Cây trồng GMO – Thành tựu và thách thức pot

PP chọn giống truyền thống Traditional Breeding • không cần KT cao, • Chỉ giới hạn trong phạm vi cùng loài, • Tất cả gien/ttrạng được khảo sát chung ~45.000 gien ~25.000 gien Chọn giống

Seminar 4.1

Cây trồng GMO

– Thành tựu và thách thức

Cây trồng GMO

– Những thành tựu

PP chọn giống truyền thống (Traditional Breeding)

• không cần KT cao,

• Chỉ giới hạn trong phạm vi cùng loài,

• Tất cả gien/ttrạng được khảo sát chung

~45.000 gien

~25.000 gien

Chọn giống cây trồng

Từ rất lâu, nông dân đã tiến hành ‘chọn giống’ một cách vô thức (không cần biết PP và cơ chế) bằng cách chọn lại các cây tốt trên đồng ruộng để làm giống cho những vụ kế tiếp

Nhận diện các đặc tính tốt và đưa các đặc tính này vào thế hệ sau

nguyên tắc cơ bản, quan trọng của việc chọn giống cây trồng Thành tựu của CNSH trên thực vật cho phép nhận diện và thay đổi các gien để có được tính trạng mong muốn

Ngày nay, các nhà KH có thể chuyển gien từ loài này sang loài khác
tạo ra các sản phNm chuyển gien (Genetically Modified Organism)

Các thực phNm mang các sản phNm chuyển gien được gọi

là ‘Thực phNm chuyển gien’ (GM food)

Genetically Modified Organisms

các dạng GMOs ?

- Chọn lọc nhân tạo và chọn

giống truyền thống,

- Các dạng chuyển gien,

- Các PP khác,

- ĐB gien định hướng

(targeted mutagenesis),

- ‘gene introgression’,

- ?

N guồn tác động

Humans (~30.000 năm) Humans (~30 năm) Bacteria (eons) Humans (~15 năm) Bacteria (eons)

Lịch sử phát triển của cây trồng chuyển gien

Cây trồng chuyển gien được tạo ra đầu tiên từ những năm 1980 bởi 3 nhóm nghiên cứu Đây là những cây trồng kháng với chất kháng sinh và thuốc trị ung thư
cho thấy tiềm năng ứng dụng của cây chuyển gien

‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ’94 ‘95 ’96 ’97 ’98 ’99 ‘00 ’01 ‘02

First

transgenic

plant

Delay-ripening tomato Commercialized in the US First field tests 6/92

Herbicide resistant, insect resistant plants commercialized

GM maize approved by EU

First Bt corn plants 6/90

Rotting resistant tomato approved by FDA các nghiên cứu tiếp theo ạo ra được các cây trồng kháng thuốc trừ cỏ, kháng côn trùng, kháng víu và đã được thương mại hóa.

Tại sao phải tạo ra các SP chuyển gien ?

PP lai tạo truyền thống để tập họp những gien tốt mong muốn thường được sử dụng Tuy nhiên, PP này tốn nhiều thời gian, công sức và chỉ áp dụng được trong phạm vi cùng loài, hoặc giữa các loài rất gần nhau trong hệ thống phân loại

Đứng về khía cạnh kinh tế và nông nghiệp, cây trồng cần phải có

N S cao, phNm chất tốt, kháng sâu bệnh, thích nghi tốt với các hoàn cảnh khắc nghiệt

Để đạt được những đặc tính này, PP cải thiện về mặt di truyền tỏ ra

là một giải pháp hiệu quả

KT chuyển gien cho phép khác phục được nhược điểm này, vượt qua giới hạn của loài, với PP tương đối đơn giản

Các đặc tính thường được quan tâm trên TV

• N ăng suất cao, chất lượng tốt, giàu dinh dưỡng

• Kháng sâu bệnh, cỏ dại, các đk bất lợi của môi trường (nước, ddưỡng )

• Khả năng chịu đựng được những điều kiện giới hạn của môi trường
khả năng thích nghi rộng

• Cho lợi nhuận cao

Tăng khả năng chống chịu đối với các đk bất lợi của môi trường, VD; lạnh, nóng, khô hạn, sâu bệnh

Ưu điểm của sản phNm chuyển gien

Giảm các thành phần bất lợi trong sản phNm, VD, các chất

gây dị ứng

Tăng năng suất, VD: tăng kích thước và số lượng hạt

Cải thiện phNm chất, VD: mùi vị, cấu trúc, hàm lượng các

chất dinh dưỡng trong sản phNm

Theo dự báo của các cơ quan nghiên cứu của Mỹ, dân số thê giới sẽ đạt 7,15 tỉ người vào 2015, trong đó 575 triệu người sẽ đối mặt với nạn đói và thiếu dinh dưỡng

Với tác dụng giúp gia tăng sản lượng cây trồng và chất lượng dinh dưỡng, các sản phNm GM là giải pháp tiềm năng để giải quyết khó khăn này

PP chọn giống truyền thống

Gien cần chuyển

Giống địa phương

(giống cho)

Giống ưu tú (giống nhận)

Giống mới

Gien cần chuyển

(nhiều gien khác cùng được chuyển)

Công nghệ di truyền

Gien cần chuyển Giống ưu tú Giống mới

(chuyển gien)

=

Gien cần chuyển (Chỉ có gien cần chuyển được chuyển vào)

Cây trồng chuyển gien

• Được tạo ra dựa trên KT ADN tái tổ hợp,

• Chỉ 1 gien/ttrạng được chuyển,

• KT không bị giới hạn trong cùng loài

Sản phNm chuyển gien được tạo ra như thế nào ?

chuyển gien vào TV

…bằng PP vật lý hay bằng Agrobacterium tumefaceins

sử dụng các KT di truyền:

VD: KT di truyền

sử dụng VK, virus

Roundup Ready™ Soybeans Một vài ví dụ về cây trồng chuyển gien hiện nay

+ Cỏ dại là vấn đề quan trọng trong nông nghiệp
ảnh hưởng đến N S + Thuốc trừ cỏ RoundupTM và Liberty LinkTM có khả năng diệt được rất nhiều loại cỏ

+ Gióng cây trồng kháng thuốc trừ cỏ
rất cần thiết

Tăng N S

+ Hấp thu N tốt hơn

+ ↑ hấp thu Oxygen

+ ↑ hiệu quả sử dụng P

+ ↑ quang hợp

Kháng côn trùng

Bắp lai mang gien Bt Bắp lai không mang Bt (bị tấn công ởi

sâu đục trái)

Gien Cry từ VK Bacillus

thuringiensis (Bt) tổng hợp

protein Cry
tác động độc

đối với nhiều loại côn trùng

sản phNm chuyển gien Bt

Đu đủ chuyển gien

kháng ringspot virus

Kháng virus

Giống bí đỏ Freedom II chuyển gien, kháng được virus khảm vàng của mướp và virus khảm II của dưa hấu.

Các nhà KH đang cố gắng ta\jo

ra giống kháng được cùng lúc 5 loại virus

Chống chịu mặn

Cà chua chuyển gien

Cà chua không chuyển gien

Chống chịu điều kiện hạn hán

N ormal rice

“Golden” rice

Golden Rice

Bằng KT di truyền, có thể tạo ra giống

lúa có hàm lượng beta-carotene cao

Trong cơ thể người, beta-carotene

chuyển hóa thành vitamin A

> 120 triệu trẻ em trên thế giới bị thiếu

vitamin A
Golden Rice là giải pháp

tiềm năng giúp 1-2 triệu người/năm

thoát chết vì thiếu vitamine A.

SX dược phNm trong cây trồng

Cây trồng chuyển gien = “bioreactors”  SX các loại protein (> thập kỷ)

Gần đây, các nhà KH dự kiến tạo vaccine ‘ăn được’

Vaccine ‘ăn được’ (Edible vaccine) = vaccine do cây trồng tạo ra, hấp thụ vào cơ thể qau đường miệng  rẽ tiền, dễ SX với số lượng lớn, dễ sử dụng, hiệu quả cho nước nghèo

Thử nghiệm đàu tiên vào 1997, Vaccine

chống lại độc tố của VK E.coli tạo ra trên

cây khoai tây Kết quả cho hiệu quả tốt và

không có ảnh hưởng phụ

Vol 19, No 3 Feb

1, 1999

Dự kiến hiện nay là tạo vaccine chống viêm gan siêu vi B trên cây thuốc lá và cây khoai tây.

N goài ra, vaccine chống độc tố của E.coli, virus viêm phổi, virus gây bệnh sởi và

N orwalk virus cũng đã thành công.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy triển vọng to lớn của ứng dụng này để phòng ngừa bệnh

Vaccine ‘ăn được’

Dự kiến tương lai là tạo vaccine trên chuối, loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thến giới, đặc biệt là các nước đang phát triển.

Diện tích trồng GM trên thế giới

114 65 49

102 61 41

90 56 34

1.7 Tổng cộng

(triệu ha)

N ước ↑

N ước đang ↑

2007 2006

2005 1996

Diện tích trồng GM

Cây trồng GMO – N hững thách thức

Tóm tắt lịch sử phát triển của các SV chuyển gien

• VK chuyển gien (E coli),

– không cho thấy nguy hiểm,

– Cho thấy lợi điểm (có thể)

• Virus chuyển gien,

– không cho thấy nguy hiểm,

– Cho thấy lợi điểm (có thể)

• Transgenic plants,

– cho thấy nguy hiểm (chưa có), – Cho thấy lợi điểm

N hững vấn đề liên quan đến sản phNm GM

Tạo ra các loài kháng thuốc cỏ và thuốc trừ sâu trong tự nhiên
sinh thái

Vấn đề về tín ngưỡng, 1 số người không ăn TV chứa gien ĐV

tín ngưỡng

Phát tán do lai xa với các loài khác
sinh thái

Vấn đề về tín ngưỡng do chuyển gien giữa ĐV và TV
tín ngưỡng

Thay đổi cân bằng sinh thái do tạo ra các SV chưa từng có
sinh thái

Sự phát triển KT quá nhanh, chưa hiểu biết hết về hệ quả của nó

sức khỏe

Để bảo đảm an toàn, trước khi bất kỳ SP GM nào được thương mại hóa, cần được khảo sát thận trọng về độ an toàn
sức khỏe

Các nguy cơ tiềm năng

• guy cơ xâm lấn (cỏ dại)

• Ảnh hưởng trực tiếp đến các SV khác

• Ảnh hưởng gián tiếp đến các SV khác

• Tạo ra các loại virus mới gây bệnh

• hiều kết quả không mong đợi khác

Các nguy cơ tiềm Nn

(guy cơ xâm lấn)

Ở Mỹ, đã có 50.000 tác nhân

xâm lấn (theo con đường

truyền thống)

– do các giống cây trồng vụ

trước còn sót lại,

– do lai tạp với các giống

hoang dại tại chỗ

Tác động trực tiếp (lên các SV khác)

• guy cơ đối với các SV khác, – Côn trùng thụ phấn, – Côn trùng ghé qua,

• Hệ sinh thái trong đất, – Tốc đọ phân hủy, – chu trình carbon, – chu trình 

Tác động gián tiếp (lên các SV khác)

• Diệt cỏ dại = Diiejt những loài

sống nhờ vào cỏ dại,

• Tác động tích lũy,

– Các SV ăn tàn dư TV, tích lũy

độc tố,

– Khi các ccon trùng này bị các

côn trùng khác ăn, độc tố

được chuyển sang SV khác,

– Tích lũy và truyền độc tố qua

dây chuyền thức ăn Bee on Red Clover

Tạo ra các loại virus mới gây bệnh

• Cây trồng kháng virus
áp

lực hcojn lọc tạo virus mới,

– do đột biến,

– do tái tổ hợp,

• Lai xa (heteroencapsulation),

– virus làm di chuyển gien từ

SV này sang SV khác,

– thể hiện nguy cơ tiềm Qn

Các nguy cơ tiềm Nn khác

• Tính độc quyền về kinh tế của các quốc gia và các công ty

SX hạt giống GM

• Thay đổi tập quán canh tác của nông dân,

• Khả năng gây dị ứng của các SP GM,

• Ảnh hưởng dđén việc bảo quản nguồn vật liệu di truyền tự nhiên,

• Chưa đánh giá hết được các mức độ ảnh hưởng đến môi trường

The Precautionary Principle

Hết seminar 4.1