Thành tựu sự dụng giống chuyển gen trong nông nghiệp

Các thành tựu về sử dụng cây chuyển gen trong nông nghiệp

I. Đặt vấn đề Vào năm 1973 sinh vật biến đổi gen đầu tiên được tạo ra trên thế giới là vi khuẩn Escherichia Coli biểu hiện gen của vi khuẩn Salmonella. Năm 1996, lần đầu tiên cây trồng biến đổi gen được phép trồng tại Hoa Kỳ. Trong vòng 15 năm từ 1996 đến 2010, diện tích cây trồng biến đổi gen lên tới 148 triệu hec-ta tại 29 quốc gia với các loại cây trồng chính là ngô, bông, đậu tương, cải dầu . Tuy nhiên, việc nghiên cứu và phát triển sinh vật biến đổi gen cũng gắn liền với những rủi ro tiềm ẩn có thể gây ra bởi sinh vật biến đổi gen đến môi trường, đa dạng sinh học và sức khỏe con người. Nhằm đảm bảo việc phát triển và ứng dụng sinh vật biến đổi gen một cách an toàn, các quốc gia trên thế giới đã và đang thực hiện nhiều biện pháp nhằm quản lý an toàn sinh học đối với các sinh vật biến đổi gen bao gồm việc đánh giá rủi ro kỹ lưỡng trước khi cho phép thương mại hóa cũng như thực hiện quản lý rủi ro trong suốt quá trình nghiên cứu, khảo nghiệm và thương mại hóa sinh vật biến đổi gen. Việt Nam là một trong các quốc gia trên thế giới rất chú trọng vấn đề quản lý an toàn sinh học đối với sinh vật biến đổi gen.Từ năm 2004, sau khi gia nhập Nghị định thư Cartagena về An toàn sinh học, Việt Nam đã ban hành một loạt các văn bản pháp lý cũng như chính sách về vấn đề quản lý sinh học tại Việt Nam. Năm 2010 đã có một số giống cây trồng biến đổi gen lần đầu tiên được trồng thử nghiệm tại Việt Nam (cây ngô và cây bông vải chuyển gen). Những nghiên cứu và ứng dụng về lĩnh vực công nghệ sinh học trong nông nghiệp đang phát triển nhanh và mang lại hiệu quả rất to lớn. 1 Cây trồng biến đổi gen là một trong những thành tựu quan trọng của công nghệ sinh học nông nghiệp, vì nó mang lại nhiều lợi ích cho người nông dân như: năng suất cao, chất lượng tốt, kháng được sâu bệnh, kháng thuốc diệt cỏ…. Sau hơn 10 năm ứng dụng phát triển cây trồng biến đổi gen ở nhiều nước trên thế giới, đã chứng minh rằng cây trồng biến đổi gen đã mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, việc triển khai ứng dụng cây trồng biến đổi gen tăng liên tục về số lượng các nước tham gia, về diện tích tăng hàng năm… Ở Việt Nam, đã nghiên cứu về sinh vật biến đổi gen nói chung và cây trồng biến đổi gen nói riêng từ trước những năm 1990, đến nay đã và đang có một số dòng (chưa phải là giống) cây biến đổi gen ở mức độ thử nghiệm cấp độ nhà kính nhà lưới. Nhưng từ năm 2010, Việt Nam đã trồng thử nghiệm cây trồng biến đổi gen (cụ thể là cây ngô và cây bông vải) ở một số địa bàn (Vĩnh Phúc, Bà Rịa – Vũng Tàu, Kontum), các kết quả thử nghiệm được đánh giá là rất khả quan. II. Tổng quát về cây trồng biến đổi gen 1.1 Một số khái niệm, định nghĩa liên quan đến cây trồng biến đổi gen hoặc sinh vật biến đổi gen Công nghệ biến đổi gen là công nghệ chuyển gen theo kỹ thuật DNA tái tổ hợp với những công cụ và kỹ thuật phân tử, thông qua việc phân lập những gen có ích từ sinh vật cho rồi chuyển trực tiếp vào sinh vật nhận, để tạo ra những sinh vật biến đổi gen. Quá trình này hoàn toàn mang tính nhân tạo và không thấy trong tự nhiên. Theo định nghĩa của Nghị định Cartagena, sinh vật biến đổi gen (bao gồm động vật, thực vật và vi sinh vật) là sinh vật mà vật liệu di truyền của nó được biến đổi theo ý muốn chủ quan của con người, nó mang một tổ hợp nguyên liệu di truyền mới tạo ra nhờ sử dụng các kỹ thuật phân tử để đưa gen mới vào bộ gen của sinh vật, tạo ra một dạng chưa hề tồn tại trong tự nhiên. Thuật ngữ quốc tế gọi chúng là GMO (Genetically modified organism). Sinh vật GMO trong cây trồng gọi là cây trồng biến đổi gen. Thực phẩm được tạo ra từ các sinh vật biến đổi gen hay có chứa thành tố của chúng được gọi là Thực phẩm biến đổi gen. Cây trồng biến đổi gen là thực vật mang một hoặc nhiều gen được đưa vào không thông qua lai tạo. Những gen được đưa vào (gen chuyển) có thể được phân lập từ những loài thực vật có quan hệ họ hàng hoặc từ những loài khác biệt hoàn toàn. Thực vật tạo ra được gọi là “thực vật biến đổi gen” mặc dù trên thực tế tất cả thực vật đều được “chuyển gen” từ tổ tiên hoang dại của chúng bởi quá trình thuần hoá, chọn lọc và lai giống có kiểm soát trong một thời gian dài. 1.2 Ý nghĩa thực tiễn sử dụng cây trồng biến đổi gen. Vào đầu thế kỷ 21, dân số thế giới đạt 6,1 tỷ vào năm 2000 và tiến tới 9,2 tỷ vào năm 2050 nên thách thức cho việc nhân đôi sản lượng lương thực trong vòng 50 năm là rất lớn. Hiện tại, hơn 1 tỷ người trên thế giới đang phải đối mặt với nạn đói và suy dinh dưỡng. Công nghệ hứa hẹn nhất trong tăng sản lượng thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và bông sợi là việc tạo ra những giống cây trồng với các tính trạng mới. Do đó, cây trồng biến đổi gen hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới. Năm 2010 kỷ niệm 15 năm thương mại hóa cây trồng biến đổi gen, 1996-2010. Diện tích cây trồng biến đổi gen (tính theo luỹ kế) giai đoạn 1996-2010 vượt 1 tỷ ha (tương đương với tổng diện tích rộng lớn của Mỹ hoặc Trung Quốc), điều đó cho thấy rõ ràng rằng cây trồng biến đổi gen đang tồn tại và phát triển. Theo tính toán, giai đoạn 1996-2010 diện tích cây trồng biến đổi gen đã tăng 87 lần, điều này cho thấy công nghệ về cây trồng này là loại công nghệ được chấp nhận nhanh nhất trong lịch sử nông nghiệp hiện đại. 2 Diện tích cây trồng biến đổi gen đạt 148.000.000 ha trong năm 2010, đáng chú ý nhất là riêng năm 2010 diện tích cây trồng biến đổi gen đã trồng là 14 triệu ha, đây là sự gia tăng lớn thứ hai trong vòng 15 năm. Số lượng các nước trồng cây biến đổi gen đã tăng đến mức kỷ lục là 29 nước, tăng từ 25 nước trong năm 2009, 10 nước đứng đầu, diện tích cây trồng biến đổi gen của mỗi nước lớn hơn 1 triệu ha. Hơn một nửa dân số thế giới, 59%, hay gần 4 tỷ người, sống ở 29 quốc gia trồng cây biến đổi gen. Ba quốc gia mới, Pakistan, Myanmar và Thụy Điển, lần đầu tiên đã công bố chính thức trồng cây biến đổi gen trong năm 2010, và Đức cũng tiếp tục trồng. Trong số 29 nước trồng cây biến đổi gen trong năm 2010, có 19 nước là nước đang phát triển và chỉ có 10 nước là nước công nghiệp, ngoài ra 30 nước nhập khẩu các sản phẩm cây trồng biến đổi gen với tổng số 59 quốc gia phê duyệt sử dụng các loại cây trồng biến đổi gen, hoặc là để trồng, hoặc nhập khẩu; 75% dân số thế giới sống ở 59 quốc gia này. Trong năm 2010, đã có 15.400.000 nông dân trồng cây biến đổi gen - đặc biệt là trên 90% là các hộ nông dân nhỏ và nghèo tài nguyên ở các nước đang phát triển, số nông dân hưởng lợi còn thấp do đánh mất lợi nhuận từ cây trồng biến đổi gen chuyển sang cây trồng truyền thống. Đáng chú ý, từ năm 1996, nông dân trên toàn thế giới đã biểu quyết và đưa ra khoảng 100.000.000 quyết định độc lập để trồng và tiếp tục trồng nhiều loại cây trồng biến đổi gen hàng năm, vì những lợi ích đáng kể mà họ thu được. Tại các nước đang phát triển diện tích cây trồng biến đổi gen tăng 48% trong năm 2010 và sẽ vượt quá diện tích cây trồng biến đổi gen tại các nước công nghiệp trước năm 2015. Tốc độ tăng trưởng của cây trồng biến đổi gen đã tăng nhanh hơn ở các nước đang phát triển, 17% hay 10,2 triệu ha, so với 5% hay 3,8 triệu ha ở các nước công nghiệp. Năm nước đang phát triển, dẫn đầu là Trung Quốc và Ấn Độ ở châu Á, Brazil và Argentina ở Mỹ Latinh, và Nam Phi trên lục địa châu Phi là các nước dẫn đầu về diện tích cây trồng biến đổi gen. Brazil là quốc gia được coi là động cơ của sự tăng trưởng ở châu Mỹ Latinh, đã tăng diện tích cây trồng biến đổi gen nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác trên toàn thế giới - một mức tăng kỷ lục là 4 triệu ha. Tại Úc, cây trồng biến đổi gen đã được phục hồi sau một đợt hạn hán nhiều năm với sự gia tăng lớn nhất tương ứng năm trên năm là 184% và đạt 653.000 ha. Burkina Faso là nước có diện tích cây trồng biến đổi gen tăng lớn thứ hai với tỷ lệ 126%, 80.000 nông dân trồng trên diện tích 260.000 ha, tương đương với một tỷ lệ chấp thuận 65%. Tại Myanmar, 375.000 hộ nông dân nhỏ đã trồng thành công 270.000 ha bông Bt, tương đương với 75% chấp thuận cây trồng biến đổi gen trên tổng số hộ trồng bông trên cả nước. Tại Ấn Độ, sự tăng trưởng tiếp tục cho năm thứ chín, 6,3 triệu nông dân trồng cây biến đổi gen với 9.400.000 ha bông Bt, tương đương với tỷ lệ chấp thuận là 86%. Mê-hi-cô đã triển khai thành công một loạt khảo nghiệm đồng ruộng đối với ngô biến đổi gen. Tám nước cộng đồng chung Châu Âu đã trồng ngô chuyển gen Bt kháng sâu, hoặc khoai tây tinh bột "Amflora", vừa được EU phê duyệt – sự phê duyệt đầu tiên cho phép trồng trong vòng 13 năm ở Châu Âu. Lần đầu tiên, cây trồng biến đổi gen chiếm một tỷ lệ đáng kể, 10% của gần 1,5 tỷ ha đất canh tác toàn cầu; lớn hơn 50% tổng diện tích đất canh tác của 29 quốc gia trồng cây biến đổi gen vào năm 2010 3 Trong năm 2010, sự kết hợp nhiều tính trạng là một đặc tính quan trọng của cây trồng biến đổi gen - 11 nước trồng cây biến đổi gen với 2 hoặc nhiều tính trạng kết hợp, và 8 quốc gia đang phát triển – 32,2 triệu ha hay 22% trong số 148 triệu ha là diện tích trồng cây biến đổi gen mang nhiều tính trạng kết hợp. Từ năm 1996 đến năm 2010, cây trồng biến đổi gen đã góp phần vào tính bền vững và sự biến đổi khí hậu bằng cách: sản lượng cây trồng ngày càng tăng và trị giá 65 tỷ đô la Mỹ, tạo một môi trường tốt hơn, bằng cách tiết kiệm 393 triệu thuốc trừ sâu; chỉ tính trong năm 2009 giảm phát thải 18 tỷ kg khí CO 2 , tương đương với việc giảm gần 8 triệu chiếc xe hơi trên đường, bảo tồn đa dạng sinh học bằng cách tiết kiệm 75 triệu ha đất; và giúp giảm nghèo bằng cách giúp 14,4 triệu hộ nông dân nhỏ, trong số đó có những hộ là những người nghèo nhất trên thế giới. Vấn đề cấp thiết hiện nay đối với các hệ thống quản lý phù hợp, có hiệu quả về thời gian/chi phí là trách nhiệm, sự nghiêm túc nhưng không nặng nề cho các nước đang phát triển nhỏ và nghèo. Giá trị toàn cầu của riêng hạt giống cây biến đổi gen đạt 11,2 tỷ đô la Mỹ trong năm 2010, và gần 150 tỷ đôla Mỹ /năm cho ngô, đậu tương và bông nói chung. Có thể thấy triển vọng tương lai đáng khích lệ trong năm năm tiếp theo: ngô chịu hạn vào năm 2012; gạo vàng vào năm 2013; và lúa Bt trước mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ năm 2015, 1 tỷ người nghèo ở các hộ trồng lúa ở châu Á có khả năng hưởng lợi. Cây trồng biến đổi gen có thể đóng góp to lớn cho các mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ 2015 về cắt giảm một nửa đói nghèo bằng cách tối ưu hóa năng suất cây trồng. Bảng thống kê diện tích cây trồng chuyển gen trên thế giới theo tính trạng (triệu ha) (nguồn: Clive James, 2004) Tình trạng 199 6 199 7 19 98 199 9 200 0 200 1 200 2 200 3 200 4 Kháng thuốc trừ cỏ 0.6 6.9 19. 8 28.1 32.7 40.6 44.2 49.7 58.6 Kháng sâu (Bt) 1.1 4.0 7.7 8.9 8.3 7.8 10.1 12.2 15.6 Bt/Chịu thuốc trừ cỏ - <0.1 0.3 2.9 3.2 4.2 4.4 5.8 6.8 Kháng virus/Kh ác <0.1 <0.1 <0. 1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Total 1.7 11 27. 8 39.9 44.2 52.6 58.7 67.7 81.0 4 Bảng thống kê diện tích cây chuyển gen chính được trồng năm 2002 Loại cây chuyển gen Diện tích (triệu ha) Tỷ lệ (%) Đậu tương kháng thuốc trừ cỏ 36.5 62 Ngô kháng sâu hại (Bt) 7.7 13 Cải dầu kháng thuốc trừ cỏ 3.0 5 Ngô kháng thuốc trừ cỏ 2.5 4 Bông kháng sâu hại (Bt) 2.4 4 Bông kháng thuốc trừ cỏ 2.2 4 Bông kháng thuốc trừ cỏ/Bt 2.2 4 Ngô kháng thuốc trừ cỏ/Bt 2.2 4 Tông cộng 58.7 100 Bảng thống kê diện tích một số cây chuyển gen so với diện tích chung trên thế giới (2002) Loại cây chuyển gen Diện tích chung (triệu ha) Diện tích trông cây chuyển gen (triệu ha) Tỷ lệ (%) Đậu tương 72 36.5 51 Bông 34 6.8 20 Cải dầu 25 3.0 12 Ngô 140 12.4 9 Tổng cộng 271 58.7 22 1.3 Những lợi ích của sinh vật biến đổi gen nói chung Các ứng dụng của công nghệ biến đổi gen nhằm tạo ra sinh vật biến đổi gen đã góp phần mang lại lợi ích trên nhiều mặt của đời sống kinh tế - xã hội của nhân loại như: ∗ Cung cấp nguồn lương thực cần thiết cho tương lai: với việc tạo ra các cây trồng biến đổi gen mang những tính trạng quý như kháng virus, kháng sâu bệnh, chịu hạn, chịu mặn, v.v… chắc chắn trong tương lai năng suất cũng như chất lượng của các giống cây lương thực sẽ đảm bảo được nhu cầu thiết yếu về lương thực của con người. 5 ∗ Tăng cường chất lượng thực phẩm: các cây trồng biến đổi gen với các tính trạng tăng cường chất lượng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới như các giống lúa giàu carotenoid (tiền vitamin A), khoai tây biến đổi gen được phát triển ở Ấn Độ có chứa nhiều hơn 1/3 protein là các chất dinh dưỡng thiết yếu và có giá trị cao. ∗ Loại trừ thực phẩm có mang các chất độc hoặc các chất gây dị ứng như các chất caffein, nicotine. ∗ Tạo ra cây trồng hỗ trợ quá trình chuyển hóa năng lượng sau đó nuôi cấy thu sinh khối để chuyển thành năng lượng (như cây liễu) và nhiên liệu sinh học (biodiesel và bioethanol) có thể thay thế được các nhiên liệu hóa thạch và dầu khoáng. ∗ Sản xuất nhiều loại hóa chất,trong đó chủ yếu là các loại dầu chiết từ hạt lanh,cải dầu và hướng dương. ∗ Tạo ra các chất hóa học đặc biệt như các dược phẩm, mỹ phẩm và thuốc nhuộm. ∗ Sản xuất các hợp chất sinh học đặc biệt như sợi sinh học tổng hợp (chủ yếu bắt nguồn từ sợi gai dầu và sợi lanh); keo lignocellulose, các chất tán sắc, phân bón và phụ gia; nhựa sinh học, giấy và bìa có nguồn gốc từ tinh bột. ∗ Tăng khả năng chăm sóc sức khỏe. ∗ Sản xuất ra các dược phẩm có thể chống được các căn bệnh đặc biệt ở những bệnh nhân nhất định, ví dụ: sản xuất insulin dành cho những bệnh nhân tiểu đường. III. Những thành tựu đạt được khi áp dụng cây biến đổi gen trên thế giới và Việt Nam 3.1 Những thành tựu quan trọng trong sự phát triển cửa kỹ thuật chuyển gen ở thực vật: • Năm 1980: Lần đầu tiên thực hiện chuyển ADN ngoại lai vào cây nhờ grobacterium. • Năm 1983: Tạo các marker chọn lọc như chỉ thị màu sắc, chỉ thị kháng với kháng sinh. Thiết kế lại plasmid Ti (loại bỏ gen gây khối u cài các gen mong muốn vào plasmid Ti). • Năm 1984: Thực hiện chuyển gen trực tiếp và gián tiếp vào tế bào protoblast • Năm 1985: Tạo các giống cây trồng kháng virus, đưa cây chuyển gen ra đồng ruộng. • Năm 1987: Chuyển gen kháng sâu bằng súng bắn gen. • Năm 1988: Tạo khoai tây chống nấm, cà chua chín chậm. • Năm 1990: Chuyển gen bất dục đực cho ngô vào phôi nuôi cấy vô tính. • Năm 1992: Chuyển gen cho lúa mì. • Năm 1994: Thương mại hóa cà chua chuyển gen. Đây là sản phẩm chuyển gen đầu tiên được thương mại hóa. • Năm 1998: Toàn thế giới có 48 giống cây trồng chuyển gen được thương mại hóa. • Năm 1999: Chuyển gen tạo giống lúa có giá trị ding dưỡng và hàm lượng vitamin cao. 3.2 Các hướng chính trong tạo giống cây trồng chuyển gen • Chuyển gen kháng sâu: Dựa trên cơ sở sử dụng thuốc trừ sâu vi sinh Bt do vi khuẩn Bacillus thuringiensis tạo ra. Vi khuẩn này sản xuất ra các protein kết tinh rất độc đối với ấu trùng của côn trùng nhưng không gây độc đối với động vật có xương sống.Năm 1987, các nhà khoa học nghiên cứu ở Bỉ đã tách thành công gen mã hóa cho protein độc tố(Bt toxin) này. Các gen mã hóa độc tố này nằm trên plasmid của vi khuẩn, được gọi là Cry, gồm 6 nhóm: • CryI diệt ấu trùng bộ cánh vẩy(lepidoptera). • CryII diệt ấu trùng bộ cánh vẩy(lepidoptera) và bộ hai cánh(Diptera). 6 • CryIII diệt ấu trùng bộ cánh cứng(coleoptera). • CryIV diệt ấu trùng bộ hai cánh(Diptera). • CryV diệt ấu trùng bộ cánh vẩy và bộ hai cánh(Diptera). • CryVI diệt tuyến trùng. Các gen này được tách ra, xác định trình tự, tiến hành tổng hợp và thiết kế vào vector chuyển gen, sau đó chuyển vào cây trồng như: bông, ngô, đậu tương, lúa… Kết quả tạo ra hàng loạt cây trồng kháng sâu. • Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ: • Trong nền sản xuất nông nghiệp hiện đại ở quy mô sàn xuất lớn cần phải sử dụng thuốc diệt cỏ dại.Vấn đề đặt ra là khi phun thuốc diệt cỏ thì chỉ diệt cỏ mà không gây hại đến cây trồng đặc biệt là lúa. Muốn vậy phải tạo ra cây trồng kháng thuốc diệt cỏ. cách là hiệu quả nhất là chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ vào cây trồng. • Có nhiều loại thuốc diệt cỏ khác nhau được sử dụng, trong đó phổ biến nhất là thuốc diệt cỏ glyphotsat. Đây là thuốc có tác dụng diệt cỏ tốt, dễ tự phân hủy và ít gây ô nhiễm môi trường. Cơ chế diệt cỏ là thuốc kìm hãm sự hoạt động của một enzym EPSPS có chức năng chuyển hóa sản phẩm quang hợp thành axit Sikimic. Axit sikimic không được tổng hợp sẽ làm dối loạn quá trình trao đổ chất của cở và làm cở chết. • Người ta đã tìm được gen mã hóa EPSPS từ vi sinh vật và từ những cây chịu được thuốc diệt cỏ glyphosat, tiến hành tách gen và cải biến gen này và chuyển gen này vào cây trồng. kết quả tạo ra cây trồng có hàm lượng enzym EPSPS cao và cây hoàn toàn chống chịu được với thuốc glyphosat. 7 • Chuyển gen tạo cây kháng vius gây bệnh: Virus thực vật gây hại nghiêm trọng cho cây trồng và là loại bệnh không thể dùng thuốc thông thường để phong trừ được. Do vậy việc tạo ra cây kháng virus là rất quan trọng.Có nhiều cách tạo cây kháng virus, chuyển gen mã hóa protein vỏ của virus, chuyển gen tạo enzym phân giải virus hoặc chuyển gen có trình tự đối bản với ARN virus. Kĩ thuật chuyển gen mã hóa vỏ protein của virus thường được dùng phổ biến.Nhiều loại cây trồng được chuyển gen tạo vỏ của nhiều loại virus nên đã kháng được nhiều loại virus gây bệnh: đu đủ kháng virus gây bệnh đốm vòng(PRVS), cây thuốc là kháng với virus khảm dưa chuột(CMV), khoai tây kháng với virus X virus Y… • Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật: Sản xuất protein động vật bằng phương pháp nuôi cấy mô, tế bào động vật rất tốn kém, dễ bị lây nhiễm. chính vì lẽ đó các nhà khoa học đã tìm cánh giải trình tự của gen mã hóa cho protein động vật đó, thiết kế lại, sau đó chuyển các gen này vào thực vật, biến thực vật thành cở thể sản xuất protein động vật. Ví dụ: chuyển gene tổng hợp lactoferrin có trong sữa người vào lúa đã tạo ra được giống lúa có thể đạt hàm lượng tới 5 gam lactoferrin trong 1kg gạo và khá ổn định qua các thế hệ. Một hướng khác quan trọng là sản xuất “thực phẩm chức năng”. Điều đó có nghĩa là cần chuyển nhiều gene tổng hợp ra các protein có tác dụng như là các kháng nguyên vào các đối tượng cây trồng như rau, đậu, cây ăn quả. Do vậy các cây này tạo ra các vacxin. Nhờ đó ta có thể ăn rau, đâu, hoa quả của cây trồng được chuyển gene tạo vacxin này để thay thế cho việc tiêm vacxin phòng bệnh. 8 • Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dương của cây: Đậu tương và ngô là thức ăn của người và gia súc. Tuy nhiên trong đậu tương và ngô có các protein chứa ít axít amin methionin. Người ta đã nghiên cứu để chuyển gen mã hóa cho protein chứa nhiều methionin vào đậu tương và ngô. Kết quả là các cây chuyển gen đã tăng loại protein giàu methionin len hơn 8% trong tổng số protein có trong hạt. Ví dụ: Tạo giống lúa có khả năng tổng hợp chất β-caroten ( tiền thân của VTM A ) giải quyết vấn đề thiếu VTM A cho con người • Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc mới: Màu sắc hoa, đặc biệt là hoa có những màu xanh, nhung đen rất có giá trị. Trong mô của cánh hoa có chứa 3 nhom sắc tố antocyanin là: • Là dẫn xuất của pelargonidin thường có màu hồng, da cam và đỏ. • Là dẫn xuất của cyanidin có màu đỏ hoặc màu hoa cà. • Là dẫn xuất của delphinidin có màu tía, màu xanh và xanh den. Sự phối hợp của 3 nhóm antocyanin này tạo ra phổ màu sắc hoa rất rộng. Trên cơ sở biết các gen mã hóa cho các enzym tham gia vào biến đổi sắc tố. Người ta đã chuyển gen mã hóa hoặc gen ức chế hoạt động của các enzym nhằm điều khiển hướng chuyển hóa sắc tố, từ đó tạo ra hoa có màu sắc khác nhau. Kết quả nhiều màu sắc mới của hoa đã được tạo ra nhờ tách chiết các gen chiu tránh nhiệm tổng hợp sắc tố các sinh vật khác nhau và chuyển vào các giống hoa, tạo ra nhiều giống cho màu hoa mới lạ 3.3 Các cây trồng quan trọng đã được phát triển • Cây ngô Hiện nay, cây ngô đã được biến đổi gen để mang các tính trạng như kháng côn trùng và chống chịu thuốc diệt cỏ. Dùng phôi ngô trong nuôi cấy dịch huyền phù phát sinh phôi để tái sinh các cây hữu thụ mang gen bar biến nạp. Sử dụng phương pháp bắn gen và chọn lọc bằng thuốc diệt cỏ bialaphos đã cho kết quả là mô callus phát sinh các phôi được biến nạp gen. Các cây biến nạp gen hữu thụ đã được tái sinh, ổn định di truyền và biểu hiện gen bar cùng với hoạt tính chức năng của enzyme phosphinothricin acetyltransferase quan sát được trong những thế hệ sau. Gần đây, các kết quả biến nạp gen gián tiếp ở ngô nhờ Agrobacterium cũng đã được thông báo. Các thể biến nạp gen của dòng ngô lai gần (inbredline) A188 đã được tái sinh sau khi đồng 9 nuôi cấy (cocultivation) giữa binary vector với phôi non. Tần số biến nạp được thông báo ở dòng A188 là khoảng 5-30%. Các thể lai thế hệ thứ nhất giữa dòng A188 và 5 dòng lai gần khác được biến nạp với tần số khoảng 0,4-5,3% (tính theo số cây biến nạp gen độc lập/phôi). • Cây lúa Chuyển gen ở cây lúa đang được tập trung vào tính trạng chống chịu thuốc diệt cỏ và sản xuất vitamin A. Kết quả tái sinh của cây lúa biến nạp gen bằng xung điện hoặc PEG thông qua nuôi cấy protoplast được thông báo lần đầu tiên cách đây khoảng 10 năm. Các nghiên cứu sau đó cũng đã sử dụng hai kỹ thuật này để biến nạp gen vào protoplast và phục hồi các cây biến nạp gen hữu thụ. Tuy nhiên, hạn chế của hai phương pháp này là phải xây dựng phương thức tái sinh cây từ tế bào đơn. Mặc dù các phương thức này đang dùng cho một số giống lúa thuộc loài phụ japonica (ví dụ: Taipei 309) nhưng hầu hết các giống japonica ưu tú cũng như phần lớn các giống indica đều khó tái sinh cây từ protoplast. Phương pháp bắn gen cho phép thực hiện biến nạp gen hiệu quả ở lúa trong các kiểu gen độc lập, và hiện nay hơn 40 giống đã được biến nạp gen thành công. Mẫu vật sử dụng là phôi non và các callus có nguồn gốc từ hạt trưởng thành. Hygromycin B là marker chọn lọc thường được dùng cho lúa. Tần số biến nạp có thể cao tới 50% (tính theo số cây biến nạp gen có nguồn gốc độc lập/số mẫu được bắn gen). Gần đây, kỹ thuật biến nạp gen ở lúa thông qua Agrobacterium cũng đã có những cải tiến quan trọng có hiệu quả tương đương với kỹ thuật bắn gen. Cây lúa chỉ sản sinh ra hợp chất caroteoid được chuyển thành vitamin A trong những bộ phận có màu xanh của cây, tuy nhiên trong hạt gạo mà con người vẫn dùng lại không có hợp chất này. Chính vì thế sự thiếu hụt vitamin A thường xảy ra ở những nơi sử dụng gạo làm lương thực chính. Gạo vàng TM là một loại ngũ cốc chuyển gen có khả năng nâng cao hàm lượng vitamin A trong bữa ăn hàng ngày. Loại gạo này có khả năng sản sinh và lưu giữ chất β-carotene. Nó được đặt tên là gạo vàng TM bởi vì nội nhũ (chất bột bên trong của hạt gạo) của nó có màu vàng nhạt, do chất β-carotene tạo ra. • Cây đậu tương Đậu tương là một loại cây trồng lâu đời đã được trồng tại Trung Quốc từ năm 3.000 trước công nguyên. Đây là loại cây chứa dầu đem lại lợi ích kinh tế to lớn nhất trên thế giới. Hạt đậu tương có chứa tỷ lệ amino acid không thay thế nhiều hơn ở cả thịt, do vậy đậu tương là một trong những loại cây trồng lương thực quan trọng nhất trên thế giới hiện nay. Đậu tương được biến đổi gen để mang các tính trạng như khả năng chống chịu thuốc diệt cỏ và có hàm lượng oleic acid cao. Những cố gắng đầu tiên ở cây đậu tương biến nạp gen tập trung ở việc tái sinh cây từ protoplast và nuôi cấy dịch huyền phù phát sinh phôi. Mặc dù có những thành công ban đầu, tiến triển của công việc này vẫn còn chậm và việc thu hồi các cây chuyển gen vẫn đang còn gặp nhiều khó khăn. Công nghệ chuyển gen ở đậu tương đã có triển vọng hơn nhờ sự phát triển và tối ưu hóa của kỹ thuật bắn gen (vi đạn). Thực tế, đậu tương đã được dùng như một cây mô hình để phát triển kỹ thuật cho nhiều loài cây trồng khó áp dụng công nghệ di truyền. Kết quả đầu tiên ở đậu tương là thu hồi thành công cây chuyển gen nhờ Agrobacterium. Phương thức này dựa vào sự phát sinh chồi từ lá mầm của giống Peking chọn lọc cho tính mẫn cảm với Agrobacterium. Các mẫu lá mầm được xâm nhiễm với Agrobacterium mang plasmid kháng kanamycin và có hoạt tính gusA, hoặc kháng kanamycin và chống chịu glyphosate. Có thể biến nạp gen hiệu quả vào protoplast đậu tương bằng các phương thức thông dụng nhưng rất khó tái sinh được cây. Để biến nạp gen vào các giống đậu tương khác nhau người ta đã phối hợp hai yếu tố: genotype đơn giản-phương thức tái sinh cây độc lập (dựa trên cơ sở sự tăng sinh của cụm chồi từ vùng chung quanh mô phân sinh của trụ phôi) với sự tăng gia tốc của vi đạn (particle) có phóng 10