Kỹ thuật gene trong chăn nuôi tạo động vật chuyển gene như thế nào ?

Kỹ thuật gene trong chăn nuôi tạo động vật chuyển gene như thế nào ?

KHOA CNSH – CNTP LỚP 40 CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐH NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN KỸ THUẬT GENE TRONG CHĂN NUÔI TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GENE NHƯ THẾ NÀO? Giảng viên: Hồ Thị Bích Ngọc Nhóm thực hiện: nhóm 7 1. Hoàng Mạnh Thắng (manhthang.yb@gmail.com) 2. Trần Xuân Thạch 3. Nguyễn Văn Đạt 4. Nguyễn Văn Thông 5. Nguyễn Xuân Linh 6. Nguyễn Trung Thành 7. Lê Anh Dũng Thái Nguyên, ngày 1 tháng 10 năm 2010 - 2 - KỸ THUẬT GENE TRONG CHĂN NUÔI TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GENE NHƯ THẾ NÀO? 1. Kỹ thuật gene, khái niệm cơ bản và lịch sử hình thành 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1. Kỹ thuật gene ( Kĩ thuật di truyền - Genetic engineering) là các thao tác tác động lên DNA để chuyển đoạn DNA mang một gene hoặc cụm gene từ tế bào cho đến tế bào nhận thông qua thể truyền. 1.1.2. Công Nghệ gene là ngành kỹ thuật về quy trình ứng dụng kĩ thuật gene. 1.1.3. Công nghệ sinh học (Biotechnology) là ngành công nghệ sử dụng tế bào sống và các quá trình sinh học (nhân tạo và tự nhiên) để tạo ra những sản phẩm cần thiết cho con người( thuốc, Gene, nhân bản vô tính, trồng trọt & chăn nuôi, kháng sinh, DNA, virus, các chất hữu cơ, protein, enzyme…) 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển Từ năm 1953, sau khi James D. Watson và Francis Crick công bố mô hình cấu trúc của phân tử DNA, công nghệ sinh học đã có những bước tiến vượt bậc, bước vào giai đoạn công nghệ sinh học hiện đại. Ứng dụng rộng lớn trên nhiều phương diện: Nông nghiệp, công nghiệp, môi trường… Trong những năm 70 của thế kỷ XX, những thành công lớn đã đến với công nghệ sinh học, đó là sự ra đời của công nghệ gene: 1972 Paul Berg là người đầu tiên tạo ra DNA tái tổ hợp kết hợp từ virus ở khỉ SV40 với các virus lambda . 1973 Herbert Boyer và Stanley Cohen là người đầu tiên tạo ra sinh vật biến đổi gene bằng cách chèn các gene kháng kháng sinh vào plasmid của E.coli 1974 Rudolf Jaenisch đã tạo ra một con chuột biến đổi gene bằng cách chuyển DNA ngoại lai vào phôi thai. Đánh dấu thành công đầu tiên trên thế giới ở động vật chuyển gene Cho đến nay, công nghệ gene đã có vô vàn thành tựu và ứng dụng trên mọi mặt đời sống, đó là chọn tạo giống cây trồng – vật nuôi, sản xuất các chế phẩm phục vụ mục đích con người, bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và môi trường sống. Trong phạm vi bài tập, chúng tôi tập chung vào quy trình và ứng dụng của công nghệ gene đối với chăn nuôi, bao gồm: cải tạo giống cũ, chọn tạo giống mới và các vấn đề khác. 2. Kỹ thuật chọn tạo giống vật nuôi 2.1. Khái niệm Chọn lọc và nhân giống vật nuôi (Animal breeding) là môn khoa học ứng dụng các kỹ thuật di truyền để cải tiến về mặt di truyền đối với việc nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm của vật nuôi. - 3 - 2.2. Cổ điển Từ xã hội chiếm hữu nô lệ, con người đã có những kiến thức cơ bản về chọn tạo giống. Theo sự phát triển của xã hội, kiến thức tích lũy được ngày càng nhiều. Công tác chọn tạo giống ngày càng hiệu quả. Tuy nhiên chọn giống cổ điển chủ yếu dựa vào cảm nhận của con người (thị giác, xúc giác) và kinh nghiệm, không chịu ảnh hưởng của bất kỳ một lý thuyết sinh vật nào, có thể tóm tắt kỹ thuật chọn tạo giống qua các kiểu nhà nước như sau: Công xã nguyên thủy: Chưa có vật nuôi Chiếm hữu nô lệ: thuần hóa thú hoang làm vật nuôi: chó, cừu, lợn, ngựa… Phong kiến: có những tiến bộ đầu tiên về chọn giống vật nuôi, hình thành một hệ thống các tài liệu hướng dẫn chọn giống ở khắp các quốc gia như Hy Lạp, A- rập, Trung Quốc… Tư bản: nhờ sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, hàng hóa sản xuất ra ngày càng nhiều và nhu cầu của con người cũng ngày càng tăng. Lần đầu tiên tạo giống vật nuôi được thừa nhận khi Robert bakewell tạo thành công giống ngựa Shire, giống bò Longhorn và giống cừu Leicester. Năm 1800. các quốc gia châu Âu bắt đầu phát hành sổ giống như một tài liệu chọn tạo giống chính thức, khởi đầu ở Anh, Đức và Hà Lan. Những sổ giống quốc gia này ghi nguồn gốc con vật, các phương pháp đo đạc, đánh giá về ngoại hình, thể chất và sức sản xuất. 2.3. Hiện đại Năm 1865, Mendel công bố 3 định luật di truyền, đặt nền móng cho công tác chọn tạo giống hiện đại, dựa trên các quy luật về sinh học Năm 1900, các định luật của Mendel được tái khẳng định bởi Hugo Marie De Vries (Hà Lan) Erich Karl Correns (Đức) và Erich Von Tschermark (Áo) Đánh dấu sự ra đời của ngành chọn tạo giống hiện đại dựa trên nền tảng lý luận khoa học về di truyền học. Sau đó, di truyền học tiến bộ vượt bậc với những phát hiện mới như Di truyền nhiễm sắc thể (Morgan – 1910); mô hình DNA (James D. Watson, Francis Crick - 1953); mật mã di truyền (Niremberg - 1968)… và cho đến nay là sinh học phân tử và công nghệ gene, mở ra một kỷ nguyên chọn tạo giống hiện đại dựa trên những mục đích cực kỳ rõ ràng và chi tiết của con người về năng suất, chất lượng hay loại sản phẩm mong muốn ở vật nuôi. 3. Ứng dụng công nghệ gene trong chọn tạo giống vật nuôi 3.1. Sử dụng DNA marker trong chọn giống vật nuôi 3.1.1. DNA marker là gì? Khái niệm: DNA marker là các trình tự đánh dấu các gene trong cơ thể sinh vật Trong phương pháp chọn giống cổ điển, các chỉ tiêu lựa chọn thuộc về kiểu hình, chủ yếu là chỉ tiêu hình thái và một số chỉ tiêu sinh hóa (Chiều cao, vòng ngực, cân nặng, chất lượng sản phẩm, khả năng thích nghi…) các chỉ tiêu này thường không ổn định và chịu ảnh hưởng mạnh của yếu tố môi trường. - 4 - Sử dụng các thành phần của kiểu gene có chức năng đánh dấu, gọi là DNA marker để chọn giống sẽ cho phép bỏ qua các biến động không di truyền; đồng thời theo dõi được các biến động di truyền không biểu hiện hoặc chưa được biểu hiện ra kiểu hình. Tăng hiệu quả cho công tác chọn giống. 3.1.2. Sử dụng DNA marker như thế nào? Sau quá trình nghiên cứu lâu dài, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều DNA marker đánh dấu những tính trạng mong muốn ở vật nuôi. Khi cần nghiên cứu một giống vật nuôi bất kì, chỉ cần tìm hiểu bộ gene có hay không có DNA marker đánh dấu cho gene mong muốn là nhà khoa học có thể quyết định có nên hay không tiếp tục nghiên cứu của mình. Rút ngắn thời gian, tiền bạc và công sức thí nghiệm. 3.1.3. Các tác dụng chính của DNA marker - Dùng đánh giá mức độ biến động di truyền trong một quần thể vật nuôi. Nếu mức biến động di truyền này còn cao thì cần tiếp tục quá trình chọn lọc nhằm ổn định dòng. - Cho phép đánh giá sự khác biệt di truyền giữa hai cá thể bố mẹ. Sự khác biệt này càng lớn thì tính dị hợp tử ở thế hệ con càng cao. - Theo dõi hiệu quả của một chương trình chọn giống định hướng với một alen đặc biệt. - Xác định các marker ở các locus có liên kết chặt chẽ với các tính trạng mong muốn, dùng trong chọn giống số lượng (mass selection) đặc biệt đối với các tính trạng khó chọn lọc, ít biểu hiện. - Đánh dấu các gene quý dùng trong lai tạo giống ở gia súc gia cầm, thường các gene này liên quan đến tính trạng năng suất: chất lượng thịt, sức sống, sức kháng bệnh. MỘT SỐ DNA MARKER THƯƠNG MẠI DNA marker theo bp DNA marker protein Điện di các DNA marker - 5 - 3.2. Cải tạo giống cũ Dựa vào DNA marker, sinh học phân tử, sinh học tế bào… đã thay đổi các phương pháp cải tạo giống cũ. Ngày nay nhà chọn giống có thể theo dõi, chọn lựa, kích thích các đặc tính di truyền tốt, quý trong giống cũ. Ngăn cản sự thoái hóa giống, tích cực tìm kiếm những nguồn gene quý để lưu trữ và sử dụng 3.3. Tạo giống mới – động vật chuyển gene (Transgenic animals ) 3.3.1. khái niệm Ðộng vật chuyển gene là động vật có gene ngoại lai (gene chuyển) xen vào trong hệ gene của nó. Gene ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả mọi tế bào, kể cả các tế bào mầm. Việc chuyển gene ngoại lai vào động vật chỉ thành công khi các gene này di truyền lại cho thế hệ sau. 3.3.2. Nguyên nhân phát sinh của động vật chuyển gene Với nhu cầu ngày càng tăng của con người, chọn giống thuần túy sẽ dần mất khả năng đáp ứng, khi đó, con người buộc phải hướng tới những nguồn cung cấp khác. Sinh học phân tử với sự phát triển kì diệu của nó đã cho thế giới vô vàn thành tựu, một trong số đó là động vật chuyển gene. Động vật chuyển gene có nhiều ưu điểm vượt trội như có thể điều khiển, điều chỉnh mọi hoạt động sống nhờ việc chuyển gene vào bộ gene gốc, sản xuất theo hướng cố định, điều khiển được chất lượng, số lượng sản phẩm… chắc chắn sẽ là hướng giải quyết mới cho nhu cầu của con người. 3.3.3. Quá trình phát triển của động vật chuyển gene. Vào thập kỷ 1970, các thí nghiệm nghiên cứu đã được thực hiện với các tế bào ung thư biểu bì phôi và các tế bào ung thư quái thai để tạo nên chuột thể khảm (Brinster,1974; Mintz và Illmensee, 1975; Bradley, 1984). Trong các động vật thể khảm này, các tế bào nuôi cấy lấy từ một dòng chuột được đưa vào phôi của một dòng chuột khác bằng quần tụ phôi trực tiếp (direct embryo aggregation) hoặc bằng cách tiêm vào phôi ở giai đoạn phôi nang (blastocyst). Chuột thể khảm trưởng thành có thể được sinh ra bằng sự đóng góp tế bào từ các bố mẹ khác nhau và sẽ biểu hiện tính trạng của mỗi dòng. Một kiểu chuyển gene khác ở động vật là chuyển nhân từ một phôi vào tế bào trứng chưa thụ tinh của một dòng nhận khác một cách trực tiếp (Mc Grath và Solter,1983). Những động vật biến đổi gene bằng chuyển nhân này được tạo ra mà không cần một kỹ thuật tái tổ hợp DNA nào và chúng là sự kiện quan trọng trong việc làm sáng tỏ các cơ chế điều hoà di truyền ở động vật có vú. Bước phát triển tiếp theo của kỹ thuật chuyển gene được thực hiện bằng cách tiêm retrovirus vào các phôi chuột đã được nuôi cấy trước (Jeanish và Mintz, 1974; Jeanish, 1976). Thông tin di truyền của virus được chuyển một cách hiệu quả vào hệ gene của động vật nhận và sau đó ít lâu kỹ thuật sử dụng retrovirus làm vector cho các đoạn DNA ngoại lai đặc biệt đã được phát triển (Stuhmann, 1984). Sử dụng retrovirus như là vật truyền trung gian đối với - 6 - việc chuyển gene đã tạo nên hiện tượng khảm ở mức độ cao. Tuy nhiên kích thước của gene chuyển bị giới hạn và các trình tự của virus có thể làm nhiễu sự biểu hiện của gene chuyển. Sự đính các bản sao đơn của gene chuyển nằm bên cạnh DNA của virus có thể là có lợi nếu có yêu cầu tách dòng các locus đính vào. Trong những năm gần đây, một số kỹ thuật tạo động vật chuyển gene khác đã được công bố: phương pháp chuyển gene bằng cách sử dụng tế bào gốc phôi (Grossler,1986), phương pháp chuyển các đoạn nhiễm sắc thể nguyên (ví dụ như chuột “transomic“, Richa và Lo, 1988), chuyển gene trực tiếp vào tinh trùng kết hợp với thụ tinh in vitro (Lavitrano, 1989). Tuy nhiên, phương pháp vi tiêm DNA vào tiền nhân của hợp tử là phương pháp có hiệu quả nhất, được sử dụng rộng rãi nhất để tạo động vật chuyển gene. Sử dụng phương pháp này, các gene chuyển có chiều dài trên 50 kb của virus, sinh vật tiền nhân, thực vật, động vật không xương sống hoặc động vật có xương sống có thể được chuyển vào hệ gene của động vật có vú và chúng có thể được biểu hiện ở cả tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh sản. 4. Quy trình tạo giống vật nuôi chuyển gene Công nghệ tạo động vật chuyển gene là một quá trình phức tạp và ở những loài khác nhau có thể khác nhau ít nhiều nhưng nội dung cơ bản gồm các bước chính sau:  Tách chiết, phân lập gene mong muốn.  Tạo tổ hợp gene biểu hiện trong tế bào động vật.  Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene.  Biến nạp gene vào phôi động vật.  Nuôi cấy phôi và cấy truyền hợp tử (đối với động vật bậc cao)  Phân tích đánh giá tính ổn định và sự biểu hiện của gene lạ và tạo ra dòng động vật chuyển gene gốc một cách liên tục.  Sản xuất động vật chuyển gene. SƠ ĐỒ TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GENE BẰNG VI TIÊM - 7 - 4.1. Tách chiết, phân lập gene mong muốn và tạo tổ hợp gene biểu hiện trong tế bào động vật 4.1.1. Tách chiết, phân lập gene mong muốn Một gene ngoại lai trước khi được chuyển vào hệ gene của tế bào vật chủ để tạo ra động vật chuyển gene phải được phân lập và tinh chế hay nói cách khác là nó phải được tạo dòng. Các công cụ sử dụng để tạo dòng bao gồm các enzyme đặc biệt có hoạt tính cắt và nối gene (enzyme hạn chế và ligase), các mẫu dò (probe), vector và tế bào vật chủ. Vector thường được sử dụng là plasmid. Việc tách chiết một gene riêng lẻ là rất phức tạp bởi vì DNA mẫu chứa hàng triệu gene. Do đó để thực hiện điều này, DNA mẫu chứa gene mong muốn và vector plasmid phải được cắt bởi cùng một loại enzyme hạn chế. Các đoạn DNA mẫu sau khi được cắt có mang gene mong muốn sẽ được xen vào vector plasmid, được nối với nhau nhờ ligase tạo thành plasmid tái tổ hợp. Sau đó các plasmid tái tổ hợp được biến nạp vào các tế bào vi khuẩn E.coli và các tế bào vi khuẩn tiến hành sinh trưởng. Vào thời điểm này, các tế bào vi khuẩn chứa plasmid mang gene mong muốn sẽ được phát hiện bằng mẫu dò. Chúng được nuôi cấy trong môi trường thích hợp để sinh trưởng phát triển tạo ra hàng triệu bản sao của vector chứa gene này. Vector chứa gene này sẽ được tách ra khỏi tế bào vi khuẩn và gene mong muốn sẽ được tách chiết. Phương pháp này có thể tạo ra hàng triệu bản sao của gene mong muốn mà không bị nhiễm bởi các gene khác. Gene chuyển có nguồn gốc từ genome này chứa các đoạn exon mã hoá và các đoạn intron không mã hoá. Người ta cũng có thể phân lập được gene mong muốn từ sản phẩm biểu hiện của nó như mRNA hoặc protein. Từ mRNA dưới tác động của enzyme sao chép ngược sẽ tổng hợp ra DNA bổ sung mạch đơn (single strand complement DNA- ss cDNA), tiếp theo là DNA bổ sung mạch kép (double strand complement DNA- ds cDNA). DNA bổ sung (complement DNA- cDNA) này khác với DNA gốc là không chứa các intron (Đoạn không mang thông tin di truyền) mà chỉ bao gồm các exon (đoạn mang thông tin di truyền) . Ngoài ra, từ sản phẩm protein, có thể suy ra trình tự nucleotid của gen cấu trúc trên cơ sở trình tự các acid amin trong phân tử protein. Sau đó có thể thiết kế cặp mồi (primer) để dò tìm đoạn gen mong muốn. So sánh hai dạng gen chuyển - 8 - 4.1.2. Tạo tổ hợp gene chuyển biểu hiện trong tế bào động vật Ðể tạo tổ hợp gene chuyển biểu hiện trong tế bào động vật, các vùng chức năng khác nhau của gene có nguồn gốc từ các loài khác nhau có thể được kết hợp lại với nhau trong ống nghiệm bằng cách sử dụng enzyme hạn chế và ligase. Tất cả các thành phần của gene có thể được tách chiết và tái tổ hợp để tạo thành một cấu trúc gen chuyển biểu hiện. Ở các đầu của cấu trúc đầy đủ này có thể được sửa đổi bằng cách bổ sung các trình tự polylinker (Trình tự nối) chứa một số vị trí nhận biết các enzyme hạn chế khác nhau. Trình tự polylinker cho phép có thể xen vào cấu trúc này một vector để kiểm tra và tạo dòng. Sơ đồ cấu trúc gen chuyển biểu hiện enhancer: gene tăng cường ATG: vị trí khởi đầu phiên mã SIG: trình tự tín hiệu AAA: đuôi polyA Gene chuyển được đi kèm với các trình tự không mã hoá có vai trò điều hoà sự biểu hiện của gene. Các yếu tố điều hoà cũng có thể nằm ở trong đoạn intron. Yếu tố điều hoà ở gần đầu 5’ của gen là promoter, có vai trò quyết định trong việc điều hoà sự biểu hiện của gene. Sự biểu hiện của gene có thể xảy ra trong tất cả các mô của cơ thể (không đặc hiệu) hoặc chỉ ở các mô đặc biệt. Hay nói cách khác gene cấu trúc muốn hoạt động để biểu hiện ra protein mà nó qui định trong hệ thống tế bào nhất định thì phải có promoter thích hợp với hệ thống mà nó hoạt động. Promoter ở tế bào động vật có nguồn gốc hoặc từ động vật như methallothionein (MT), thymidine kinase, ß-actin, amylase, insulin, ß-lactoglobulin, adiposite P2 hoặc từ virus động vật như Simian virus (SV40), Rous sarcoma virus (RSV) Một yếu tố điều hoà khác là yếu tố tăng cường (enhancer), có chức năng tăng cường sự biểu hiện của gene, không phụ thuộc vào vị trí và sự định hướng đối với gene. Ðầu 3’ của gene cũng phải mang một trình tự poly-A để đảm bảo thích hợp cho quá trình phiên mã và dịch mã, cũng như bảo vệ đoạn gene mong muốn khỏi các enzyme phân hủy của tế bào chủ. 4.2. Tạo cơ sở vật liệu biến nạp gene Ở động vật nói chung, giai đoạn biến nạp gene thích hợp nhất là trứng ở giai đoạn tiền nhân (pronucleus), giai đoạn mà nhân của tinh trùng và trứng chưa dung hợp với nhau. Ở giai đoạn này tổ hợp gene lạ có cơ hội xâm nhập - 9 - vào hệ gene của động vật nhờ sự tái tổ hợp DNA của tinh trùng và của trứng. Do tế bào phôi chưa phân chia và phân hoá nên tổ hợp gene lạ được biến nạp vào giai đoạn này sẽ có mặt ở tất cả các tế bào kể cả tế bào sinh sản của động vật trưởng thành sau này. Ðối với động vật có vú, trứng chín được thu nhận bằng phương pháp sử dụng kích dục tố theo chương trình đã được xây dựng cho mỗi loài hoặc bằng phương pháp nuôi cấy trứng trong ống nghiệm. Sau đó thụ tinh nhân tạo để tạo ra trứng tiền nhân. Các phương pháp sử dụng hiện nay để chuyển gene vào tế bào chủ nói chung là hiệu quả không cao. Ðể tạo ra một động vật chuyển gen, yêu cầu cần phải sử dụng hàng trăm thậm chí hàng ngàn trứng thụ tinh. Ở bò để đạt được một lượng phôi lớn như thế, nó phải được kích thích để rụng một lượng lớn trứng (siêu rụng trứng) thành thục và được thụ tinh nhân tạo. Sự hiểu biết về sự kiểm soát chức năng buồng trứng tăng lên đang cải tiến hiệu quả để có đủ số lượng trứng thụ tinh. Việc kích thích gây siêu rụng trứng đòi hỏi sự hiểu biết một cách chi tiết các yếu tố hormone kiểm soát sự phát triển của trứng ở trong buồng trứng. Quá trình phát triển của trứng đã được nghiên cứu mạnh mẽ và đã đạt được một số kết quả trong những năm qua. Các nghiên cứu đã tập trung khảo sát các cơ chế cơ bản kiểm soát sự sinh trưởng và thành thục của trứng và chức năng của thể vàng. Chúng mở đường cho sự phát triển các phương pháp điều hoà chu trình động dục để gây siêu rụng trứng một cách tỉ mỉ và chính xác hơn. Sự phát triển quan trọng nhất trong sinh lý học buồng trứng trong những năm mới đây là sự khám phá ra hormone inhibin. Inhibin là hormone ức chế sự rụng trứng, nó làm giảm tỉ lệ rụng trứng. Một vài giống động vật có tốc độ rụng trứng cao hiếm thấy như dòng Booroola của cừu Merino ở Úc có mức inhibin trong máu thấp. Trâu bò miễn dịch với inhibin có mức inhibin trong máu thấp và tăng tỉ lệ rụng trứng. Các gene kiểm tra sự sản xuất inhibin đã được tạo dòng và khả năng tạo ra động vật chuyển gene mà trong đó các gene này bị ức chế hoặc bị loại bỏ là hoàn toàn có thể. Một quá trình nghiên cứu khác cũng đã được thực hiện để tìm hiểu các cơ chế kiểm soát điều hoà chức năng của thể vàng và sự sản xuất hormone progesterone của nó. Hormone này điều hoà thời gian chu kỳ động dục và giúp duy trì sự thụ thai. Sự hiểu biết này mở đường cho sự phát triển các phương pháp điều hoà chu kỳ động dục cho khớp với con mẹ thay thế và gây siêu rụng trứng. Quá trình xử lý gây siêu rụng trứng được bắt đầu khi hai buồng trứng chịu ảnh hưởng của progesterone. Hiện nay các xử lý gây siêu rụng trứng sử dụng các hormone có độ tinh khiết cao đựơc sản xuất bằng kỹ thuật DNA tái tổ hợp và đã tạo ra trung bình khoảng 10 trứng có thể phát triển đối với một lần xử lý (trong khi đó một con bò bình thường mỗi lần rụng trứng tạo ra 1 trứng có thể phát triển). Khi sự hiểu biết mới về các yếu tố kiểm soát sự phát triển của trứng và hoạt động chức năng của thể vàng được áp - 10 - dụng, số lượng phôi có thể phát triển tạo ra sau một lần xử lý sẽ tăng lên như mong muốn. Sự thành thục và thụ tinh nhân tạo của trứng đã tăng lên nhờ sự gây siêu rụng trứng, cung cấp một phương tiện khắc phục vấn đề sinh sản ít hiệu quả của vật nuôi. Thông thường một buồng trứng bò chứa khoảng 50.000 trứng chưa thành thục. Tuy nhiên, trung bình chỉ 3-4 trong số trứng này sẽ có kết quả trong việc sinh sản ra các bê con trong suốt thời gian sống của một bò mẹ. Sự sử dụng các phương pháp gây siêu rụng trứng hiện nay, từ một con bò đã xử lý có thể thu nhận được 10 trứng trên một lần rụng và một nửa số trứng này phát triển thành phôi thích hợp cho chuyển gene. Kỹ thuật siêu rụng trứng cải tiến có thể dẫn đến sự tăng số lượng trứng thích hợp cho thụ tinh nhân tạo. Như thế số con sinh ra từ một động vật có thể hoàn toàn cao. Sự thụ tinh nhân tạo chỉ xảy ra khi một tinh trùng đã chuẩn bị một cách đặc biệt để xâm nhập vào tế bào trứng gặp một trứng ở trạng thái thành thục tối ưu. Ðối với cá, giai đoạn biến nạp thích hợp là phôi ở giai đoạn 1-4 tế bào. Giai đọan này được tạo ra bằng thu nhận trứng, tinh dịch bằng phương pháp sử dụng kích dục tố (kích thích tố trong nhau thai của người (HCG) hoặc não thuỳ thể cá chép ). 4.3. Chuyển gene tế bào phôi động vật Việc đạt được mục đích của việc tạo ra động vật chuyển gene đòi hỏi sự phát triển của các phương pháp có hiệu quả để chuyển gene mong muốn vào phôi. Hiện nay có nhiều phương pháp khác chuyển gene nhau đang được sử dụng để tạo động vật chuyển gene: vi tiêm, chuyển gene bằng cách sử dụng các tế bào gốc phôi, chuyển gene bằng cách sử dụng vector virus Có hai hình thức chuyển gene chủ yếu là chuyển gene trực tiếp (vào phôi) và chuyển gene gián tiếp. - Chuyển gene trực tiếp là đưa thẳng đoạn gene mong muốn vào phôi động vật chủ, bao gồm các phương pháp sau:  Kỹ thuật siêu âm  Kỹ thuật điện xung  Kỹ thuật PEG  Kỹ thuật vi tiêm  Kỹ thuật bắn gen  Kỹ thuật chuyển gen bằng sốc nhiệt - Chuyển gen gián tiếp, sử dụng một vector trung gian để xâm nhiễm vào phôi động vật chủ, gồm có:  Chuyển gen nhờ Agrobacterium  Chuyển gen nhờ virus và phage Trong phạm vi bài làm xin giới thiệu một số kĩ thuật tiêu biểu,mới và được thực hiện nhiều trên thế giới. [...]... -13- 4.6 Tạo nguồn động vật chuyển gen một cách liên tục Sau khi kiểm tra thấy gene ngoại lai đã được di truyền ổn định, tiến hành lai tạo và chọn lọc để tạo dòng động vật chuyển gene 5 Thành tựu đạt được 5.1 Quốc tế Nhiều vật nuôi đã được cải tạo nhờ công nghệ gene, dưới đây liệt kê các thành tựu điển hình trên thế giới trong khoảng thời gian từ năm 1990 trở lại đây, chủ yếu về các giống vật nuôi đã... nghiên cứu kiểu gene có thể thu được những thành tựu rõ nét, bền vững 6.1.2 Trong sản xuất Việc tạo thành công vật nuôi chuyển gene đã mở ra một kỷ nguyên mới cho nền chăn nuôi trên thế giới, chưa bao giờ vật nuôi có thể sinh trưởng nhanh, cho chất lượng sản phẩm tốt và số lượng dồi dào như ngày nay Với những thành công to lớn, công nghệ gene và ứng dụng của nó trong chọn tạo giống vật nuôi đã đáp ứng... nghĩa 6.1.1 Trong ngiên cứu Việc tạo thành công động vật chuyển gene nói chung và vật nuôi chuyển gene nói riêng đã chứng minh khả năng kỳ diệu của công nghệ gene Tạo niềm tin vững chắc cho khoa học sự sống, cho các nhà khoa học đang nghiên cứu những sản phẩm phục vụ con người Ứng dụng công nghệ gene trong chọn tạo giống đã đem lại một cái nhìn mới mẻ cho công tác nghiên cứu cải tạo giống cũ và tạo giống... ta đưa nó vào phôi khác ở giai đoạn phôi nang để tạo ra động vật chuyển gene thể khảm Tỉ lệ các phôi sống sót sau thao tác là khá cao (80%), trong số đó 90% biểu hiện tính trạng mới Tiếp theo, người ta lai tạo qua các đời để thu được động vật đồng hợp tử về các tính trạng mà ta chuyển vào Chuyển gen bằng súng bắn gene (gene gun), là biện pháp chuyển gene xuất hiện cuối những năm 1980 Biện pháp này... nhau Chuyển protein sang màng lai (nitrocellulose) Lai với kháng thể đơn dòng (monoclonal antibody) có đánh dấu phóng xạ Phản ứng dương tính nói lên protein của gen lạ đã được tổng hợp Người ta có thể sử dụng kỹ thuật miễn dịch enzyme (ELISA) hoặc kỹ thuật miễn dịch phóng xạ (RIA) để phát hiện protein lạ trong động vật Theo dõi các thế hệ sau của động vật chuyển gene (F1, F2, F3, ) để xác định gene. .. được ứng dụng trong sản xuất (không tính đến các động vật chuyển gene phục vụ nghiên cứu) 5.1.1 Cá Trung Quốc rất thành công trong việc nghiên cứu chuyển gene ở cá Ngay từ những năm đầu 1984, giáo sư Zuoyan Zhu và cộng sự tại viện khoa học sinh học thuỷ sản Quốc gia (Institute of Aquabiological CAS) đã tạo ra con cá chép nước ngọt chuyển gene đầu tiên trên thế giới Sau đó họ tiếp tục chuyển gene hooc môn... thì sáng chế về thực vật và động vật chuyển gene sẽ dẫn đến "chế độ nông nô sinh học" Cũng cần lưu ý rằng, chính từ sự biến đổi di truyền này mà hiện nay hàng trăm động vật chuyển gene bất thường đang chờ bằng công nhận sáng chế Như vậy cũng có thể đặt ra câu hỏi là liệu sau những bằng sáng chế này có dẫn đến sự biến đổi gene để tạo ra những đứa trẻ hay không? 8 Các quan điểm trên thế giới 8.1 Quan điểm... bán các dòng tế bào, gene và các cơ thể sống đã chuyển gene Tiến hành các nghiên cứu trên phạm vi toàn cầu để có được kết luận chính xác 9 Tương lai của vật nuôi chuyển gene Không thể phủ nhận những thành tựu của sinh vật biến đổi gene, cũng như các nguy cơ tiềm ẩn Theo xu hướng tiến lên của khoa học, tương lai sẽ có nhiều nghiên cứu thành công hơn, cho ra những vật nuôi chuyển gene an toàn, năng suất... tách dòng và phân tích gene hormone sinh trưởng của cá hồi Đến bây giờ có hơn 1000 cá chuyển gene bao gồm cá chép đỏ, cá chép bạc, cá chép gương, cá chép nước ngọt, cá chép trắng nước ngọt, cá hồi Bắc Mỹ đã được tạo ra Tỷ lệ tăng trưởng của cá chuyển gene đã tăng từ 10-50% Hơn 100000 cá thể cá chuyển gene đã được tạo ra từ thế hệ F1-F5 Tính biểu hiện di truyền của các gene được chuyển ở mức độ ổn định... rõ ràng Bằng cách chuyển gene người ta thu được sữa có thay đổi tỷ lệ thành phần (lactose, mỡ) hoặc sữa có những protein chống khuẩn, chống viêm vú Chuyển gene kích thích làm sản lượng sữa tăng từ 20 – 30% 5.2 Việt Nam Việt Nam hiện chưa có thành tựu nào về động vật chuyển gene đưa được ra sản xuất, các nghiên cứu tập chung vào việc hoàn thành đặc tính tốt cho động vật hoặc thêm gene quy định tính . K THUẬT GENE TRONG CHĂN NUÔI TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GENE NHƯ THẾ NÀO? 1. K thuật gene, khái niệm cơ bản và lịch sử hình thành 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1. K thuật gene ( K thuật. KHOA CNSH – CNTP LỚP 40 CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐH NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN K THUẬT GENE TRONG CHĂN NUÔI TẠO ĐỘNG VẬT CHUYỂN GENE NHƯ THẾ NÀO? Giảng. và chuyển gene gián tiếp. - Chuyển gene trực tiếp là đưa thẳng đoạn gene mong muốn vào phôi động vật chủ, bao gồm các phương pháp sau:  K thuật siêu âm  K thuật điện xung  K thuật