bai giang T.MAN 1

Gây đột biến tạo nguồn vật liệu ban đầu cho tạo giống mới Khái niệm: dựng tỏc nhõn gõy đột biến để đổi mới vật liệu di truyền của giống cũ Quy trình: - Xử lí mẫu vật - Chọn lọc các

Các vấn đề mới và khó

Ch ơng 4

ứng dụng di truyền học

GV CHU VĂN MẫN

Bµi 22 vµ 23. chän gièng vËt nu«i

nguån nguyªn liÖu Cho t¹o gièng míi

Nguån gen tù nhiªn Nguån gen g©y t¹o

Nguån gen tù nhiªn

sinh gièng c©y trång

Nguồn gen gây tạo

Lai tạo:

Nguồn biến dị đột biến

lai h÷u tÝnh t¹o Nguån biÕn dÞ tæ hîp

T¹o gièng

thuÇn chñng

T¹o gièng

cã u thÕ lai cao

Một sơ đồ lai ví dụ

Gây đột biến

tạo nguồn vật liệu ban đầu

cho tạo giống mới

Khái niệm:

dựng tỏc nhõn gõy đột biến

để đổi mới vật liệu

di truyền của giống cũ

Quy trình:

- Xử lí mẫu vật

- Chọn lọc các thể đột biến

- Tạo dòng thuần chủng

cơ sở khoa học của việc gây đột biến

để tạo giống mới

- Mỗi một kiểu gen nhất định của giống chỉ cho

một năng suất nhất định

- Mỗi giống cụ thể sẽ cho một năng suất tối đa

nhất định trong điều kiện canh tác hoàn thiện

nhất Mỗi giống có một mức trần về năng suất

- Để có năng suất cao hơn mức trần hiện có của

giống, cần gây đột biến bằng việc sử dụng các tác nhân vật lí và hoá học, làm thay đổi vật liệu

di truyền của sinh vật, chọn lọc từ các thể đột biến những cá thể có đặc tính mong muốn

nội dung của quy trình tạo giống mới bằng ph ơng pháp gây đột biến

a) Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến

cần lựa chọn tác nhân gây đột biến thích hợp, tìm hiểu liều l ợng và xác định thời gian xử lí tối u

b) Chọn lọc các thể đột biến tạo nguyên liệu cho chọn giống

Phân tích ví dụ trong SGK

c) Tạo dòng thuần chủng

xem mục 2.1

Bài 24 Công nghệ tế bào

Công nghệ tế bào

g ồm

Công nghệ tế bào ở thực vật Công nghệ tế bào ở động vật

Nuôi cấy hạt phấn

• Hạt phấn có thể "mọc" trên môi tr ờng nuôi nhân tạo thành dòng

tế bào đơn bội

• Sự đa dạng của các giao tử do giảm phân tạo ra cho phép chọn lọc

đ ợc các dòng tế bào có bộ gen đơn bội khác nhau dựa vào sự biểu hiện thành kiểu hình của các alen lặn.

• Để có giống cây trồng cho s ả n xu t ấ thì cần l ỡng bội hoá các dòng

đơn bội này dựa vào gây đột biến đa bội các thể đơn bội thành thể

l ỡng bội

• u điểm nổi bật của ph ơng pháp là các giống cây trồng nhận đ ợc

đều thuần chủng

• Ví dụ tạo giống lúa chiêm chịu lạnh ng ời ta trực tiếp nuôi hạt

phấn ở môi tr ờng lạnh Khả năng chịu lạnh của hạt phấn có thể

do gen đột biến, do tổ hợp gen mới.

Nuôi cấy tế bào

 Dựa vào khả năng tạo mô sẹo là mô gồm nhiều tế bào ch a biệt hoá, có khả năng sinh tr ởng mạnh từ đó điều khiển cho

tế bào biệt hoá thành các mô khác nhau (rễ, thân, lá ) và tái sinh thành cây tr ởng thành

 Dựa vào việc tìm ra môi tr ờng nuôi cấy chuẩn kết hợp với việc sử dụng các chất hoocmôn sinh tr ởng nh auxin, giberilin, xitokinin

 Kĩ thuật này cho phép nhân nhanh các giống cây trồng có năng suất cao, chất l ợng tốt, thích nghi với điều kiện sinh thái nhất định, chống chịu bệnh tật

Chọn dòng tế bào xôma có biến dị

• Nuôi cấy tế bào có 2n NST trên môi tr ờng nhân tạo

• Dựa vào biến dị số l ợng nhiễm sắc thể kiểu dị bội, chúng

sinh sản thành nhiều dòng tế bào có các tổ hợp nhiễm sắc thể khác nhau, với biến dị cao hơn mức bình th ờng

• ý nghĩa đặc biệt quan trọng của ph ơng pháp là tạo ra các

giống cây trồng mới có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu

Dung hợp tế bào trần

• Hai tế bào của 2 loài khác nhau đã loại vỏ xenlulôzơ có khả

năng dung hợp.

• Tế bào chất và 2 khối nhân đều hợp nhất thành một.

• Lai tế bào xôma đặc biệt có ý nghĩa vì giống mới mang đặc

điểm của cả hai loài mà bằng cách lai hữu tính không thể thực hiện đ ợc

Công nghệ

tế bào động vật

Cấy truyền hợp tử Nhân bản vô tính

nhanh

giống

Cải biến phẩm chất của giống

Các giống

đồng nhất

về kiểu gen

Cấy truyền hợp tử

Nhân bản vô tính bằng kĩ thuật chuyển nhân

• Vớ d t o c u Doly ụ ạ ừ

• Thành công này chứng tỏ, trong thực nghiệm, động vật có

vú có thể đ ợc nhân bản từ tế bào xôma, không cần có sự tham gia của nhân tế bào sinh dục, chỉ cần chất tế bào của một noãn bào

• Nhằm nhân nhanh giống vật nuôi quý hiếm hoặc tăng

năng suất trong chăn nuôi

• Kĩ thuật này còn cho phép tạo ra các giống động vật mang

gen ng ời, nhằm cung cấp cơ quan nội tạng của ng ời cho việc thay thế, ghép nội tạng cho ng ời mà không bị hệ miễn dịch của ng ời loại thải.

Bài 25 và 26 Tạo giống

bằng công nghệ gen

 Công nghệ gen:

Bao gồm các kĩ thuật thao tác trên vật liệu

di truyền (hoặc gen) để điều chỉnh, sửa chữa, tạo gen mới, từ đó có thể tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới.

ligaza

-Enzim nèi c¸c nu.

Vect¬ chuyÓn gen

T¸ch dßng gen

Restrictaza

- enzim

giíi h¹n

Quy tr×nh chuyÓn gen

Sơ đồ chuyển gen bằng plasmit

Các restrictaza- enzim giới hạn

• Các restrictaza có tính chất chung là cắt cầu

diestephosphat nối các nucleotit cạnh nhau trong ADN và ARN

• Đặc điểm nổi bật là mỗi loại enzim nhận ra và cắt ADN ở

những nucleotit xác định nên gọi là các enzim giới hạn

• Enzim cắt thu đ ợc từ vi khuẩn

• Phân tử ADN của plasmit và đoạn gen cần cấy vào bị cắt

ra từ pt ADN cho do cùng một loại enzim cắt, vì vậy chúng tạo ra những đầu so le giống nhau, khi trộn hai sản phẩm này với nhau, chúng sẽ liên kết bổ sung cho nhau để tạo thành phân tử ADN tái tổ hợp.

Các ligaza

• Các enzim ligaza có sẵn trong tất cả các loại tế bào và có

vai trò quan trọng trong quá trình nhân đôi của ADN

• Xúc tác phản ứng nối (ligation) bằng cách hình thành cầu

diestephosphat nối các nucleotit liên tiếp nhau

• Đang dùng phổ biến là enzim ADN-ligaza của E coli và

của phage T4

Vectơ chuyển gen

• Công cụ chuyển gen có h ớng

• Vectơ chuyển gen phải là phân tử ADN có

khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong

tế bào vật chủ và mang đ ợc gen cần chuyển.

tách dòng gen

• Chọn thể truyền có các dấu chuẩn hoặc

các gen đánh dấu để nhận biết sự có mặt

của ADN tái tổ hợp trong tế bào thể

nhận.

• Ví dụ trong SGK

§éng

Vi sinh vËt

øng dông

ví dụ

Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin của ng ời

Insulin là hoocmôn tuyến tuỵ, có chức năng điều hoà glucôzơ trong máu Tr ờng hợp insulin do cơ thể sản xuất ra không

đủ hoặc mất chức năng sẽ bị bệnh đái tháo đ ờng, glucôzơ

bị thải ra qua n ớc tiểu.

• Gen tổng hợp insulin đ ợc tách ra từ cơ thể ng ời và chuyển

vào vi khuẩn E.coli bằng vectơ là plasmit

• Sản xuất ở quy mô công nghiệp, tổng hợp ra insulin giống

nh trong cơ thể ng ời với số l ợng lớn hơn rất nhiều, đáp ứng

đ ợc nhu cầu thuốc chữa bệnh của con ng ời.

Thực VậT

• Sản xuất các chất bột đ ờng với năng suất cao, sản xuất các

loại prôtêin trị liệu, các kháng thể và chất dẻo Thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể

• Chuyển gen bằng virut, chuyển gen trực tiếp qua ống phấn,

vi tiêm, dùng súng bắn gen

• Các ví dụ đ ợc trình bày: tính trạng đ ợc chuyển gen; những

cây trồng đ ợc chuyển gen

BiÕn n¹p gen vµ øng dông trong chän gièng ë thùc vËt

Mét sè thµnh tùu biÕn n¹p gen ë Thùc vËt

• C©y cµ chua chuyÓn gen

–Gen kÐo dµi thêi gian chÝn

• Lµm chËm qu¸ tr×nh chÝn nhòn qu¶

• T¨ng c êng chÊt l îng qu¶ vµ kÐo dµi thêi gian b¶o qu¶n sau thu ho¹ch

–Gen kh¸ng bÖnh virót

• Kh¸ng víi virót CMV

• Gãp phÇn gi¶m l îng thuèc trõ s©u sö dông trong qu¸

tr×nh trång trät C©y cµ chua chuyÓn gen kh¸ng virót (bªn tr¸i)

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật

Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật

Giống lúa đ ợc chuyển gen tổng hợp

β-carotene (giống lúa vàng) Sau

quá trình tiêu hoá, β-carotene đ ợc

chuyển hoá thành vitamin A

Khoảng 120 triệu trẻ em trên thế

giới bị các rối loạn do thiếu vitamin

A Giống lúa vàng mang lại “niềm

hy vọng“ trong việc bảo vệ khoảng

1 đến 2 triệu bệnh nhân bị các rối

loạn do thiếu vitamin A

Gạo bình th ờng

Gạo hạt vàng

động VậT

• Tạo đ ợc những giống mới có năng suất và chất l ợng cao

hơn về sản phẩm.

• Đặc biệt tạo đ ợc các giống mới sản xuất ra thuốc chữa bệnh

cho con ng ời d ới dạng thực phẩm

• Kĩ thuật vi tiêm, sử dụng tế bào gốc, dùng tinh trùng nh

vectơ mang gen“

Hai ph ¬ng ph¸p chuyÓn gen ë bß

C¶m ¬n

sù quan t©m theo dâi

cña quý vÞ

Phô lôc

Mét sè t liÖu vÒ c«ng nghÖ gen:

• Ph ¬ng ph¸p

• Thµnh tùu

Giới thiệu về gen chỉ thị (reporter gene)

Các gen chỉ thị là các gen có trách nhiêm thông báo là gen cần biến nạp đã gắn vào hệ gen mô thực vật và bắt đầu hoạt động hay

ch a Các gen chỉ thị th ờng đ ợc dùng bao gồm:

+ Prôtêin phát huỳnh quang xanh lục GFP *

(green fluorescence protein) và các dẫn xuất của nó.

+ Protêin chuyển trạng thái năng l ợng cộng h ởng phát huỳnh quang FRET (fluorescent resonance energy transfer)

β - galactosidaza & β - glucuronidaza

Lactoza Galactoza + Glucoza β - galactosidaza

β -D-glucuronid + H2O AxÝt glucuronic + Glucoza β - glucuronidaza

Sö dông gen chØ thÞ GUS (β - glucuronidaza)

VÐc t¬ chuyÓn gen

Sù biÓu hiÖn cña gen GUS

ë m« hoa (¶nh trªn) vµ m« l¸ (¶nh d íi) ® îc biÕn n¹p gen

Sö dông gen chØ thÞ Luciferaza

Sö dông gen chØ thÞ Luciferaza

Sö dông gen chØ thÞ GFP (green fluorescene protein)

Sö dông gen chØ thÞ GFP (green fluorescene protein)

ë thùc vËt

ë chuét thÝ nghiÖm

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở động vật

Ph ơng pháp chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)

 Ph ơng pháp chuyển gen nhờ vi tiêm là ph ơng pháp sử dụng các thiết bị hiển vi và máy vi nhu động để chuyển gen trực tiếp vào tế bào Đến nay, các tế bào đã đ ợc sử dụng ph ơng pháp này để chuyển gen gồm các tế bào protoplast (Chnorf và cs., 1991), các tế bào tiền phôi của hợp tử hay hạt phấn (Neuhaus, 1987).

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở động vật

2 Chỉ có thể thực hiện bởi các kỹ

thuật viên có kỹ năng cao

3 Đòi hỏi thiết bị t ơng đối đắt

tiền

Ph ơng pháp chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)

Sơ đồ súng bắn gen

ở thực vật

sóng b¾n gen ë thùc vËt

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật

Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật

–Kháng sâu (Bt)

• Kháng sâu bệnh (insect resistance)

• Góp phần làm giảm l ợng thuốc trừ sâu cần sử dụng (bảo vệ môi tr ờng và giảm chi phí sản xuất)

–Thay đổi thành phần axít béo

• Làm thay đổi thành phần và giá trị dinh d ỡng

BiÕn n¹p gen vµ øng dông trong chän gièng ë thùc vËt

Mét sè thµnh tùu biÕn n¹p gen ë Thùc vËt

BiÕn n¹p gen vµ øng dông trong chän gièng ë thùc vËt

Mét sè thµnh tùu biÕn n¹p gen ë Thùc vËt

• C©y b«ng chuyÓn gen kh¸ng s©u Bt

• Mang gen kh¸ng s©u Bt

• Gãp phÇn h¹n chÕ sö dông thuèc trõ s©u

B«ng chuyÓn gen Bt kh¸ng s©u bÖnh (ph¶i) vµ b«ng

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật

Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật

• Cây đu đủ (Carica papaya L.) đ ợc chuyển gen kháng

bệnh virút (trái) và cây đối chứng (phải)

–Có khả năng khang virút CMV

• Đ ợc đánh giá là góp phần vào việc phục hồi nền công nghiệp sản xuất đu đủ ở Hawaii

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật

Các đặc điểm u việt của ph ơng pháp biến nạp gen ở thực vật so với các ph ơng pháp chọn tạo giống truyền thống

- Quá trình biến nạp gen thực hiện trong phòng thí nghiệm, không phụ thuộc nhiều vào thời gian, không gian, mùa vụ, thời tiết, v.v

- Các gen đ ợc chuyển có tính đặc thù cao hơn nhiều Các gen t ơng ứng chính xác với các tính trạng mong muốn đ ợc lựa chọn dùng cho quá trình biến nạp, loại bỏ đ ợc các tính trạng không mong muốn

- Quá trình chuyển một gen mong muốn vào một cá thể diễn ra nhanh hơn nhiều Chỉ cần sau một thế hệ, tính trạng mong muốn đ ợc biểu hiện và thu nhận, trong khi các ph ơng pháp truyền thống th ờng cần nhiều thế hệ.

- Mức độ “linh động“ của các gen đ ợc chuyển lớn hơn nhiều Nhiều gen của loài này có thể đ ợc chuyển vào loài khác và biểu hiện thành các tính trạng hoàn toàn mới Điều này không thể thực hiện đ ợc khi sử dụng các ph ơng pháp tạo giống truyền thống.

Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật

- Tăng năng suất nông nghiệp và giảm chi phí sản xuất Điều này đặc biệt

đúng khi các gen đ ợc dùng cho biến nạp vào thực vật th ờng là các gen làm tăng năng suất, giảm thời gian trồng trọt, tăng khả năng trao đổi chất, kháng các loại sâu bệnh Nhờ vậy, thời gian, công lao động, vật t hoá chất cần cho quá trình sản xuất nông nghiệp sẽ đ ợc giảm đi nhiều dẫn đến sự giảm chi phí sản xuất và hạn chế ô nhiễm môi tr ờng

Các đặc điểm u việt của ph ơng pháp biến nạp gen ở thực vật so với các ph ơng pháp chọn tạo giống truyền thống

VÝ dô chuyÓn gen ë c¸