Chỉnh sửa hệ gen công nghệ đột phá của thế kỷ xxi và cơ hội cho nông nghiệp việt nam

£ông nghệ dût phá cùa kỷ XXI TỦ SÁCH KHOA HỌC MS: 338-KHTN-2020 H ã N ộ ì| n h xu ất bá n đ i h ọ c q u ô c g ia h n ộ i I tS.TS PHẠMXUÂN111(Chỉ hihi) CHỈNH SỬA HỆ GEN Cùng nghệ dột phá M kỷ XXI cd hỌí cho nhng nghiệp việt Nam NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Chủ biên GS.TS Phạm Xuân Hội Tham gia biên soạn GS.TS Phạm Xuân Hội - TS Nguyễn Duy Phương Chương I GS.TS Phạm Xuân Hội -T S Nguyên Duy Phương Chương II TS Nguyễn Duy Phương - ThS Phạm Thị Vân Chương III GS.TS Phạm Xuân Hội - TS Nguyễn Duy Phương Chương IV TS Nguyễn Duy Phương - ThS Phạm Thị Vân Chương V GS.TS Phạm Xuân Hội - TS Nguyễn Duy Phương Chương VI MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt 13 Danh mục hình 16 Danh mục bảng 20 Lời mở đầu 23 Chương CHỌN GIỐNG CÂY TRỔNG TIÊN TIẾN VÀ CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN I KHÁI NIỆM 25 1.1 Chọn giống trống tiên tiến 25 1.2 Gen/Hệgen 26 1.3 Biến đổi gen 26 1.4 Chỉnh sửa gen/hệ gen 27 II CHỌN GIỐNG CÂY TRỔNG TIÊN TIẾN 27 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ/kĩ thuật chọn giống trồng 27 2.2 Mục tiêu chọn giống trồng 29 2.3 Các kĩ thuật chọn giống tiên tiến trổng 31 III CÁC CÔNG CỤ CHỈNH SỬA GEN 41 3.1 Hệ thống chinh sửa gen Meganuclease 42 3.2 Hệ thống chỉnh sửa gen Zinc-finger nuclease 42 3.3 Hệ thống chỉnh sửa gen TALEN 45 3.4 Hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 47 IV XU HƯỚNG NGHIÊN cứu CHỈNH SỬA GEN THựC VẬT 48 Tài liệu tham khảo 51 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỬA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Chương HỆ THỐNG CHỈNH SỬA GEN CRISPR/Cas9 I QUÁ TRÌNH PHÁT HIỆN HỆ THỐNG CRISPR/Cas9 .55 II ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG SINH HỌC CUA h ệ t h ố n g CRISPR/Cas9 57 III C CHẾ CHỈNH SỬA GEN BẰNG CRISPR/Cas9 59 IV CHỈNH SỬA GEN THỰC VẬT BẰNG HỆ THỐNG CRISPR/Cas9 63 4.1 Thiết kế hệ thống CRISPR/Cas9 63 4.2 Vector biểu hệ thống CRISPR/Cas9 64 4.3 Các công cụ tin sinh học phục vụ thiết kế cấu trúc CRISPR/Cas9 65 4.4 Thiết kế cấu trúc biểu sgRNA 67 4.5 Thiết kế cấu trúc biểu Cas9 68 4.6 Chuyển nạp vector biểu hệ thống CRISPR/Cas9 vào thực vật 68 4.7 Phương pháp sàng lọc đột biến 69 V TIẾN Bộ TRONG NGHIÊN u CHỈNH SỬA GEN THỰC VẬT BẰNG CRISPR/Cas9 5.1 Các biến thể protein Cas9 70 5.2 Vector vận chuyển cấu trúc CRISPR/Cas9 73 5.3 Chỉnh sửa gen x c 74 5.4 Chỉnh sửa gen không mang DNA ngoại lai 79 VI MỘT SỐ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẤU TRÚC CRISPR/Cas9 CHỈNH SỬA GEN CỬA NHÓM TÁC GIẢ 81 6.1 Thiết kế trình tự gRNA đặc hiệu chỉnh sửa gen OsP5CS tăng cường tính chống chịu hạn mặn giống lúa BC15 công nghệ 6.2 Thiết kế vector chỉnh sửa gen IPA7 liên quan đến tính trạng suất giống lúa chất lượng J02 95 6.3 Phân lập thiết kế gRNA chỉnh sửa promoter OsSWEET13 liên quan đến bệnh bạc lúa Bắc thơm 106 Mục lục 6.4 Nghiên cứu phân lập promoter OsSWEET14 thiết kế cấu trúc gRNA tăng cường khả kháng bệnh bạc giống lúa TBR225 120 6.5 Thiết kế hệ thống vector CRISPR/Cas9 chỉnh sửa gen GmHyPRPl liên quan tới đáp ứng chống chiu yếu tố bất lợi phi sinh học đậu tương 134 6.6 Thiết kế hệ thống cấu trúc vector CRISPR/Cas9 để chỉnh sửa gen GmNAC29 liên quan tới khả chống chịu hạn đậu tương 148 Tài liệu tham khảo 161 Chương ỨNG DỤNG HỆ THỐNG CRISPR/Cas9 TRONG KHOA HỌC CÂY TRỔNG I ỨNG DỤNG CỦA CRISPR/Cas9 TRONG NGHIÊN cứu BẢN: NGHIÊN CỨU CHỨC NĂNG HỆ GEN THựC VẬT 175 1.1 Bất hoạt đơn g en .176 1.2 Chỉnh sửa đa g en .177 1.3 Đột biến đoạn NST .179 1.4 Thay thê' gen chuyển gen vào vị trí mong m uốn .179 1.5 Chỉnh sửa nucleotide 181 1.6 Nghiên cứu chức toàn hệ gen sàng lọc thư viện đột biến độ phân giải cao .183 II ỨNG DỤNG CỦA CRISPR/Cas9 TRONG CHỌN GIỐNG CHÍNH XÁC 186 2.1 Cải tiến tính trạng trổng bất hoạt gen .186 2.2 Cải tiến tính trạng trồng qua tái tổ hợp gen xác 193 2.3 ứng dụng cơng cụ chỉnh sửa nucleotide 194 2.4 Tinh chỉnh q trình điều hịa biểu gen 195 2.5 Chiến lược chọn giống trồng kháng virus 197 III MỘT SỐ THÀNH Tựu NGHIÊN cứu CỦA NHÓM TÁC GIẢ .198 3.1 Nghiên cứu vai trò gen OsSWEET14 trình xâm nhiễm vi khuẩn gây bệnh bạc lúa Bắc thơm 198 10 CHỈNH SỬA HỆGEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾKỶXXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 3.2 Thiết kế chuyển cấu trúc chỉnh sửa gen OsSWEET14 vào giống lúa Bắc thơm .210 3.3 Nghiên cứu đặc điểm kiểu gen kiểu hình dịng lúa Bắc thơm chỉnh sửa gen OsSWEET14 225 3.4 Quy trình tạo dịng lúa Bắc thơm chỉnh sửa gen OsSWEET14 kháng bệnh bạc 234 3.5 Nghiên cứu chuyển cấu trúc chỉnh sửa promoter OsSWEET14 vào giống lúa TBR225 241 3.6 Cải tiến tính trạng kháng bạc giống lúa chủ lực TBR225 thông qua chỉnh sửa gen OsSWEET14 255 3.7 Quy trình chỉnh sửa gen OsSWEET14 giống lúa TBR225 cải tiến tính kháng bệnh bạc 268 Tài liệu tham khảo 274 Chương CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN CRISPR/Cas9 -THÁCH THỨC VÀ TRIỂN VỌNG I CÂY TRỒNG CHỈNH SỬA GEN c ó PHẢI SINH VẬT BIẾN ĐỔI GEN? 285 II ĐỘT BIẾN SAI VỊ TRÍ VÀ CÁC RỦI RO 288 III SO SÁNH ĐỘT BIẾN BẰNG CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỘT BIẾN TRUYỀN THỐNG 290 IV THÁCH THỨC VÀ TIẾN BỘ ĐẠT ĐƯỢC TRONG NGHIÊN u CHỈNH SỬA GEN THựC VẬT 293 4.1 Chỉnh sửa gen đối tượng thực vật tái sinh 293 4.2 Chỉnh sửa gen đối tượng trổng chuyển gen 295 4.3 Chỉnh sửa đa gen hiệu suất cao 297 4.4 Chỉnh sửa gen xác đối tượng thực vật 300 4.5 Các phương thức chuyển gen xác 304 4.6 Chỉnh sửa nucleotide 306 4.7 Chỉnh sửa gen không mang DNA ngoại lai 309 Mục lục 11 4.8 Nghiên cứu mạng lưới di truyền kiểm sốt tính trạng nơng học quan trọng trồng 314 V TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ CRISPR/Cas9 TRONG TƯƠNG LAI 314 5.1 Thúc đẩy q trình hóa lồi hoang dại 314 5.2 Các hệ thống vận chuyển cấu trúc CRISPR cải tiến 316 5.3 Cải thiện tính đặc hiệu hệ thống CRISPR/Cas9 317 5.4 Tăng hiệu suất cơng cụ chỉnh sửa gen xác theo chế HDR 318 5.5 Kiểm sốt lồi xâm lấn nông nghiệp công nghệ "gen drive" dựa CRISPR/Cas9 319 Tài liệu tham khảo 320 Chương TIẾM NẪNG ỨNG DỤNG CỔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỐNG VIỆT NAM I KHĨ KHĂN CỦA NƠNG NGHIỆP VIỆT NAM TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU 325 II HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT CÂY TRỔNG BIẾN ĐỔI GEN Ở VIỆT NAM 326 III TIÊN ĐỀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN Ở VIỆT NAM 330 3.1 Sự phát triển nghiên cứu nuôi cấy mô thực vật Việt Nam 330 3.2 Triển vọng phát triển công nghệ chỉnh sửa gen Việt Nam 332 IV MỘT SỐ THÀNH Tựu NGHIÊN CƯU CỬA NHÓM TÁC GIẢ 334 4.1 Nghiên cứu khả tái sinh chồi từ phơi tập đồn giống lúa Việt Nam nhằm phục vụ cho công tác chuyển gen 334 4.2 Nghiên cứu khả tạo mô sẹo tái sinh chồi từ phôi tập đoàn giống lúa nương vùng cao Việt Nam phục vụ cho công tác chuyển g e n 345 4.3 Xây dựng hệ thống tái sinh in vitro cho số giống lúa chủ lực sản xuất Việt Nam .356 4.4 Xây dựng quy trình chuyển gen cho giống lúa Bắc thơm thông qua vi khuẩn Agrobaterium tum efaciens 367 12 CHÌNH SỬA HỆ 6EN: CƠNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM 4.5 Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu suất quy trình chuyển gen vào phơi non giống lúa Bắc thơm qua trung gian Agrobacterium 375 4.6 Xây dựng quy trình chuyển gen vào giống lúa TBR225 thông qua vi khuẩn Agrobaterium tum efaciens 385 Tài liệu tham khảo 397 Chương PHÁT TRIỂN KHUNG PHÁP LÝ CHO CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN TRONG NÔNG NGHIỆP I GIỚI THIỆU CHUNG 407 II KINH NGHIỆM THựC TẾ Ở MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 411 III CÁC KHUYẾN NGHỊ VÀ ĐỂ XUẤT VẾ CHÍNH SÁCH CHO VIỆT NAM 417 Tài liệu tham khảo 421 DANH MỤC T VIẾT TÂT 2,4-D 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid 3-AT 3-Amino-l, 2,4-triazole A thaliana Arabidopsisthaliana A tumefaciens Agrobađeríum tumeíơciens ABA Abscisic acid ABE Adenine base editor BAP 6-Benzylaminopurine BĐG Biến đổi gen BĐKH Biến đổi khí hậu bp Cặp bazơ (base pair) BT7 Bắc thơm Cas9 Protein CRISPR-associated CBE Cytosine base-editor cDNA DNA bổ sung (complementary deoxyribonucleic acid) CRISPR Clustered regularly interspaced short palindromic repeats crRNA CRISPRRNA CTAB Cetyltrimethylammonium bromide dCas9 Protein Cas9 hoạt tính nuclease (nuclease-dead Cas9) DSB Đứt gãy DNA sợi đôi (DNA double-strand break) dNTP Deoxyribonudeoside triphosphate Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh ỉửa gen 411 gen BADH2 liên quan tới tính trạng mùi thơm Thực tế nghiên cứu ứng dụng chỉnh sửa gen sớm bùng nổ Việt Nam vậy, Chính phủ Việt Nam cần sớm quan tâm với vấn đề quy định pháp lý công nghệ II KINH NGHIỆMTHựCTẾởMỘTsố NƯỚCTRÊN THẾGIỚI Các quốc gia giới có mức độ khác kinh nghiệm pháp lý liên quan tới ứng dụng công nghệ chọn giống tiên tiến (NBT) Ở hầu hết nước, công nghệ chỉnh sửa gen sử dụng nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng Tuy nhiên, hầu hết ứng dụng NBT phát triển cách hạn chế Ở nhiều quốc gia, có Liên minh châu Âu (EU), thử nghiệm ứng dụng khác NBT bên đồng ruộng (ví dụ sản phẩm phát triển cơng nghệ chỉnh sửa gen, chuyển gen lồi ) Hiện nay, kinh nghiệm thực tế kiểm soát ứng dụng NBT xác định mức độ kiểm soát cho ứng dụng NBT cụ thể phát triển nhanh chỏng (Eckerstorfer et aỉ., 2019) Các quốc gia đầu việc xây dựng quy trình xử lý trồng chỉnh sửa gen chủ yếu nước phát triển thuộc Mỹ Latinh (ví dụ: Argentina, Brazil, Chile Colombia) Bên cạnh đó, Mỹ ú c hai quốc gia đã làm rõ khả áp dụng quy định sinh vật BĐG/công nghệ sinh học loại trồng chỉnh sửa gen khác phát triển tiêu chí loại trừ rõ ràng cho số loại chỉnh sửa gen định (Sarah et al., 2020) Tuy nhiên, cần phải lưu ý nhiều nước phát triển dường xem xét lại khuôn khổ pháp lý hành quốc gia có xu hướng đưa số ứng dụng chỉnh sửa gen khỏi phạm vi áp dụng quy định sinh vật BĐG/an toàn sinh học quốc gia họ (ví dụ: Kenya, Nigeria) (Eckerstorfer et al., 2019) Nhỏm làm việc Điều hòa Giám sát pháp lý công nghệ sinh học thuộc Tổ chức Hợp tác phát triển kinh tế (OECD) thảo 412 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CỠNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM luận vấn đề an toàn quy định pháp lý cho sinh vật chỉnh sửa gen Tháng năm 2018, “Hội thảo OECD chỉnh sửa gen: ứng dụng nông nghiệp - vấn đề liên quan tới sức khỏe, môi trường quy định pháp lý” tổ chức Pari Hội nghị quy tụ 200 chuyên gia đến từ 35 quốc gia tổ chức để làm bật nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen lĩnh vực nơng nghiệp, từ cung cấp sở khoa học để thảo luận tác động tiềm tàng công nghệ chỉnh sửa gen với nội dung bao quát tồn sách nơng nghiệp thực phẩm, ví dụ sách liên quan tới an tồn an ninh lương thực tồn cầu, tính bền vững thích ứng với BĐKH Hội thảo tạo hội trao đổi thông tin kịp thời chuyên gia khoa học, nhà đánh giá rủi ro, nhà hoạch định sách, nhà quản lý, người đổi toong lĩnh vực tư nhân bên liên quan khác từ khắp nơi giới Tuy nhiên, cần phải lưu ý hội thảo OECD khơng nhằm mục đích đưa khuyến cáo liên quan tới quản lý công nghệ chỉnh sửa gen việc phát triển sách nhiệm vụ ủy ban OECD phủ (Friedrichs et ah, 2019; Tsuda et al, 2019) Như lưu ý trên, vấn đề quản lý sinh vật chỉnh sửa gen đưa thảo luận nhiều quốc gia quốc gia có hướng tiếp cận khác Ngày 28/03/2018, Bộ trưởng Nông nghiệp Mỹ Sonny Perdue tuyên bố Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) “khơng kiểm sốt khơng có kế hoạch để kiểm soát trồng phát triển thông qua kỹ thuật chọn giống truyền thống, miễn chúng khơng phải lồi gây hại phát triển cách từ loài gây hại” Quan điểm USDA lần khẳng định quy tắc SECURE (Sustainable, Ecological, Consistent, Uniform, Responsible, Efficient rule) dành cho công nghệ sinh học công bố năm 2 (https://www.aphis.usda.gov/) Ở Argentina, Chile, Brazil nhiều nước Mỹ Latinh khác, quy định quản lý sinh vật tạo kỹ thuật chọn giống trồng xây dựng sở trường hợp cụ thể thông qua Chương Phát triển khung pháp lý cho cơng nghệ chỉnh sửa gen 413 q trình tham vấn để kiểm tra xác xem sản phẩm chỉnh sửa gen tạo thuộc phạm vi quản lý hay nằm phạm vi quản lý quy định sinh vật BĐG hành (Tsuda et aỉ., 2019) Quá trình kiểm tra xem xét liệu sản phẩm chỉnh sửa gen tạo có chứa “sự kết hợp vật liệu di truyền” hay không; khái niệm đưa Nghị định thư Cartagena An toàn sinh học (Lema et al., 2019) Trái ngược với phát triển châu Mỹ, châu Âu, vấn đề liên quan đến kiểm soát trồng chỉnh sửa gen phức tạp dự kiến tiến triển năm tới Ngày 25/07/2018, Tòa án Tư pháp Liên minh châu Âu đưa phán “các sinh vật tạo phương pháp/kỹ thuật đột biến gen tạo thành sinh vật BĐG thuộc đối tượng áp dụng điều khoản liên quan đến sinh vật BĐG” “chỉ sinh vật thu phương pháp/kĩ thuật đột biến gen truyền thống quy ước sử dụng nhiều ứng dụng trước có hồ sơ an tồn đầy đủ loại trừ khỏi phạm vi điều khoản” thuộc tài liệu hướng dẫn 2001/18/EC (Tạp chí Chính thức Liên minh châu Âu, 2001) Phán dẫn đến nhiều băn khoăn tranh cãi vấn đề quản lý sinh vật chỉnh sửa gen nói chung (Tsuda et al., 2019) Hai quốc gia thuộc châu Đại Dương lại có quy định khác sinh vật chỉnh sửa gen Australia đưa thông báo “Các quy định sửa đổi (Biện pháp số năm 2019) công nghệ gen” sửa đổi từ “Đạo luật Công nghệ gen 2000” vào ngày tháng năm 2019 Một trọng tâm sửa đổi OGTR kiểm sốt số ứng dụng định kỹ thuật chỉnh sửa gen đối tượng thực vật, động vật dịng tế bào người chúng khơng tạo kết hợp vật liệu di truyền (Mallapaty, 2019) (Tsuda et aỉ., 2019) Cụ thể hơn, từ ngày 8/10/2019, sinh vật chỉnh sửa gen thuộc nhóm SDN-1 khơng phải chịu quản lý sinh vật BĐG không chứa gen chuyển (ví dụ gen Cas9 biểu protein 414 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXIVÂ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM SDN) hệ gen Người đề xuất phải có trách nhiệm đảm bảo họ tuân thủ luật pháp trồng giải phóng mơi trường phải đáp ứng quy định quan quản lý (OGTR) Đối với trường hợp chỉnh sửa gen khác, dù thay đổi cuối DNA có giống sản phẩm thuộc nhóm SDN-1, tạo thông qua công cụ khác không đáp ứng định nghĩa SDN-1 (ví dụ: chỉnh sửa nucleotide chỉnh sửa gen SDN-2) phải chịu phạm vi kiểm sốt Quy định Cơng nghệ gen Theo Fritsche (2018), “năm 2014, Cơ quan bảo vệ môi trường New Zealand tuyên bố trồng sản xuất thông qua phương pháp chỉnh sửa gen khơng chứa DNA ngoại lai khơng bị kiểm sốt sinh vật sống biến đổi gen (living modified orgamism LMO)”, định bị Tòa án tối cao bác bỏ Hiện tại, New Zealand coi tất sinh vật chỉnh sửa gen sinh vật sống BĐG (Tsuda et al., 2019) Nhật Bản công bố quy tắc để kiểm soát sinh vật chỉnh sửa gen Theo đó, sinh vật chỉnh sửa gen tạo theo chế SDN-1 không chịu kiểm sốt Đạo luật Cartagena, chúng coi tương tự sinh vật tạo công nghệ chọn giống thông thường Hơn nữa, trường họp sử dụng axit nucleic sinh vật thuộc loài phân loại với vật chủ (được gọi “tự nhân bản” - self-cloning), sử dụng axit nucleic sinh vật thuộc lồi có tượng trao đổi axit nucleic với loài chủ điều kiện tự nhiên (bao gồm virus viroid) sử dụng (gọi “sự xuất tự nhiên” - natural occurrence) không thuộc định nghĩa sinh vật BĐG Các sinh vật chỉnh sửa gen thuộc nhóm SDN-3 coi sinh vật BĐG trường hợp này, gen chuyển tích hợp hệ gen chúng xác định sinh vật chứa “axit nucleic xử lý ngoại bào” Đối với ứng dụng chỉnh sửa gen thuộc nhóm SDN-2, tương tự SDN-1, trường họp cụ thể phải trải qua tham vấn thực quan có thẩm quyền khác Nhật Bản, bao gồm Bộ Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen 415 Nông nghiệp - Lâm nghiệp - Thủy sản, Bộ Môi trường Bộ Giáo dục - Văn hóa - Thể thao - Khoa học Cơng nghệ Q trình tham vấn yêu cầu nhà phát triển phải gửi tất thông tin liên quan, bao gồm liệu phân tử phù hợp nhằm chứng minh sản phẩm cuối khơng mang gen chuyển; từ làm sở để quan có thẩm quyền xác định xem sản phẩm tạo có thuộc phạm vi quản lý quy định sinh vật BĐG hay không Quyết định quan có thẩm quyền Nhật Bản giúp bên liên quan chuẩn bị thơng tin yêu cầu sở tiêu chí xác định Các nhà khoa học/các nhà phát triển sản phẩm hy vọng hướng dẫn rõ ràng yêu cầu liệu thông tin cần chia sẻ với quan chức thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen chọn giống trồng tuân thủ quy chế pháp lý đắn (Tsuda et aỉ., 2019) Tóm lại, tất quốc gia đề cập thảo luận câu hỏi giống hầu hết số họ phải đối mặt vói thách thức tương tự nhau, bao gồm (nhưng không giới hạn): - Sự không rõ ràng phạm vi áp dụng quy định, vấn đề liên quan tới định nghĩa, tiêu chí ảp dụng khơng áp dụng quy định kiểm sốt q trình sản phẩm chỉnh sửa gen (tất quốc gia.) - Áp dụng quy định khác cho sản phẩm giống nhau, dựa ưên công nghệ phát triển sản phẩm mà bỏ qua đặc tính cuối (có hồ sơ đánh giá rủi ro giống nhau) sản phẩm (ví dụ rõ cho trường họp sách Liên minh châu Âu Australia) - Mỗi quốc gia có tiêu chí để xác định mức độ quản lý sản phẩm chỉnh sửa gen khác nhau, dẫn đến rủi ro sản phẩm giống phải chịu quản lý khác (hầu hết quốc gia) Liên quan đến việc kiểm sốt ứng dụng phát triển cơng nghệ chỉnh sửa gen (đặc biệt kỹ thuật dựa SDN-1, 416 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHẨ CỦA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NỠNG NGHIỆP VIỆT NAM SDN-2, SDN-3 hay ODM), biện pháp thực tưomg lai quốc gia đề cập bao gồm (Eckerstorfer et a i, 2019): - Không giám sát an toàn sinh học ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen không chứa yếu tố di truyền có nguồn gốc từ lồi gây bệnh tính trạng kháng sâu: Mỹ (ứng dụng phát tán mơi trường) - Quy định kiểm sốt ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen theo chế SDN-3 liên quan đến cấu trúc DNA tái tổ họp, không áp dụng cho ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen theo chế SDN-1 SDN-2 (không mang DNA tái tổ họp): Argentina, Brazil, Nhật - Quy định kiểm sốt ứng dụng cơng nghệ chỉnh sửa gen dựa ODM SDN-2, không áp dụng cho ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen dựa SDN-1: Australia (theo sửa đổi Quy định kiểm sốt Cơng nghệ gen đề xuất) - Kiểm sốt tất cơng nghệ chỉnh sửa gen chúng sử dụng để phát triển trồng mang tính trạng mới: Canada - Kiểm sốt tất công nghệ chỉnh sửa gen: EU, New Zealand Các quốc gia áp dụng hệ thống quy định khác để kiểm sốt cơng nghệ chỉnh sửa gen Theo hướng tích cực, tất ứng dụng khơng chứa yếu tố di truyền có nguồn gốc từ mầm bệnh hay tính trạng kháng sâu khơng chịu giám sát an tồn sinh học Mỹ Theo hướng ngược lại, tất loại chỉnh sửa gen phải chịu kiểm soát theo điều luật an tồn sinh học có, chất tính trạng phát triển kĩ thuật chỉnh sửa gen có (EU, New Zealand), áp dụng cho tất ứng dụng tạo tính trạng (Canada) (Eckerstorfer et al., 2019) Một số quốc gia (Argentina, Australia, Brazil, Colombia, Chile, Guatemala, Honduras, Paraquay Nhật Bản) đưa tiêu chí rõ ràng để xác định loại ứng dụng khác công nghệ chỉnh sửa Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen 417 gen thuộc phạm vi bị kiểm soát quy định an toàn sinh học quốc gia Các tiêu chí chủ yếu nhằm mục đích tăng tính rõ ràng quy định kiểm sốt cơng chỉnh sửa gen cho quan chức người thực Các định nghĩa nêu luật an toàn sinh học tương ứng làm rõ hơn, ví dụ sử dụng khái niệm có mặt khơng có mặt cấu trúc DNA tái tổ họp để làm rõ cho khải niệm “vật liệu di truyền tái tổ họp” (Argentina) hay “kĩ thuật biến đổi di truyền” (Brazil) Các cách thức để phân biệt rõ ràng loại ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen đưa (ví dụ, ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen theo chế SDN-1 không sử dụng trình tự axit nucleic ngoại lai làm khn SDN-2 SDN-3 để biến đổi gen xác) Tuy nhiên, tiêu chí khơng nhằm mục đích phân biệt ứng dụng có mức độ rủi ro khác (Eckerstorfer et al., 2019) III CẮCKHUYẾN NGHỊ VÀĐỂXUẤTVẾCHÍNH SÁCHCHOVIỆT NAM Con người phải đổi mặt với nhiều thánh thức: thực hành nông nghiệp gây áp lực lên mơi trường, tình ứạng dân số ngày tăng BĐKH gây ảnh hưởng ngày lớn sản xuất nơng nghiệp Tìm giải pháp nhằm giảm tác động nơng nghiệp tới mơi trường thích ứng canh tác nông nghiệp với thay đổi khí hậu nhiệm vụ bắt buộc Đe giải vấn đề này, đồng thời đáp ứng mục tiêu sản xuất lương thực cách hiệu quả, người cần sử dụng tất kiến thức phương tiện kỹ thuật có sẵn, bao gồm công nghệ mới, đặc biệt công nghệ sinh học Một đột phá ừong lĩnh vực chọn giống xác, phương pháp chọn giống trồng đại dựa ừên chỉnh sửa gen trồng Cây trồng phát triển phương pháp chọn giống xác giúp nơng dân giảm thiểu chi phí sản xuất vào phân bón thuốc trừ sâu Chọn giống xác góp phần điều chỉnh ưồng đến khu vực cụ thể, có tính đến yếu tố môi trường khu vực định 418 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Con người bắt đầu công việc chọn giống từ 8.000 năm trước Công nguyên, người nông dân chọn hạt cá thể ữồng có đặc tính tốt thu từ đột biến tự phát lai chủng để tạo giống mang đặc tính mong muốn Sau đỏ, người biết sử dụng hóa chất tia xạ để tạo đột biến Loại đột biến truyền thống khơng thuộc đối tượng bị kiểm sốt quy định pháp lý sinh vật BĐG tính an tồn chứng minh qua thời gian dài Tuy nhiên, phưomg pháp tạo hàng trăm, chí hàng nghìn đột biến ngẫu nhiên với tác động hay hệ biết trước Các đột biến tạo thay đổi khơng mong muốn, sau phải loại bỏ ừong bước sàng lọc mà thường tốn thời gian lúc thành công Các công nghệ chỉnh sửa gen tuân theo nguyên tắc vậy, có hiệu độ xác cao hon chúng tạo hay vài đột biến - thay đổi xuất tự nhiên thơng qua phương pháp gây đột biến truyền thống Những đột phá ừong nghiên cứu thực vật gần cho phép nhà chọn giống biết xác đột biến xuất đâu hệ gen dự đoán tốt ảnh hưởng đột biến Đây lý công nghệ gọi chọn giống chỉnh xác Bên cạnh đó, trái ngược với sản phẩm từ sinh vật BĐG, sản phẩm cuối tạo từ cơng nghệ chọn giống xác khơng chứa DNA có nguồn gốc từ lồi khác khơng có quan hệ di truyền Theo quan điểm khoa học, trồng tạo số kĩ thuật chỉnh sửa gen định (ví dụ SDN-1, SDN-2, ODM chỉnh sửa nucleotide) an tồn ữồng tạo phương pháp đột biến gen truyền thống hay chọn giống thơng thường Chính vậy, điều quan trọng luật phải điều chỉnh để sinh vật chứa mộưmột vài thay đổi nhỏ hệ gen tuân theo quy định luật sinh vật BĐG, thay vào phải coi giống trồng thơng thường Ngồi ra, việc sửa đổi lại Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen 419 luật cần thiết sinh vật BĐG công nghệ chọn giống tiên tiến để phản ánh xác tiến khoa học cơng nghệ sinh học Hệ quy định pháp lý xây dựng không dựa sở khoa học khơng phù hợp, khiến cho q trình chọn giống xác trở thành khoản đầu tư lớn, điều nằm ngồi tầm với doanh nghiệp vừa nhỏ Như vậy, người nông dân bỏ lỡ giống trồng hệ khỏe giàu dinh dưỡng hơn, cần thiết để ứng phó với hậu biến đổi khí hậu Ví dụ, bệnh dịch sâu hại lây lan nhanh nhiệt độ tăng cao Việc bất hoạt số gen định giúp trồng kháng với sâu bệnh mà không cần sử dụng thuốc trừ sâu ứng dụng nạy đặc biệt có giá trị với trồng sinh sản vô sinh khoai tây, chuối dâu tây Các loại trồng thường nhạy cảm với bệnh hại thiếu tính đa dạng di truyền (thế hệ cháu giống hệt bố mẹ mặt di truyền) Phương thức áp dụng cho hạn hán, vấn đề quan trọng mà nhiều khu vực giới phải đối mặt Trên hết, chọn giống xác phương pháp lý tưởng để cải tiến chất lượng an tồn thực phẩm, ví dụ tạo giống trồng chứa chất gây dị ứng Việt Nam khơng nên nằm ngồi xu hướng phát triển chung cộng đồng quốc tế, đặc biệt quốc gia hàng đầu khoa học nông nghiệp Mỹ Nhật Bản Câu hỏi đặt “Việt Nam có cần thiết phải có khung pháp lý dành riêng cho trồng chỉnh sửa gen sản phẩm có nguồn gốc từ trồng chỉnh sửa gen hay không” Thực tế Việt Nam có quy định pháp lý quốc gia hồn chỉnh để đảm bảo tính an tồn sử dụng sản phẩm có nguồn gốc từ sinh vật BĐG Theo quan điểm chúng tôi, quy định hồn tồn áp dụng để đánh giá tính an tồn ừồng sản phẩm có nguồn gốc từ chỉnh sửa gen Tuy nhiên, chắn phải có phân biệt rõ ràng mặt pháp lý liệu 420 CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXI VÀ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ứng dụng cụ thể có tạo sinh vật BĐG khơng, sản phẩm trồng tạo không khác biệt với sản phẩm chọn giống thơng thường; nên tiến hành phân tích trường hợp cụ thể sản phẩm phát triển cơng nghệ gen với định nghĩa mang tính pháp lý rõ ràng sinh vật BĐG Chính vậy, Chính phủ Việt Nam cần xem xét lại định nghĩa tiêu chí quy định hành để đảm bảo ứng dụng chỉnh sửa gen không bị quản lý quy định không phù hợp cản trở phát triển Việt Nam Để thực công việc phức tạp theo cách đắn nhất, nhà lập pháp cần phải hiểu rõ loại công nghệ chỉnh sửa gen Bên cạnh quy định pháp lý, vấn đề khoa học phương pháp đánh giá tồn DNA ngoại lai sản phẩm cuối phương pháp phát xuất đột biến không chủ ý, cần quan tâm làm rõ Sự tồn đoạn DNA ngoại lai phát cách sử dụng hệ thống giải trình tự gen hệ phương pháp lai Southern blot cải tiến Các phương pháp cho phép phát thay đổi trình tự DNA tạo thông qua kỹ thuật chỉnh sửa gen tóm tắt tài liệu “Mạng lưới Phịng thí nghiệm sinh vật BĐG châu Âu”, tiêu chí đánh phương pháp phát phù họp thảo luận toàn giới Tóm lại, cơng nghệ chỉnh sửa gen có tiềm tạo cách mạng chọn giống trồng, đặc biệt Việt Nam Tuy nhiên, thực trạng quy định pháp lý hành không phân biệt rõ ràng sản phẩm chỉnh sửa gen với sản phẩm BĐG rào cản lớn để đầu tư ứng dụng kỳ thuật chỉnh sửa gen chọn giống trồng Do đó, đề xuất sửa đổi/cập nhật hệ thống quy định quản lý sinh vật BĐG hành để làm rõ phạm vi áp dụng quy định liên quan tới sản phảm trồng chỉnh sửa gen Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen 421 Tài liệu tham khảo Atanassova A., Keiper F (2018) Plant breeding innovation: A global regulatory perspective, Cereal Chemistry, 95: -16 Chen K., Wang Y., Zhang R., Zhang H„ Gao c (2019) CRISPR/Cas Genome Editing and Precision Plant Breeding in Agriculture Annu Rev Plant Biol., 70: 28.1-28.31 COGEM report CGM/061024-02: New techniques in plant biotechnology Deepa J., Karthikeyan R., Gothandapani s., Shilpha J., Gayatri V (2018) CRISPR for Crop Improvement: An Update Review Front Plant Sei., 9: 985 Eckerstorfer M F., Engelhard M., Heissenberger A., Simon s., Teichmann H (2019) Plants Developed by New Genetic Modification Techniques-Comparison of Existing Regulatory Frameworks in the EU and Non-EU Countries Front Bioeng Biotechnol., 7: 26 Friedrichs s., Yoko T., Peter K., Bertrand D., Ryudai o., Janet s., Catherine M (2019) An overview of regulatory approaches to genome editing in agriculture Biotechnology Research and Innovation, 3(2): 208 - 220 Gerstein M B., Bruce c, Rozowsky J s., Zheng D., Du J., Korbei J o., Emanuelsson o., Zhang Z D., Weissman s., Snyder M (2007) What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition Genome Res., 17(6): 669-81 http://db 1.vista.gov vn/ http://phongchongthientai mard gov.vn/ 10 http://www.isaaa.org/ 11 http://www.ogtr.gov.au/ 422 CHINH SflA HE GEN: CONG NGHE DOT PH A COA TH fKYXXI VA CO HOl CHO NONG NGHlEPVlET NAM 12 https://ghr.nlm.nih.gov/ 13 https://seedworld.com/ 14 https://www.aphis.usda.gov 15 https://www.maplecroft.com/ 16 https://www.mard.gov.vn/ 17 https://www.talkplant.com/ 18 https://www.worldseed.org/ 19 Hua K., Zhang J., Botella J R., Ma C., Kong F., Liu B., Zhu J K (2019) Perspectives on the Application of Genome-Editing Technologies in Crop Breeding Mol Plant., 12(8): 1047-1059 20 Janina M S., Jochen M., Dominik M., Thorben S (2018) DNAFree Genome Editing: Past, Present and Future Front Plant Sci., 9: 1957 21 Jeffrey D W., Kan W., Bing Y (2016) The Regulatory Status of Genome-edited Crops Plant Biotechnology Journal, 14: 510 - 518 22 Jorasch P (2019) The global need for plant breeding innovation Transgenic Res 28(Suppl 2): 81-86 23 Jun L., Yan L., Ligeng M (2019) CRISPR/Cas9-Based Genome Editing and its Applications for Functional Genomic Analyses in Plants Small Methods, 3: 1800473 24 Lema M A (2019) Regulatory aspects of gene editing in Argentina Transgenic Res., 28: 147-150 25 Melese L (2018) Marker Assisted Selection in Comparison to Conventional Plant Breeding Agri Res & Tech., 14(2): 555914 26 Principles of Plant Genetics and Breeding, Editors: G Acquaah, Wiley-Blackwell, UK Chương Phát triển khung pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen 423 27 Razzaq A., Saleem F., Kanwa, M., Mustafa G., Yousaf s., Imran Arshad H M., Hameed M K., Khan M s., Joyia F A (2019) Modem Trends in Plant Genome Editing: An Inclusive Review of the CRISPR/Cas9 Toolbox International journal of molecular sciences, 20(16): 4045 28 Sarah M s., Melinda B., Wolf B F (2020) The evolving landscape around genome editing in agriculture: Many countries have exempted or move to exempt forms of genome editing from GMO regulation of crop plants EMBO Rep., 21(6): e50680 29 Schaart J G., van de Wiel c c M., Lotz L A p., Smulders M J M (2016) Opportunities for Products of New Plant Breeding Techniques Trends Plant Sci., 21(5): 438-449 30 Thông tư số 69/2009/TT-BNNPTNT 31 Tsuda M., Watanabe K N., Ohsawa R (2019) Regulatory Status of Genome-Edited Organisms Under the Japanese Cartagena Act Front Bioeng Biotechnol., 7: 387 32 Yanfei M., Jose R B., Yaoguang L., Jian-Kang z (2019) Gene editing in plants: progress and challenges National Science Review, 6(3): 421 - 437 33 Yang B., Yang L., Chen J (2019) Development and Application of Base Editors CRISPR J„ 2(2): 91-104 34 Zhang A., Liu Y., Wang F et al (2019) Enhanced rice salinity tolerance via CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of the OsRR22 gene Mol Breeding, 39: 47 35 Zhang F (2019) Development of CRISPR-Cas systems for genome editing and beyond Quarterly Reviews of Biophysics, 52: E6 NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌCQUỐCGIAHAHỘI 16 HàngChuối ■Hai Bằ Trưng -Hà Nội Chịu trách nhiệm xuất bản: Biên tập chun mơn: Biên tập xuất bản: Giám đóc - Tổng Biên tập: (024)39715011 Quản lý xuất bản: (024)39728806; Fax: (024)39724736 Biên tập: (024)397148% Kỹ thuât xuất bản: (024)39715013 Giám đốc - Tổng Biên tập: TS PHẠM THỊ TRÂM HOÀNG LÊ THU HIỂN ĐẶNG THỊ PHƯƠNG ANH Chế bản: NGUYỄN SỸ DƯƠNG Trình bày bìa: NGUYỄN NGỌC ANH CHỈNH SỬA HỆ GEN: CÔNG NGHỆ ĐỘT PHÁ CỦA THẾ KỶ XXI VA Cơ HỘI CHO NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Mã SỐ: 1K-31 ĐH2020 In 300 bản, khổ 17x24 cm Cơng tyTNHH In Thanh Bình Địa chỉ: Số 432, đường K2, phường Cầu Diễn, quận Nam Từ Liêm, Hà Nội Số xác nhận đăng ký xuất bản: 5050-2020/ CXBIPH/02-366/ĐHQGHN, ngày 30/11/2020 Quyết định xuất số: 76 KH-TN/ QĐ-NXBĐHQGHN, ngày 08/12/2020 In xong nộp lưu chiểu năm 2021 Chỉnh sửa gen công nghệ tiên tiến nay, tạo cách mạng lĩnh vực y tế chọn giống trồng Trong nông nghiệp, công nghệ giúp nhà chọn giống tạo đột biến có lợi vị trí mong muốn hệ gen trồng tưong tự đột biến xảy tự nhiên Chỉ đời phát triển từ năm 2013 đến nay, 24 đối tượng trồng với 193 gen chỉnh sửa áp dụng thành công nhiều quốc gia giới Tuy nhiên, tiến lớn việc ứng dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen CRISPR/Cas9 đạt lúa, với tổng số 109 gen, tập trung vào tính trạng chống chịu sâu bệnh, kháng thuốc trừ cỏ, tăng suất, chất lượng, hàm lượng vi chất khả sử dụng nguồn dinh dưỡng