5. Ý nghĩa khoa học và thực ti ễn của đề tài luận án
1.2.1. Một số nghiên cứu về gen liên quan đến sự phát triển bộ rễ
Khi nghiên cứu đặc tính chịu hạn về mặt sinh lý, hoá sinh và cấu trúc tếbào đã phát hiện hàng loạt những biến đổi sâu sắc ở những mức độ khác nhau, trong các
giai đoạn phát triển khác nhau của cây đậu tương. Điều này chứng tỏ tính chịu hạn của thực vật do nhiều gen quy định, biểu hiện trong các giai đoạn phát triển khác
nhau. Cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa tìm được một gen cụ thể nào thực sự
quyết định tính chịu hạn, mà mới chỉ xác định được các gen liên quan đến đặc tính chịu hạn của cây đậu tương [13]. Đặc tính chịu hạn của cây đậu tương có liên quan
chặt chẽ đến đặc điểm hoá keo của chất nguyên sinh, đặc điểm của quá trình trao
đổi chất, sự biến đổi hình thái sinh lý của cơ thể để thích nghi với điều kiện sinh thái bất lợi [84]. Khả năng chịu hạn của thực vật thể hiện ở nhiều khía cạnh khác
từng giống có khảnăng sử dụng nước tiết kiệm trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây... [10]. Trong số những thay đổi toàn diện của cơ thể thực vật trong
điều kiện hạn, nhiều nhà khoa học quan tâm đến cơ chế phân tửđiều khiển sự biến
đổi tính trạng hình thái bộ rễ.
Năm 2009, Tucker và cs nghiên cứu hoạt động của 17 gen ACSxác định ACC (1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid) là tiền chất hình thành ethylene. Kết quả
cho thấy, ACC được tổng hợp mạnh ở hệ thống rễ, đặc biệt là vùng chóp rễ của
nhóm đậu tương có hệ thống rễ bên phát triển tốt và ít bị tuyến trùng xâm hại. Ethylene giữ nhiều vai trò quan trọng trong sự phát triển bình thường của bộ rễ,
trong đó gián tiếp liên quan đến sự khởi sinh hình thành rễ bên và ngăn ngừa sự
xâm nhiễm của tuyến trùng gây hại [124].
Nghiên cứu của Delis và cs (2005) cho thấy, họ gen GmCuAO có liên quan tới sự phát triển nhanh các tế bào mô rễ và trụdưới lá mầm ởđậu tương. Đặc biệt là sự
biểu hiện của gen GmCuAO1 (mã hoá 673 amino acid) trong việc kéo dài các tế bào của phần lõm trụ dưới lá mầm khi tiếp xúc với ánh sáng. Trong các tế bào trụ dưới lá mầm không tiếp xúc với ánh sáng, sản phẩm hoạt động của gen GmCuAO1 cũng cao hơn vài lần các tế bào bình thường khác [42].
Năm 1998, Hoon Ahn và cs phát hiện gen Sb-HRGP3 dài 1353 bp ởđậu tương
mã hoá hydroxyproline hoạt động mạnh trong mô của vùng chuyển đổi cấu tạo sơ
cấp sang cấu tạo thứ cấp của rễ. Ở rễ thứ cấp, gen này hoạt động mạnh hơn so với các rễ chính. Rất có thể, sự biểu hiện của gen Sb-HRGP3 (Soybean Hydroxyproline Rich Glycoprotein 3) liên quan đến việc chấm dứt sự kéo dài của rễ [56].
Nhân tố phiên mã NAC giữ vai trò quan trọng trong phản ứng của thực vật, giúp thực vật phát triển bình thường trong những điều kiện bất lợi. Nghiên cứu trên đậu
tương của Hao và cs (2011) phát hiện sản phẩm phiên mã của hai gen là GmNAC11
và GmNAC20 tăng cao ở rễ và lá mầm trong điều kiện gây hạn, lạnh và mặn. Dòng cây Arabidopsis chuyển gen GmNAC20 có khả năng chịu mặn, chịu lạnh và hình thành nhiều rễ bên. Nhóm nghiên cứu cho rằng, GmNAC20 có thểđiều chỉnh sự phát triển rễbên thông qua con đường kích hoạt nhân tốDREB/CBF và có thể kiểm soát sự
Những năm gần đây, trên thế giới có một số nghiên cứu đi sâu tìm hiểu vai trò
và đã chứng minh được cơ sở phân tử của protein expansin liên quan đến sự nới lỏng vách cellulose, kéo giãn thành của tế bào thực vật. Các kết quả nghiên cứu chỉ
ra rằng expansin là một họ protein có chức năng mở rộng thành tếbào và được coi là loại protein chủ yếu có ảnh hưởng đến việc phát triển kéo dài tế bào ở các mô
sinh trưởng của thực vật [32], [48], [68], [72], [87], [108].
Năm 2003, Lee và cs phân lập được các gen GmEXP1 và GmEXP2 từ mRNA
xác định các protein expansin ở cây đậu tương. RNA thông tin của GmEXP1 tập trung chủ yếu trong phần đầu rễ, nơi xảy ra sự kéo giãn tế bào và khan hiếm ở miền
trưởng thành - nơi chấm dứt sự kéo giãn tế bào, đặc biệt nhiều ở giai đoạn mầm 5 ngày tuổi. Bằng kỹ thuật lai trực tiếp trên tế bào và mô với probe phát xạ huỳnh quang, tác giả còn nhận định, sản phẩm phiên mã của gen GmEXP1 có nhiều trong các tế bào biểu bì và các lớp tế bào miền sinh trưởng của cả rễ cọc và rễ bên. Kết quả chỉ ra rằng, gen GmEXP1 có vai trò quan trọng trong sự phát triển bộ rễ đậu
tương, đặc biệt là trong sự hình thành và kéo dài của cả rễ chính và rễ bên [72]. Nghiên cứu của Guo và cs (2011) đã phân lập từ đậu tương và chuyển thành công gen GmEXPB2 vào cây Arabidopsis. Các dòng cây chuyển gen có khả năng tăng
nhanh sự phân chia tế bào và phát triển kéo dài rễ so với đối chứng [48].
Hướng tiếp cận nghiên cứu chức năng của họ gen expansin trong quá trình phát triển kéo dài rễ, sự tham gia của các protein expansin trong quá trình cải thiện thành tế bào trong các lớp biểu bì rễ, trong việc điều chỉnh các hoạt động kéo dài và
trưởng thành của cây sẽđược quan tâm nghiên cứu.