện di sản phẩm khuếch đại của các cặp mồi chuẩn bị cho
phản ứng Real-time RT-PCR trên các cây thuốc lá chuyển gen thế hệ T
081
Hình 3.14. Đồ thị ngưỡng nhiệt, và đồ thị phân tích nhiệt độ nóng chảy của hai
gen GmEXP1 và actin ở các mẫu thuốc lá chuyển gen T
0
trong phản ứng Real-
time RT-PCR

82
Hình 3.15. Kết quả lai Western các cây thuốc lá chuyển gen thế hệ T
084
Hình 3.16. Hạt thuốc lá gieo trên môi trường MS không kháng sinh và có

Hình 3.22. Kết quả điện di sản phẩm PCR xác định sự có mặt của gen chuyển
GmEXP1 trong các cây đậu tương chuyển gen

98
Hình 3.23. Kết quả lai Western trên các cây đậu tương chuyển gen thế hệ T
099 1
MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là loại cây trồng chiến lược ở nhiều
quốc gia, giữ vị trí quan trọng thứ tư sau lúa, ngô và lúa mì. Hạt đậu tương có giá trị
dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao. Hạt có hàm lượng protein từ 32% - 52%, chứa
nhiều amino acid không thay thế (lysin, triptophan, metionin, leucin ) và các
vitamin (B1, B2, C, D, E, K ) cần thiết cho cơ thể người và động vật. Hạt đậu
tương được sử dụng trực tiếp làm thực phẩm cho con người, làm thức ăn cho gia
súc, là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến và là mặt hàng xuất khẩu có giá
trị cao trên thế giới. Đậu tương là cây trồng cải tạo đất. Thân lá để lại trong đất
nhiều chất dinh dưỡng, rễ có nhiều nốt sần do vi khuẩn Rhizobium cộng sinh có khả
năng cố định đạm giúp cải tạo độ phì và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên đất.
Tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu, hạn hán kéo dài, lượng mưa không đều ở
các vùng vào các thời điểm trong năm là một khó khăn lớn cho sản xuất nông
nghiệp ở nhiều nước châu Á, châu Phi, Nam Mỹ Ngoài những tác động trực tiếp
lên quá trình canh tác, biến đổi khí hậu còn làm thu hẹp diện tích sản suất nông
nghiệp. Việt Nam có khoảng 75% diện tích là đồi núi, đất dốc nên thường xuyên

ứng dụng công nghệ sinh học hiện đại, trong đó công nghệ gen được coi là biện pháp
có hiệu quả trong nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương có khả năng chịu hạn cao.
Từ những lý do trên chúng tôi thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu đặc
điểm và chuyển gen GmEXP1 liên quan đến sự phát triển bộ rễ của cây đậu
tương (Glycine max (L.) Merrill)”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu tổng quát
Tạo được dòng cây đậu tương chuyển gen mang cấu trúc gen GmEXP1 liên
quan đến sự kéo dài rễ bằng kỹ thuật chuyển gen.
2.2. Mục tiêu cụ thể
(i) Xác định được sự khác biệt về sự phát triển của bộ rễ và sự sai khác về trình tự
nucleotide của gen GmEXP1 liên quan đến sự kéo dài rễ của một số giống đậu
tương địa phương.

3
(ii) Phát triển được vector chuyển gen thực vật mang gen GmEXP1 liên quan đến sự
kéo dài rễ ở cây đậu tương.
(iii) Tạo được dòng cây thuốc lá chuyển gen mang cấu trúc gen GmEXP1 biểu hiện
sự kéo dài rễ cao hơn so với cây đối chứng không chuyển gen.
(iv) Tạo được dòng cây đậu tương chuyển gen mang gen GmEXP1 liên quan đến sự
phát triển kéo dài rễ.
3. Nội dung nghiên cứu
(1) Nghiên cứu so sánh sự phát triển bộ rễ của một số giống đậu tương thông qua
các chỉ tiêu như: chiều dài, kích thước, khối lượng khô của rễ và phân nhóm các
giống đậu tương nghiên cứu theo mức độ phát triển bộ rễ.
(2) Nghiên cứu thông tin về gen GmEXP1 liên quan đến sự kéo dài rễ, thiết kế cặp
mồi, khuếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen này từ cây đậu tương.
(3) Nghiên cứu phát triển vector chuyển gen thực vật chứa cấu trúc gen GmEXP1
liên quan đến sự kéo dài rễ.
(4) Nghiên cứu chuyển cấu trúc vector chứa gen GmEXP1 liên quan đến sự kéo dài

GmEXP1 và tạo được dòng cây thuốc lá chuyển gen có bộ rễ phát triển tốt hơn so với
cây đối chứng.
Kết quả bước đầu tạo cây đậu tương chuyển gen đã mở ra hướng nghiên cứu kỹ
thuật chuyển gen trong cải thiện khả năng chịu hạn của cây đậu tương ở Việt Nam.
Các bài báo đăng tải trên các tạp chí khoa học công nghệ quốc tế và trong
nước cùng với 9 trình tự gen công bố trên Ngân hàng Gen quốc tế là những tư liệu
có giá trị tham khảo trong nghiên cứu và giảng dạy.
Về mặt thực tiễn
Các dòng cây thuốc lá chuyển gen tạo được có bộ rễ phát triển tốt hơn so với
cây đối chứng đã góp phần giải quyết những vấn đề cụ thể về việc sử dụng kỹ thuật
chuyển gen có thể cải thiện khả năng kéo dài rễ ở cây đậu tương và những cây trồng
khác nhằm nâng cao khả năng chống chịu hạn.
Kết quả thiết kế vector chuyển gen thực vật mang gen liên quan đến sự phát
triển bộ rễ, tạo được cây chuyển gen đối với thuốc lá và đậu tương là kết quả bước
đầu cho hướng nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen trong cải thiện khả năng
chịu hạn của thực vật và mở ra triển vọng ứng dụng mới trong thực tiễn chọn giống
cây trồng chịu hạn ở Việt Nam. 5
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. VAI TRÒ CỦA BỘ RỄ THỰC VẬT VÀ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG ĐỐI VỚI
TÁC ĐỘNG CỦA HẠN
1.1.1. Cây đậu tương và tác động của hạn đối với cây đậu tương
1.1.1.1. Cây đậu tương
Đậu tương có tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill (2n = 40) thuộc họ Đậu
(Fabaceae). Các giống đậu tương trồng ở Việt Nam thuộc giống phụ G.Soja, chi
Glycine. Hiện nay, đậu tương trồng ở Việt Nam có hai nguồn gốc, đó là các giống
địa phương và các giống nhập nội [3], [8].

nếu bị thiếu nước sẽ giảm do tỷ lệ CO
2
hấp thụ trên một đơn vị diện tích lá giảm và
diện tích quang hợp giảm do sự phát triển của lá kém và chóng tàn [84]. Thiếu nước
trầm trọng ảnh hưởng tới sự hình thành diệp lục dị hình, giảm sự vận chuyển điện tử
trong quang phosphoryl hoá, ảnh hưởng hoạt tính các enzyme khác tham gia vào
quá trình đồng hoá carbon. Từ đó dẫn tới giảm hiệu quả quang hợp và sự tích luỹ
chất khô của cây [57], [84]. Nước rất cần cho sự phát triển bình thường của cây đậu
tương cả giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng và giai đoạn sinh trưởng sinh thực.
Trong giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng, tỷ lệ sử dụng nước ở pha nảy mầm và
cây con thấp do tán còn nhỏ. Nhu cầu nước tăng dần khi cây đạt 3 - 5 lá kép, tăng
nhanh khi bắt đầu bước vào giai đoạn sinh trưởng sinh thực.
Trong giai đoạn sinh trưởng sinh thực, cây rất nhạy cảm với tình trạng thiếu
nước. Phần lớn biến động về năng suất là do biến động về lượng nước cho cây trong
thời kỳ ra hoa đậu quả. Ở giai đoạn ra hoa, đậu quả nếu thiếu nước, hoa và quả non
bị rụng nhiều. Giai đoạn quả phát triển và hạt vào mẩy cần nhiều nước nhất, thiếu
nước ở giai đoạn này sẽ dẫn đến giảm kích thước hạt, năng suất giảm đáng kể. Nếu
thiếu nước xảy ra trước giai đoạn hạt phát triển, sau đó đủ nước thì quang hợp có
thể phục hồi, sinh trưởng có thể trở lại bình thường và hạt có thể phát triển tới kích
thước bình thường [5]. Theo Manavalan và cs (2009), năng suất của đậu tương giảm
từ 32 đến 44% nếu gây hạn ở giai đoạn làm hạt [84].

7
Khả năng cố định đạm ở các loài cây họ Đậu thường rất nhạy cảm đối với tình
trạng nước ở trong đất. Mất quá nhiều nước, cây đậu tương không chỉ giảm khả
năng cố định CO
2
, giảm sự phát triển lá mà khả năng cố định đạm cũng bị ảnh
hưởng nghiêm trọng, làm giảm sinh tổng hợp protein [101]. Quá trình cố định đạm
giảm một phần do lượng sản phẩm quang hợp chuyển về rễ giảm, một phần do ảnh

cho việc chống chịu hạn và ảnh hưởng đến năng suất cây trồng dưới tác động thiếu
nước của môi trường [46], [90], [111], [130]. Khả năng thu nhận nước của cây phụ
thuộc chủ yếu vào bộ rễ. Trong điều kiện khô hạn, những cây chịu hạn tốt thường
có bộ rễ khoẻ, dài, mập, có sức đâm xuyên sâu sẽ hút được nước ở những lớp đất
sâu hoặc rễ lan rộng với số lượng lớn. Khi ở giai đoạn cây non, thực vật thường
chịu tác hại mạnh của hạn vì bộ rễ chưa phát triển đầy đủ và còn yếu [13]. Các chỉ
tiêu về sự phát triển bộ rễ như chiều dài, thể tích rễ, khả năng đâm xuyên qua các
lớp đất sâu được Songsri và cs (2008) sử dụng để đánh giá và chọn lọc dòng lạc
có khả năng chống chịu hạn trong điều kiện khô hạn tự nhiên [114].
Một trong những nhân tố chính ảnh hưởng đến khả năng đâm sâu của rễ đậu
tương là tỷ số kéo dài rễ trụ. Do rễ trụ được hình thành đầu tiên ở đậu tương nên
việc xác định các giống đậu tương có đặc tính kéo dài rễ trụ nhanh sẽ cho phép xác
định khả năng đâm sâu của rễ. Nhiều nghiên cứu trên các giống đậu tương có tỷ số
kéo dài rễ trụ cao cho thấy những giống này có thể lấy nước ở chiều sâu tốt hơn
nhiều so với các giống còn lại [46], [67], [117]. Một số nghiên cứu khác thực hiện
đối với hệ thống rễ bên của cây đậu tương cho thấy trong điều kiện hạn, số lượng rễ
bên trên đơn vị chiều dài rễ trụ tăng đáng kể, nhưng chiều dài và đường kính rễ trụ
không thay đổi [21], [53], [117].
Hạn chế về nước trong quá trình sinh trưởng thường làm tăng sinh khối của rễ,
từ đó làm tăng tỷ lệ rễ/thân. Nghiên cứu cho thấy ở cây đậu tương không được tưới
nước thì bộ rễ có chiều dài hơn hẳn ở cây đậu tương được tưới nước. Ngoài ra, các
nhà khoa học cũng nhận thấy mối tương quan rất chặt chẽ giữa nhiều tính trạng rễ
như trọng lượng khô, chiều dài tổng số, cấu trúc và số lượng rễ bên ở các giống chịu
hạn Những tính trạng này thường được dùng như các chỉ tiêu quan trọng để đánh
giá và nhận dạng các giống đậu tương có đặc tính chịu hạn [21], [46], [48], [119].
Ở cây đậu tương, khi khô hạn xảy ra trong pha sớm hay muộn của giai đoạn
sinh trưởng sinh thực làm tăng mạnh sự phát triển bộ rễ, đặc biệt là hệ thống rễ ở
các lớp đất sâu. Khả năng phát triển bộ rễ không quá bị ảnh hưởng khi khô hạn xảy
ra ở cuối giai đoạn sinh thực [55]. Một nghiên cứu khác cho thấy cây đậu tương khi



10

của cơ thể như cường độ thoát hơi nước qua lá, quá trình tổng hợp và tích luỹ chất
khô của cây Ngoài ra, sự hút nước của rễ còn phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh
như nhiệt độ, thành phần và nồng độ muối khoáng, độ ẩm môi trường [116].
Nước có thể bay hơi vào khí quyển qua tất cả các bộ phận của cây, nhưng quan
trọng và chủ yếu nhất là sự bay hơi nước qua bề mặt lá. Cường độ thoát hơi nước chủ
yếu phụ thuộc vào mức độ đóng mở lỗ khí. Thoát hơi nước là động lực phía trên đảm
bảo cho sự hút nước hút khoáng và dinh dưỡng, vận chuyển từ rễ lên các bộ phận
phía trên của cây. Sự thoát hơi nước qua khí khổng tạo ra sự chênh lệch áp suất nước
giữa tán và rễ cây (sự chênh lệch thế nước) [123].
Sự tăng trưởng của tế bào phụ thuộc vào những yếu tố sinh hoá ảnh hưởng tới
sự co giãn của thành tế bào và những yếu tố lý học kiểm tra sự phân tán của nước đi
vào tế bào. Thân cây sinh trưởng ban đêm mạnh hơn ban ngày, nhưng rễ sinh
trưởng ban ngày mạnh hơn, bởi vì rễ ít tiếp xúc với những bất lợi xảy ra ban ngày.
Ban ngày, rễ giữ sức căng cao hơn lá. Như vậy, ban ngày sự phát triển của lá do
thiếu nước giảm, những sản phẩm quang hợp được chuyển về rễ. Ban đêm, khí
khổng đóng dẫn đến sức căng tăng, tế bào phát triển mạnh hơn và trở thành cơ quan
chứa nhiều carbonhydrate hơn rễ và như vậy rễ sinh trưởng kém hơn. Song song với
quá trình tăng trưởng của tế bào, hoạt động tích luỹ chất khô cho cơ thể thực vật
tăng lên và áp lực hút nước mỗi tế bào và cả cơ thể nhờ đó cũng tăng lên [5].
Khả năng hấp thụ tích cực của nước từ đất vào lòng mạch lệ thuộc vào số
lượng và hoạt động của các kênh vận chuyển tích cực trên biểu bì vùng lông hút.
Cây có bộ rễ phát triển tốt, diện tích vùng lông hút lớn với nhiều kênh trên màng thì
khả năng hút nước càng cao [116], [123].
Guttikonda và cs (2014) nghiên cứu biểu hiện gen AtDREB1D phân lập từ
Arabidopsis trên cây đậu tương chuyển gen cho thấy, trong điều kiện bình thường
cây chuyển gen và không chuyển gen không có sự khác biệt đáng kể. Trong điều
kiện dần mất nước, cây đậu tương chuyển gen AtDREB1D duy trì được hàm lượng

tỷ lệ đồng hoá carbon. Trong giai đoạn đầu gây hạn nhân tạo, quá trình cố định đạm ở
giống đậu tương Biloxi chịu hạn kém sớm bị đình trệ trong khi ở giống đậu tương
Jackson chịu hạn tốt, hoạt động cố định đạm vẫn diễn ra bình thường. Quá trình tích
luỹ đạm và carbon thực hiện trước khi hạn hán xảy ra quyết định lớn đến khả năng
chống chịu hạn ở các giống đậu tương [70].
Khả năng tích luỹ đạm và carbon trước và trong khi xảy ra khô hạn được sử
dụng làm căn cứ chọn tạo giống đậu tương có khả năng chống chịu hạn. Hàm lượng

12

ure ở cuống lá được xem là một trong những chỉ tiêu để sàng lọc các dòng cây đậu
tương có khả năng tích lũy nitơ tốt hơn trong điều kiện khô hạn. Bằng cách sàng lọc
số lượng lớn các dòng đậu tương dựa vào hàm lượng ure cuống lá, Sinclair và cs
(2007) đã chọn được 8 dòng đậu tương có khả năng cố định đạm tốt. Trồng thử
nghiệm để đánh giá khả năng chịu hạn trong điều kiện nhà kính và khô hạn tự nhiên
cho thấy, các dòng cố định đạm tốt đều có khả năng chịu hạn và cho năng suất cao
hơn các giống đối chứng. Giống đậu tương Jackson chịu hạn và có khả năng cố định
đạm cao, đã được dùng làm thể bố mẹ trong các cặp lai để tạo ra giống đậu tương có
năng suất cao ở các điều kiện hạn [112].
Nghiên cứu của Serraj và cs (2003) cho thấy, trong giai đoạn đầu của khô hạn,
sự cố định đạm của nốt sần rễ đậu phụ thuộc vào khả năng đồng hoá carbon, làm
tăng cường khả năng hình thành và tích luỹ chất khô cho các tế bào bộ rễ, trong đó
có một số loại amino acid ưa nước (như serine, tyrosine) dẫn đến hiệu quả tăng
cường khả hấp thụ nước cho bộ rễ và thay đổi kích thước bộ rễ [109].
Hiểu biết về các cơ chế sinh lý và quá trình điều hoà di truyền của sự thích
nghi của bộ rễ dưới điều kiện hạn, xác định các gen đặc hiệu liên quan đến sự phát
triển bộ rễ mở ra triển vọng sử dụng cho việc cải thiện khả năng chịu hạn của cây
trồng bằng kỹ thuật chuyển gen.
1.2. GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BỘ RỄ Ở THỰC VẬT
1.2.1. Một số nghiên cứu về gen liên quan đến sự phát triển bộ rễ