BÀI 3 các HƯỚNG CHÍNH TRONG tạo GIỐNG THỰC vật CHUYỂN GEN

 Một số loài sâu ăn các mô bên trong cây nên không bị kìm hãm bởi các chế phẩm BT => Đưa gen độc tố BT vào biểu hiện trong cây và tổng hợp dạng hoạt động độc tố này với hàm lượng vừa đủ

BÀI 3

CÁC HƯỚNG CHÍNH TRONG TẠO GIỐNG

THỰC VẬT CHUYỂN GEN

1 Tiền độc tố BT

 BT là một chế phẩm an toàn để bảo vệ cây do nó không tồn tại bền vững trong môi trường

và không độc đối với ĐV có vú

 Một số loài sâu ăn các mô bên trong cây nên không bị kìm hãm bởi các chế phẩm BT

=> Đưa gen độc tố BT vào biểu hiện trong cây và tổng hợp dạng hoạt động độc tố này với hàm lượng vừa đủ

2 Chất kìm hãm proteaza

 Một số lòai TV có các cơ chế bảo vệ trước sâu bệnh nhưng không thật sự hiệu quả

 Phân lập gen proteaza thực vật quy định chất kìm hảm proteaza và một protor mạnh, sau

đó đưa vào tế bào thực vật để tạo thành cây chuyển gen có khả năng sinh tổng hợp chất kìm hãm proteaza đủ cao để giảm sự phá hoại của sâu bệnh

Ví dụ:

 Đưa gen chất kìm hãm proteaza khoai tây II vào đã tạo cho cây lúa khả năng chống sâu

đục thân hồng (Sesamia inferens): tạo lỗ hổng trong thân, bông lúa chết, không có hạt.

3 Chất kìm hãm α-amilaza

 Sự sinh trưởng của ấu trùng bọ vòi voi đậu bò (Callosobruchus maculatus) và bọ vòi voi đậu azuki (C.chinensis) bị kìm hãm khi trong khẩu phần ăn có đậu cove

 Do trong đậu cove có mặt các chất kìm hãm α-amilaza

 Tiến hành phân lập gen mã hóa chất kìm hãm α-amilaza và đặt dưới sự kiểm soát của một promotor mạnh đặc hiệu và biến nạp vào cây đậu Hà Lan

II CÂY TRỒNG KHÁNG THUỐC

TRỪ CỎ

 Nguyên tắc chung là phải tìm được gen kháng lại cơ chế gây hại của thuốc trừ cỏ:

– Nâng cao hoạt tính của các enzyme bị hại do thuốc trừ cỏ;

– Tạo ra các enyme đột biến không bị ảnh hưởng của thuốc trừ cỏ;

– Tạo các enzyme làm mất tính độc của thuốc trừ cỏ.

Ví dụ:

Thuốc diệt cỏ kìm hãm quang hợp Bromoxynil

Đưa gen mã hóa enzyme nitrilaza (phân lập từ VK đất Klebiella ozaenae) có thể bất

hoạt bromoxynil trước khi nó hoạt động

III CÂY TRỒNG KHÁNG VIRUS

Có nhiều hướng tạo cây kháng bệnh virus bằng kỹ thuật chuyển gen:

– Chuyển gen mã hoá cho protein vỏ;

– Chuyển gen tạo các ribozyme (enzyme phân giải virus);

– Chuyển các gen đối mã với RNA của virus.

1 Bảo vệ qua trung gian vỏ virus

 Protein vỏ của virus khi được tổng hợp trong cây chuyển gen có khả năng làm giảm sự gây nhiễm và lan tỏa một cách có hệ thống của virus đó (đôi khi cho tính kháng phổ rộng với các virus không liên quan)

 Cơ chế chính xác hiện nay chưa được biết rõ

2 Bảo vệ bằng biểu hiện các gen khác

 Dùng protein thực vật kháng virus

Ví dụ: Cỏ thương lục (Phytolacca americana) có 3 protein kháng virus:

– PAP: có ở lá mùa xuân

– PAP II: có ở lá mùa hè

– PAP-S: có ở hạt

Đây là các protein bất hoạt ribosome loại bỏ gốc adenin đặc hiệu từ rARN của tiểu đơn vị 60S.

IV TẠO GIỐNG HOA CÓ KIỂU

HÌNH VÀ MÀU SẮC MỚI

Việc chuyển gen tạo ra giống hoa mới là một hướng đi đầy triển vọng vì cây hoa không phải là cây thực phẩm, việc sử dụng sản phẩm chuyển gen khá thuận lợi

 Anthocyanin thuộc nhóm flavonoid, là dạng phổ biến nhất của chất màu ở hoa.

 Màu sắc khác nhau của hoa có thể được tạo thành bằng cách thay đổi gen của các enzyme trong con đường sinh tổng hợp anthocyanin

 Đối tượng: hoa hồng, cẩm chướng, tulyp và cúc

V CÂY KHÁNG NẤM VÀ VI KHUẨN

Dạng dự trữ liên hợp của acid salixylic

Acid salixylic cảm ứng

Các protein liên quan phát sinh bệnh (PR)

Kháng tác nhân gây bệnh nấm hoặc vi khuẩn

Ví dụ 1: Nồng độ Chitinaza cao

 Cây chuyển gen biểu hiện nồng độ chitinaza cao có khả năng thủy phân liên kết β-1,4 của chitin N-axetyl-D-glucosamin: thành phần chủ yếu của vách tế bào nấm

Ví dụ 2: Gen NPR1

 Gen NPR1 là một protein điều hòa chủ sự biểu hiện các gen PR.

 Ở Arabidopsis thaliana việc biểu hiện quá mức gen NPR1 có thể dẫn đến sự tạo thành tính

kháng bệnh phổ rộng với cả nấm và vi khuẩn

VI CÂY CHỐNG CHỊU STRESS VÀ SỰ GIÀ HÓA

 Hậu quả của stress sinh lý là sản xuất ra các gốc oxy

=> Cây có khả năng chống chịu với các gốc oxy sẽ có khả năng chịu được các dạng stress khác nhau

1 Stress oxy hóa

 Tác nhân gây stress: muối, hạn, đóng băng, ozon, SO2

 Hậu quả: tạo thành oxy phản ứng (phá hủy màng, cấu trúc liên kết màng, các đại phân tử…) chủ yếu là anion superoxid

Ví dụ 1: Gen superoxit diamutaza

Ví dụ 2: Tăng hàm lượng glutathion

 Tăng hàm lượng glutathion đã oxy hóa trong cây

 Chuyển gen mã hóa enzyme có họat tính glutathion S-transferaza và glutathion peroxidaza vào cây thuốc lá

=> chịu stress với muối và giá lạnh tốt hơn

2 Stress muối

 Để sống sót trong điều kiện hạn hán hay nồng độ muối cao một số loài TV có khả năng tổng hợp các chất không độc có phân tử lượng thấp - chất chống thẩm thấu (đường, prolin, hợp chất amoni bậc 4 )

Ví dụ 1: Tổng hợp betain

 Betain là chất chống thẩm thấu hiệu quả cao

 Khoai tây, lúa, cà chua lại không tích tụ betain

=> Đưa các enzyme sinh tổng hợp betain từ cholin:

- Cholin mono-oxygenaza (CMO)

- Betain aldehyde dehydrogenaza (BADH)

Ví dụ 2: Cô lập Na + trong không bào

 Sản xuất vượt mức gen mã hóa protein kênh trái chiều Na+/H+ của A.thaliana giúp cây có

khả năng chịu được nồng độ muối cao

 Đã thực hiện thành công đối với cây khoai tây, cà chua mà không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

3 Chín quả và héo cây

 Đây là hiện tượng lão hóa bình thường ở thực vật

 Tạo được cây cà chua Flavr Savr bằng kỹ thuật ức chế bằng đối mã

 Làm chậm quá trình chín quả, héo hoa bằng cách ức chế sự tạo thành Ethylen

Ví dụ 1: Ức chế đối mã (antisense inhibition)

 Trong cây cà chua Flavr Savr một phần gen mã hoá tổng hợp polygalacturonase bị đảo và gắn lại

sau đoạn promotor tạo nên một sự phiên mã mRNA đối RNA này không thể phiên mã tổng hợp

protein được Hơn nữa nó còn lai với các mRNA thuận làm cho các mRNA đó không đi đến được ribosome để dịch mã Do đó quả cà chua sẽ chứa ít polygalacturonase hơn nên lâu bị thối hơn cà chua bình thường vì enzyme này xúc tác cho quá trình phân huỷ màng tế bào ở quả làm quả bị nhũn

Ví dụ 2: Ethylen

 Ethylen cảm ứng biểu hiện một số gen tham gia làm chín, già quả và héo hoa

 Ức chế sự tạo thành ethylen

VII CẢI BIẾN HÀM LƯỢNG CHẤT DINH DƯỠNG CỦA CÂY

 Cải biến thành phần acid amin của một số protein dự trữ ở hạt (ngô, đậu)

 Cải biến thành phần acid béo

2 Lipid

 Sản xuất bơ và thực phẩm đòi hỏi hàm lượng stearate cao

 Cải dầu chuyển gen có bản sao đối nghĩa của stearat desaturaza kìm hãm sự khử bão hòa

acid stearic thành acid oleic

3 Vitamin

 Bổ sung hằng ngày vit E làm giảm nguy cơ mắc các bệnh tim mạch và ung thư

 Vitamin E thiên nhiên là một đồng phân duy nhất của d-alpha tocopherol Có 4 loại tocopherol là alpha, beta, gamma và delta, nhưng alpha là dạng chính (Cũng là vitamin E thiên nhiên) tồn tại trong cơ thể, có tác dụng cao nhất

 Cải biến cây sinh phần trăm α-tocopherol cao hơn γ-tocopherol

⇒ Phân lập gen γ-tocopherol methyltransferase từ cây Arabidopsis.

⇒ Cây chuyển gen có nồng độ α-tocopherol cao hơn cây bình thường 80 lần