Untitled 57 KH&CN nước ngoài Số 6 năm 2020 hiện trạng canh tác cây trồng chỉnh sửa hệ gen trên thế giới Kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen (genome editing) trên thực vật đã được phát triển mạnh và đạt nhiều kế[.]
kh&cnKH&CN nướcnướcngoài trạng sử dụng trồng chỉnh sửa gen giới đề xuất cho việt nam Lê Thị Ngọc Quỳnh1, Chu Đức Hà2, Lê Huy Hàm2, 3, Lê Tiến Dũng4, Phạm Xuân Hội2 Bộ môn Cơng nghệ sinh học, Khoa Hóa mơi trường, trường đại học thủy lợi Viện di truyền nông nghiệp (VAAS) tổ chức Quốc tế tiếp thu ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp Khoa Công nghệ sinh học, trường đại học nguyễn tất thành Những năm gần đây, chọn tạo giống trồng nhằm nâng cao tính chống chịu nhờ chỉnh sửa hệ gen có bước tiến nhiều quốc gia Nhiều nghiên cứu tạo dòng chỉnh sửa gen mang số đặc tính nơng sinh học có lợi, từ bước đầu tiến hành khảo nghiệm đồng ruộng thương mại hóa Về nguyên tắc, chỉnh sửa gen khơng tạo protein hồn tồn khơng đưa vào gen lạ, nên coi trồng chỉnh sửa gen dịng đột biến, khơng phải kiện biến đổi gen, từ cần có cách tiếp cận chiến lược phát triển với đối tượng trồng trạng canh tác trồng chỉnh sửa hệ gen giới Kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen (genome editing) thực vật phát triển mạnh đạt nhiều kết chọn tạo giống trồng Điều thúc đẩy loạt khảo nghiệm đồng ruộng cho giống trồng chỉnh sửa gen, lúa gạo trồng quan tâm nhiều Lúa gạo Lúa gạo trồng chỉnh sửa gen trồng thử nghiệm nhiều đồng ruộng, chủ yếu tiến hành Trung Quốc Một nghiên cứu công nghệ chỉnh sửa gen phân tích bốn yếu tố điều hịa ảnh hưởng đến tính trạng suất lúa, thơng qua loại bỏ hồn tồn chức gen nhờ CRISPR/Cas9 [1] Kết nghiên cứu đưa số đặc tính giúp cải thiện giống, tăng số lượng hạt, độ cứng thân tăng kích thước hạt Một nỗ lực khác ghi nhận việc loại bỏ chức gen quy định tính trạng suất lúa kỹ thuật chuyển gen đa mục tiêu thông qua CRISPR/ Cas9 thu kiểu hình khác tương ứng với đơn đa đột biến tiến hành thử nghiệm đồng ruộng [2] Một nghiên cứu đáng ý Zhou cs (2018) sử dụng CRISPR/Cas9 để loại bỏ protein chứa domain lặp lại tetratricopeptide để tạo giống lúa kháng bệnh đạo ôn giữ nguyên di truyền [3] Gần nhất, hệ thống CRISPR/ Cas9 sử dụng để can thiệp vào locus tính trạng số lượng gen liên quan đến tính trạng hạt, từ giúp dòng đột biến tăng 68% suất, đồng thời khơng biểu đặc tính nơng sinh học có hại khảo nghiệm đồng ruộng [4] Tương tự, dòng lúa Japonica đột biến có nguồn gốc từ tổ hợp lai Huhan9/ Huxiangjing//Huhan3/Huhan11 tạo chỉnh sửa gen OsRR22 có khả chịu mặn 7,5‰ điều kiện nhà kính [5] Các khảo nghiệm Số năm 2020 57 KH&CN nước ngồi dịng đột biến tiếp tục tiến hành đồng ruộng Bên cạnh đó, 10 gen khác liên quan đến tính trạng thời gian hoa chỉnh sửa, hầu hết đột biến biểu suất, số cịn lại có đặc tính nơng học so với đối chứng Các nghiên cứu mở tiềm to lớn việc sử dụng công cụ chỉnh sửa gen nhằm tác động đến đa gen liên quan đến tính trạng có lợi, từ tạo dịng lúa đột biến mang nhiều tính trạng phù hợp Các giống khác Ở ngô (Zea mays), promoter tự nhiên ARGOS8 - yếu tố điều hịa âm tính với phản ứng ethylene chỉnh sửa nhờ CRISPR/Cas9 [6] Kết cho thấy, dịng ngơ đột biến tăng cường suất hạt điều kiện bất lợi đồng ruộng Cà chua bị đột biến gen SP5G (self-pruning 5G, tham gia vào đáp ứng với chu kỳ sáng) dùng CRISPR/Cas9 làm tăng khả thích ứng với điều kiện tự nhiên canh tác, giúp mở rộng diện tích gieo trồng [7] Hơn nữa, dịng đột biến có suất giảm, thời gian hoa sớm so với giống đối chứng [8] Bên cạnh đó, ghi nhận khác báo cáo việc hóa số giống cà chua dại có mối quan hệ gần gũi với Solanaceae, nhiên chưa có báo cáo khảo nghiệm đồng ruộng [9-11] Kannan cs (2018) sử dụng hệ thống TALEN (Transcription activator like effector nuclease), dạng nuclease giống nhân 58 tố kích hoạt phiên mã để loại bỏ tượng nhiều chép họ gen lớn mía đường [12] Cụ thể, vùng bảo thủ gen caffeic acid O-methyltransferase (COMT) chỉnh sửa TALEN Kết thành công đồng chỉnh sửa hầu hết gen COMT (107/109 chép) Trong lần đầu khảo nghiệm, dòng đột biến có thành phần tích lũy thành tế bào tăng 44%, giúp cải thiện q trình đường hóa mía đường sản xuất xăng sinh học Thí nghiệm xem ví dụ thành cơng chỉnh sửa hệ đa gen thực vật tác động chỉnh sửa gen đến nông nghiệp môi trường Không lúa gạo mà trồng chỉnh sửa gen khác bắt đầu đưa canh tác chưa ghi nhận mối nguy hại đến môi trường [3-6] Chỉnh sửa nhằm loại bỏ một vài gen tạo kết trung tính, số khác gây hại cho cây, nhiên khơng có báo cáo cho thấy gây hại đến mơi trường xung quanh Ví dụ, phá vỡ chức gen LHT1 lúa dẫn đến ức chế sinh trưởng giảm suất dịng đột biến Nhìn chung, đánh giá khảo nghiệm đồng ruộng cho kết trồng chỉnh sửa gen không gây hại cho môi trường Ở châu Âu, năm gần đây, vài thử nghiệm trồng chỉnh sửa gen tiến hành ngồi đồng ruộng Tiêu biểu gồm có canh tác ngô chỉnh Số năm 2020 sửa gen Bỉ, sau khảo nghiệm Thụy Điển Anh Đến nay, dịng ngơ coi dịng đột biến, khảo nghiệm đăng ký bảo hộ theo luật châu Âu (http://www.vib.be/ en/news/Pages/Permit-for-crisprfield-trial.aspx) Đây xem tín hiệu đáng mừng nhà làm sách châu Âu bắt đầu chấp thuận xem kiện chỉnh sửa gen dạng tạo đột biến Đến nay, nhiều công ty nông nghiệp tiến hành canh tác giống chỉnh sửa gen đồng ruộng Thử nghiệm tiến hành CIBUS (Hoa Kỳ) - Công ty hàng đầu tạo kiện chỉnh sửa gen xác cơng nghệ gây đột biến trực tiếp nhờ oligonucleotide Dịng cải dầu đột biến nhờ kỹ thuật đánh giá khảo nghiệm đồng ruộng trở thành giống chỉnh sửa gen thương mại hóa Một công ty khác CALYXT tiến hành trồng thử nghiệm trồng chỉnh sửa gen TALEN đồng ruộng Thành công CALYXT ghi nhận việc canh tác dòng đậu tương chỉnh sửa gen Argentina từ năm 2015, sau cơng nhận thương mại hóa thức vào năm 2018 Cơng ty có kế hoạch tiếp tục khảo nghiệm đăng ký dịng lúa mì với hàm lượng chất xơ cao vào năm 2022 hành lang pháp lý quy chế quản lý kiện chỉnh sửa gen Phải nói rằng, khung pháp lý cho quản lý kiện chỉnh sửa KH&CN nước ngồi Hình Hiện trạng ban hành hệ thống quản lý trồng chỉnh sửa gen giới gen giới mảnh ghép chồng chéo thiếu quán nước Các kiện chỉnh sửa gen nên xem tương tự đột biến chất hai phương pháp giống không chứa gen ngoại lai Tuy nhiên, trạng quản lý kiện chỉnh sửa gen trồng chia theo hai xu hướng, dựa vào trình (process-based) sản phẩm (product-based), tương tự với khung quy định cho GMO [13] Ví dụ, Hoa Kỳ Australia có xu hướng lựa chọn khung quản lý dựa vào sản phẩm, Liên minh châu Âu New Zealand lại quy định chế tài cho kiện chỉnh sửa gen dựa vào trình hay kỹ thuật (hình 1) Việc có nhìn tích cực kiện chỉnh sửa gen thúc đẩy khảo nghiệm đồng ruộng diễn nhiều Mới đây, Nga quốc gia điển hình cho việc tăng cường nghiên cứu chỉnh sửa gen đối tượng trồng vật nuôi với mục tiêu tạo khoảng 30 dòng/giống chỉnh sửa gen 10 năm tới [14] Ngoài ra, Thụy Sĩ, Paraguay Nhật Bản nước chủ động sửa đổi quy định quản lý trồng chỉnh sửa gen, từ mở cửa cho cơng tác khảo nghiệm đưa sản xuất tương lai gần [15] Gần đây, Ấn Độ quốc gia đưa dự thảo khung pháp lý hướng dẫn đánh giá rủi ro trồng chỉnh sửa gen dựa kế thừa “Khung đánh giá rủi ro hướng dẫn đánh giá rủi ro môi trường trồng biến đổi gen 2016” Các đánh giá an toàn sinh học trồng chỉnh sửa gen tiến hành dựa hiệu tính trạng cải biến tác động tượng off-target dẫn đến sai khác không mong muốn kiểu gen và/hoặc kiểu hình Cây trồng chỉnh sửa gen chia làm nhóm dựa theo mức độ cải biến thơng tin di truyền Nhóm (SDN-1) quy định trường hợp đột biến điểm (sửa/mất/thêm) một vài cặp bazơ, tương tự dạng đột biến hóa chất hay phóng xạ Đánh giá an tồn sinh học cho nhóm SDN-1 chủ yếu dựa việc xác nhận chỉnh sửa có định hướng có xác không, xem xét cách kỹ lưỡng tác động khơng mong muốn dịng đột biến xảy tượng off-target Trong đó, nhóm (SDN-2) cải biến vài cặp bazơ dẫn đến hình thành phần protein/ARN Tương tự nhóm SDN-1, đánh giá an tồn sinh học cho kiện thuộc nhóm SDN-2 phải xem xét trường hợp cụ thể, đồng thời kiểm chứng hiệu chỉnh sửa gen phân tích thay đổi hình thái tượng off-target (có thể có) Bên cạnh đó, kiện chỉnh sửa gen phải đánh giá thông qua khảo nghiệm hạn chế đồng ruộng Nhóm (SDN-3) quy ước việc cài thêm gen lạ nhằm tạo protein/ ARN hoàn toàn (tương tự GMO) Như vậy, quy trình đánh giá an tồn dịng chỉnh sửa gen thuộc nhóm SDN-3 phải tuân thủ chặt chẽ việc kiểm soát kiện biến đổi gen Một số đề xuất cho việt nam Rất nhiều tính trạng “ưu việt” tạo thông qua sử dụng hệ thống CRISPR/Cas, nâng cao chất lượng nơng sản, tăng tính kháng virus, vi khuẩn, nấm, thuốc trừ cỏ, tăng khả chống Số năm 2020 59 KH&CN nước chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi (hạn hán, lạnh, mặn, thiếu dinh dưỡng ) [16] Tại Việt Nam, công nghệ chỉnh sửa gen mở vơ số hướng ứng dụng tiềm đối tượng trồng Về vấn đề này, chúng tơi xin có số đề xuất sau: Thứ nhất, trình đưa kiện biến đổi gen thường kéo dài 15-20 năm, từ giai đoạn phịng thí nghiệm khảo nghiệm đồng ruộng Vì vậy, nghiên cứu trồng chỉnh sửa gen nên xem trình đầu tư lâu dài tập trung nhiều chất xám sở vật chất Ở Việt Nam, đề tài, dự án liên quan đến trồng chỉnh sửa hệ gen bắt đầu thực bước nhằm tăng cường khả chịu mặn kháng sâu bệnh lúa Thứ hai, giới đắn đo xem xét khác biệt kỹ thuật di truyền sử dụng công cụ chỉnh sửa gen để tạo thay đổi cách có chủ đích gen nội sinh, mà trồng chỉnh sửa gen câu trả lời cho nhiều vấn đề nan giải Việt Nam cần có hành lang pháp lý thơng thống nhằm tạo điều kiện cho việc đón nhận trồng chỉnh sửa gen dạng chọn giống đột biến Hơn nữa, nghiên cứu trồng chỉnh sửa gen chứng minh hiệu ưu điểm vượt trội dịng đột biến thử nghiệm Vì vậy, trước áp lực biến đổi khí hậu an ninh lương thực, việc đón nhận thành tựu 60 tất yếu Cuối cùng, Việt Nam nước với tỷ trọng ngành nơng nghiệp đóng góp lớn GDP Tuy nhiên, xu hướng bứt phá cần xem xét, giảm tỷ trọng sức lao động tập trung vào lĩnh vực nông nghiệp Chính vậy, canh tác trồng chỉnh sửa gen sử dụng làm thức ăn chăn nuôi nên xem chiến lược trước mắt ngành nông nghiệp nhằm giảm bớt chi phí đầu vào (cơng lao động, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật ) mà giữ nguyên giá trị nguồn nguyên liệu bối cảnh biến đổi khí hậu ? tài LiỆu thaM Khảo [1] M Li, et al (2016), “Reassessment of the four yield-related genes Gn1a, DEP1, GS3, and IPA1 in rice using a CRISPR/Cas9 system”, Front Plant Sci., 7, p.377 [2] L Shen, et al (2017), “Rapid generation of genetic diversity by multiplex CRISPR/Cas9 genome editing in rice”, Sci China Life Sci., 60, pp.506-515 [3] X Zhou, et al (2018), “Loss of function of a rice TPR-domain RNAbinding protein confers broad-spectrum disease resistance”, Proc Natl Acad Sci., 115, pp.3174-3179 [4] J Zhou, et al (2019), “Multiplex QTL editing of grain-related genes improves yield in elite rice varieties”, Plant Cell Rep., 38, pp.475-485 [5] A Zhang, et al (2019), “Enhanced rice salinity tolerance via CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of the OsRR22 gene”, Mol Breed., 39(3), p.47 [6] J Shi, et al (2017), “ARGOS variants generated by CRISPRCas9 improve maize grain yield under field drought stress conditions”, Plant Biotechnol J., 15, pp.207-216 Số năm 2020 [7] S Soyk, et al (2017), “Variation in the flowering gene SELF PRUNING 5G promotes day-neutrality and early yield in tomato”, Nat Genet., 49, p.162 [8] D Rodríguez-Leal, et al (2017), “Engineering quantitative trait variation for crop improvement by genome editing”, Cell, 171, pp.470-480 [9] Z.H Lemmon, et al (2018), “Rapid improvement of domestication traits in an orphan crop by genome editing”, Nat Plants, 4(10), p.766 [10] A Zsögön, et al (2017), “Genome editing as a tool to achieve the crop ideotype and de novo domestication of wild relatives: case study in tomato”, Plant Sci., 256, pp.120-130 [11] T Li, et al (2018), “Domestication of wild tomato is accelerated by genome editing”, Nat Biotechnol., 36, pp.1160-1163 [12] B Kannan, et al (2018), “TALEN - mediated targeted mutagenesis of more than 100 COMT copies/alleles in highly polyploid sugarcane improves saccharification efficiency without compromising biomass yield”, Plant Biotechnol J., 16, pp.856-866 [13] G.E Marchant, Y.A Stevens (2015), “A new window of opportunity to reject process-based biotechnology regulation”, GM Crops Food, 6, pp.233242 [14] O Dobrovidova (2019), “Russia joins in global gene - editing bonanza”, Nature, 569, pp.319-320 [15] J Metje Sprink, et al (2019), “DNA-free genome editing: Past, present and future”, Front Plant Sci., 9, pp.1-9 [16] D Jaganathan, et al (2018), “CRISPR for crop improvement: An update review”, Front Plant Sci., 9, p.985 ... hai, giới đắn đo xem xét khác biệt kỹ thuật di truyền sử dụng công cụ chỉnh sửa gen để tạo thay đổi cách có chủ đích gen nội sinh, mà trồng chỉnh sửa gen câu trả lời cho nhiều vấn đề nan giải Việt. .. sửa gen giới gen giới mảnh ghép chồng chéo thiếu quán nước Các kiện chỉnh sửa gen nên xem tương tự đột biến chất hai phương pháp giống không chứa gen ngoại lai Tuy nhiên, trạng quản lý kiện chỉnh. .. giá an tồn dịng chỉnh sửa gen thuộc nhóm SDN-3 phải tuân thủ chặt chẽ việc kiểm soát kiện biến đổi gen Một số đề xuất cho việt nam Rất nhiều tính trạng “ưu việt? ?? tạo thông qua sử dụng hệ thống