Công nghệ chuyển gen thực vật

Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển geno Sự khó khăn là phải xác định được kiểu tế bào nào trong cây có khả năng tiếp nhận sự biến nạp.. coli Biến nạp vào mô hoặc tế bào thực vật

Công ngh chuy n gen th c ệ ể ự

v t ậ

o Tốn nhiều thời gian.

+ công nghệ chuyển gen trong tạo

I Khái niệm chung

o Cây chuyển gen là cây mang một hoặc nhiều

gen được đưa vào bằng phương thức nhân

tạo.

o Những gen được đưa vào có thể phân lập từ

những loài có quan hệ họ hàng hoặc từ những loài

khác biệt hoàn toàn.

o Công nghệ chuyển gen cho phép nhà tạo giống

cùng lúc đưa vào một cây trồng những gen mong

muốn.

Lợi ích từ cây chuyển gen

Tăng sản lượng

Giảm chi phí sản xuất

Tăng lợi nhuận

Cải thiện

môi

trường

+ Các sản phẩm từ thực vật chuyển gen:

o Lúa gạo giàu vitamin A và sắt.

o Khoai tây tăng hàm lượng tinh bột.

o Giống ngô có thể trồng trong điều kiện nghèo dinh dưỡng.

o Dầu đậu nành, dầu cải có lợi cho sức khỏe.

+ Những nguy cơ tiềm ẩn trong việc phát triển kỹ thuật mới

o Vô tình đưa những chất gây dị ứng hoặc giảm dinh dưỡng vào thực phẩm.

o Phát tán gen biến nạp sang cây trồng hoang dại.

o sự tăng cường tính kháng của sâu bệnh.

o Nguy cơ các chất độc trong cây tiêu diệt các côn trùng có lợi

làm mất cân bằng sinh thái.

L ch s phát tri n c a công ngh chuy n gen ị ử ể ủ ệ ể

Nh ng cây chuy n gen đ u tiên đ c t o ra trong đ u nh ng năm 1980 ữ ể ầ ượ ạ ầ ữ

Cây tr ng kháng thu c ồ ố

di t c , kháng sâu b nh ệ ỏ ệ

đ c th ng m i hóa ượ ươ ạ

Ngô bi n đ i gen đ c ế ổ ượ

II Các nguyên tắc cơ bản của chuyển gen

1 Nguyên tắc sinh học

Một số vấn đề sinh học ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen:

1 Không phải tất cả các tế bào đều thể hiện tính toàn năng.

2 Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm

nhập của một gen ngoại lai.

2 Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển gen

o Sự khó khăn là phải xác định được kiểu tế bào nào trong cây

có khả năng tiếp nhận sự biến nạp.

o Hạt phấn được coi là nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp.

3 Các bước cơ bản trong chuyển gen

Xác định gen liên

quan đến tính trạng

Gắn gen vào vector biểu hiện để biến nạp

Biến nạp vào E coli

Biến nạp vào mô hoặc

tế bào thực vật

Chọn lọc các thể biến nạp

Tái sinh cây biến nạp

Tách chiết DNA plasmid

+Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens

Chuyển gen bằng phương pháp hóa học

Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm

Chuyển gen bằng vi tiêm

Chuyển gen bằng xung điện

Chuyển gen bằng súng bắn gen

Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn

+ Phương pháp chuyển gen trực tiếp

III Các hướng nghiên cứu và một số thành tựu tron

lĩnh vực tạo thực vật chuyển gen

1

2

Các hướng nghiên cứu

Một số thành tựu trong lĩnh vực thực vật chuyển gen

1 Các hướng nghiên cứu

+ Chuyển gen kháng nấm gây bệnh

16

Chuyển hai gen chitinase và glucanase (làm thoái hóa các thành phần chính của vỏ TB nấm) giúp tăng tính kháng nấm gây bệnh.

Thuốc lá

Cà chua

Gen mã hóa α- thionin – cystein được chuyển vào cây thuốc lá cũng phòng trừ

được VK Pseudomonas syringae

Dùng gen mã hóa enzyme làm thoái hóa thành TB VK

Chuyển gen sản xuất protein làm giảm độc tố của VK

lá và khoai tây => Phòng trừ VK

Erwina carotovora

+ Chuyển gen kháng virus gây bệnh:

Có nhiều cách tạo cây kháng virus:

o Chuyển gen mã hóa protein vỏ của virus

o Chuyển gen tạo enzyme phân giải virus

o Chuyển gen có trình tự đối bản (antisens) với ARN

của virus => virus không nhân lên được

Lá cây đu đủ chuyển gen kháng PRSV và đối chứng (PRSV: papaya ringspor virus, gây bệnh đốm vòng)

Cây thuốc lá chuyển gen kháng virus CMV và đối

chứng

19

Đu đủ chuyển gen

kháng virus

Đu đủ đối chứng

Cà chua chuyển gen kháng sinh vật kí sinh

(phải) và cà chua đối chứng (trái)

+ Chuyển gen kháng côn trùng phá hoại

các receptor đặc trưng

Chết

Các cây trồng như bông, ngô, khoai tây

đã được chuyển gen này để tạo ra tính kháng với côn trùng

Ngô (Bt corn) mang gen Bt

(chống sâu hại)

–Chuyển một phức hợp gồm gen rolC của A

tumefaciens và promoter CaMV 35S (cauliflower mosaic

virus: virus gây bệnh khảm ở súp – lơ) vào cây thuốc lá và

đã thu được cây chuyển gen bất thụ

–Kết quả này đang được nghiên cứu và áp dụng trên nhiều cây khác

24

+ Chuyển gen mang tính bất thụ đực

–Gần đây, các nhà nghiên cứu của ĐH Bristol (Anh) đã thông báo về việc sản xuất hai chuỗi dài acid béo không tạo cholesterol với số lượng lớn ở thực vật bậc cao.

VD: chuyển gen vào cây Arapidopsis thaliana tạo ra

được các acid béo thiết yếu như arachidonic acid và eiconsapentaenoic acid

25

+Chuyển gen để sản xuất các acid béo thiết yếu

–Cây mù tạt Ấn Độ (Brassica juncea) vốn có khả năng

kháng và hấp thụ selen (độc với thực vật ở hàm lượng cao) Khi chuyển thêm gen tạo enzym đói selen vào làm cây này hấp thụ selen cao 3,4 lần

–Tuy nhiên, khả năng cây chuyển gen này sẽ lai với các loại hoa màu khác là một điều đáng lo ngại

26

+ Làm sạch đất ô nhiễm

– Chuyển gen vào đậu tương và ngô:

o Hàm lượng dầu cao hơn, cung cấp nhiều năng lượng hơn cho

bò, lợn và gia cầm.

o Hàm lượng các loại amino acid không thay thế cao hơn.

o Tăng hàm lượng phosphore trong thức ăn chăn nuôi.

27

+ Làm thức ăn chăn nuôi

Chuyển gen chịu hạn/chịu mặn

• Tạo ra cây trồng có khả năng chịu đựng thời kỳ hạn hán dài ngày hoặc lượng muối cao trong đất và nước ngầm sẽ giúp ích rất nhiều cho nông dân

28

Lúa biến đổi gen trồng trên đất mặn

cho năng suất cao

2 Một số thành tựu

• a Các cây trồng quan trọng đã được phát triển

Cải dầu Chống chịu chất diệt cỏ, hàm lượng

laurate, oleic acid cao

Khoai tây Kháng côn trùng, kháng virus

29

Giống lúa vàng giàu vitamin

A

Đu đủ chuyển gen kháng

virus

“ Siêu cà chua” đẩy lùi ung

• Ở Việt Nam hiện có 3 cây biến đổi gen đang tồn tại là lúa, ngô, bông

• Từ năm 2002 đã chuyển hướng sang cải tạo những cây lấy củ (khoai, sắn)

• Đi xa hơn có các công trình như cây bông kháng sâu, cây đu đủ kháng bệnh đốm vòng, chuyển gen tổng hợp carotene vào cây lúa hay công trình lúa kháng sâu.

33

• b Các loại cây trồng đang được phát triển

Chuối Kháng virus, giun tròn, nấm và chín chậm

Khoai lang Kháng virus

34

3 Tình hình sản xuất thực vật chuyển gen trên thế giới

- Từ năm 1996 đến năm 2003, diện tích cây trồng biến đổi gen tăng 40 lần ( từ 1,7 triệu ha/1996 lên 67,7 triệu ha/2003)

- Trong đó, diện tích các nước đang phát triển chiếm 1/3 diện tích trồng cây biến đổi gen của thế giới.

- Năm 2003, hai cây trồng giữ vị trí hàng đầu là đậu tương kháng thuốc diệt cỏ ( 41,4 triệu ha) và ngô Bt với diện tích 9,1 triệu ha.

Nguồn: world-2011-map

http://www.guardian.co.uk/environment/graphic/2012/feb/09/gm-crops-Hiện trạng cây trồng biến đổi gen thương mại trên thế giới

2011, đơn vị triệu ha

 Nguy cơ tiềm ẩn của thực vật chuyển gen

37

Môi trường

Hủy hoại môi trường

Đe dọa thế giới sinh vật.

Giảm hiệu quả thuốc trừ sâu.

Chuyển gen sai mục đích.

Sức khỏe con người

Nguy cơ gây dị ứng Hậu quả tiềm tàng

Kinh

tế Tốn kém và mất nhiều thời gian

Các h n ch và nguy c c a sinh ạ ế ơ ủ

II Các hạn chế về kỹ thuật và lý thuyết

o Các con vật chuyển gen được con người nuôi.

o Chúng không phải tìm kiếm thức ăn, không phải chống lạnh,

không bị stress nhiệt, không phải tìm kiếm bạn tình, không phải lo

sự tiêu diệt của kẻ thù…

o Vì vậy, các gen cần cho sự sống hoang dại là không có vai trò gì và

có thể quan sát thấy trong các điều kiện nuôi dưỡng thuận lợi.

o Nhiều thử nghiệm nhằm vào sự biểu hiện dị thường của các thể đột biến là đang được sử dụng.

III Vấn đề an toàn sinh học ở vùng tiếp giáp với sinh vật chuyển

gen

o An toàn sinh học và sản phẩm biến đổi gen là vấn đề đang được tranh

luận ở nhiều quốc gia, nhiều tổ chức trên thế giới.

o Vật liệu di truyền của các sinh vật chuyển gen đã bị biến đổi theo ý

muốn chủ quan của con người.

o Ngoài ra cũng có thể có những sinh vật được tạo ra do quá trình lan

truyền của gen trong tự nhiên.

o Ví dụ quá trình lai xa giữa cỏ dại với cây trồng biến đổi gen có cùng họ

hàng có thể tạo ra loài cỏ dại mang gen biến đổi.

IV Sự gieo rắc sinh vật chuyển gen vào môi trường có chủ ý

1 Động vật chuyển gen

môi trường có chủ ý

đánh giá các nguy cơ gieo rắc gen chuyển.

trưởng nhanh hơn so với cá đối chứng không chuyển gen ở các trại cá

o Một thí nghiệm khác được thực hiện với cá medaka chuyển gen đã cho các kết quả hoàn toàn khác nhau Gen hormone sinh trưởng chuyển vào cá medaka làm nhanh quá trình sinh trưởng của chúng.

trưởng nhanh có thể tác động có hại và không kiểm soát được đối với động vật hoang dại.

2 Thực vật chuyển gen

hạn, chịu mặn,kháng bệnh…) thì khả năng phát triển lan tràn trong quần thể thực vật tự nhiên là nhỏ bởi vì cây trồng ngày nay không có khả năng xâm lấn được trong môi trưởng tự

nhiên.

có thể làm phát sinh các loại sâu mới kháng lại các cây trồng chuyển gen này Đây là nguy cơ hoàn toàn có thất

V Nguy cơ đối với người tiêu dùng

là tăng tính nhạy cảm các mầm bệnh có thể ảnh hưởng chăn nuôi và con

người.

độc tính của protein tái tổ hợp trong thực phẩm chuyển gen là chỉ biểu hiển các protein này ở các bộ phận cần thiết đối với tính trạng mong muốn

qua nhiều thí nghiệm rất ngặt nghèo mà các thực phẩm thông thường không phải trải qua.