THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

• Tên đề tài: Nghiên cứu bước đầu tạo dòng đậu tương chuyển gen GmDREB6 có khả năng chịu hạn cao
• Mã số: B2017-TNA-38
• Chủ nhiệm đề tài: GS.TS. Chu Hoàng Mậu
• Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
• Thời gian thực hiện: 24 tháng (Từ tháng 01/2017 đến tháng 12/2018)

2. Mục tiêu

• Phân tích được hoạt động và chức năng sinh học của gen chuyển GmDREB6 trên cây mô hình;
• Tạo được dòng cây chuyển gen có khả năng chịu hạn cao hơn cây đối chứng bằng kỹ thuật chuyển gen mã hóa nhân tố phiên mã

3. Tính mới và sáng tạo

1. Đã phân lập được đoạn mã hóa của gen GmDREB6 (cDNA) từ giống đậu tương DT2008 với kích thước là 693 bp mã hóa 230 amino acid. Thiết kế thành công vector chuyển gen pBI121_GmDREB6 chứa trình tự gen GmDREB6 nhân tạo. Gen chuyển GmDREB6 đã hợp nhất vào hệ gen và hoạt động tốt trong cây thuốc lá. 
2. Đã tạo được 10 cây đậu tương chuyển gen sinh trưởng, phát triển bình thường trong điều kiện nhà lưới. Đã chứng minh được gen chuyển GmDREB6 được di truyền từ thế hệ T0 sang thế hệ T1 và được biểu hiện thành protein tái tổ hợp DREB6.
3. Đã chứng minh được sự biểu hiện mạnh của gen chuyển GmDREB6 đã làm tăng hoạt động phiên mã của gen GmP5CS và cải thiện sự tích lũy proline trong cây chuyển gen.
4. Tạo được 4 dòng chuyển gen T2-2, T2-4, T2-7 và T2-10 ở thế hệ T2 có mức độ phiên mã của gen GmP5CS, sự tích lũy amino acid proline và khả năng chịu mặn, chịu hạn cao hơn các cây đối chứng không chuyển gen.

5. Kết quả nghiên cứu

1. Trình tự đoạn mã hóa của gen GmDREB6 phân lập từ giống đậu tương DT2008 có kích thước 693 bp mã hóa 230 amino acid. Vector chuyển gen pBI121_GmDREB6 chứa trình tự gen GmDREB6 nhân tạo được thiết kế thành công và tạo được vi khuẩn Agrobacterium tái tổ hợp mang cấu trúc gen mã hóa nhân tố phiên mã DREB6 của cây đậu tương.
2. Bằng kết quả phân tích Southern blot và RT-PCR đã chứng mình được gen chuyển GmDREB6 đã hợp nhất vào hệ gen và hoạt động tốt trong cây thuốc lá. 
3. Cấu trúc mang gen chuyển GmDREB6 được biến nạp thành công vào cây đậu tương và từ 450 mẫu biến nạp, qua 3 lần chọn lọc bằng kháng sinh kanamicin, kết quả đã tạo được 10 cây đậu tương chuyển gen sinh trưởng, phát triển bình thường trong điều kiện nhà lưới.
4. Gen chuyển GmDREB6 đã hợp nhất vào hệ gen cây đậu tương T0 được xác nhận bằng kết quả phân tích Southern blot. Đã chứng minh được gen chuyển GmDREB6 được di truyền từ thế hệ T0 sang thế hệ T1 và được biểu hiện thành protein tái tổ hợp DREB6.
5. Sự biểu hiện mạnh của gen chuyển GmDREB6 làm tăng hoạt động phiên mã của gen GmP5CS và cải thiện sự tích lũy proline trong cây chuyển gen. Tạo được 4 dòng chuyển gen T2-2, T2-4, T2-7 và T2-10 ở thế hệ T2 có mức độ phiên mã của gen GmP5CS, sự tích lũy amino acid proline và khả năng chịu mặn, chịu hạn cao hơn các cây đối chứng không chuyển gen.

6. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học

1. Thi Ngoc Lan Nguyen, Phutthakone Vaciaxa, Thi Mai Thu Lo, Thi Hai Yen Nguyen, Thi Thanh NhanPham, Van Son Le, Hoang Mau Chu (2019), “Design of Construct Carrying GmDREB6 to Enhance Soybean Gene Expression Related to Abiotic Stress Response”, JERS, European Journal of Engineering Research and Science 4(6), pp. 135-139.
2. Lò Thị Mai Thu, Nguyễn Việt Nga, Nguyễn Thị Ngọc Lan, Chu Hoàng Mậu (2018), “Đặc điểm của gen GmDREB6 phân lập từ giống đậu tương chịu hạn DT2008”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, 187(11), tr.163-168.
3. Phạm Thị Thanh Nhàn, Phạm Minh Hảo, Nguyễn Thị Ngọc Lan, Chu Hoàng Mậu (2018), “Nghiên cứu chuyển gen GmDREB vào giống đậu tương ĐT12”, Tạp chí Khoa học-Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, 180(04), tr. 81 – 86.
4. Đỗ Thanh Kim Hường, Nguyễn Thị Hải Yến, Nguyễn Thị Thơm, Phạm Thị Thanh Nhàn, Vũ Thị Thu Thủy, Lê Văn Sơn, Chu Hoàng Mậu (2018), “Đặc điểm của gen mã hóa nhân tố phiên mã DREB phân lập từ giống đậu tương chịu hạn DT2008 của Việt Nam”, Proceedings Hội nghị nghiên cứu&giảng dạy sinh học toàn quốc, Quy Nhơn 5-2018, 107-114. ISBN 978-604-913-695-5.

5.2. Sản phẩm đào tạo

Đào tạo thạc sĩ: 03 học viên cao học đã bảo vệ

1. Phạm Minh Hảo (2017), Nghiên cứu chuyển gen GmDREB vào giống đậu tương ĐT12, Luận văn thạc sĩ sinh học, chuyên ngành Di truyền học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
2. Nguyễn Việt Nga (2018), Phân lập gen mã hóa nhân tố phiên mã DREB6 từ cây đậu tương phục vụ thiết kế vector chuyển gen thực vật, Luận văn thạc sĩ sinh học, chuyên ngành Di truyền học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.
3. Vũ Thu Trang (2019), Nghiên cứu hệ thống tái sinh in vitro phục vụ chuyển gen ở cây đậu Nho nhe (Vigna umbellata)””, Luận văn thạc sĩ sinh học, chuyên ngành Di truyền học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên.

Hỗ trợ đào tạo tiến sĩ:

1. Phutthakone Vaciaxa “Nghiên cứu biểu hiện gen GmDREB nhằm nâng cao khả năng chịu hạn ở cây chuyển gen”. Luận án tiến sĩ sinh học, chuyên ngành Di truyền học. Trường Đại học Sư phạm-Đại học Thái Nguyên.

Tiến độ thực hiện luận án đúng kế hoạch. NCS Phutthakone Vaciaxa là đồng tác giả một bài báo quốc tế.

5.3. Sản phẩm ứng dụng

1. Thiết kế thành công 01 cấu trúc vector chuyển gen: pBI121_GmDREB6;
2. Tạo được 04 dòng cây đậu tương chuyển gen GmDREB6 ở thế hệ T2 (T2-2, T2-4, T2-7 và T2-10) có mức độ phiên mã của gen GmP5CS, sự tích lũy proline và khả năng chịu mặn, chịu hạn cao hơn các cây đối chứng không chuyển gen.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích đem lại của kết quả nghiên cứu

- Kết quả chuyển thành công cấu trúc mang gen GmDREB6 vào giống đậu tương DT84 là cơ sở cho việc sử dụng cấu trúc vector pBI121_GmDREB6 chuyển vào các giống đậu tương khác, góp phần tạo các giống đậu tương có chịu mặn, chịu hạn cao ở nước ta.

- Các kết quả nghiên cứu là cơ sở phát triển nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen nhằm cải thiện khả năng chống chịu các stress phi sinh học của cây đậu tương và các cây trồng khác tại các phòng thí nghiệm: Công nghệ gen, Công nghệ tế bào thực vật của Trường Đại học Sư phạm-ĐH Thái Nguyên và tại các phòng thí nghiệm của Trường Đại học Khoa học-ĐH Thái Nguyên.

- Kết quả nghiên cứu và các bài báo công bố trên các tạp chí khoa học- công nghệ được sử dụng làm tài liệu phục vụ đào tạo và nghiên cứu cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh và cán bộ của Trường Đại học Khoa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và một số trường đại học khác.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: Initial research on creation of GmDREB6 transgenic soybean lines with high drought tolerance
• Code number: B2017-TNA-38
• Coordinator: Prof. Dr. Chu Hoang Mau
• Implementing institution: Thai Nguyen University.
• Duration: 30 months.

2. Objective(s)

1. Analysis of the activity and biological function of GmDREB6 transgene in model tobacco plants.
2. Creating transgenic soybean lines with higher drought tolerance than non-transgenic plants by transgenic technique that encodes transcription factor DREB6.

3. Creativeness and innovativeness

1. The coding fragment of GmDREB6 gene (cDNA) was isolated from the DT2008 soybean cultivar with 693 bp in size, encoded 230 amino acids. Successfully designed pBI121_GmDREB6 transgenic vector containing artificial GmDREB6 gene sequences. GmDREB6 transgene has been incorporated into the genome and well activity in tobacco plants.
2. Ten transgenic soybean plants have been created and the transgenic plants grow, develop normally in conditions of greenhouse. It was demonstrated that GmDREB6 transgene was inherited from generation T0 to T1 generation and expressed into recombinant protein DREB6.
3. It was demonstrated that the overexpression of GmDREB6 transgene increased transcriptional activity of GmP5CS gene and improved proline accumulation in transgenic soybean plants.
4. Four transgenic soybean lines T2-2, T2-4, T2-7 and T2-10 were produced. Transgenic lines had transcription levels of GmP5CS gene, accumulation of proline and tolerance to salinity and drought were higher than non-transgenic plants.

5. Research results

1. The encoding fragment of GmDREB6 gene isolated from DT2008 soybean cultivar is 693 bp in size,  encoded 230 amino acids. The pBI121_GmDREB6 transgenic vector contains the artificial GmDREB6 gene that was successfully designed and created recombinant Agrobacterium tumefaciens carrying the GmDREB6 gene.
2. The results of Southern blot analysis and RT-PCR showed that GmDREB6 transgene was incorporated into the genome and well activity in tobacco plants.
3. The structure carrying GmDREB6 transgene was successfully transformed into soybean plants and from 450 transformed samples, selective results with kanamicin antibiotics, created 10 transgenic soybean plants which developed normally under conditions of greenhouse.
4. GmDREB6 transgene was incorporated into the soybean genome in T0 and confirmed by Southern blot. It was demonstrated that GmDREB6 transgene was inherited from T0 generation to T1 generation and expressed into DREB6 recombinant protein.
5. The overexpression of GmDREB6 transgene increased transcriptional activity of GmP5CS gene and improved proline accumulation in transgenic soybean plants. Four transgenic soybean lines T2-2, T2-4, T2-7 and T2-10 were produced. Transgenic lines had transcription levels of GmP5CS gene, accumulation of proline and tolerance to salinity and drought were higher than non-transgenic plants.

6. Products

5.1. Journal papers

1. Thi Ngoc Lan Nguyen, Phutthakone Vaciaxa, Thi Mai Thu Lo, Thi Hai Yen Nguyen, Thi Thanh NhanPham, Van Son Le, Hoang Mau Chu (2019), “Design of Construct Carrying GmDREB6 to Enhance Soybean Gene Expression Related to Abiotic Stress Response”, JERS, European Journal of Engineering Research and Science, 4 (6), pp. 135-139.
2. Lo Thi Mai Thu, Nguyen Viet Nga, Nguyen Thi Ngoc Lan, Chu Hoang Mau (2018), "Characteristics of GmDREB6 gene isolated from drought tolerant soybean cultivar DT2008", Journal of Science and Technology, University Thai Nguyen, 187 (11), pp.163-168.
3. Pham Thi Thanh Nhan, Pham Minh Hao, Nguyen Thi Ngoc Lan, Chu Hoang Mau (2018), "Study on gene transfer of GmDREB gene into DT12 soybean variety", Journal of Science and Technology, Thai Nguyen University, 180 ( 04), pp. 81 - 86.
4. Do Thanh Kim Huong, Nguyen Thi Hai Yen, Nguyen Thi Thom, Pham Thi Thanh Nhan, Vu Thi Thu Thuy, Le Van Son, Chu Hoang Mau (2018), "Characteristics of the gene encoding DREB transcription factors isolated from drought-resistant soybean cultivar DT2008 of Vietnam", Proceedings National Conference on Biological Research & Teaching, Quy Nhon 5-2018, pp. 107-114. ISBN 978-604-913-695-5.

5.3. Education

Master training: 03 master students graduated.

1. Pham Minh Hao (2017), Research on gene transfer of GmDREB gene into DT12 soybean variety. The Biological master thesis, Thai Nguyen University of Education, TNU.
2. Nguyen Viet Nga (2018), Isolation of gene which encoding transcription factor DREB6 from soybean plants to design plant transgenic vector. The Biological master thesis, Thai Nguyen University of Education, TNU.
3. Vu Thu Trang (2019), Research on in vitro regeneration system for gene transfer in Vigna umbellata (Vigna umbellata). The Biological master thesis, Thai Nguyen University of Education, TNU.

Supported training for PhD student:

1. Phutthakone Vaciaxa, “Study on GmDREB gene expression to improve drought tolerance in transgenic plants”. Thesis of Ph.D in Biology, specialized in Genetics. Thai Nguyen University of Education, TNU.

Thesis of PhD student implemented as planned and on schedule. PhD student Phutthakone Vaciaxa is co-author of an international article.

 5.4. In terms of application

1. Successful design pBI121_GmDREB6 transgenic vector.
2. Created four genetically modified soybean lines with GmDREB6 transgene in T2 generation (T2-2, T2-4, T2-7 and T2-10). Transgenic lines had transcription levels of GmP5CS gene, accumulation of proline and tolerance to salinity and drought were higher than non-transgenic plants.

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results

• The results of successful transferred of pBI121_GmDREB6  structure into DT84 soybean cultivar is the basis for using the transgenic vector constructs to transferred into other soybean cultivars, contribute to creating transgenic soybeane cultivars with high salinity and drought tolerance in our country.
• The research results are the basis of research development on application of transgenic technology to improve the resistance to abiotic stresses of soybean and other crops at the laboratory, such as genetic Engineering, plant cell Biotechnology of College of Education and the laboratory of College of  Sciences- Thai Nguyen University.
• Research results and articles published in the scientific and technological journals are also used as references in teaching and scientific research for students, undergraduate students, graduate students from College of Education and College of  Sciences- Thai Nguyen University and some other universities.