Nghiên cứu đặc điểm của Gen GmDreb2 phân lập từ cây đậu tương Glycine max (L.) Merrill

Nhóm gen chức năng liên quan trực tiếp đến tính chịu hạn của cây đậu tương .... 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 đậ

HOÀNG THỊ XOAN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN GmDREB2 PHÂN

LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƯƠNG  Glycine max (L.) Merrill 

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Thái Nguyên - 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG THỊ XOAN

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN GmDREB2 PHÂN

LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƯƠNG  Glycine max (L.) Merrill 

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Chu Hoàng Mậu

Thái Nguyên - 2013

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

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới GS.TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình hướng 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, Trưởng khoa Khoa học Sự sống, Trường 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 Trường 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

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

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 CÂY ĐẬU TƯƠNG 4

1.1.1 Nguồn gốc, phân loại và vị trí cây đậu tương 4

1.1.2 Đặc điểm sinh học của cây đậu tương 5

1.1.3 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam 7

1.2 GEN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG 9

1.2.1 Hạn và tác động hạn đến sinh trưởng phát triển của thực vật 9

1.2.2 Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương 11

1.2.3 Một số gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tương 13

1.2.3.1 Nhóm gen chức năng liên quan trực tiếp đến tính chịu hạn của cây đậu tương 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

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 25

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 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

2.2.1 Phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn cây non trong điều kiện gây hạn nhân tạo 28

2.2.2 Phương pháp sinh học phân tử 29

2.2.2.1 Phương pháp tách chiết DNA tổng số 29

2.2.2.2 Kỹ thuật PCR 30

2.2.2.3 Phương pháp tinh sạch sản phẩm PCR 32

2.2.2.4 Phương 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 Phương pháp phân tích trình tự gen 35

2.2.2.8 Xử lý kết quả và tính toán số liệu 35

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HẠN CỦA CÁC GIỐNG ĐẬU TƯƠNG NGHIÊN CỨU 36

3.2 KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN GmDREB2 TỪ MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƯƠNG NGHIÊN CỨU 39

3.2.1 Tách chiết DNA từ lá non hạt đậu tương 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 tương BS, BG, HG1 và các trình tự đã công bố 43

3.2.5 So sánh trình tự amino acid của protein DREB2 của ba giống đậu

tương 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 TƯƠNG 45

3.3.1 Sự đa dạng của các giống đậu tương 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

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT

ABA Abscisis acid

DNA Deoxiribonucleic acid

DREB Dehydration- Responsive Element Binding

EDTA Ethyen Diamin Tetraacetic Acid

HSP Heat shock protein

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

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 tương nghiên cứu 38 Bảng 3.2 Hệ số tương đồng và hệ số sai khác về trình tự gen

GmDREB2 của 3 giống đậu tương BS, BG và HG1 và trình tự gen GmDREB2 của 9 giống đậu tương trên

GenBank

46

Bảng 3.3 Hệ số tương đồng và hệ số sai khác về trình tự amino

acid của protein DREB2 của 3 giống đậu tương BS, BG, HG1 và trình tự amino acid của protein DREB2 của 9 giống đậu tương trên GenBank

48

Hình 3.4 Hình ảnh điện di sản phẩm nhân gen GmDREB2 của bốn

giống đậu tương nghiên cứu

40

Hình 3.5 Đĩa nuôi cấy dòng tế bào khả biến E.coli chủng DH5

chứa vector tái tổ hợp mang gen GmDREB2

41

Hình 3.6 Hình ảnh điện di sản phẩm colony – PCR gen

GmDREB2 trực tiếp từ khuẩn lạc

42

Hình 3.7 Hình ảnh điện di tách plasmid tái tổ hợp mang gen

GmDREB2

42

Hình 3.8 Trình tự gen GmDREB2 phân lập từ ba giống đậu tương

HG1, BG, BS

44

Hình 3.9 Sơ đồ so sánh trình tự amino acid của protein DREB2

suy diễn từ trình tự gen GmDREB2

45

Hình 3.10 Biểu đồ hình cây mô tả mối quan hệ di truyền của 11

giống đậu tương dựa trên mức độ tương đồng của trình

tự gen GmDREB2

47

Hình 3.11 Biểu đồ hình cây mô tả mối quan hệ di truyền của 11

giống đậu tương dựa trên mức độ tương đồng của trình

tự amino acid của protein DREB2

49

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill ) là loại cây trồng thuộc họ đậu,

không chỉ có vai trò quan trọng về mặt kinh tế và dinh dưỡng mà còn có vai trò quan trọng trong việc cải tạo đất Trong hạt đậu tương có hàm lượng dinh dưỡng cao, chứa 35% - 52% protein, 18% - 25% lipit, 10% – 15% glucid và nhiều loại amino acid không thay thế như: leucin, isoleucin, lysin, metionin, phenylalanin, tryptophan, valin Ngoài ra, trong hạt đậu tương còn chứa nhiều vitamin (B1, B2, A, D, E, K…) là thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, rất cần thiết cho cơ thể người và động vật Đặc biệt, protein của đậu tương được coi là một nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh vì chứa một lượng 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 tương chứa tỉ lệ lớn các axit béo chưa no, có hệ số đồng hoá lớn (98%), chỉ số iot cao (120-137) Sử dụng protein và lipit của hạt đậu tương còn có tác dụng chữa một số bệnh như: đái tháo đường, béo phì, huyết áp cao, chảy máu não… [3]

Ngoài ra, ở rễ cây đậu tương 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 tương 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 trường 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 thường xuyên đã tác động xấu đến sự sinh trưởng, phát triển làm giảm năng suất cây trồng Đậu tương là loại cây trồng thuộc nhóm cây chịu hạn kém, vì vậy chọn giống đậu tương theo định hướng về khả năng chịu hạn cao hoặc cải thiện đặc tính chịu hạn của cây đậu tương là yêu cầu thực tiễn đặt ra

Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương 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 nhưng 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 được biểu hiện trong môi trường

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 tương là vấn đề đang được 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 tương [Glycine max (L.) Merrill]”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định được sự khác nhau về khả năng chịu hạn của một số giống đậu tương địa phương;

Xác định được điểm sai khác về trình tự gen GmDREB2 phân lập từ

một số giống đậu tương địa phương

Đánh giá được sự đa dạng của một số giống đậu tương dựa trên trình tự

gen GmDREB2 và trình tự amino acid suy diễn

3 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của một số giống đậu tương địa phương nghiên cứu

- Thu thập thông tin về gen DREB2 ở cây đậu tương và thiết kế cặp mồi cho

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 CÂY ĐẬU TƯƠNG

1.1.1 Nguồn gốc, phân loại và vị trí cây đậu tương

Cây đậu tương hay còn gọi là đậu nành, tên khoa học Glycine max (L.) Merill (2n= 40) thuộc họ đậu (Fabaceae),họ phụ cánh bướm (Papilinoideae)

(Hymowitz và Newell, 1981) Các giống đậu tương 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 bướm (Papilinoideae)

Đối với đậu tương có thể phân loại theo đặc điểm thực vật học, dựa vào thời gian sinh trưởng, theo thời vụ Hiện nay đậu tương được trồng ở Việt Nam có hai nguồn gốc, đó là các giống địa phương và các giống nhập nội Mặc dù nguồn gốc và lịch sử ban đầu của cây đậu tương chưa sáng tỏ nhưng

đã có những bằng chứng chứng tỏ giống đậu này đã được thuần hoá đầu tiên ở Trung Quốc Từ Trung Quốc đậu tương được đưa sang Triều Tiên, Nhật Bản, Nga, sang Đông Nam Á và Nam Á qua con đường tơ lụa Ở Việt Nam đậu tương được 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 tương là loại cây quan trọng bậc nhất trong các cây họ Ðậu

Để có vị trí như vậy là nhờ đậu tương có những đặc tính ưu việt hơn những giống đậu khác, đó là: Hàm lượng protein và lipit cao: protein (35% - 52%), lipit từ (18% - 25%), glucid (10% -15%), chứa nhiều loại vitamin , là nguồn năng lượng quan trọng cho con người và vật nuôi Các sản phẩm rất quen thuộc của đậu tương như đậu phụ, tương, dầu ăn có vai trò hết sức quan trọng trong đời sống hàng ngày của con người Gần đây các nhà khoa học đã nghiên cứu và phát hiện đậu tương có vai trò chữa và điều trị bệnh nan y như

ung thư, tim mạch Đậu tương còn có thể giải quyết một phần vấn đề hết sức cấp thiết hiện nay trên thế giới là năng lượng từ các sản phẩm của nó Ngoài

ra đậu tương 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 lượng phân hóa học bón xuống đất, khắc phục sự thoái hóa đất và ô nhiễm môi trường [3], [6]

1.1.2 Đặc điểm sinh học của cây đậu tương

Cây đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày, gồm các bộ phận chính: rễ, thân, lá, hoa, quả, hạt

Đậu tương 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 được

ví như 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 lượng và trọng lượng nốt sần có liên quan trực tiếp đến sinh trưởng và năng suất cây đậu tương

Cây đậu tương là cây thân thảo, ít phân cành, dạng bụi Thân hình tròn, nhiều lông, mang nhiều đốt, thân thường đứng, có khi bò hay nửa bò, thân thường 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 tương 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 tương có hình dạng khác nhau: tròn, hẹp, bầu dục, lưỡi mác hoặc hình thoi…nhưng thường quy thành hai loại là lá rộng và lá hẹp Gồm có các dạng lá theo từng thời kì sinh trưởng, phát triển của cây: lá mầm, lá đơn

và lá kép có 3 lá chét, đôi khi có 4-5 lá chét

Thời kỳ cây ra hoa sớm hay muộn, thời gian dài hay ngắn tuỳ thuộc vào giống và thời vụ gieo do chịu ảnh hưởng phối hợp của ánh sáng và nhiệt độ Hoa đậu tương thuộc hoa cánh bướm, mọc thành từng chùm, mỗi chùm có từ

7 – 8 hoa, có màu trắng hoặc tím, mọc ở ngọn hay nách lá

Quả đậu tương 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, nhưng thường có 2 hạt

Hạt đậu tương có hình dạng tròn hay bầu dục, tròn dài, tròn dẹt, vỏ hạt thường nhẵn và có màu vàng nhạt, vàng đậm, xanh, nâu đen…nhưng đa số là hạt màu vàng Khối lượng hạt dao động từ 200 – 400 mg/hạt

Cây đậu tương có 2 đặc tính sinh trưởng: sinh trưởng hữu hạn và sinh trưởng vô hạn; căn cứ vào thời gian sinh trưởng có 3 loại: chín sớm (75- 85 ngày), trung bình (80- 100 ngày), chín muộn (110- 120 ngày)

Đậu tương là cây trồng tương đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh Trong tập đoàn giống đậu tương, có những giống chỉ trồng vào vụ hè, ngược lại có những giống chỉ trồng vào vụ đông [3], [6]

Đặc điểm về sinh thái học của đậu tương

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 – 340

C và giai đoạn chín: 20 – 250C Cây đậu tương cần lượng mưa tối thiểu phải đạt từ

400 mm, tốt nhất là 700 mm Ở mỗi giai đoạn cây đậu tương 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 tương trồng hiện nay đều có phản ứng quang chu kỳ ngày ngắn Đậu tương có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau: đất đỏ, đất

xám, đất phù sa, đất giồng cát Nhưng để trồng đậu tương 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 tương trên thế giới và ở Việt Nam

Cây đậu tương được xem là một loại cây trồng chiến lược của nhiều quốc gia, với vị trí thứ tư, sau lúa, ngô và lúa mỳ

Đậu tương có khả năng thích ứng khá rộng nên được 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 tương đã tăng lên đáng kể, đưa đậu tương trở thành cây trồng quan trọng trong cơ cấu cây trồng của nhiều quốc gia

Hiện nay, đậu tương được trồng ở gần 80 quốc gia khác nhau trên thế giới Trong đó, 4 nước có sản lượng đậu tương đứng đầu là: Mỹ, Brazil, Argentina và Trung Quốc Đậu tương là nguồn cung cấp dầu và protein quan trọng

Ở Việt Nam, đậu tương được trồng từ rất lâu, trước cây đậu xanh và các cây họ đậu khác Các giống đậu tương ở nước ta bao gồm các giống đậu tương nhập nội, giống lai tạo, giống đậu tương đột biến và các giống đậu tương địa phương

Trước cách mạng tháng 8 năm 1945, diện tích gieo trồng đậu tương ở Việt Nam chỉ khoảng 32 ha, năng suất 4,1 tạ/ha Hiện nay, diện tích đó đã được tăng lên đáng kể, cả nước có 7 vùng nông nghiệp đều trồng được đậu tương 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]

Cây đậu tương chiếm một vị trí quan trọng trong nền nông nghiệp của nước ta hiện nay, đặc biệt ở những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chưa phát triển

Mặc dù quy mô sản xuất còn khá nhỏ và nhu cầu tiêu thụ trong nước có

xu hướng giảm, nhưng sản lượng đậu tương nước 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 lượng 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 tương của nước ta chưa cao

Theo số liệu thống kê chính thức của chính phủ, đậu tương được trồng

ở 28 tỉnh trên khắp cả nước, trong đó 70% ở miền bắc và 30% ở miền nam Khoảng 65% đậu tương nước ta được trồng ở vùng cao, những nơi đất không cần màu mỡ; và 35% được trồng ở những vùng đất thấp ở khu vực đồng bằng sông Hồng Đậu tương được trồng ở nhiều địa phương trên khắp cả nước vào từng thời điểm khác nhau nên có cả vụ xuân, vụ hè và vụ đông

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam từ 2005- 2011

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Diện tích canh

tác (nghìn ha) 204,1 185,6 190,1 192,1 146,2 197,8 215* Sản lượng

(tấn/ha) 1,43 1,39 1,45 1,39 1,46 002 1,63* Tổng sản lượng

(nghìn tấn) 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)

Tuy nhiên, do chưa được đầu tư cao nên năng suất đậu tương còn nhiều hạn chế Xét về diện tích gieo trồng vẫn tăng qua các năm nhưng tỉ lệ diện tích gieo trồng đậu tương còn thấp, chỉ khoảng 1,5- 1,6% Năng suất đậu tương của nước ta rất thấp, chỉ bằng 50- 70% năng suất đậu tương của toàn thế giới Sản lượng đậu tương sản xuất ra chưa đủ đáp ứng nhu cầu trong nước Hàng năm, chúng ta vẫn phải nhập khẩu một số lượng đáng kể

từ nước ngoài

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng trên, có thể là do dịch bệnh,

kỹ thuật canh tác, nhưng 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 tương 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 tương 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 tương địa phương có năng suất thấp nhưng lại có chất lượng hạt cao và có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường như: nóng, lạnh, mặn, phèn, hạn

1.2 GEN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG

1.2.1 Hạn và tác động hạn đến sinh trưởng phát triển của thực vật

Hạn là tình trạng mất nước ở cây nguyên nhân có thể do nhiều lý do: như

sự thiếu nước trong môi trường hay do nhiệt độ thấp, đốt nóng, độ mặn cao Hạn cũng như 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 như thiệt hại do khô hạn gây ra là khác nhau: một số bị chết, một số bị thương, một số khác bị ảnh hưởng còn lại một số không bị ảnh hưởng

Khô hạn có thể phân ra làm hai trường hợp sau:

(i) Hiện tượng khô xảy ra khi mất một phần nước trong các cơ quan ở giai đoạn nhất định trong chu kỳ sống ở thực vật (hạt, hạt phấn, bào tử) Hiện tượng này không làm ảnh hưởng đến tế bào, mô của cây Đây là quá trình biến đổi trạng thái trong tế bào có sự điều khiển của hệ thống thông tin di truyền Trong giai đoạn hình thành hạt nếu tế bào mất nước khả năng chịu hạn tăng lên Khả năng này đạt cực đại ở thời kỳ hạt chín và có chiều hưóng giảm dần khi hạt nảy mầm Hạt khô còn có khả năng chống chịu với hàng loạt điều kiện ngoại cảnh bất lợi khác như nhiệt độ, gió

(ii) Hạn do tác động của môi trường chịu tác động bên ngoài rất lớn, gây ảnh hưởng đến đời sống của cây, có thể gây huỷ hoại cây cối và gây mất mùa Hiện tượng này xảy ra khi trong môi trường đất và không khí thiếu nước đến mức áp suất thẩm thấu của cây không cạnh tranh được để lấy nước vào tế bào Những yếu tố bất lợi chính là các thành phần như thổ nhưỡng, nhiệt độ, gió nóng hay thời tiết, khí hậu Có hai loại hạn do môi trường tác động là: hạn đất

ở các bộ phận mô, tế bào khác nhau

Tác hại của khô hạn

Hạn tác động lên cây theo hai hướng chính: làm tăng nhiệt độ cây và gây mất nước trong cây Nước là yếu tố giới hạn với cây trồng, vừa là nguyên liệu khởi đầu vừa là sản phẩm trung gian và cuối cùng của các quá trình

chuyển hoá sinh học Nước còn là môi trường cho các phản ứng sinh hoá trong tế bào xảy ra, do vậy việc cung cấp nước cho cây trồng và hướng nghiên cứu tăng cường tính chịu hạn của cây trồng là mục tiêu tạo giống thường xuyên được quan tâm Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng, hạn

có ảnh hưởng tới hai quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đó là giai đoạn cây non và giai đoạn cây ra hoa

Như vậy ảnh hưởng cực đoan của hạn ở bất cứ giai đoạn sinh trưởng nào của cây trồng cũng tác động xấu đến các yếu tố cấu thành năng suất, làm giảm năng suất cây trồng [1], [2], [5], [7], [9], [10]

1.2.2 Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương

Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tương nói riêng là cây có nhu cầu về nước cao hơn các loại cây khác là do trong hạt và cây đậu tương có h

–

50%, trong khi đó ngô chỉ là 30%, lúa là 26% [6]

Khi nghiên cứu về các đặc tính chịu hạn của cây đậu tương về phương diện sinh l

đến đặc điểm hóa keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất Tính chịu hạn của cây đậu tương mang tính đa gen Chúng thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau như: sự phát triển mạnh của bộ rễ, tính chín sớm tương đối, cũng như bản chất di truyền của từng giống có khả năng sử dụng nước tiết kiệm trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây Căn cứ vào đặc điểm này đậu tương chia làm 2 nhóm:

- Nhóm chịu được sự mất nước trong từng giai đoạn phát triển của cây

- Nhóm chịu được sự thiếu nước trong tất cả các giai đoạn phát triển của cây

, còn ở những giai đoạn như ra hoa

Cây đậu tương thuộc nhóm cây chịu hạn kém Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tương nói riêng do có hàm lượng protein và lipid trong hạt cao nên nhu cầu về nước nhìn chung cao hơn các loại cây khác Để tổng hợp 1 kg chất khô cần 500- 530 kg nước Trong quá trình nảy mầm thì nhu cầu về nước của đậu tương cũng khá cao, khoảng 50%, trong khi đó ở ngô là 30%, ở lúa là 26% [6]

Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương liên quan chặt chẽ đến đặc điểm hoá keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất Tính chịu hạn của cây đậu tương mang tính đa gen Chúng thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau: sự phát triển nhanh của bộ rễ, tính chín sớm tương đối, cũng như bản chất di truyền của từng giống trong quá trình sinh trưởng và phát triển có khả năng sử dụng nước tiết kiệm

Hạn hán và độ mặn cao có ảnh hưởng làm giảm mạnh năng suất cây trồng trên toàn thế giới trong đó có đậu tương Để thích ứng với điều kiện như vậy cơ thể thực vật đã phát triển một loạt các cơ chế đòi hỏi sự khởi động của nhiều gen liên quan chống lại stress do các điều kiện bất lợi vô sinh Một

số lượng lớn các gen liên quan đến khả năng chịu hạn và chịu mặn đã được xác định Tuy nhiên, vẫn còn một số lượng đáng kể các gen liên quan đến tính chống chịu của thực vật chưa được xác định Vì vậy điều quan trọng là nghiên cứu các chức năng của gen liên quan đến stress để cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng với hạn hán Có hai nhóm gen có liên quan chủ yếu đến tính chịu hạn của cây đậu tương:

(1) Nhóm gen mà sản phẩm của chúng có ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính chịu hạn; (2) Nhóm gen mà sản phẩm của chúng kích hoạt quá trình

phiên mã của nhóm gen chịu hạn

1.2.3 Một số gen liên quan đến tính chịu hạn của cây đậu tương

1.2.3.1 Nhóm gen chức năng liên quan trực tiếp đến tính chịu hạn của cây đậu tương

Các gen chức năng liên quan đến tính chịu hạn bao gồm: LEA, HSP, Chaperons, LTP, P5CS…

LEA (Late embryogenesis abundant protein)

LEA là loại protein được tổng hợp với số lượng lớn trong giai đoạn cuối của quá trình hình thành phôi, là một trong những nhóm protein liên quan đến điều kiện mất nước của tế bào Nhóm gen mã hóa loại protein LEA đóng vai trò quan trọng trong sự chịu khô hạn của hạt và liên quan đến khả năng chống hạn của cây Khi hiện tượng mất nước xảy ra, gen LEA phiên mã tổng hợp một số lượng lớn mRNA trong hạt chín và bị phân giải hết trong quá trình nảy mầm Mức độ phiên mã của gen LEA được điều khiển bởi acid abcisic (ABA) và độ mất nước của tế bào, áp suất thẩm thấu trong tế bào

Protein LEA được chú ý trong điều kiện thực vật bị stress do thiếu nước [11], [13] Nhiều gen LEA đã được nghiên cứu, phân lập, xác định chức năng Đặc điểm nổi bật của nhóm LEA là: giàu acid amin ưa nước, không chứa cystein và tryptophan, có vùng xoắn α và có khả năng chịu nhiệt Chúng thay thế vị trí nước trong tế bào và thực hiện các chức năng khác nhau như: cô lập ion, bảo vệ protein màng tế bào, phân hủy protein biến tính và điều chỉnh

áp suất thẩm thấu Sự biểu hiện của protein LEA và đặc điểm cấu trúc đại phân tử của nó cho thấy nó có vai trò trong bảo vệ cây trồng chống chịu sự mất nước [12] Protein LEA được tạo ra hàng loạt trong giai đoạn muộn của quá trình hình thành phôi

LEA được chia thành 6 nhóm: nhóm 2- D19, nhóm 2- D11 (còn gọi là dehydrin), nhóm 3- D7, nhóm 4- D113, nhóm 5- D29, nhóm 6- D95 Khi điều

kiện mất nước xảy ra, LEA được tổng hợp với số lượng lớn, trong đó dehydrin có thể chiếm tới 1% tổng số protein hòa tan của hạt Ngày nay, người ta đã phân lập được 30 gen khác nhau thuộc thành viên của nhóm gen dehydrin ở các cây trồng khác nhau Gen mã hóa protein dehydrin ở đậu tương đã được nghiên cứu tại một số phòng thí nghiệm trên thế giới và tới nay

đã có một số trình tự gen dehydrin đậu tương và một số thực vật khác được công bố trên ngân hàng trình tự gen quốc tế

HSP (Heat Shock Protein) và môi giới phân tử (Chaperons)

HSP có mặt hầu hết ở các loài thực vật như: lúa mì, lúa mach, ngô, đậu… chiếm khoảng 1% protein tổng số trong lá và có hầu hết ở các loài thực vật Sự xuất hiện của HSP có chức năng ngăn cản hoặc sửa chữa sự phá hủy

do stress nóng và mở rộng giá trị ngưỡng nhiệt độ với sự chống chịu nhiệt độ cao Trong các tế bào thực vật HSP tế bào chất tập trung thành các hạt sốc nhiệt (HSG- Heat Shock Granules) Người ta cho rằng HSG gắn kết trên các RNA polymerase để ngăn cản sự phiên mã tổng hợp mRNA trong quá trình stress nóng Sau khi gặp sốc nóng, các hạt này phân tán và liên kết dày đặc với các ribosome hoạt động sinh tổng hợp protein HSP xuất hiện trong các quá trình sinh trưởng bình thường, các giai đoạn biệt hóa mô và cả trong thời

kỳ sinh trưởng của thực vật Ngoài ra, chúng được tổng hợp thêm trong điều kiện cực đoan của môi trường [5]

Dựa trên khối lượng phân tử, HSP có thể chia thành 6 nhóm: HSP110, HSP90, HSP70, HSP60, HSP20, HSP8,5 Trong nhóm HSP có rất nhiều đại diện của chất môi giới phân tử (MGPT) là HSP70, HSP60 nhưng cũng có HSP không phải là MGPT như HSP8,5 (Ubiquitin) Ubiquitin được xem là chất bảo vệ tế bào, chúng có hoạt tính protease và thực hiện chức năng phân giải các protein không có hoạt tính enzyme, ngăn chặn các protein này gây

độc cho tế bào Ubiquinin đóng vai trò quan trọng trong tự sửa chữa tế bào bằng cách loại bỏ các protein biến tính khi gặp yếu tố cực đoan

Các MGPT là chìa khóa tham gia nội cân bằng tế bào trong các điều kiện sinh trưởng cực thuận và đối lập MGPT là một nhóm gồm nhiều loại protein khác nhau Phần lớn các MGPT có hoạt tính ATP- ase Chức năng chính của MGPT là: (1) Giữ ổn định chuỗi polypeptid khi đang tổng hợp và tạo cấu trúc không gian đúng cho chúng; (2) Tạo lại cấu trúc không gian của protein sau khi vận chuyển qua màng tế bào; (3) Lắp ráp các chuỗi polypeptid vào phức để tạo cấu trúc bậc 4; (4) MGPT được tăng cường nhờ quá trình tổng hợp trong điều kiện cực đoan do nhu cầu cấp thiết của tế bào, nhất là sốc nhiệt [20]

MGPT có 5 họ chính là: HSP 70 (Dnak), HSP 60 (Chaperonin), HSP

90, HSP 100 và sHSP (small HSP) trong đó có hai họ môi giới phân tử được nghiên cứu nhiều nhất là chaperonin và HSP70 HSP70 đã được phân lập ở đậu xanh

Yang và cs (2008) đã phân lập gen HSP 60 ở đậu tương và đăng ký trên ngân hàng gen NCBI với mã số EU036414, kích thước là 498 bp [40]

Lei và cs (2011) đã phân lập gen GmHSP 70, kích thước 1683 bp [23]

P5CS

P5CS là một trong những enzyme chức năng, cấu trúc của nó bao gồm hai domain xúc tác của hai enzyme là glutamyl kinase và glutamic seminaldehyde synthase P5CS tham gia vào quá trình tổng hợp proline Proline đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong cơ thể thực vật P5CS biểu hiện mạnh mẽ làm tăng hàm lượng proline, qua đó tăng cường áp suất thẩm thấu của tế bào và cây trong điều kiện khô hạn Gen mã hóa cho enzyme P5CS đã được nghiên cứu và tách dòng ở nhiều

loại cây khác nhau Nhiều cây trồng đã được chuyển gen P5CS nhằm tăng cường khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường

Prorcel và cs (2005) đã nghiên cứu phân lập gen P5CS ở đậu tương và

đã đăng ký trên ngân hàng gen NCBI với mã số là AJ715851, kích thước là

831 bp [35] Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Thuý Hường và cs (2009) đã phân lập gen P5CS từ mRNA với kích thước 2148 bp [34]

LTP (Lipid transfer protein)

Gen LTP có khả năng tổng hợp ra protein thúc đẩy quá trình vận chuyển phospholipid qua màng LTP liên quan đến sinh tổng hợp các biểu

bì, làm tăng độ dày của lớp màng tế bào, qua đó làm giảm sự mất nước ở thực vật

Gen LTP đã được phân lập ở một số cây trồng như đậu xanh, Arabidopsis [27], [28], [32]

1.2.3.2 Nhóm gen điều khiển quá trình phiên mã của nhóm gen chịu hạn

Tuy không tác động trực tiếp đến tính chịu hạn của thực vật nhưng các gen điều khiển phiên mã lại có vai trò đáng kể trong việc kích thích sự biểu

hiện các gen chức năng

Các gen điều khiển sự phiên mã mà sản phẩm của chúng có khả năng hoạt hóa hoặc ức chế biểu hiện của các gen chức năng thông qua việc bám vào trình tự DNA điều khiển (nhân tố tác động cis) trên vùng khởi động (promoter) của gen và tương tác với RNA polymerase tạo thành phức hợp khởi đầu quá trình phiên mã của các gen chức năng

Theo nghiên cứu của một số tác giả đã được công bố trên Ngân hàng gen quốc tế, có nhiều yếu tố khởi đầu phiên mã điều khiển tính chịu hạn như: DREB, ABRE, NAC, bZIP, ZFHD…[19], [24], [38]

Fujita và cs (2005) đã tìm ra ABRE1 là một nhân tố phiên mã của

ABA ABRE có khả năng tăng cường tính chịu hạn ở Arabidopsis [18]

Gen NAC

Các nhân tố phiên mã họ NAC chứa trình tự đồng nhất gọi là vùng hoạt động NAC ở đầu N NAC có vai trò quan trọng trong việc xác định mô phân sinh đỉnh chồi, biệt hoá các cơ quan rễ, hoa trong sinh trưởng và phát triển của thực vật Ngoài ra, NAC tham gia vào phản ứng của thực vật trong điều kiện bị tổn thương và tác nhân gây hại tấn công

Nhóm NAC gồm 2 loại: Nhóm nhân tố khởi đầu NAC biểu hiện không phụ thuộc ABA và nhóm nhân tố khởi đầu NAC biểu hiện phụ thuộc ABA

Nhóm nhân tố khởi đầu NAC biểu hiện không phụ thuộc ABA có trình

tự chứa nhân tố tác động cis: NACRS, CATGTG Ba nhân tố khởi đầu phiên

mã thuộc nhóm NAC bám đặc hiệu vào NACRS có tên: ANAC019, ANAC055, ANAC072

Lin và cs (2007) đã nghiên cứu và phân lập gen NAC trên cây lúa, gen OsNAC19 có kích thước 951 bp [26]

Ở Arabidopsis, có khoảng 100 gen họ NAC được tìm thấy, ở đậu tương

cũng tìm thấy hơn 100 gen họ NAC trong hệ gen [37]

Gen MYB

Nhóm MYB là nhóm gen biểu hiện phụ thuộc ABA, tham gia điều khiển tính chịu hạn, mặn và lạnh ở thực vật MYB có trật tự lõi cis acting element: MYBRS, YAACR Nhân tố khởi đầu phiên mã MYB2 bám đặc hiệu vào MYBRS

Liao và cs (2008) khi nghiên cứu về MYB đã chứng minh GmMYB76, GmMYB92 và GmMYB177 giữ vai trò đặc biệt trong điều kiện stress hạn, mặn và lạnh [25]

Gen ZFHD

Nhóm ZFHD có trình tự chứa nhân tố tác động cis: ZFHDRS, CACTAAATTGTCAC Nhân tố khởi đầu phiên mã ZFHD1 bám đặc hiệu vào ZFHDRS

Ở Arabidopsis, Tran và cs (2007) đã tìm ra nhân tố phiên mã ZFHD1

đóng vai trò trong sự biểu hiện mất nước [38]

1.3 NHÂN TỐ PHIÊN MÃ DREB VÀ DREB2

1.3.1 Nhân tố phiên mã DREB

năng

Arabidopsis ương, bông [41], [36], [14], [17], [21] Nhiều công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới cho rằng, DREB là nhân tố phiên mã tham gia tích cực vào quá trình này bằng cách kích hoạt nhanh chóng sự hoạt động của các gen tham gia trực tiếp chống lại các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh Nhân tố phiên mã DREB hoạt động không cần thông qua sự tác động của ABA

Li và cs (2005) phân lập gen trên đối tượng cây đậu tương đã chia thành các phân họ DREB gồm: GmDREBa, GmDREBb, GmDREBc, ngoài ra còn có DREB1, DREB2, DREB3, DREB4, DREB5, mỗi gen có trình tự, độ dài khác nhau nhưng đều được biểu hiện nhiều khi đậu tương gặp các điều kiện hạn

Wang và cs (2006) đã mô tả mối quan hệ giữa yếu tố phiên mã DREB

và DRE/CRT cis- một nhân tố chức năng liên quan đến sự biểu hiện của gen

DREB, nghiên cứu đặc điểm và chức năng của nhóm nhân tố phiên mã

AP2/EREBP ở thực vật [39] AP2/ERF là một họ lớn bao gồm các yếu tố phiên mã quan trọng

Ở cây Arabidopsis trên cơ sở số lượng và giống nhau của các miền

DNA- binding, 145 nhân tố phiên mã được phân thành 5 nhóm: AP2 (14 gen), RAV (6 gen), DREB (còn được gọi là CBF, 56 gen), ERF (còn được gọi là EREBP, 65 gen) và nhóm gen khác (4 gen)

Ở Arabidopsis, 10 DREBs (DREB2- DREB11) được phân thành 5

nhóm, nhóm thứ nhất gồm DREB3, DREB4, DREB5; nhóm thứ hai gồm W50, DREB6, DREB7, DREB1; nhóm thứ ba gồm DREB2 và DREB8; nhóm

thứ tư gồm DREB9 và DREB10; nhóm thứ năm gồm DREB11, ERF1 và ERF2 (Liu và cs, 1998; Riechman và cs, 2000; Tsui- Hung Phang, 2008)

Li và cs (2005) đã phân lập ba gen DREB (GmDREBa, GmDREBb, và GmDREBc) từ cây đậu tương và cho rằng mỗi phân tử protein của các gen

này đã chứa một miền AP2 gồm 64 amino acid [24] Thực nghiệm đã chứng minh cả 3 protein này đều liên quan đến sự mất nước và đáp ứng sự mất nước

của tế bào Ở nấm men, GmDREBa và GmDREBb

Các protein

GmDREBa và GmDREBb trong lá của cây giống đậu tương được tổng hợp

bởi tác động của muối, hạn hán, và lạnh

Yang và cs (2007) đã phân lập được phân họ DREB trên đối tượng Hoa

Cúc, theo đó phân họ gồm DmDREBa và DmDREBb, những gen này mã hoá

cho hai protein có 191 amino acid và 185 amino acid với trọng lượng phân tử 21,66 và 20,99 kDa, các protein của hai gen này được biểu hiện khi cây hoa cúc bị stress hạn lạnh

1.3.2 DREB2 và gen GmDREB2

Đậu tương là một cây trồng quan trọng trên thế giới, trong điều kiện stress phi sinh học như hạn hán và nhiệt độ, ảnh hưởng xấu đến sự sống, phát triển cũng như năng suất Việc mất nước được đáp ứng bởi nhóm DREB2 bao gồm các yếu tố phiên mã góp phần chống hạn và chống stress nhiệt bằng cách kích hoạt phiên mã thông qua các yếu tố cis đáp ứng mất nước

Gen DREB2 tham gia tích cực vào việc chống hạn Gen DREB2 được biểu hiện trong môi trường có xử lý bởi hạn hán, nồng độ muối cao, nhiệt

độ thấp

Nakashima và cs đã xác định được ở cây Arabidopsis gen DREB2 có

liên quan đến sự mất nước và độ mặn cao trong biểu hiện gen Trong cây

Arabidopsis gen biểu hiện trong điều kiện mất nước đặc trưng bởi một nhóm

gen DRE/CRT – binding protein là DREB2A và DREB2B Khi phân tích thấy rằng cả hai gen được gây ra bởi sự mất nước và độ mặn cao Mức độ biểu hiện của hai gen rất cao trong rễ khi nồng độ muối cao và trong thân

và rễ khi cây bị mất nước Gen DREB2A nằm trên NST số 5 và DREB2B nằm trên NST số 3, cả 2 gen bị gián đoạn bởi 1 intron duy nhất tại các vị trí giống hệt nhau

Trong cây chuyển gen Arabidopsis gen DREB2 giải phóng ra

Beta-glucuronidase (GUS) trong điều kiện cây bị mất nước và độ mặn cao [33]

Chen và cs (2009) đã phân lập gen PeDREB2 từ cây populus euphratica Dựa trên sự liên kết nhiều trình tự và đặc tính phát sinh loài

PeDREB2 được xếp vào phân họ A2 trong nhóm gen DREB Sự biểu hiện của PeDREB2 được gây ra bởi môi trường có xử lý hạn hán, lạnh và độ mặn cao nhưng không có ABA PeDREB2 tăng khả năng chịu mặn trong cây thuốc lá chuyển gen và không gây ra chậm phát triển Kết quả cho thấy PeDREB2 có chức năng như là một yếu tố phiên mã liên quan đến phản ứng của nồng độ muối cao và có thể có ích trong việc cải thiện khả năng chịu mặn trong cây chuyển gen [15]

Liu và cs (2008) đã nghiên cứu gen DREB2 ở cây hoa cúc

Dendranthema vestitum DvDREB2A được phân lập từ hoa cúc Dendranthema vestitum nó chứa một (ORF) dài 1.471 bp mã hóa 366 amino

acid và được xếp vào phân họ DREB2 dựa trên sự liên kết nhiều trình tự Trình tự protein điển hình chứa AP2/EREBP DNA- binding miền gần khu vực N Trong một phân tích protein DvDREB2A đã bị ràng buộc bởi yếu tố DRE (Trình tự lõi, AGCCGAC) và kích hoạt sự biểu hiện của HIS3 và giải phóng lacZ Các thí nghiệm cho thấy mức độ biểu hiện của DvDREB2A đã bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt, nhiệt độ thấp, hạn hán, ABA, độ mặn cao,

những kết quả này chỉ ra rằng gen DvDREB2A là một yếu tố mới của các yếu

tố phiên mã DREB, có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng khả năng chịu áp lực môi trường [29]

Kobayashi và cs (2008) kích hoạt gen DREB2 lúa mì (wDREB2) trong thuốc lá chuyển gen Tạo ra cây thuốc lá biến đổi gen biểu hiện wDREB2, wDREB2 biểu hiện tăng khả năng chịu lạnh và thẩm thấu trong cây thuốc lá [22]

Chen và cs (2007), đã phân lập gen GmDREB2 từ đậu tương và dựa trên sự giống nhau về miền AP2, gen GmDREB2 xếp vào phân họ A5 trong nhóm gen DREB Sự biểu hiện của gen GmDREB2 trong môi trường có xử

lý bởi hạn hán, nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp và ABA [14] Sự biểu hiện

của GmDREB2 ở cây thuốc lá chuyển gen được tích lũy cao hơn của hàm

lượng proline [30] Đối với cây đậu tương với chức năng kích hoạt sự

phiên mã của gen GmDREB2 là cơ sở quan trọng và hữu ích cho việc cải

tiến khả năng chịu hạn của cây

Một gen DREB2 mới ở đậu tương là GmDREB2A, GmDREB2A được

đánh giá cao gây ra không chỉ bởi mất nước và nhiệt mà còn bởi nhiệt độ

thấp GmDREB2A còn cải thiện sốc nhiệt và cải thiện chịu hạn ở cây

Arabidopsis biến đổi gen

Trong ngân hàng gen quốc tế (Genbank) trình tự gen GmDREB2 đã được công bố, đó là trình tự gen GmDREB2 của Chen và cs công bố năm

2007 có kích thước 480 bp mã hóa 159 amino acid, mã số trên NCBI là

DQ208968 Trình tự gene GmDREB2 của Wang và cs công bố năm 2006 có

kích thước 480 bp, mã số trên NCBI là DQ054363

Thông tin về gen GmDREB2 cho thấy trình tự nucleotide của gen GmDREB2 có số lượng nucleotide 480 bp, từ vị trí nucleotide thứ 1 đến 480,