1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

ĐÀO XUÂN TÂN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM VÀ CHUYỂN GEN GmDREB2
NHẰM CẢI THIỆN TÍNH CHỊU HẠN CỦA
CÂY ĐẬU TƯƠNG (Glycine max (L.) Merrill)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN - 2017


2

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là một trong những cây trồng
quan trọng hàng đầu ở nhiều quố c gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Việc
tiêu thụ đậu tương và các sản phẩm từ đậu tương đang gia tăng trên toàn thế giới
do những tác dụng có lợi tới sức khỏe của con người như: Phòng chống ung thư,
ngăn ngừa bệnh tiểu đường và béo phì, hạ cholesterol và bảo vệ rối loạn thận.
Hạt đậu tương là nguồn cung cấp dồi dào protein (32%-52%), lipid (12%-25%),
vitamin (B1, B2, C, D, E...), nhiều amino acid thiết yếu (lysine, tryptophan,
methionine, cysteine và leucine), chất xơ, năng lượng và các chất chuyển hóa
thứ cấp. Vì vậy, hạt đậu tương được sử dụng làm thực phẩm cho con người,
thức ăn cho gia súc, là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp chế biến, mặt hàng
xuất khẩu có giá trị kinh tế cao. Không chỉ có giá trị kinh tế và dinh dưỡng cao,

công nghệ gen được xem là biện pháp đem lại hiệu quả cao. Gần đây, đã có
những tiến bộ trong việc cải thiện tính chịu hạn của cây đậu tương thông qua các
kỹ thuâ ̣t tác đô ̣ng vào nhân tố phiên mã hoặc yếu tố tín hiệu ở cây trồng chuyển
gen. Tuy nhiên ở nước ta, mô ̣t số nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc chuyể n các
gen chức năng liên quan trực tiếp đến tính chiụ ha ̣n vào cây đâ ̣u tương, ít thấ y
công bố kế t quả hoàn chỉnh về chuyể n gen mã hóa protein là nhân tố kích hoa ̣t
quá trình phiên ma,̃ trong đó có gen GmDREB2. Do đó, việc nghiên cứu đặc tính
phân tử, xác định chức năng gen mã hóa nhân tố phiên mã liên quan tới tính chịu
hạn, cũng như việc chuyển các gen này từ các giống đậu tương có khả năng chịu
hạn tốt sang giống có khả năng chịu hạn kém đang trở thành hướng nghiên cứu
triển vọng, nhận được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học ở trong và
ngoài nước.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã tiế n hành đề tài luận án:
"Nghiên cứu đặc điểm và chuyển gen GmDREB2 nhằm cải thiện tính chịu
hạn của cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill)".


4

2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Phân tích đươ ̣c đặc điểm của gen GmDREB2 phân lập từ các giống đậu
tương Viê ̣t Nam có khả năng chịu hạn khác nhau.
2.2. Biể u hiêṇ đươ ̣c protein tái tổ hơ ̣p và chức năng sinh ho ̣c của gen chuyể n
GmDREB2 trên cây thuố c lá chuyể n gen.
2.3. Ta ̣o cây đâ ̣u tương chuyể n gen và biể u hiêṇ đươ ̣c protein tái tổ hơ ̣p
GmDREB2 trên cây đậu tương chuyển gen.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Nghiên cứu thông tin, tách dòng và xác định trình tự gen GmDREB2 phân lập
từ cây đậu tương. Phân tích tính đa dạng trong trình tự nucleotide và protein của
gen GmDREB2 ở cây đậu tương.

ĐT51, ĐVN5). Những cơ sở khoa học của viê ̣c sử du ̣ng kỹ thuật chuyển gen
nhằ m cải thiện đặc tính chịu hạn của cây trồng đã được khẳng định thông qua
việc tăng cường protein tái tổ hơ ̣p GmDREB2 và biể u hiê ̣n chức năng sinh ho ̣c
của gen chuyể n GmDREB2 trên cây thuố c lá và cây đâ ̣u tương. Những kế t quả
bước đầ u về ta ̣o cây chuyể n gen đã mở ra hướng nghiên cứu ứng du ̣ng kỹ thuâ ̣t
chuyể n gen trong mu ̣c đích nâng cao khả năng chiụ ha ̣n của cây đâ ̣u tương ở
Việt Nam.
Các bài báo công bố trên các tạp chí Khoa học - Công nghệ quốc tế và ở
trong nước, cùng với 6 trình tự gen công bố trên Ngân hàng Gen là những tư liệu
tham khảo có giá trị trong việc nghiên cứu, giảng da ̣y sinh ho ̣c và công nghê ̣
sinh ho ̣c.
5.2. Về mặt thực tiễn
Các trình tự gen GmDREB2 phân lâ ̣p đươ ̣c, cấ u trúc vector chuyển gen
thực vâ ̣t mang gen GmDREB2, các cây thuốc lá chuyển gen tạo được có khả năng


6

chịu hạn tốt hơn so với cây đối chứng, các cây đâ ̣u tương chuyể n gen đã góp phần
giải quyết những vấn đề cụ thể về việc ứng dụng kỹ thuật chuyển gen trong cải
thiện khả năng chịu hạn ở cây đậu tương nói riêng và các cây trồng khác nói
chung, mở ra triển vọng ứng du ̣ng công nghê ̣ mớ i trong thực tiễn chọn giống
cây trồng chiụ ha ̣n ở Viê ̣t Nam.


7

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CƠ CHẾ PHÂN TỬ CỦ A ĐẶC TÍ NH CHIỤ HẠN Ở THỰC VẬT


của chúng tham gia trực tiếp vào các phản ứng stress hạn như gen điều hòa áp
suất thẩm thấu [167], gen mã hóa các protein chống oxi hóa [100], gen mã hóa
protein LEA (Late embryogenesis abundant) [181], gen mã hóa protein vận
chuyển LTP (Lipid trasfer protein) [111], aquaporin [48]; nhóm gen điều khiển
cho ra các sản phẩm bao gồm các nhân tố phiên mã và các protein kinase truyền
tin. Các nhân tố phiên mã liên quan đến khả năng chịu hạn đang được quan tâm
nghiên cứu bao gồm DREB [24], WRKY [193], [195], bZIP (Basic leucine
zipper) [54], MYB (Myeloblastosis oncogene) [90], [103], NCED (Nine-cisepoxycarotenoid dioxygenase) [137] và AP2/ERF [193]. Các protein kinase
truyền tin bao gồm: Protein kinase phụ thuộc Ca2+ [80], MAPK (Mitogen activated
protein kinase) [112], RPK (Receptor-like protein kinase) [29], PIK (Phophatidyl
inositol kinase) [185] và protein kinase serine/threonine [102] (Hình 1.1).

Hình 1.1. Cơ chế chịu hạn của thực vật


9

Sự biểu hiện của các gen cảm ứng với stress hạn liên quan chặt chẽ với
quá trình phiên mã. Vì vậy, sự biểu hiện của các gen này chịu ảnh hưởng rất
nhiều của môi trường trong và ngoài cơ thể, với nhiều mức độ điều hòa.
Các nhân tố phiên mã (Transcription factors - TFs) đóng vai trò điều
khiển quan trọng của những thay đổi trong biểu hiện gen và phản ứng với các
stress môi trường. Có thể thấy rõ ở cây trồng, các gen mã hóa nhân tố phiên mã
chiế m một phần lớn trong hệ gen. Ví dụ, ở cây Arabidopsis có đến 1500 TF
trong hệ gen [140]. Cả hai loa ̣i: Nhân tố kích hoạt và ức chế quá trình phiên mã
đã được sử dụng để nâng cao khả năng chịu hạn cho cây trồng, hầu hết các gen
này đã được xác định và phân tích ở cây Arabidopsis [19]. Hiện nay, các protein
DREB (một trong bốn phân họ lớn của họ AP2/ERF) là nhóm TF được nghiên
cứu thành công nhất trong điều kiện phi sinh học, bởi vì nó kích hoạt sự biểu
hiện của nhiều gen mục tiêu chịu trách nhiệm kiểm soát các yếu tố liên quan

các miền AP2/ERF được chuyển từ một loài vi khuẩn Cyanobacterium cộng sinh
hoặc từ một loại vi khuẩn hay virus bởi hiện tượng biến nạp gen [98]. Ở đầu N và
ở đầu C của miền AP2/ERF có chứa một đoạn xoắn β tương tự như kiểu xoắn α
có chức năng nhận biết điểm bám trên promoter [158].
Phân tích mối quan hệ và thiết lập cây phát sinh họ AP2/ERF từ bốn
phân họ: Arabidopsis, Selaginella moellendorffii, Physcomitrella patens và
Chlamydomonas reinhardtii, mà đại diện tương ứng là thực vật hạt kín, thông đất,
rêu và tảo xanh (Hình 1.2). Mỗi nhánh trong cây phát sinh đại diện cho một nhóm
và các thành viên của họ AP2/ERF có thể được chia thành ba nhóm dựa trên
cấu trúc tổng thể [141].
Phân họ AP2/ERF trong nhóm Arabidopsis gồm 14 thành viên chứa hai
miền AP2/ERF, phân họ RAV gồm 6 thành viên có chứa một miền AP2/ERF và
thêm một miền B3, trong khi các phân họ khác gồm 125 thành viên chỉ có một
miền AP2/ERF [152]. Phân họ AP2/ERF ở thực vật có hạt có thể được chia
thành các phân nhóm AP2 và ANT [13].
Sakuma và cs (2002) đã phân tích mối quan hệ của 125 thành viên chứa
duy nhất miền AP2/ERF dựa trên cơ sở miền AP2/ERF của nhóm Arabidopsis.


11

Thông qua phân tích này, 125 thành viên có một miền AP2/ERF được chia thành
ba nhóm: Nhóm A gồm 56 thành viên thuộc phân họ DREB, nhóm B gồm 65
thành viên thuộc phân họ ERF và nhóm còn lại gồm 4 thành viên thuộc những
phân họ khác. Phân họ DREB được chia thành 6 phân nhóm, từ A-1 đến A-6,
phân họ ERF cũng được chia thành 6 phân nhóm, từ B-1 đến B-6. Các
DREB1/CBF thuộc phân nhóm A-1 và các DREB2 thuộc phân nhóm A-2 [148].
Nakano và cs (2006) phân tích mối quan hệ của các thành viên chứa duy nhất
miền AP2/ERF trong Arabidopsis và lúa, kết quả thu đươ ̣c tương tự như phân
loại của Sakuma và cs (2002). Tuy nhiên, ông cho biế t thêm phân nhóm A-1 và

gen mã hóa những chất chuyển hóa khác nhau quan trọng đối với khả năng chịu
hạn, hoặc gen mã hóa các nhân tố phiên mã. Đối với cây đậu tương, hướng
nghiên cứu này bước đầu đã đạt được những thành công nhất định [6].
Nhiều thành viên phân họ DREB nhạy cảm với điều kiện bất lợi đã được
phân lập, mô tả và các nghiên cứu đã khẳng định chúng là những thành tố quan
trọng, liên quan đến sự phản ứng với nhân tố phi sinh học ở thực vật bằng cách


13

quy định biểu hiện gen thông qua các trình tự DRE/CRT [188]. Khi phân tích
các gen mã hóa nhân tố phiên mã DREB, các nhà khoa học đã xác định được 36
gen DREB/CBF trong cây nho (Vitis Vinifera) [200], 57 gen trong cây
Arabidopsis, 52 gen trong cây lúa (Oryza sativa L.) [115], 77 gen trong cây
Populos trichocarpa thuộc họ liễu [199], 36 gen trong cây đậu tương [192].
Một số thành viên của phân họ gen DREB được xác định có trong hệ gen
của cây đậu tương như: GmDREBa, GmDREBb, GmDREBc, GmDREB1,
GmDREB2, GmDREB3, GmDREB5, GmDREB6, GmDREB7 [141]. Mỗi gen
trong phân họ DREB có trình tự, độ dài khác nhau nhưng đều được biểu hiện
mạnh khi đậu tương gặp các điều kiện về hạn. Nhóm DREB1 điề u khiể n tính
chiụ ha ̣n, mă ̣n và la ̣nh, trong khi nhóm DREB2 có vai trò chủ yếu trong điều
khiể n tính chiụ ha ̣n, chịu nóng. Chen và cs (2004) đã phân lập gen DREB1 từ
mRNA của cây đậu tương có kích thước 705 bp [27]. Charlson và cs (2009) đã
phân lập được gen DREB1 từ DNA của cây đậu tương cũng có kích thước 705
bp [23]. Chen và cs (2007) đã phân lập gen GmDREB5 từ mRNA ở cây đậu
tương với kích thước là 927 bp [25]. Chen và cs (2009) đã phân lập gen
GmDREB3 từ mRNA ở cây đậu tương với kích thước là 597 bp [26]. Liu và cs
(2007) đã phân lập gen GmDREB6 từ mRNA ở cây đậu tương với kích thước là
693 bp [96]... Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu về các gen DREB ở cây trồng nói
chung và cây đậu tương nói riêng vẫn còn rất mới mẻ, chỉ có một vài công trình

sự giống nhau về miền AP2/ERF, gen GmDREB2 được xếp vào phân nhóm A-5
trong phân họ DREB. Gen GmDREB2 được biểu hiện mạnh trong môi trường có
hạn, mặn, nhiệt độ thấp và ABA [24]. Trong cây thuốc lá chuyển gen
GmDREB2, sự biểu hiện của gen này đã làm tăng sự tích lũy hàm lượng prolin
[88]. Trong Ngân hàng Gen, trình tự gen GmDREB2 phân lập từ DNA của cây
đậu tương đã được công bố lần đầu tiên bởi Wang và cs (2006) có kích thước
480 bp, mã hóa 159 amino acid, miền AP2/ERF có 59 amino acid (từ vị trí amino
acid 34 đến 92) [180]. Gen GmDREB2 ở cây đậu tương có chức năng kích hoạt
sự phiên mã của nhóm gen chịu hạn. Sản phẩ m biể u hiê ̣n của gen GmDREB2
đươc̣ tìm thấ y khi cây đâ ̣u tương gă ̣p ha ̣n, la ̣nh và mă ̣n. Như vậy, gen


15

GmDREB2 đã được chứng minh là tích cực tham gia vào viê ̣c chố ng chịu với
stress ha ̣n ở cây đâ ̣u tương [24], [88], [109].
1.1.3. Cơ chế tác động của một số nhân tố phiên mã đối với các phản ứng
stress phi sinh học ở thực vật
Cho đến nay, nhiều nhân tố phiên mã họ AP2/ERF từ các loài thực vật
khác nhau đã được chứng minh có liên quan đến phản ứng của stress phi sinh
học. Cụ thể, các DREB1/CBF và phân nhóm DREB2 đóng vai trò quan trọng
trong việc chống chịu stress bằng cách điều hòa biểu hiện của gen thông qua
trình tự DRE/CRT trong các promoter ở những gen nhạy cảm với stress.
1.1.3.1. Hoaṭ động của nhân tố phiên mã AP2/ERF và các trình tự cis
DRE/CRT
Những nhân tố phiên mã như DREB1s/CBFs và DREB2s liên kết với các
trình tự cis đã được xác định ở cây Arabidopsis [94], [164]. Những protein
thuộc họ AP2/ERF là nhân tố phiên mã đã kích hoạt các gen phiên mã thông qua
liên kết với các trình tự DRE/CRT để hoạt hóa promoter của chúng [148], [164].
Các gen DREB1A/CBF3, DREB1B/CBF1 và DREB1C/CBF2 có trong hệ gen

với hộp (GCC) của trình tự AGCCGCC trong ERE [46]. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp, TINY thuộc phân nhóm A-4 của phân họ DREB có thể liên kết với
cả DRE và hộp (GCC) [163]. Một phân nhóm protein A DREB2 (A-2) từ lúa
mạch (HvDRF1) cũng cho thấy ái lực mạnh với TT/AACCGCCTT [31]. Protein
ABI4 từ cây ngô và cây Arabidopsis thuộc về phân nhóm A-3, có liên kết với
yếu tố ghép nố i CE1 (Coupling Element 1) là các trình tự CACCG và CCAC
[83], [120].
1.1.3.3. Hoaṭ đôṇ g của phân nhóm DREB2
Vai trò của nhân tố phiên mã DREB2 trong điều kiện thiếu nước và nhiệt độ cao
Trong cây Arabidopsis, gen DREB2A và gen DREB2B được cảm ứng bởi
tình trạng mất nước, mặn và nhiệt độ cao [116], [147] (Hình 1.3), trong khi
DREB2C được kích hoạt chậm hơn bởi nhiệt độ cao so với DREB2A hoặc
DREB2B [91]. Các gen DREB2C, DREB2D và DREB2F cảm ứng với mặn và


17

DREB2E phản ứng với ABA, mặc dù biểu hiện của chúng là rất yếu [148]. Vì vậy,
DREB2A và DREB2B dường như là các DREB2 liên quan chính đến tình trạng
biểu hiện gen cảm ứng mất nước thông qua trình tự DRE/CRT và độc lập với
ABA [116], [148]. Sự biểu hiện mạnh của các gen DREB1/CBF gây ức chế sự
tăng trưởng của cây Arabidopsis [52],[94], thuốc lá [78] và lúa [72]. Ngược lại,
sư ̣ biểu hiện mạnh của gen DREB2A chỉ gây ra những thay đổi không đáng kể
trong sinh trưởng của thực vật, trong biểu hiện gen hoặc khả năng chịu đựng
stress [94].

Hình 1.3. Điều hòa phiên mã và sau phiên mã của DREB2A trong cây
Arabidopsis [109]
Sakuma và cs (2006) cho rằng, DREB2A có một vùng điều hòa âm tính




19

mất nước bằng cách tạo điều kiện cho ubiquitin hoạt động và làm mất chức năng
của DREB2A [136] (Hình 1.3).
Phosphoryl hóa được xem như là một cơ chế điều hòa sau phiên mã đối với
PgDREB2A, đó là một protein thuộc phân nhóm DREB2 được phân lập từ thực
vật thân cỏ như cây Pennisetum glaucum (thuộc phân họ kê) [11]. Toàn bộ dịch
chiết của tế bào cây P. glaucum có thể phosphoryl hóa một protein tái tổ hợp
PgDREB2A ở trong Escherichia coli. Sự phosphoryl hóa thường xảy ra tại
threonine dư, làm giảm ái lực liên kết của các protein PgDREB2A với trình tự
DRE/CRT. Mặc dù vị trí phosphoryl hóa chưa được xác định, song việc phát
hiện này cho thấy sự phosphoryl hóa như là một cơ chế điều hòa sau phiên mã
của các DREB2. Trong thực vật thân cỏ, DREB2 điều hòa qua nhiều bước. Các
DREB2 cảm ứng với các stress trong thực vật thân cỏ được chia thành hai
nhánh: OsDREB2A và OsDREB2B [107]. Cơ chế điều hòa này đã được tìm thấy
ở các gen trong nhánh thứ hai của lúa mạch (HvDRF1) [187], lúa mì (WDREB2)
[43], ngô (ZmDREB2A) [134] và lúa (OsDREB2B) [107]. Những gen này có hai
loại: Sao chép nhưng không hoạt động do có một codon kết thúc trước vùng liên
kết với DNA và sao chép hoạt động mà có thể mã hóa một protein có chiều dài
đầy đủ. Nói chung, loại sao chép không hoạt động được thể hiện dưới điều kiện
không có stress. Sao chép hoạt động để cảm ứng với các tín hiệu stress cao hơn
so với sao chép không hoạt động. Hiê ̣n tươ ̣ng điều hòa qua nhiều bước đối với
các gen DREB2 trong các loài thực vật thân cỏ có thể cho phép cảm ứng với
stress nhanh chóng bằng cách bỏ qua các bước kích hoạt của các chất hoạt hóa
DREB2 hoặc cung cấp trước một lượng của mRNA DREB2s.
DREB2 với cảm ứng với sốc nhiệt
Trong cây Arabidopsis, DREB2A là một nhân tố phiên mã trong cảm ứng
với sốc nhiệt. Khi gặp điều kiện nhiệt cao, gen DREB2A nhanh chóng biểu hiện

sự kết hợp của hạn và nhiệt độ cao [144], do đó các gen DREB2 đóng vai trò
trong việc điều hòa biểu hiện gen dưới sự tác đô ̣ng đồ ng thời của hạn và nhiệt độ
cao lên thực vâ ̣t.


21

1.1.3.4. Mối quan hệ về chức năng giữa DREB1s/CBFs, DREB2s và các nhân tố
phiên mã khác
Sự khác biệt về đặc tính liên kết của DREB1A/CBF3 và DREB2A với
DRE/CRT có thể là chìa khóa để điều hòa các gen trong cây Arabidopsis đối với
các stress cụ thể. Trong cây Arabidopsis, sự biểu hiện mạnh của các gen
DREB1/CBF đã cải thiện khả năng chịu hạn và lạnh [42], [77], [135]. Ngược lại,
sự biểu hiện mạnh của các gen DREB2 tăng cường đáng kể khả năng chịu hạn
nhưng không cải thiện khả năng chịu lạnh [134], [146]. Maruyama và cs (2009)
chứng minh rằng, các gen chức năng được kích hoạt bởi DREB1A/CBF3 và
DREB2A CA chịu tác động một phần sự kế t hợp của các stress. Tuy nhiên, các
gen chức năng cụ thể lại tương ứng với từng loa ̣i protein DREB. Gen mã hóa
enzyme để chuyển hóa carbohydrate chịu tác động của DREB1A, trong khi gen
mã hóa những chất môi giới phân tử chịu tác động của DREB2A CA [105].
Về mặt chuyển hóa cho thấy, mô hình tích lũy chất chuyển hóa là giống
nhau giữa các cây biểu hiện mạnh gen DREB1A ở cây chịu lạnh, cũng như giữa
các cây biểu hiện mạnh gen DREB2A CA ở cây chịu hạn [105]. Điề u này cho thấy,
những sự khác biệt trong tích lũy chất chuyển hóa đã gây ra sự khác biệt trong
khả năng chịu stress của thực vâ ̣t. Maruyama và cs (2004), Sakuma và cs (2006)
đã chứng minh rằng, DREB1A có ái lực mạnh với A/GCCGACNT và DREB2A
có ái lực mạnh ACCGAC cả ở điề u kiêṇ in vitro và ở cây trồng. Bởi vì, tác động
lạnh đối với thực vật gây ra tình trạng mất nước của tế bào, tác động tới hệ thống
bảo vệ chung giữa phản ứng stress lạnh và mất nước. Chẳng hạn như protein
LEA, được quy định thông qua một trình tự DRE/CRT chung (ACCGACNT) và

Biểu hiện ma ̣nh những gen điều hoà phiên mã của các gen chức năng có
khả năng đáp ứng hạn là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn trong sự phát triển các
giố ng cây trồ ng chố ng chịu hạn và ưu viê ̣t hơn kỹ thuật chuyển gen chức năng
đơn lẻ. Vì vậy, việc tăng cường khả năng điều tiết của một nhân tố phiên mã
quan trọng kích thích sự biểu hiện của nhiều gen mục tiêu kiểm soát các đặc tính
tương quan là rất quan trọng. Nhiều gen giữ vai trò quan trọng đã được xác định
có liên quan đến mạng lưới điều hòa trong điều kiện stress phi sinh học [155].
Có thể nói rằng, nhóm gen TF liên quan đến stress phi sinh học, đặc biệt là hạn


23

và lạnh đươ ̣c nhâ ̣n thấ y rõ nhấ t là các gen DREB [56], [134], [147]. Nhiều gen
cảm ứng rối loạn thẩm thấu chứa một yế u tố đáp ứng hạn (DRE) bảo thủ trong
promoter của chúng [156], [166]. Một số cDNA mã hóa các protein gắn DRE,
DREB1A và DREB2A đã được phân lập từ cây Arabidopsis, thể hiện sự ràng
buộc và kích hoạt phiên mã của gen chứa trình tự DRE [94]. Trong thực tế,
nhiều nghiên cứu về biểu hiện ma ̣nh của nhân tố phiên mã DREB cảm ứng với
stress đã được tìm thấy để kích hoạt sự biểu hiện của các gen mục tiêu có trình tự
DRE trong các promoter của chúng và kết quả cho thấy cây chuyển gen có khả
năng chống chịu stress tốt hơn cây không chuyể n gen (Bảng 1.1). Một ứng dụng
rộng rãi hiện nay là các DREB1A được định hướng bằng mô ̣t promoter
CaMV35S hoặc promoter cảm ứng với khô hạn RD29A đều biểu hiện mạnh. Với
cách tiếp cận này, các DREB1A đã kích hoạt biểu hiện của nhiều gen chống chịu
stress trong điều kiện phát triển bình thường và kết quả là các thế hệ cây chuyể n
gen đã được tăng cường khả năng chịu hạn, lạnh và mặn [77]. Gen DREB1A có
thể biểu hiện tốt ở nhiều cây trồng khác nhau; sự biểu hiện ma ̣nh các AtDREB1A
trong cây thuốc lá, cây lúa mì, cây lúa, cây lạc đã chứng minh khả năng chịu hạn
tốt hơn và tăng cường sự biểu hiện của gen LEA ít nhất là trong điều kiện nhà
kính [16], [78], [131].

Arabidopsis Chịu hạn

Tài liệu
tham khảo
[113]

ABF3

Nhân tố phiên mã

OsWRKY45

Nhân tố phiên mã

ABP9

Nhân tố phiên mã
bZIP

Arabidopsis Chịu hạn
Cải thiện quang năng trong
Arabidopsis
điều kiện hạn hán

OCPI1

Nhân tố phiên mã

Lúa


Lúa

Chịu hạn, mặn và lạnh với
tốc độ tăng trưởng giảm

[72]

DREB2A

Nhân tố phiên mã

HsfA2

Nhân tố phiên mã

Arabidopsis Chịu hạn
Chống chịu với các stress
Arabidopsis
môi trường

ABF3

Nhân tố phiên mã
Lúa
Arabidopsis protein 1
Lúa
gắn DRE

DREB1 hoă ̣c
OsDREB1


NAC

Nhân tố phiên mã
NAM/ATAF/CUC

Arabidopsis Chịu hạn và chịu mặn

[170]

DREB1A

Nhân tố phiên mã

Thuốc lá

[78]

DREB1A

Nhân tố phiên mã

Lúa mì

OsDREB1A

Nhân tố phiên mã

Arabidopsis Chịu hạn, mặn, băng giá



[131]


25

Một số nghiên cứu đã cho thấy, sự biểu hiện của các gen cấu trúc CBF ở
cây trồng chuyển gen đã thể hiêṇ rõ khả năng chịu stress cao. Biểu hiện ma ̣nh
DREB1A/CBF3 và ABF3 của cây Arabidopsis trong cây lúa chuyển gen cho thấy
khả năng chịu hạn và chiụ mặn, nhưng khả năng chịu lạnh kém. Điều này có thể
cho thấy, bằng cách kích hoạt sự biểu hiện gen mục tiêu 12 (DREB1A/CBF3) và
gen mục tiêu 7 (ABF3) trong điều kiện biǹ h thường và gen bổ sung 13 và 27 đã
được kích hoạt trong điều kiện hạn mà không làm chậm sự phát triển hoặc các
hiệu ứng kiểu hình có thể quan sát thấy [126].
Những gen có thể biểu hiện trong điều kiện stress sẽ giú p cây trồ ng
thích nghi với điề u kiê ̣n stress phi sinh ho ̣c [177]. Các gen mục tiêu của
DREB1A/CBF3 bao gồm: Các gen mã hóa TFs, phospholipase C, các protein
vận chuyển đường, sự trao đổi chất liên quan đến protein carbohydrate, protein
LEA, protein KIN (protein cảm ứng lạnh), protein tổng hợp các chất hòa tan và
các chất ức chế proteinase [44]. Biểu hiện ma ̣nh của DREB1A/CBF3 trong cây
Arabidopsis chuyển gen cho thấy những thay đổi trong biểu hiện của một số gen
cảm ứng stress và những thay đổi này dẫn đến làm tăng khả năng chịu lạnh, mặn
và hạn [104], [126]. Có thể do cây Arabidopsis có khả năng thích nghi với lạnh
đã đươ ̣c hình thành trong quá triǹ h tiến hóa khác với cây lúa không trải qua sự
thích nghi lạnh [73]. Hơn nữa, gen CBF4 từ cây lúa mạch dường như có hiệu
quả hơn DREB1A/CBF3 từ cây Arabidopsis trong viê ̣c nâng cao tính chố ng chịu
stress ở cây lúa biến đổi gen [125]. Những dữ liệu này cho thấy, sự khác biệt về
chức năng giữa các thành viên trong phân họ DREB/CBF và làm nổi bật sự khác
biệt trong khả năng chố ng chịu các stress giữa các loài cây trồng biến đổi gen
khác nhau. Những khác biệt chức năng có thể là do tính phức tạp, tính chất của