Nhằm tạo được cây đậu tương biến đổi gen có sự biểu hiện mạnh nhân tố phiên mã DREB và làm tăng khả năng chịu hạn của cây chuyển gen.

Cụ thể thiết kế được và đánh giá hoạt động của vector biểu hiện mang gen GmDREB; xác định được sự có mặt và sự biểu hiện của gen GmDREB ở cây đậu tương chuyển gen, bao gồm: phân tích PCR đối với genomic DNA, Southern blot, Real time RT-PCR, Western blot và ELISA đối với cây tái sinh và cây chuyển gen trồng trong nhà lưới và đánh giá được khả năng chịu hạn của cây đậu tương chuyển gen GmDREB so với đối chứng không chuyển gen, GS. TS. Chu Hoàng Mậu, Trường Đại học Sư phạm-Đại học Thái Nguyên cùng các cộng sự đã thực hiện đề tài: “Biểu hiện gen mã hóa nhân tố phiên mã dehydration responsive element binding của đậu tương (GmDREB) để tăng khả năng chịu hạn ở cây chuyển gen”.

Sau một thời gian thực hiện, Đề tài thu được các kết quả sau một thời gian triển khai thực hiện như sau:

- Nghiên cứu về phân lập, tách dòng gen, thiết kế vector biểu hiện thực vật và kiểm tra sự biểu hiện của gen trên cây mô hình.

+ Nghiên cứu thông tin và phân tích đặc điểm của các gen trong phân họ gen DREB trên cây đậu tương. Thiết kế vector chuyển gen chứa cấu trúc mang gen GmDREB.

+  Phân tích biểu hiện gen GmDREB trên cây thuốc lá chuyển gen.

- Nghiên cứu chuyển gen GmDREB vào đậu tương, phân tích biểu hiện gen và khả năng chịu hạn của cây chuyển gen so với cây đối chứng không chuyển gen.

+ Chuyển gen, phân tích biểu hiện gen GmDREB và tạo cây đậu tương chuyển gen.

+ Đánh giá, chọn lọc các dòng cây đậu tương chuyển gen chịu hạn, chịu mặn.

+ Tạo cây đậu tương chuyển gen liên quan đến sự phát triển bộ rễ và các nốt sần rễ.

Ngoài các nội dung chính đã thực hiện được, đề tài bổ sung thêm được một nội dung nghiên cứu là: “Tạo cây đậu tương chuyển gen GmCHI liên quan đến sự phát triển các nốt sần và bộ rễ”.

Isoflavone, là chất chuyển hóa thứ cấp được tổng hợp thông qua con đường phenylpropanoid, đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý thiết yếu của cây đậu tương. Isoflavone có khả năng chống oxy hóa, kháng khuẩn, chống viêm và chống ung thư. Nitơ cần thiết cho sự phát triển của thực vật nói chung và đối với cây đậu tương nói riêng. Nhu cầu nitơ của cây đậu tương được đáp ứng bằng cách tương tác với các loài vi khuẩn cộng sinh Rhizobium. Isoflavone được tạo ra bởi con đường phenylpropanoid có vai trò quan trọng trong quá trình cố định nitơ sinh học trong nốt sần ở rễ đậu tương do Rhizobium thực hiện. Cây đậu tương thiết lập mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cộng sinhRhizobium trong đất hình thành nốt sần trên rễ cây. Sự hình thành nốt sần bắt đầu khi rễ cây tiết ra isoflavone và kích thích sự biểu hiện gen liên quan đến sự hình thành các nốt sần. Lượng isoflavone loại genistein là một yếu tố điều chỉnh chính trong sự tương thích giữa đậu tương và vi khuẩn rhizobium. Chính vì vậy, sự tăng tích lũy isoflavone sẽ giúp cho cây đậu tương có sự phát triển mạnh các nốt sần và bộ rễ, làm cho cây sinh trưởng mạnh, tăng cường khả năng chống chịu các stress phi sinh học. Tuy nhiên, cây đậu tương chứa lượng isoflavone rất thấp. Do đó, tăng hàm lượng isoflavone là một trong những quan tâm lớn trong nghiên cứu đậu tương. Một cách tiếp cận hiệu quả để nâng cao hàm lượng isoflavone trong đậu tương là bằng cách biểu hiện mạnh gen Glycine max chalcone isomerase 1A (GmCHI1A). Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu đã phát triển kỹ thuật chuyển gen đối với gen GmCHI liên quan đến sự phát triển nốt sần rễ ở đậu tương nhằm tăng cường khả năng chống chịu hạn của cây đậu tương.

Kết quả phân tích, đánh giá và chọn lọc các dòng đậu tương chuyển gen có hàm lượng isoflavon cao liên quan đến sự phát triển nốt sần và hệ rễ Trong nghiên cứu này, cấu trúc pCB301_GmCHI1A đã được biến nạp và biểu hiện thành công ở cây đậu tương và tạo được các dòng đậu tương chuyển gen T2. Sự biểu hiện mạnh của gen GmCHI1A làm tăng hàm lượng enzym CHI1A trong tế bào cây chuyển gen, dẫn đến tăng chuyển hóa tổng hợp isoflavone. Phân tích cây đậu tương chuyển gen ở thế hệ T2, kết quả đã chọn lọc được 4 dòng đậu tương chuyển gen cho hàm lượng isoflavone cao (daidzein, genistein) trong mầm. Sự biểu hiện gen GmCHI1A được tăng cường ở các dòng chuyển gen, dẫn đến sự gia tăng hàm lượng protein CHI1A (rCHI1A) tái tổ hợp. Trong mầm đậu tương của các dòng chuyển gen T2, hàm lượng daidzein và genistein lần lượt tăng từ 166,46% lên 187,23% và từ 329,77% lên 463,93%. Bốn dòng đậu tương chuyển gen T2 (T2-1, T2-4, T2-21 và T2-24) có hàm lượng isoflavone loại daidzein và genistein cao đã được chọn để đánh giá bồi dưỡng.

Phân tích biểu hiện gen GmCHI ở đậu tương đã xác định được biểu hiện mạnh của gen GmCHI đã làm tăng hàm lượng isoflavone ở các dòng chuyển gen và chọn lọc các dòng đậu tương chuyển gen có hàm lượng isoflavon cao.

Đây là đóng góp mới cho khoa học và là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo nhằm chứng minh mối liên quan giữa hoạt động biểu hiện của gen GmCHI với đến sự phát triển hệ rễ, sự phát triển nốt sần và khả năng chống chịu hạn, mặn của cây đậu tương. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí ISI, In Vitro Cell.Dev.Biol.-Plant (2020) (SCIE-danh mục Nafosted).

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20657/2022) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)