b) Hệ thống tái sinh cây phục vụ chuyển ge nở cây lạc
1.3.2.2. Một số nghiên cứu chuyển gen mã hóa NAC TF nhằm nâng cao khả năng chịu hạn của cây trồng
năng chịu hạn của cây trồng
Những ứng dụng của công nghệ chuyển gen thực vật trong việc nâng cao tính chịu hạn đã đạt được những kết quả bước đầu ở một số loài cây khác nhau như lúa, ngô, đậu tương, lúa mỳ, thuốc lá, cải, Arabidopsis thaliana..., tuy nhiên trên đối
tượng cây lạc cịn rất ít nghiên cứu chuyển gen được cơng bố.
Hiện nay có hai xu hướng tìm kiếm các gen liên quan đến tính chống chịu của cây trồng. Hướng thứ nhất là tìm những gen liên quan trực tiếp đến khả năng chịu hạn, chịu lạnh, ngập úng hay phèn mặn... Hướng thứ hai nghiên cứu về gen chống
chịu theo hướng các yếu tố điều khiển ví dụ như transcription factor (TF) nhằm tiếp cận cách điều hòa tổng thể hơn của thực vật khi gặp điều kiện bất lợi [1].
Nhiều nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tạo dòng và phân lập các gen liên quan đến hạn hán trong họ NAC TF như: ANAC019, ANAC055, và ANAC072 từ Arabidopsis [113], BnNAC từ cải bắp [53], AhNAC1, AhNAC2, AhNAC3 từ cây lạc
[71], [72], SNAC2 được kích hoạt chủ yếu trong quá trình bảo vệ tế bào khỏi sự mất
nước [55]. GmNAC2, GmNAC3 và GmNAC4 trong đậu tương chứa miền bảo thủ NAC được xác định đã tham gia vào phản ứng với các stress phi sinh học trong đó có hạn [87]. Ở lúa, ONAC045, SNAC1 được cảm ứng bởi hạn hán, nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp, ABA trong lá và rễ [133], OsNAC6 tăng cưởng khả năng chống chịu hạn hán và muối trong lúa. NAC TF ở lúa mì, TaNAC2, TaNAC4, TaNAC8 đã được tìm thấy trong phản ứng với hạn, lạnh, muối, bị thương tổn và ABA [123]…
Sau khi phân lập, những gen này được thiết kế với các promoter mạnh, đặc hiệu (CaMV35S promoter, rd29A promoter,…) và chuyển thành cơng vào một số lồi thực vật nhờ kỹ thuật chuyển gen. Một số nghiên cứu công bố đã thu được cây trồng chuyển gen thành cơng có khả năng tăng cường chống chịu các điều kiện thiếu nước của môi trường như: A.thaliana, thuốc lá , lúa …
Phân tích promoter của gen ERD1 cho thấy, các TF thuộc họ NAC đóng vai
trò quan trọng đối với sự hoạt hóa của gen ERD1. Q trình biểu hiện của ba gen
ANAC019, ANAC055, và ANAC072 dưới sự điều khiển của promoter ERD1 trong
Arabidopsis cho thấy khả năng chống chịu dưới điều kiện hạn hán đã được tăng cường [113]. Cây Arabidopsis chuyển gen mã hóa một số NAC TF trong các điều kiện bất lợi khác như nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, khô hạn cũng thu được kết quả tương tự. Nghĩa là, cây chuyển gen mã hóa NAC TF có khả năng chống chịu được các điều kiện bất lợi từ môi trường: mặn, lạnh, hạn và nhiệt độ cao [46], [72].
Nhiều tác giả đã nghiên cứu chuyển gen mã hóa NAC TF thành cơng vào một số lồi cây trồng như ở lúa, ngô, đậu tương, thuốc lá,... Các kết quả thu được đều chứng minh việc tăng khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi từ môi trường như nồng độ muối cao, nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, khơ hạn, từ đó cải thiện được sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Kết quả chuyển gen SNAC1, OsNAC6/SNAC2,
vào lúa cho thấy, khả năng đáp ứng với hạn, lạnh và muối tăng lên [77]. Gen mã hóa GmNAC2, GmNAC3 và GmNAC4 tách từ đậu tương sau khi chuyển vào thuốc lá đã thu được cây chuyển gen tăng khả năng chống chịu với hạn và muối [87].
TaNAC2, được tách dịng thành cơng ở lúa mì đáp ứng với sự thiếu nước, nồng độ
muối cao, nhiệt độ thấp. Thí nghiệm chuyển gen đã chỉ ra rằng, TaNAC2 làm tăng
khả năng chống chịu với hạn, muối và lạnh ở cây Arabidopsis [74].
Ở cây lạc, gen AhNAC2, AhNAC3 được tách dịng thành cơng và biểu hiện của chúng cho thấy được cảm ứng bởi tình trạng thiếu nước, nồng độ muối cao và nhiệt độ thấp [71]. Gen AhNAC2 đã được chuyển thành công vào Arabidopsis. Tăng
cường khả năng chống chịu với hạn và muối đã được quan sát ở cây Arabidopsis
chuyển gen qua phân tích Northern blot và RT-PCR [72].
Bảng 1.1. Một số lồi cây trồng chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã NAC
có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất lợi
Gen
Thực vật
chuyển gen Chống chịu stress Nguồn tham khảo
AtNAC019 Arabidopsis Hạn Tran et al., 2004 [113]
AtNAC055 Arabidopsis Hạn Tran et al., 2004 [113]
ATAF1 Arabidopsis Hạn Wu et al., 2009 [1122]
RD26 Arabidopsis Hạn Fujita et al., 2004 [46]
AhNAC2 Arabidopsis Hạn, muối Liu Xu et al., 2011 [72]
TaNAC2 Arabidopsis Hạn, muối, lạnh Mao et al., 2012 [74]
SNAC1 Lúa Hạn, muối Hu et al., 2006 [54]
SNAC2 Lúa Hạn, lạnh, muối Hu et al., 2008 [55]
OsNAC5 Lúa Hạn, lạnh, muối Song et al., 2011 [103]
OsNAC6 Lúa Hạn, muối Nakashima, 2007 [77]
ONAC045 Lúa Hạn, muối Zheng et al., 2009 [133]
ONAC10 Lúa Hạn, lạnh, muối Jeong et al., 2010 [60]
GmNAC2 Thuốc lá Hạn, muối Pinheiro et al., 2009 [87]
GmNAC3 Thuốc lá Hạn, muối Pinheiro et al., 2009 [87]
Nhận xét chung
Cây lạc đã được biết đến là cây trồng thuộc nhóm chịu hạn kém. Trong quá trình sinh trưởng phát triển có những giai đoạn rất mẫn cảm với tình trạng thiếu nước như thời kỳ trước ra hoa, thời kỳ ra hoa, thời kỳ đâm tia và tạo quả. Dù gặp hạn ở giai đoạn nào cũng gây ảnh hưởng khơng nhỏ đến sự sinh trưởng bình thường của cây, ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng hạt lạc.
Một số biện pháp tăng cường khả năng chịu hạn ở lạc đã được nghiên cứu. Trong đó kỹ thuật chọn tạo các giống lạc có khả năng chịu hạn như lai chọn giống hoặc ứng dụng công nghệ tế bào thực vật đã được áp dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật chuyển gen ở cây lạc nhằm tạo ra giống lạc có khả năng chịu khơ hạn cịn chưa được nghiên cứu nhiều. Trên thế giới đã có một số nghiên cứu công bố chuyển gen thành công vào cây lạc. Phương pháp chuyển gen có hiệu quả vào cây lạc qua
Agrobacterium đã được Sharma và đtg đề cập đến trong nghiên cứu của mình từ
năm 2000. Bhatnagar và đtg (2007) đã chuyển cấu trúc mang gen mã hóa nhân tố phiên mã liên quan đến tính chịu hạn AtDREB1A tách từ Arabidopsis dưới sự điều khiển của promoter rd29A vào giống lạc JL 24. Kết quả đánh giá cây chuyển gen
cho thấy, hiệu quả sử dụng nước cao hơn hẳn so với cây đối chứng trong điều kiện chịu thiếu hụt về nước…
Ở Việt Nam, việc phát triển hệ thống tái sinh cây lạc phục vụ cho mục đích chuyển gen cũng đã được đề cập trong nghiên cứu của Bùi Văn Thắng và cs (2005), tuy nhiên nghiên cứu chuyển gen ở cây lạc thì chưa có cơng trình nào được cơng bố.
Chƣơng 2