Công nghệ chuyển gen ở thực vật

Công nghệ chuyển gen thực vật Công nghệ chuyển gen thực vật Bởi: Trần Quốc Dung Khái niệm chung Phương pháp thực cách chuyển hạt phấn từ sang nhụy hoa khác Tuy nhiên, phép lai chéo bị hạn chế thực cá thể loài (lai gần), lai thể khác loài (lai xa) thường bị bất thụ khơng thể tạo lai Tuy nhiên, lai gần phải nhiều thời gian thu kết mong muốn thông thường tính trạng quan tâm lại khơng tồn lồi có họ hàng gần Ngày nay, cơng nghệ chuyển gen cho phép nhà tạo giống lúc đưa vào lồi trồng gen mong muốn có nguồn gốc từ thể sống khác nhau, không lồi có họ gần mà loài xa Phương pháp hữu hiệu cho phép nhà tạo giống thực vật thu giống nhanh vượt qua giới hạn kỹ thuật tạo giống truyền thống Cây chuyển gen (transgenic plant) mang nhiều gen đưa vào phương thức nhân tạo thay thông qua lai tạo trước Những gen tạo đưa vào (gen chuyển) phân lập từ lồi thực vật có quan hệ họ hàng từ loài khác biệt hoàn toàn Thực vật tạo gọi thực vật “chuyển gen” thực tế tất thực vật “chuyển gen” từ tổ tiên hoang dại chúng q trình hóa, chọn lọc lai giống có kiểm sốt thời gian dài Nhìn chung, việc ứng dụng chuyển gen có lợi ích rõ rệt sau: - Tăng sản lượng - Giảm chi phí sản xuất - Tăng lợi nhuận nơng nghiệp - Cải thiện môi trường 1/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Những chuyển gen “thế hệ thứ nhất” giúp giảm chi phí sản xuất Ngày nay, nhà khoa học hướng đến việc tạo chuyển gen “thế hệ thứ hai” nhằm tăng giá trị dinh dưỡng có đặc điểm thích hợp cho cơng nghiệp chế biến Lợi ích trồng hướng trực tiếp vào người tiêu dùng Chẳng hạn như: - Lúa gạo giàu vitamin A sắt - Khoai tây tăng hàm lượng tinh bột - Vaccine thực phẩm (edible vaccine) ngô khoai tây - Những giống ngơ trồng điều kiện nghèo dinh dưỡng - Dầu ăn có lợi cho sức khoẻ từ đậu nành cải dầu Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm có nguy tiềm ẩn việc phát triển kỹ thuật Bao gồm: - Mối nguy hiểm việc vơ tình đưa chất gây dị ứng làm giảm dinh dưỡng vào thực phẩm - Khả phát tán gen biến nạp trồng sang họ hàng hoang dại - Sâu bệnh có nguy tăng cường tính kháng với chất độc tiết từ chuyển gen - Nguy chất độc tác động tới sinh vật loại sinh vật cần diệt, làm cân sinh thái Nhìn chung, điểm chưa rõ ràng chuyển gen với khả tạo giống trồng có giá trị kinh tế, cơng nghệ có vai trò khơng thể phủ nhận Tuy vậy, số vấn đề đáng lo ngại Để giải vấn đề kết luận thu phải dựa thông tin tin cậy có sở khoa học Cuối cùng, tầm quan trọng lương thực thực phẩm cho người, nên sách liên quan tới chuyển gen phải dựa tranh luận cởi mở trung thực có tham gia thành phần xã hội Khái niệm thực vật chuyển gen Muốn tạo sinh vật biến đổi gen (genetically modified organism-GMO) cần phải có phương pháp thích hợp để đưa DNA ngoại lai (foreign DNA) vào tế bào chúng Ở vi khuẩn, tế bào xử lý dung dịch muối calcium chloride Ở tế bào 2/14 Công nghệ chuyển gen thực vật nấm men, tiếp nhận DNA tăng lên tế bào tiếp xúc với lithium chloride lithium acetate Tuy nhiên, phần lớn sinh vật bậc cao cần phải có phương pháp khác tinh vi Chuyển gen thực vật phát triển với phát triển kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật Nó trở thành phương tiện quan trọng để nghiên cứu sinh học thực vật Ngoài việc mở triển vọng chuyển gen có ý nghĩa kinh tế vào trồng, kỹ thuật cho phép nghiên cứu cấu trúc điều khiển hoạt động gen Quá trình đưa DNA ngoại lai vào genome (hệ gen) sinh vật gọi trình biến nạp (transformation) Những biến nạp gọi biến đổi gen (genetically modified plant-GMP) Ứng dụng công nghệ gen công tác giống trồng đại có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như: - Bằng việc biến nạp gen thu mang đặc tính xác định - Rào cản lồi khơng có tác dụng, khơng gen từ thực vật mà từ vi khuẩn, nấm, động vật người chuyển thành công vào thực vật Về nguyên tắc thay đổi vùng điều khiển gen, promoter terminator Tuy nhiên, số trường hợp đòi hỏi thay đổi phù hợp codon - Những đặc điểm không mong muốn thực vật Chẳng hạn, tổng hợp chất độc chất gây dị ứng loại trừ công nghệ gen - Thực vật biến đổi gen lò phản ứng sinh học (bioreactor) sản xuất hiệu protein chất cần thiết dùng dược phẩm thực phẩm - Mở khả nghiên cứu chức gen trình phát triển thực vật trình sinh học khác Vì vậy, thực vật biến đổi gen có ý nghĩa nghiên cứu - Trong lai tạo giống đại, công nghệ gen giúp làm giảm mâu thuẫn kinh tế môi trường sinh thái Bằng việc sử dụng trồng kháng thuốc diệt cỏ giảm lượng thuốc bảo vệ thực vật Mục đích nơng nghiệp đại khơng tăng suất mà hướng đến lĩnh vực quan trọng sau: + Duy trì mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity) + Tăng khả kháng (sức khỏe trồng chống chịu điều kiện bất lợi) 3/14 Công nghệ chuyển gen thực vật + Nâng cao chất lượng sản phẩm + Cải thiện khả tích lũy dinh dưỡng + Tăng cường tổng hợp hợp chất có hoạt tính sinh học + Tạo sản phẩm không gây hại môi trường Tóm tắt lịch sử phát triển cơng nghệ chuyển gen thực vật Lịch sử phát triển công nghệ gen thực vật chắn có nhiều kiện quan trọng Ở nêu lên mốc có ý nghĩa đặc biệt nhằm làm rõ phát triển nhanh lĩnh vực này: - Trước hết, vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens sử dụng làm phương tiện vận chuyển DNA Bình thường vi khuẩn tạo nên khối u thực vật Một phần nhỏ Tiplasmid có vi khuẩn này, gọi T-DNA, vận chuyển từ Agrobacterium vào hai mầm Năm 1980, lần DNA ngoại lai (transposon Tn7) chuyển vào thực vật nhờ A tumefaciens, nhiên T-DNA chưa thay đổi Năm 1983, nhiều nhóm nghiên cứu biến đổi T-DNA đưa DNA ngoại lai vào, tạo tính kháng số chất kháng sinh Ngoài ra, gen tạo khối u cắt DNA ngoại lai với phần lại chuyển vào thực vật biến nạp Thành công nhờ nghiên cứu xác đường lây nhiễm A tumefaciens trước khả hệ thống chọn lọc thực vật Từ kết thành cơng số lượng lồi biến nạp ngày tăng Lúc có thêm nhiều phương pháp khác để biến đổi gen: - Năm 1984, biến nạp tế bào trần (protoplast) ngô thực Ở thành tế bào phân giải enzyme, xuất tế bào trần Nhờ polyethylene glycol (PEG) xung điện (electroporation) mà DNA đưa vào tế bào trần - Năm 1985, lần biến đổi gen mơ tả có tính kháng thuốc diệt cỏ Một năm sau, người ta thành công việc tạo thực vật kháng virus Năm 1996, thí nghiệm biến đổi gen phép đưa đồng ruộng - Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học sử dụng Ở tế bào thực vật bắn phá hạt vàng wolfram bọc DNA ngoại lai Nhờ phương pháp mà biến nạp thành công mầm quan trọng lúa (1988), ngô (1990) lúa mỳ (1992) Cũng năm 1987, cà chua thuốc kháng côn trùng làm cho công nghệ gen đạt bước phát triển quan trọng Một thành công quan trọng khác điều khiển q trình chín cà chua, sau có tên FlavrSaver Năm 1994, lần cà chua biến đổi gen bán thị trường 4/14 Công nghệ chuyển gen thực vật - Năm 1989, thành công việc chuyển gen mã hóa kháng thể vào thực vật, mà người ta tạo nên sản phẩm gen mong muốn Kết mở khả hoàn toàn mẽ cho việc sản xuất vaccine khả chống bệnh thực vật - Năm 1990, thành công việc tạo biến đổi gen bất dục đực, khơng có khả tạo hạt phấn Loại trồng có ý nghĩa lớn việc sản xuất hạt giống - Từ năm 1991, thành phần carbohydrate thực vật biến đổi năm 1992 acid béo Cùng năm đó, lần thành phần alkaloid loại cà cải thiện, bước quan trọng thực vật việc tổng hợp nhóm hợp chất Những thực vật có ý nghĩa lớn việc thu nhận dược liệu Sau thực vật biến đổi gen xuất hiện, chất nhân tạo phân giải sinh học tổng hợp Điều cho phép hy vọng rằng, tương lai có thực vật có đặc tính mới, sử dụng bioreactor thực vật để sản xuất “nguyên liệu tái sinh” - Năm 1994, cà chua Flavr SavrR trồng biến đổi gen đưa thị trường Năm 1998, giới có 48 giống trồng biến đổi gen sản phẩm thị trường hóa Năm 1999, lúa biến đổi gen đưa với gen biến nạp Đến đầu năm 1999, giới có khoảng 9.000 thí nghiệm đồng ruộng cho phép, khoảng 1.360 EU Cuối cùng, số nhận xét việc thị trường hóa biến đổi gen nông nghiệp Cho đến năm 1999, diện tích gieo trồng giới đạt 40 triệu Trong 20% ngơ, 50% đậu tương 1/3 diện tích bơng Mỹ Ngồi có 70% diện tích cải dầu Canada trồng với giống biến đổi gen Khoảng 90% thực vật biến đổi gen chống chịu thuốc diệt cỏ sâu bệnh hại Cần ý rằng, Mỹ sản phẩm đậu tương có 20.000 loại thực phẩm khác Điều cho thấy rằng, công nghệ gen ảnh hưởng đến sản xuất thực phẩm Một số nguyên tắc việc chuyển gen Một số nguyên tắc sinh học Khi đặt mục đích thực thí nghiệm chuyển gen cần ý số vấn đề sinh học ảnh hưởng đến q trình chuyển gen sau: - Khơng phải tồn tế bào thể tính tồn (totipotency) - Các khác có phản ứng khơng giống với xâm nhập gen ngoại lai 5/14 Công nghệ chuyển gen thực vật - Cây biến nạp tái sinh từ tế bào có khả tái sinh khả thu nhận gen biến nạp vào genome - Mô thực vật hỗn hợp quần thể tế bào có khả khác Cần xem xét số vấn đề như: có số tế bào có khả biến nạp tái sinh Ở tế bào khác có hai trường hợp xảy ra: số tế bào tạo điều kiện phù hợp trở nên có khả năng, số khác hồn tồn khơng có khả biến nạp tái sinh - Thành phần quần thể tế bào xác định loài, kiểu gen, quan, giai đoạn phát triển mô quan - Thành tế bào ngăn cản xâm nhập DNA ngoại lai Vì thế, chuyển gen vào tế bào có thành cellulose thông qua Agrobacterium, virus bắn gen phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gen phương pháp xung điện, siêu âm vi tiêm - Khả xâm nhập ổn định gen vào genome không tỷ lệ với biểu tạm thời gen - Các DNA (trừ virus) xâm nhập vào genome tế bào vật chủ chưa đảm bảo liên kết ổn định với genome - Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào sang tế bào kia, nơi mà đưa vào - Trong đó, DNA virus xâm nhập vào genom chủ lại không liên kết với genome mà chuyển từ tế bào sang tế bào khác ngoại trừ mô phân sinh (meristem) Phản ứng tế bào với q trình chuyển gen Mục đích chuyển gen đưa đoạn DNA ngoại lai vào genome tế bào vật chủ có khả tái sinh biểu ổn định tính trạng Nếu trình biến nạp xảy mà tế bào không tái sinh thành cây, tái sinh diễn mà khơng kèm theo biến nạp thí nghiệm biến nạp chưa thành cơng Ở nhiều lồi thực vật, điều khó khăn phải xác định cho kiểu tế bào có khả tiếp nhận biến nạp Hạt phấn hay tế bào nỗn sau biến nạp dùng để tạo biến nạp hồn tồn, thơng qua trình thụ tinh bình thường Hạt phấn thường coi nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp Trong đó, việc biến nạp gen vào hợp tử in vivo hay in vitro lại gặp nhiều khó khăn Trong trường hợp này, người ta thường phải kết hợp với kỹ thuật cứu phôi Việc biến nạp gen tế bào đơn mô phức tạp phôi hay mô phân sinh thường cho khảm 6/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Từ nhiều thập kỷ qua người ta biết rằng, tính tồn thể tế bào thực vật tạo điều kiện cho tái sinh hoàn chỉnh in vitro qua trình phát sinh quan (hình thành chồi) hay phát sinh phôi Các chồi bất định hay phơi hình thành từ tế bào đơn hoạt hóa phận dễ dàng tiếp nhận biến nạp có khả cho biến nạp hồn chỉnh (khơng có tính khảm) Các bước chuyển gen Từ người ta khám phá thí nghiệm chuyển gen thực nhờ loại vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens, nhà khoa học tin Agrobacterium chuyển gen vào tất trồng Nhưng sau kết thực tế cho thấy chuyển gen Agrobacterium thực ngũ cốc (một mầm) hàng loạt kỹ thuật chuyển gen khác phát triển kỹ thuật chuyển gen trực tiếp bắn gen vi đạn (bombardement/gene gun), vi tiêm (microinjection), xung điện (electroporation), silicon carbide, điện di (electrophoresis), siêu âm (ultrasonic), chuyển gen qua ống phấn (pollen tube) Đến nay, nhờ cải tiến vector chuyển gen nên kỹ thuật chuyển A tumefaciens thành công ngũ cốc đặc biệt lúa Kỹ thuật trở nên kỹ thuật đầy triển vọng chuyển gen thực vật Quá trình chuyển gen thực qua bước sau : - Xác định gen liên quan đến tính trạng cần quan tâm - Phân lập gen (PCR sàng lọc từ thư viện cDNA từ thư viện genomic DNA) - Gắn gen vào vector biểu (expression vector) để biến nạp - Biến nạp vào E coli - Tách chiết DNA plasmid - Biến nạp vào mô tế bào thực vật phương pháp khác kể - Chọn lọc thể biến nạp môi trường chọn lọc - Tái sinh biến nạp - Phân tích để xác nhận cá thể chuyển gen (PCR Southern blot) đánh giá mức độ biểu chúng (Northern blot, Western blot, ELISA thử nghiệm in vivo khác ) 7/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Nguyên liệu để thực biến nạp tế bào thực vật riêng lẽ, mô hoàn chỉnh Cản trở lớn tiếp nhận DNA phần lớn sinh vật thành tế bào Muốn làm thành tế bào thực vật người ta thường sử dụng enzyme điều kiện thích hợp người ta tạo tế bào trần, tế bào trần tiếp nhận DNA nói chung dễ dàng Chẳng hạn sử dụng phương pháp xung điện, tế bào đặt xung điện ngắn, xung điện làm xuất lỗ tạm thời màng tế bào, phân tử DNA vào bên tế bào Sau biến nạp người ta tách enzyme phân giải tế bào phát triển, thành tế bào tạo nên Các tế bào biến nạp nuôi cấy môi trường nhân tạo thích hợp với chất kích thích sinh trưởng để tạo nên hồn chỉnh Sau phương pháp phân tích genome PCR, Southern blot, Northern blot thực để tìm xác biến đổi gen Bên cạnh phương pháp biến nạp Agrobacterium xung điện, có hai phương pháp khác thường sử dụng để đưa DNA vào tế bào Phương pháp thứ vi tiêm: với pipet nhỏ người ta đưa phân tử DNA trực tiếp vào nhân tế bào mà người ta muốn biến nạp Phương pháp sử dụng tế bào động vật, sau người ta sử dụng cho tế bào thực vật Phương pháp thứ hai bắn vào tế bào vi đạn (microprojectile), thường vàng wolfram, bao bọc DNA Phương pháp gọi phi sinh học sử dụng thành công nhiều loại tế bào khác Ở động-thực vật chuyển gen, sản phẩm cuối thường tế bào biến nạp, mà thể biến nạp hoàn toàn Phần lớn thực vật tái sinh dễ dàng nuôi cấy mô tế bào Tuy nhiên, tái sinh mầm ngũ cốc loại cỏ khác gặp vài khó khăn Từ tế bào biến nạp người ta tạo chuyển gen, tế bào mang DNA ngoại lai tiếp tục chuyển cho hệ sau sau nở hoa tạo hạt Các hướng nghiên cứu số thành tựu lĩnh vực tạo thực vật chuyển gen Các hướng nghiên cứu Trong những năm qua, các phương pháp biến nạp gen ở thực vật đã có rất nhiều tiến bộ Hiện nay, các phòng thí nghiệm công nghệ gen bắt tay vào việc cải thiện đặc điểm di truyền cho số loài trờng có giá trị nhờ các cơng cụ của sinh học tế bào và sinh học phân tử Trong vài trường hợp đặc biệt (đậu tương, lúa, ngô và bông) các phương pháp biến nạp gen bị giới hạn bởi genotype Một số các trồng quan trọng khác, cần thiết cho nhu cầu sử dụng của người dân ở các nước phát triển hiện ít được chú ý 8/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Công nghệ di truyền thực vật là bước ngoặt quyết định Một số trồng quan trọng đã được biến nạp gen; một vài vấn đề kỹ thuật vẫn còn tồn tại, chúng bước được giải quyết Để có kết quả cần phải thay đổi dần dần sang một phạm vi khác, là phát hiện và tạo dòng các gen mang các tính trạng đa gen (multigenic traits) Một điều không thể quên là vấn đề nhận thức của xã hội và dự báo nguy tác động xấu đến môi trường các sản phẩm có nguồn gốc từ công nghệ DNA tái tổ hợp (DNA recombinant technology) mang lại Hiện nay, công nghệ chuyển gen được quan tâm thông qua các quỹ tài trợ của các quan quốc tế là chương trình Rockefeller Foundation (Mỹ), và vấn đề được thảo luận nhiều là cần phải xác định phương thức tốt nhất để chuyển các lợi ích công nghệ biến nạp gen mang lại đến các nước phát triển Cây biến nạp gen đầu tiên thu được vào năm 1983 Điều này cho phép nhận xét rằng mới chỉ hai thập niên, các công cụ của công nghệ DNA tái tổ hợp và sinh học tế bào đã giúp ích rất nhiều cho các nhà tạo giống thực vật Việc lựa chọn phương thức sử dụng các trồng thu được từ công nghệ DNA tái tổ hợp có thể cung cấp thêm nguồn tài nguyên mới cho công nghiệp và người tiêu dùng, vậy có thể mở rộng sở kinh tế ở cả các nước công nghiệp lẫn các nước phát triển Sau số hướng nghiên cứu cơng nghệ chuyển gen thực vật Cây trồng chuyển gen kháng nấm gây bệnh Nấm bệnh tác nhân gây hại trồng nặng, nước nhiệt đới có độ ẩm cao Các enzyme làm thối hóa thành phần vỏ tế bào nấm chitin β-1,3 glucan loại ý Khi chuyển gen chitinase vào thuốc tăng hoạt tính kháng nấm gây hại Sự biểu đồng thời hai gen chitinase glucanase thuốc làm cho có tính kháng nấm gây hại cao có gen độc lập Tương tự, cà chua cho tính kháng nấm Fusarium cao hẳn sau chuyển hai gen nói Protein ức chế ribosome (ribosomal inhibition protein-RIP) biểu tính kháng nấm tốt Cây thuốc cho tính kháng nấm cao, chuyển giao đồng thời gen RIP chitinase Cây trồng chuyển gen kháng vi khuẩn gây bệnh Đối với bệnh vi khuẩn, hướng nghiên cứu tạo giống công nghệ gen bắt đầu Về có ba hướng : - Dùng gen mã hóa enzyme làm thối hóa thành tế bào vi khuẩn Chẳng hạn, gen lysozyme từ nguồn tế bào động vật từ thực khuẩn thể T4 (bacteriophage T4) 9/14 Công nghệ chuyển gen thực vật đưa vào thuốc khoai tây Các gen biểu hoạt tính lysozyme mạnh tế bào có khả phòng trừ vi khuẩn Erwina carotovora tốt - Gen mã hóa α-thionin-cystein chuyển giao sang thuốc phòng ngừa vi khuẩn Pseudomonas syringae - Chuyển gen sản xuất protein làm giảm độc tố vi khuẩn hướng có nhiều hứa hẹn Gen chủ yếu gen sản xuất loại enzyme phân hủy độc tố vi khuẩn, vơ hiệu hóa tác hại chúng Cây trồng chuyển gen kháng virus gây bệnh Các virus gây thiệt hại đáng kể hầu hết trồng lương thực cho sợi phạm vi giới Phương pháp chủ yếu để khắc phục tình trạng khai thác tính kháng xuất phát từ tác nhân gây bệnh Chẳng hạn, sử dụng trình tự có nguồn gốc từ virus biểu chuyển gen để cung cấp tính kháng virus thực vật Hướng dựa sở nghiên cứu gây nhiễm (inoculation) hay xâm nhiễm (infection) thực vật, khởi đầu với chủng virus nhẹ tạo phản ứng bảo vệ chống lại gây nhiễm với loại virus virus liên quan gần gũi Cây trồng chuyển gen kháng trùng phá hoại Sử dụng hóa chất để phòng trừ sâu bọ trùng vừa đắt tiền vừa tác động xấu đến môi trường Các trồng bông, ngô khoai tây chuyển gen sản xuất thương mại biểu độc tố Bacillus thuringensis (Bt) để tạo tính kháng côn trùng loại nhai-nghiền (chewing insects) Vi khuẩn B thuringensis tổng hợp protein δ-endotoxin tinh thể mã hóa gen Cry Khi côn trùng ăn vào bụng, prototoxins bị đứt gãy dày kiềm côn trùng để tạo thành độc tố hoạt động Các liên kết tạo receptor đặc trưng tế bào biểu mô ruột làm thành lỗ chân lông cuối gây chết côn trùng Cây trồng chuyển gen cải tiến protein hạt Hàm lượng protein thành phần amino acid thay đổi nhiều thực phẩm thực vật Ngồi protein amino acid không thay thế, phải tiếp nhận thức ăn người động vật khơng tự tổng hợp Đặc biệt, thức ăn gia súc chủ yếu đậu tương ngô, phải bổ sung amino acid sản xuất phương pháp lên men lysine, methionine, threonine tryptophan Trong tương lai, không cần thiết phải bổ sung amino acid theo phương thức Phương thức có khả tạo dòng gen đậu tương ngơ mà gen mã hóa cho protein giàu amino acid 10/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Người ta đưa gen mã hóa cho loại protein chứa amino acid có lưu huỳnh cao bất thường vào đậu lupin với mục đích biểu hạt Kết tăng 100% hàm lượng protein hạt Hạt dùng để nuôi cừu, tăng trọng lượng 7% sản lượng lông tăng 8% so với cừu ni loại hạt bình thường Thành công thúc đẩy nhà nghiên cứu đưa gen vào biểu cỏ, nhằm cải tiến cân amino acid không thay cỏ Cây trồng chuyển gen sản xuất loại protein Thực việc sản xuất protein thực vật dễ dàng, tinh protein từ mơ thực vật khó khăn trước hết giá thành cao Vì vậy, người ta hy vọng vào phương pháp mới, giới thiệu Raskin cs (1999) Những gen mã hóa cho protein gắn với promoter đảm bảo cho protein tổng hợp rễ Tiếp theo protein tạo thành có hệ thống tín hiệu, đảm bảo cho vận chuyển vào vị trí xác định tế bào Trong trường hợp đặc biệt protein vận chuyển vào mạng lưới nội chất (endoplasmatic reticulum: ER) Protein vào ER thải bên ngồi vùng rễ, promoter đặc hiệu cho vùng Người ta dùng số dung dịch muối để tách protein cách dễ dàng với giá thành hợp lý Một ví dụ điển hình hướng ứng dụng này: Người ta tạo hai loại thuốc chuyển gen, loại có khả sản xuất hai mạch immunoglobin nhẹ nặng Thế hệ sinh từ lai hai loại biểu kháng thể hoạt động gồm hai loại mạch với hàm lượng cao (1,3% tổng protein lá) có tất đặc tính kháng thể đơn dòng sản sinh từ hybridoma Thaumatin protein chiết xuất từ thịt Thaumatococus danielle, có độ gấp 1.000 lần đường saccharose Người ta thành công việc chuyển gen mã hóa cho thaumatin (thaumatin II) vào khoai tây, tạo khoai tây có lá, thân rễ, củ Kết mở triển vọng lớn ăn Cây trồng chuyển gen mang tính bất dục đực Các hoa màu đạt suất cao trồng từ hạt lai qua trình chọn lọc khắt khe Các hạt có ưu lai cao kết trình lai xa Ở tự thụ phấn ngô, trước người ta tốn công lao động để loại bỏ cờ bắp (cụm hoa đực) nhằm tránh tượng tự thụ phấn Tuy nhiên, cơng trình thử nghiệm chuyển phức hợp gồm gen rolC A tumefaciens promoter CaMV 35S (cauliflower mosaic virus: virus gây bệnh khảm 11/14 Công nghệ chuyển gen thực vật súp-lơ) vào thuốc thu chuyển gen bất thụ Kết nghiên cứu áp dụng loại khác Thực vật biến đổi gen để sản xuất acid béo thiết yếu Như biết, nguồn cung cấp chủ yếu acid béo thiết yếu dầu cá tài nguyên hải sản bị cạn kiệt gia tăng độc tố loại hải sản khác trở thành nguy tiềm tàng Do vậy, việc nghiên cứu sản xuất acid béo thiết yếu có tiềm to lớn việc phát triển nguồn cung cấp thay Gần đây, nhà nghiên cứu Đại học Bristol (Anh) thông báo việc sản xuất hai chuỗi dài acid béo không sản sinh cholesterol với số lượng lớn thực vật bậc cao Việc sản xuất loại dầu thiết yếu Arabidopsis thaliana cho thấy thực vật chuyển gen trở thành nguồn cung cấp acid béo quan trọng dùng ăn uống mà thường nhận từ cá Người ta áp dụng thành công kỹ thuật gen Arabidopsis thaliana để tạo acid béo thiết yếu khác arachidonic acid eiconsapentaenoic acid Phát triển hệ thống marker chọn lọc Việc sử dụng marker kháng kháng sinh chống chịu thuốc diệt cỏ cho chuyển gen thường mối lo ngại cơng chúng lý phản đối công nghệ Các nhà khoa học Trung tâm Khoa học Thực vật Umeo (Thụy Điển) xây dựng hệ thống marker ưu việt để xác định trồng biến đổi gen mà không phụ thuộc vào marker truyền thống cách phát triển biện pháp dựa gen dao1, gen mã hóa D amino acid oxidase (DAAO) DAAO tác nhân làm q trình tạo nhóm amin oxy hóa dãy D-amino acid, phương thức chọn lọc dựa mức độ độc tính D-amino acid khác trao đổi chúng thực vật Mặc dù nghiên cứu thực Arabidopsis thaliana, người ta tin tưởng phương pháp chọn lọc sử dụng loại nông nghiệp quan trọng khác Làm đất ô nhiễm Cây mù tạt Ấn Độ chuyển gen (GM) hút lượng selen dư thừa cánh đồng California Đây thử nghiệm thực địa số loại GM chống ô nhiễm 12/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Selen nguyên tố hóa học, gây độc thực vật hàm lượng chúng cao đất Đất canh tác số vùng bang California tưới tiêu mạnh nước hòa tan selen có đá phiến sét Khi nước bốc mặt đất, senlen tích tụ ngày nhiều Cây mù tạt Ấn Độ (Brassica juncea) vốn có khả kháng hấp thụ selen qua rễ Tuy nhiên, Terry cs (Đại học California) thúc đẩy thêm khả mù tạt cách bổ sung số gen tạo enzyme đói selen Kết loại thực vật GM hấp thụ selen cao gấp 4,3 lần so với mù tạt Ấn Độ dạng hoang dại, chúng thu hoạch 45 ngày sau trồng Cuộc thử nghiệm thực địa nói tiến hành cẩn thận để đảm bảo khơng có họ hàng mù tạt Ấn Độ sinh trưởng xung quanh Hoa mù tạt GM hái chúng xuất Mù tạt chuyển gen dùng làm thức ăn cho trâu bò thiếu selen bữa ăn Hiện việc xử lý đất ô nhiễm mang tính thơ sơ, chủ yếu đào đất chơn nơi khác rửa đất Cả hai phương pháp tốn kém, làm giảm chất lượng đất Việc sử dụng thực vật để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi đất tốn song nhiều năm Chẳng hạn, dương xỉ Trung Quốc (Pteris vittata) sử dụng để hút thạch tín khỏi đất Nhưng dùng chuyển gen giúp tăng tốc tiến trình dọn nhiễm Tuy nhiên, khả GM lai với loại hoa màu khác điều đáng lo ngại Theo Rugh (Đại học Michigan) chuyển gen hấp thụ nhiều kim loại vào dùng để xử lý ô nhiễm, phải đảm bảo gen khơng xâm nhập vào hoa màu Nếu không, hoa màu hút nhiều kim loại, ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng Làm thức ăn chăn nuôi Một hệ trồng chuyển gen mới, thiết kế đặc biệt cho ngành chăn nuôi phát triển Những loại trồng thiết kế với thay đổi quan trọng hàm lượng thành phần (ví dụ: protein amino acid) hay thành phần thứ yếu (ví dụ: loại vitamin khống chất) Vì loại trồng chuyển gen dùng với mục đích làm thức ăn chăn ni nên khác với loại trồng bình thường, tiến trình chuẩn y loại trồng cần có thêm đánh giá an toàn chúng để người vật nuôi tiêu dùng Các sản phẩm tiềm tàng bao gồm loại đậu tương ngơ chuyển gen, có hàm lượng dầu cao cung cấp nhiều lượng cho bò, lợn gia cầm Các nhà nghiên cứu tạo loại đậu tương ngơ có hàm lượng loại amino acid không thay 13/14 Công nghệ chuyển gen thực vật cao Ngoài ra, nghiên cứu khác tiến hành nhằm làm tăng hàm lượng phosphore thức ăn chăn nuôi 14/14 ... 7/14 Công nghệ chuyển gen thực vật Nguyên liệu để thực biến nạp tế bào thực vật riêng lẽ, mơ hồn chỉnh Cản trở lớn tiếp nhận DNA phần lớn sinh vật thành tế bào Muốn làm thành tế bào thực vật người... bán thị trường 4/14 Công nghệ chuyển gen thực vật - Năm 1989, thành công việc chuyển gen mã hóa kháng thể vào thực vật, mà người ta tạo nên sản phẩm gen mong muốn Kết mở khả hoàn toàn mẽ cho việc... tinh vi Chuyển gen thực vật phát triển với phát triển kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật Nó trở thành phương tiện quan trọng để nghiên cứu sinh học thực vật Ngoài việc mở triển vọng chuyển gen