Đậu xanh [Vigna radiata (L.) Wilczek] thuộc nhóm cây trồng lấy hạt. Trung bình, hạt đậu xanh chứa 23 - 28% protein, 1,3% lipid, 56 - 60% glucid, 12% nước, các vitamin nhóm B, các muối khoáng như Ca, Na, Fe, K … Do đó, việc đánh giá chất lượng hạt đậu xanh thường được quan tâm nghiên cứu, thông qua những phân tích thành phần hoá sinh trong hạt như: hàm lượng protein, lipid, đường, hàm lượng và thành phần amino acid ...Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu cũng tập trung về đặc điểm hình thái, giải phẫu, năng suất của các giống đậu xanh, cũng như xác định về nguồn gốc, thời vụ và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố ngoại cảnh đến sinh trưởng, năng suất của các giống đậu xanh. Trong những năm gần đây, theo hướng tiếp cận mới dựa trên các phân tích về protein, DNA và RNA đã có những công bố như: nghiên cứu tính đa hình protein của các giống đậu xanh địa phương bằng kỹ thuật phân tích thành phần điện di protein dự trữ trong hạt, nghiên cứu hiện tượng tính đa dạng DNA được nhân bản ngẫu nhiên … Các kết quả này là nền tảng cho việc làm sáng tỏ bản chất, các cơ chế phân tử trong cơ thể thực vật và trong cây đậu xanh. 

Mọt gây hại đậu xanh có mặt khắp thế giới, các vùng trồng đậu xanh ở nước ta đều có loại mọt này. Mọt đậu xanh không chỉ gây hại cho hạt đậu xanh mà còn gây thiệt hại cho các loại đậu khác như: đậu tằm, đậu đũa, đậu Hà Lan, đậu tương, hạt sen ... Trong đó, đậu xanh là bị thiệt hại nặng nhất với tỷ lệ thiệt hại là 100%. Để giảm thiệt hại do mọt gây ra cho hạt đậu xanh, hiện nay có một số phương pháp phòng trừ như sau: Chọn lọc cây sạch bệnh để làm giống; Trồng cách ly ruộng làm giống với ruộng đậu thương phẩm; Vệ sinh đồng ruộng, luân canh cây trồng, thu dọn tàn dư cây bệnh trên đồng ruộng; Nhổ bỏ những cây bị bệnh trên ruộng, tránh lây lan từ cây bệnh sang cây khỏe; Diệt trừ côn trùng truyền bệnh (rệp, bọ trĩ) bằng các loại thuốc hoá học. Hiện nay bệnh do vi sinh vật (côn trùng) sống tiềm ẩn gây hại chưa có thuốc đặc trị. Tuy nhiên, các biện pháp nêu trên không mang lại hiệu quả cao trong việc phòng trừ đối với bệnh mà lại tốn nhiều thời gian, công sức. Vì thế, hướng giải quyết hiệu quả để chống lại bệnh do mọt gây ra hiện nay là tạo ra những giống cây trồng nói chung và cây đậu xanh chuyển gen nói riêng có khả năng kháng loại mọt gây hại này.

Một số nghiên cứu về khả năng kháng côn trùng, kháng nấm, kháng virus đã được tiến hành trên một số loại cây trồng đều thống nhất rằng đặc tính kháng mọt hại hạt (kháng côn trùng) của cây trồng rất phức tạp và do gen defensin quy định. Carvalho và cs (2011) đã nghiên cứu xác định được cấu trúc và hoạt tính sinh học của defensin thực vật và đề xuất ứng dụng trong công nghệ sinh học. Theo nghiên cứu của Henrik và cs (2009) đã cho thấy defensin giúp cây có thể chống lại tác nhân gây bệnh. Chức năng defensin không chỉ giới hạn ở hoạt tính kháng khuẩn, nó còn tham gia vào các tín hiệu tế bào và điều hoà sự tăng trưởng. Tavares và cs (2008); Henrik và cs (2009) đã nghiên cứu defensin từ hoa. Kết quả cho thấy rằng defensin (DEF2) ở cà chua được thể hiện trong quá trình phát triển hoa sớm. Defensin phong phú, biểu hiện hoạt động đa dạng, bao gồm cả sự ức chế các enzym tiêu hóa trong ruột côn trùng và ức chế vi khuẩn hoặc nấm. Các nghiên cứu về các peptide đã góp phần giúp chúng ta hiểu về cơ chế kháng bệnh giúp tạo cây trồng chuyển gen góp phần cải thiện giống cây trồng tăng sức đề kháng tác nhân gây bệnh. Liu và cs (2006) đã nêu rõ vai trò của defensin ở đậu xanh trong hoạt động chống côn trùng, gây ức chế hoạt động của enzyme amylase trong đường tiêu hóa của côn trùng. Các nghiên cứu của Chen và cs (2002), Chen và cs (2004) và Thomma và cs (2002) về defensin thực vật cũng đều khẳng định vai trò của defensin thực vật trong việc kháng lại sinh vật gây hại và chuyển gen defensin thực vật sẽ giúp tăng cường khả năng kháng bệnh của cây. Đến nay, trình tự của hơn 80 gen defensin thực vật khác nhau từ các loài thực vật khác nhau đã được nghiên cứu. Trong cây Arabidopsis thaliana, có ít nhất 13 gen defensin.

            Cơ chế gây độc của defensin đối với côn trùng (mọt) ở hạt đậu xanh được mô tả như là sự cản trở enzyme phân giải tinh bột, làm cho ấu trùng không thể tồn tại được. Khi côn trùng ăn hạt đậu xanh thì defensin đã ngăn chặn sự tiêu hoá tinh bột do ức chế hoạt động của enzyme amylase, vì vậy kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển và dần mọt sẽ chết. Những thực vật cung cấp đủ defensin thì sẽ giết chết được ấu trùng của mọt.

Cây đậu xanh là một loại cây trồng ngắn ngày và là một trong những cây trồng truyền thống ở Việt Nam. Cây đậu xanh được khuyến khích trồng không chỉ bởi những giá trị dinh dưỡng cao trong hạt mà còn là cây có khả năng cải tạo đất, chống xói mòn và có thể dùng để làm phân xanh.Vì vậy, cây đậu xanh được xếp là một trong ba cây công nghiệp ngắn ngày chính của nước ta cùng với cây lạc và cây đậu tương. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới, đặc điểm khí hậu thường nóng ẩm. Đây là điều kiện tốt để phát triển sản xuất nông nghiệp tuy nhiên cũng là yếu tố thuận lợi cho sâu hại phát sinh phát triển gây tổn thất nghiêm trọng tới năng suất và phẩm chất của nông sản. Theo ước tính, tổn thất sau thu hoạch khoảng từ 10% - 30% sản lượng cây trồng nông nghiệp. Điều này có nghĩa là khoảng 10% - 30% lượng lương thực không bao giờ được sử dụng và cũng là tỷ lệ tổn thất của công sức và tài chính đầu tư trong sản xuất nông nghiệp. Lượng nông sản bị hao hụt này có thể ảnh hưởng đến an ninh lương thực của một phần dân số thế giới. Do đó, việc đánh giá và hạn chế tổn thất sau thu hoạch là công tác rất có ý nghĩa trong việc đảm bảo lương thực trong điều kiện hạn chế diện tích trồng trọt và dân số đang gia tăng hiện nay.

Đối với nhóm nông sản là hạt thì một trong những nguyên nhân chính gây tổn thất đến số lượng và chất lượng hạt là côn trùng mà chủ yếu là Bộ cánh cứng (thường gọi là mọt). Các loài mọt gây hại chủ yếu cho đậu đỗ là: mọt đậu xanh (Callosobruchus chinensis L.), mọt đậu đỏ (Callosobruchus maculatus F.), mọt đậu nành (Ancanthoscelides obtectus)… Trong đó, mọt đậu xanh Callosobruchus chinensis L. thuộc họ Bruchid, bộ Coleoptera là loài gây hại chủ yếu cho hạt đậu xanh. Ngoài ra, mọt đậu xanh còn gây hại trên các loại đậu khác như: đậu đậu đũa, đậu Hà Lan, đậu đen … Mọt có thể gây thành dịch từ một số lượng nhỏ cá thể do khả năng sinh sản lớn và thời gian phát triển cá thể ngắn. Sự tổn hại do mọt gây ra là rất lớn, do đó công tác phòng trừ mọt đậu nói chung và mọt đậu xanh nói riêng đang là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Vì vậy, trong công tác chọn tạo giống thì bên cạnh yếu tố năng suất cao và chất lượng tốt thì khả năng chống chịu với điều kiện ngoại cảnh trong đó có khả năng kháng mọt ở hạt là vấn đề cần thiết trong lĩnh vực chọn giống đậu đỗ nói chung và chọn giống đậu xanh nói riêng.

Hiện nay, đã có các công trình nghiên cứu về cây đậu xanh trên phương diện hình thái, năng suất, đánh giá sự đa dạng về kiểu gen, kiểu hình và đa hình protein … của các giống đậu xanh địa phương. Một số nghiên cứu bước đầu đánh giá về khả năng kháng côn trùng, kháng nấm, kháng virus … trên một số loại cây trồng trong đó có cây đậu xanh. Tuy nhiên, ở Việt Nam, những nghiên cứu trên cây đậu xanh mới tập trung đánh giá về mức độ thiệt hại mà còn ít nghiên cứu xác định về cơ chế phân tử của tính chống chịu sinh vật hại nói chung và tính kháng mọt nói riêng. Theo các nghiên cứu đã công bố, đặc tính kháng mọt hại hạt (kháng côn trùng) của cây trồng rất phức tạp và do gen defensin quy định.

Defensin thực vật là nhóm chuỗi peptide nhỏ đặc trưng bởi cấu trúc gấp cuộn ba chiều qua tám cầu nối disulfide của các cystein. Defensin thực vật hoạt động mạnh sẽ tổng hợp protein ức chế, ảnh hưởng đến chức năng kênh ion, tác động đến hoạt động của α-amylase và trypsin, làm suy yếu vi sinh vật… Cơ chế gây độc của defensin đối với côn trùng (thường gọi là mọt) ở hạt đậu xanh là khi côn trùng phá huỷ những hạt đậu xanh thì defensin đã ngăn chặn sự tiêu hoá tinh bột của côn trùng và ức chế sự sinh trưởng phát triển của chúng. Như vậy, cơ chế tác động của defensin như là một sự cản trở enzyme amylase phân giải tinh bột làm cho mọt không thể tồn tại được. Ngoài ra, defensins thực vật còn ức chế sự phát triển của một loạt các loại nấm và một số loại virus gây hại lương thực.

Xác định được trình tự gen defensin ở hệ gen cây đậu xanh nhằm thiết kế vector chứa gen defensin biểu hiện ở hạt phục vụ tạo cây đậu xanh chuyển gen kháng mọt

Tải file Phân lập gen defensin liên quan đến khả năng kháng mọt ở hạt đậu xanh tại đây