BÀI TẬP MÔN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNGSINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN

Nhằm đảm bảo sự phát triển và ứng dụng sinh vật biến đổi gen một cách an toàn, các quốc gia trên thế giới đã và đang thực hiện nhiều biện pháp nhằm quản lý an toàn sinh học đối với các s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

⃰⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰ ⃰

BÀI TẬP MÔN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG

SINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN

Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Thủy Tiên

Sinh viên thực hiện:

Võ Thị Ngọc Yến MSSV:6120472

Nguyễn Đăng Nghĩa MSSV:609T5133

TP HỒ CHÍ MINH, 06/2014

I GIỚI THIỆU CHUNG

Vào năm1973 sinh vật biến đổi gen được tạo ra đầu tiên trên thế giới là vi khuẩn E.Coli biểu hiện gen của vi khuẩn Salmonella Năm 1996, lần đầu tiên cây trồng biến đổi gen được phép trồng tại Hoa Kì Trong vòng 15 năm từ năm 1966 đến 2010, diện tích cây trồng biến đổi gen lên tới 148 triệu

ha tại 29 quốc gia với các loại cây trồng chính là ngô, bông, đậu tương, cải dầu

Ý tưởng chế tạo ra cây trồng biến đổi gen không phải ngẫu nhiên mà có Đứng trước một thực

tế, dân số tăng lên mà lương thực thì đang thiếu vì nhiều lý do nên người ta khao khát có những giống cây trồng vật nuôi có một đặc tính ưu việt nào đó có khả năng cung cấp đủ thực phẩm ăn Từ đó, người ta muốn có những thực vật có khả năng chịu hạn tốt, những cây trồng có khả năng chống chịu sâu bệnh cao nhằm làm tăng năng suất mùa màng Do đó mà thực phẩm biến đổi gen ra đời

Nhưng cho đến ngày nay thì thực phẩm biến đổi gen không nằm trong phạm trù bó hẹp như thế Người ta còn sử dụng thực phẩm chuyển gen nhằm tạo ra những thực phẩm có một đặc tính dinh dưỡng ưu việt nào đó Hoặc cũng có khi là nhằm tổng hợp ra các chế phẩm sinh học hay các thuốc dùng trong điều trị bệnh

Tuy nhiên, việc nghiên cứu và phát triển sinh vật biến đổi gen cũng gán liền với những rủi ro tiềm ẩn có thể gây ra bởi sinh vật biến đổi gen đến môi trường, đa dạng sinh học và sức khỏe con người Nhằm đảm bảo sự phát triển và ứng dụng sinh vật biến đổi gen một cách an toàn, các quốc gia trên thế giới đã và đang thực hiện nhiều biện pháp nhằm quản lý an toàn sinh học đối với các sinh vật biến đổi gen bao gồm viecj đánh giá kỹ lưỡng trước khi cho phép thương mại hóa cũng như việc quản

lý rủi ro trong suốt quá trình nghiên cứu, khảo nghiệm và thương mại hóa sinh vật biến đổi gen

http://suckhoedoisong.vn/y-te/thuc-pham-bien-doi-gen-20110513084526730.htm

II TỔNG QUÁT VỀ SINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN

1 Các khái niệm

Sinh vật biến đổi gen là sinh vật có cấu trúc di truyền bị biến đổi bằng công nghệ chuyển gen.

Cây trồng biến đổi gen là thực vật mang một hoặc nhiều gen được đưa vào

không thông qua lai tạo Những gen được đưa vào (gen chuyển) có thể

được phân lập từ những loài thực vật có quan hệ họ hàng hoặc từ những

loài khác biệt hoàn toàn Thực vật tạo ra được gọi là “thực vật biến đổi gen”

mặc dù trên thực tế tất cả thực vật đều được “chuyển gen” từ tổ tiên hoang

dại của chúng bởi quá trình thuần hoá, chọn lọc và lai giống có kiểm

soát trong một thời gian dài

Thực phẩm biến đổi gen (Genetically Modified Food_GMF) là một thuật ngữ ám chỉ các thực phẩm thu được từ những sinh vật được biến đổi gen bằng công nghệ sinh học Với công cụ là công nghệ sinh học và bằng một cách thức nào đó, người ta làm thay đổi một hay nhiều gen có chủ định với cây trồng vật nuôi, từ đó các giống cây trồng vật nuôi này tạo cho ta những thực phẩm để sử dụng Những thực phẩm có được bằng cách thức này được gọi là thực phẩm biến đổi gen

2 Các bước cần tiến hành trong kỹ thuật chuyển gen

* Tạo ADN tái tổ hợp

- Tách ADN ra khỏi tế bào cho và tách plasmit ra khỏi tế bào vi khuẩn

- Cắt đoạn ADN của tế bào cho và mở vòng plasmit bằng enzim cắt restrictaza (enzim này nhận ra

vị trí cắt chính xác ở những nu xác định)

- Nối đoạn vừa cắt vào plasmit tạo thành ADN tái tổ hợp nhờ enzim ligaza

* Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

- Chuyển ADN tái tổ hợp vào vi khuẩn, tạo điều kiện cho gen biểu hiện, vi khuẩn sẽ nhân lên nhanh chóng

* Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

- Sàng lọc các tế bào có ADN tái tổ hợp để nhân lên thành dòng (Vi khuẩn có khả năng sản sinh ra một lượng lớn sản phẩm của đoạn gen đó)

3 Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen

a Tạo động vật chuyển gen:

* Mục tiêu:

- Tạo nên giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn

- sinh vật biến đổi gen có thể được tạo ra dùng trong ngành công nghiệp dược phẩm (như nhà máy sinh học sản suất thuốc cho con người)

* Phương pháp tạo động vật chuyển gen:

- Tách lấy trứng ra khỏi cơ thể sinh vật rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm (hoặc lấy trứng đã thụ tinh)

- Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử

- Cấy hợp tử đã được chuyển gen vào tử cung của con vật để nó mang thai và sinh đẻ bình thường

- Nếu gen được chuyển gắn thành công vào hệ gen của hợp tử và phôi phát triển bình thường thì sẽ cho ra đời 1 sinh vật biến đổi gen (chuyển gen)

b Tạo giống cây trồng biến đổi gen:

* Mục tiêu:

- Tạo giống cây trồng kháng sâu hại

- Tạo giống cây chuyển gen có đặc tính quí

- Tạo giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn

*Phương pháp:

- Tạo ADN tái tổ hợp: tách thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào

- Xử lí plasmit và ADN chứa gen cần chuyển bằng enzim cắt restrictaza

- Nối đoạn vừa cắt vào plasmit nhờ enzim ligaza

- Tái sinh cây từ tế bào nuôi cấy  cây có đặc tính mới

c Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen

*Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin của người

- Insulin là hormone của tuyến tụy có chức năng điều hòa glucose trong máu Trường hợp insulin do

cơ thể sản xuất không đủ hoặc mất chức năng sẽ gây bệnh tiểu đường do glucose bị thải ra qua nước tiểu

- Gen tổng hợp insulin được tách từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E.coli bằng plasmid Sau

đó, nuôi cấy vi khuẩn để sản xuất insulin trên qui mô công nghiệp đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho con người

*Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất somatostatin

- Somatostatin là loại hormone đặc biệt được tổng hợp từ não động vật, có chức năng điều hòa hormone sinh trưởng và insulin đi vào máu

- Bằng công nghệ gen hiện nay đã tạo được chủng E.coli sản xuất somatostatin

II MỘT SỐ LOẠI CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN

1.Cà chua tím chống ung thư

http://tuoitre.vn/Pages/Printview.aspx?ArticleID=285261

Hình II.1:Cà chua biến đổi gen với màu tím có khả năng chống lại bệnh ung thư

1 Các nhà khoa học và Trung tâm nghiên cứu

TTO - Các nhà khoa học Anh vừa tạo ra giống cà chua màu tím chứa nhiều chất chống oxy

hóa có thể giúp ngăn chặn bệnh ung thư.

Nghiên cứu do các nhà khoa học Anh, Đức, Ý và Hà Lan thực hiện và được công bố trên tạp

chí Nature Biotechnology

2 Khái quát nghiên cứu

Để tạo ra giống cà chua tím, các nhà khoa học đã đưa một số gen của cây hoa mõm chó (snapdragon) vào cà chua thông thường, sau đó thử nghiệm loại cà chua mới này trên chuột mang bệnh ung thư Họ phát hiện tuổi thọ chuột được kéo dài hơn khi ăn bột cà chua tím

Phục vụ cuộc thử nghiệm có ba nhóm chuột đột biến gen mang bệnh ung thư Những con chuột này đều mang u bướu và sẽ chết sớm

Nhóm thứ nhất được cho ăn thức ăn tiêu chuẩn, nhóm thứ hai ăn bột làm từ cà chua đỏ bình thường được đông lạnh và nhóm thứ ba ăn bột làm từ cà chua tím đậm sấy khô đông lạnh

Kết quả nhóm chuột ăn cà chua tím sống được trung bình 182 ngày so với 142 ngày của nhóm chuột ăn thức ăn bình thường và 146 ngày của nhóm ăn cà chua đỏ Thời gian sống dài nhất của chuột

ăn thức ăn bình thường là 211 ngày và của chuột ăn cà chua tím là 260 ngày

3 Đặc điểm nổi bật

Các nhà khoa học cho biết giống cà chua mới có lượng anthocyanin, chất tạo màu ở cây cối,

cao hơn Chúng thường có trong nho, cây mâm xôi, việt quất và các loại trái cây khác Các nhà

nghiên cứu đã đưa ra giả thiết anthocyanin có công dụng chống oxy hóa và có nhiều lợi ích về sức

khỏe, từ phòng chống bệnh tim đến bệnh ung thư

2.Lúa biến đổi gen

2.1 Lúa giàu vitamin A

http://www.sonongnghiep.hochiminhcity.gov.vn/tintuc/Lists/Posts/Post.aspx?List=f73cebc3-9669-400e-b5fd-9e63a89949f0&ID=1606

1 Các nhafkhoa học và Trung tâm nghiên cứu

Các nhà khoa học thuộc Viện Lúa Đồng Bằng sông Cửu long

2 Khái quát nghiên cứu

Các nhà khoa học thuộc Viện Lúa Đồng Bằng sông Cửu long đã tiến hành nghiên cứu trên 3 giống lúa IR 64, MTL 250 ( Indica ) và giống Tapei 309 ( Japonica ) được chuyển nạp gen với các vectơ pCaCar và pFun3 mang gen psy và crtI điều khiển lộ trình tổng hợp isoprenoid để tạo ra một số

vi chất dinh dưỡng, bằng phương pháp sử dụng Agrobacterium và hệ thống chọn lọc mannose thay

cho hệ thống chọn lọc bằng chất kháng sinh hoặc chất diệt cỏ

Kết quả đã tạo ra các dòng lúa biến đổi gen chứa beta- carotenoid, trong đó hợp phần chủ yếu

là carotene ( tiền vitamin A ) có hàm lượng cao, trong khi giống đối chứng không biến đổi gen hoàn toàn không có beta- carotenoid Điều đặc biệt là các dòng biến đổi gen với vectơ pCaCar thì hạt gạo biểu hiện cả beta-carotene và các hợp chất vitamin E ( tocopherols ) vì ở nội nhũ của hạt gạo non có

sự hiện diện của geranyl geranyl diphosphate ( GGPP) là một tiền chất quan trọng trong tiến trình sinh tổng hợp beta-carotene cũng như các hợp chất vitamin E

Ngoài ra, trong một số dòng lúa biến đổi gen còn có sự hiện diện của chất beta-oryzanol, là chất chống oxyt hoá có vai trò còn quan trọng hơn cả vitamin A gia tăng đáng kể

4 Đặc điểm nổi bật

Đã tạo ra các dòng lúa biến đổi gen chứa beta- carotenoid, trong đó hợp phần chủ yếu là carotene ( tiền vitamin A ) có hàm lượng cao,và các hợp chất vitamin E ( tocopherols ) vì ở nội nhũ của hạt gạo non có sự hiện diện của geranyl geranyl diphosphate ( GGPP) là một tiền chất quan trọng trong tiến trình sinh tổng hợp beta-carotene cũng như các hợp chất vitamin E và chất chống oxyt hoá beta-oryzanol

2.2 Gạo biến đổi gen cung cấp kháng thể chống Rotavirus nguy hiểm

http://www.agbiotech.com.vn/vietnam/thong-tin/tin-tuc-su-kien/gao-bien-doi-gen-cung-cap-khang-chong-rotavirus-nguy-hiem.agb#.U8Kq3_mSwXc

20/082013

Hình

II.2:Gạo vàng, một

loại thực phẩm biến

đổi gen có nhiều ưu

điểm

1 Các nhà

khoa học và Trung

tâm nghiên cứu

Theo một nghiên cứu công bố gần đây trên tạp chí Journal of Clinical Investigation,một dòng lúa biến đổi gen chống bệnh tiêu chảy có thể đưa lại phương pháp hiệu quả để bảo vệ trẻ em ở các nước đang phát triển

2 Khát quát nghiên cứu

Các nhà nghiên đã thiết kế giống lúa MucoRice-ARP1, bằng cách thêm vào một kháng thể để chống lại rotavirus, vốn được tìm thấy ban đầu ở lạc đà không bướu (llamas), trong hệ gen của cây lúa

Theo Tổ chức Y tế Thế giới, rotavirus là nguyên nhân hàng đầu gây ra tiêu chảy nặng ở trẻ nhỏ và trẻ sơ sinh, làm chết hơn 520.000 người mỗi năm, Hơn 85 % các ca tử vong xảy ra tại các nước nghèo ở châu Phi và châu Á

3 Đặc điểm nổi bật

Tạo ra một dòng lúa biến đổi gen chống bệnh tiêu chảy có thể đưa lại phương pháp hiệu quả

để bảo vệ trẻ em ở các nước đang phát triển

3.Giống ngô biến đổi gen kháng sâu đục rễ, năng suất cao và hiệu quả sử dụng phân N tốt

Xem tạp chí Crop Science: https://www.crops.org/publications/cs/abstracts/53/2/585

Hình

II.3:Giống ngô biến

đổi gen kháng sâu

đục rễ, năng suất cao

và hiệu quả sử dụng

tốt12/03/2013

1 Các nhà

khoa học và Trung

tâm nghiên cứu

Các nhà khoa học của ĐH Illinois là Jason Haegele và Frederick Below

2 Khái quát nghiên cứu

Các nhà khoa học đã thực hiện một nghiên cứu để trắc nghiệm giả thuyết của họ về giống ngô lai biến đổi gen CRM Bt (corn rootworm resistant Bt hybrids) biểu hiện sự kiện hấp thu N có cải tiến với hiệu quả sử dụng cao

Điều ấy đã làm cho năng suất giống ngô lai này tốt hơn so với giống gốc không chuyển gen

Bt Vào năm 2008-2009, họ đã trắc nghiệm hai giống ngô lai CRW Bt và các giống gốc HT có tính chất “near-isogenic”, không có gen Bt theo các nghiệm thức phân N 0, 67, 134, 201 và 268 kg N ha−1

Người ta quan sát được hoạt động ăn của sâu đục rễ tối thiểu ở tại rễ của giống ngô lai Bt, nhưng số hạt thu được không bằng giống gốc HT Ở mức độ phân N thấp, các giống ngô lai Bt có xu hướng gia tăng năng suất, phản ứng với N mạnh hơn 31% Ở nghiệm thức bón phân N cao, năng suất của cả hai giống Bt và HT tương đương nhau, nhưng giống ngô lai Bt có xu hướng cho năng suất cao hơn theo mức độ giảm bón phân N 38% Hiệu quả sử dụng phân N tốt hơn (NUE), hiệu quả hấp thu N tốt hơn (NUpE), ở các mức độ nitrogen cần cho việc tối ưu hóa năng suất hạt được tìm thấy trên giống ngô lai Bt vào năm 2008, nhưng NUE và NUpE không khác biệt có ý nghĩa đối với giống ngô

HT vào năm 2009

Họ đã kết luận rằng sự bảo vệ kháng lại sâu đục rễ của ngô thông qua công nghệ sinh học như vậy có lợi ích thật sự về mặt nông học cải thiện được tính trạng hấp thụ đạm và hiệu quả sử dụng phân N ở các môi trường canh tác khác nhau

3 Đặc điểm nổi bật

Tạo ra giống ngô biến đổi gen kháng sâu đục rễ, năng suất cao và hiệu quả sử dụng phân N tốt

4 Khoai tây giàu protein

http://ptit.edu.vn/wps/portal/nongthonvn/!

ut/p/c4/04_SB8K8xLLM9MSSzPy8xBz9CP0os3hLizBHd1cfIwMLS0szA0-3UIswU08fC08vQ_2CbEdFAAq0Z6g!/?

WCM_GLOBAL_CONTEXT=/wps/wcm/connect/nongthonvn/nongthonvn/tintuc/trongtrot/cayluongt huc/2013.06.18.andotaokhoaitaygiauprotein

4.1 Các nhà khoa

học và Trung tâm nghiên

cứu

Các nhà khoa học

Ấn Độ cho biết, họ vừa

thành công trong việc tạo

ra giống khoai tây biến

đổi gen mà chứa tới trên

65% protein và acid

amine.

4.2 Khái quát

nghiên cứu

Theo Viện nghiên cứu Khoa học quốc gia, đây là giống khoai tây dễ được chấp nhận là nhờ nó

sử dụng gen từ những hạt màu tía và những cây trồng không độc hại Khoai này tốt cho sức khỏe người tiêu dùng Cây màu tía, lá to, có nhiều hoa bé, gen quan trọng của khoai phải kể đến có tên Amaranth Albumin1, giúp củ khoai quá giàu protein và các acid amine, sản phẩm quan trọng của ngành nông nghiệp

Công trình này do nhà khoa học Subhra Chakraborty ở Viện Gen cây trồng quốc gia thực hiện, theo đó các nhà khoa học đã chèn gen vào 7 loại khoai tây, sau đó phát triển dòng khoai biến đổi gen trong hai năm

4.3 Đặc điểm nổi bật

Loại khoai biến đổi gen này nhiều protein hơn từ 35-60% so với các giống khoai thông thường Chúng cũng nhiều loại acid amine như lysine, tyrosine và sulphur Hiện có hơn 1 tỷ người trên thế giới dùng khoai tây làm món ăn hàng ngày

5 Đu đủ kháng bệnh, năng suất cao

http://www.favri.org.vn/vi/tin-tuc/tin-tuc-cap-nhat/478-nghien-cuu-thanh-cong-du-du-moi-khang-benh-nang-suat-cao.htm

5.1 Các nhà khoa học và trung tâm nghiên cứu

PGS TS Chu Hoàng Hà, Phó Viện trưởng viện Công nghệ sinh học, viện Hàn lâm KHCN Việt Nam

đã chủ trì đề tài “Nghiên cứu tạo giống cây ăn quả kháng bệnh virus phổ rộng bằng kỹ thuật chuyển gen đa đoạn” thuộc Chương trình KHCN cấp nhà nước (KC.04/06-10)

5.2 khái quát nghiên cứu

Hiện nay, các cây đủ đủ trồng ở Việt Nam, cứ 6 tháng sau khi trồng là lại bị bệnh virus đốm vòng, khiến cây còi cọc, không ra được nhiều quả Vì thế, người trồng cứ sau 1 vụ thường phải chặt đi trồng lại cây mới Đó đó, mất rất nhiều thời gian, công sức làm giảm hiệu quả kinh tế

Các nhà khoa học đã tận dụng một cơ chế rất đặc biệt của tế bào thực vật Đó là khả năng điều khiển gen sau phiên mã Nhiều loại virus gây bệnh đã có thể kiểm soát được thông qua biện pháp tạo cây trồng chuyển gen mang các gen hoặc đoạn gen có nguồn gốc từ chính các virus gây bệnh

(pathogen-derived resistance, PDR) Các cấu trúc gen có nguồn gốc từ virus gây bệnh được sử dụng chuyển vào cây trồng để tạo tính kháng có thể là các loại khác nhau như: các cấu trúc của virus theo chiều xuôi (sense) hay chiều ngược (antisense), các cấu trúc dạng kẹp tóc (inverted repeats/hairpin) và các miRNA nhân tạo có đích là các trình tự gen của virus gây bệnh, hay kỹ thuật RNAi “RNA

interference”, đang được quan tâm nhiều và ứng dụng rộng rãi Thông qua cơ chế này có thể tạo ra cho cây trồng khả năng đề kháng với các ARN của virus, nếu ARN virus xâm nhập vào tế bào thực vật sẽ lập tức bị phá hủy, không hình thành được cấu trúc hạt đặc trưng của nó

Đánh giá tính kháng bệnh đốm vòng bằng lây nhiễm nhân tạo sau thời gian 4 tuần

Bên trái: Cây đối chứng biểu hiện triệu chứng bệnh điển hình;

Bên phải: Cây chuyển gen dòng A19 thể hiện tính kháng, không có triệu chứng nhiễm bệnh.

Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài, PGS TS Chu Hoàng Hà và đồng nghiệp đã xây dựng được một quy trình hoàn chỉnh để tạo ra các cây đu đủ chuyển gen Trong quy trình này các hạt đu đủ non được lựa chọn, tách lấy phôi để nuôi cấy tạo mô sẹo và gây nhiễm vi khuẩn để chuyển gen, chọn lọc và tái sinh cây hoàn chỉnh Sau đó, các dòng đu đủ sẽ được đánh giá tính kháng bệnh thông qua lây nhiễm nhân tạo, chọn lọc qua các thế hệ để lựa chọn được các dòng cây vừa kháng bệnh tốt vừa