Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc thực vật (kèm ppt báo cáo)

Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc thực vật (kèm ppt báo cáo)

LỜI MỞ ĐẦUNgay nay, trên thế giới, sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ sinh học đã tạo ra nhiều nhiều loại cây trồng, vật nuôi mang nhiều đặc tính vượt trội hơn các giống truyền thống cả về năng suất và phẩm chất.Một mặt dân số thế giới đang ngày càng tăng nhanh, mặt khác con người có yêu cầu ngày càng cao về thực phẩm, vì vậy những tiến bộ vượt bậc này đã mang lại lợi ích to lớn về kinh tế cho các nước phát triển và sản xuất đủ lương thực cho các nước nghèo góp phần đảm bảo an ninh lương thực trên thế giới.Trong đề tài này tôi giới thiệu phương pháp và kỹ thuật di truyển tạo ra một số loại cây chuyển gen được ứng dụng trong thực phẩm trên thế giới và ở Việt Nam.Tôi xin chân thành cảm ơn T.S Nguyễn Thúy Hương đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình hoàn thành đề tài này.1 MỤC LỤC2 DANH MỤC BẢNG3 4 Chương 1: Lịch sử ra đời và phát triển của thực phẩm chuyển genCHƯƠNG 1:LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC PHẨM CHUYỂN GEN1.1 Giới thiệu:Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, đặc biệt là ở các nước nghèo. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là cần phải sản xuất đủ về lương thực để đảm bảo cuộc sống. Cây trồng truyền thống không giải quyết được vấn đề này. Do đó, ngành công nghệ gen dựa trên những thành tựu khoa học đã tạo ra sinh vật chuyển gen (GMO: Genetically Modified Organism) (cây trồng, vât nuôi,… ) năng xuất cao, đảm bảo an ninh lương thực và đa dạng sản phẩm thực phẩm phục vụ cuộc sống của con người.Mặt khác, thực phẩm có nguồn gốc từ sinh vật chuyển gen (hay gọi tắt là thực phẩm chuyển gen) với sự đa dạng và nhiều đặc tính tốt như: cà chua chuyển chín chậm có thể bảo quản được lâu hơn, cà chua chuyển gen có khả năng tạo ra một lượng folate đáp nhu cầu của cơ thể người …đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, đem lại lợi ích lớn cho các nước phát triển.Bên cạnh đó, thực phẩm chuyển gen đem lại hy vọng cho các nước đang phát triển: lúa chuyển gen Bt có khả năng kháng các loại sâu bệnh, giảm chi phí chăm sóc, nông sản chuyển gen chịu hạn… Như vậy, không chỉ mang lại lợi ích trước mắt cho con người, công nghệ gen còn đem lại lợi ích lâu dài: có các cây trồng, vật nuôi và các loại thực phẩm chuyển gen đáp ứng nhu cầu, con người sẽ giảm bớt việc khai thác nguồn động thực vật tự nhiên, giảm bớt việc đưa các chất độc hại vào đất, nước, không khí … góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường, bảo vệ thiên nhiên .1.2 Lịch sử ra đời :Có rất nhiều nghiên cứu về chuyển gen động thực vật với mục đích tạo các sản phẩm thực phẩm dùng cho người. Nhưng do các điều kiện khách quan cũng như chủ quan, tính cho đến hiện nay trên thị trường hầu hết các thực phẩm chuyển gen đều có nguồn gốc từ thực vật. Lý do dễ thấy nhất là do động vật có bộ gen lớn phức tạp và cơ chế điều hòa biểu hiện gen chặt chẽ. Ở đây ta chỉ xét đến thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật.5 Chương 1: Lịch sử ra đời và phát triển của thực phẩm chuyển gen Năm 1984, biến nạp vào tế bào trần (protoplast) thực vật được thực hiện. Thành tế bào thực vật được phân giải bằng enzyme tạo ra tế bào trần. Sau đó nhờ polyethylene glycol (PEG) hoặc xung điện (electroporation) cảm ứng mà đoạn DNA ngoại lai được đưa vào tế bào trần (chuyển gen chịu lạnh vào khoai tây – McDaniel, 1984). Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học được sử dụng. Ở đây, tế bào thực vật được bắn phá bằng các hạt vàng hoặc wolfram bọc DNA ngoại lai. Nhờ phương pháp này mà sự biến nạp đã thành công đã ở các cây một lá mầm quan trọng như lúa, ngô và lúa mỳ. Năm 1989, không những đã thành công trong việc chuyển các gen mã hóa các kháng thể vào thực vật, mà người ta còn tạo nên các sản phẩm gen này như mong muốn. Kết quả này đã mở ra một khả năng hoàn toàn mới mẽ cho việc sản xuất vaccine và cả khả năng chống bệnh ở thực vật. Năm 1994, sản phẩm thực phẩm chuyển gen đầu tiên được bán ở Mỹ. Đó là cà chua FlavrSavr™ mang gen chín chậm lần đầu tiên được sản xuất hàng loạt. Cũng trong những năm này các nhà khoa học Nhật và Mỹ đã cùng nghiên cứu chuyển đổi gen từ cây bắp sang cây lúa nhằm cải tiến cơ chế quang hợp. Các nghiên cứu ban đầu làm tăng năng suất lúa 20%. Hiện nay các nhà khoa học đang nghiên cứu cây lúa theo ba hướng:Chuyển khả năng tạo nốt sần từ cây họ đậu sang cây lúa. Đưa vi khuẩn cố định đạm vào cây lúa.Chuyển gen cố định đạm vào cây lúa. Ngoài ra, các hướng nghiên cứu về kháng bệnh của cây lúa cũng đang được các nhà khoa học ở viện lúa quốc tế IRRI nghiên cứu và đạt được những thành công nhất định.Hiện nay đã có rất nhiều loại cây trồng dùng trong thực phẩm được chuyển gen như ngô, lúa, khoai tây, đậu tương chuyển gen Bt kháng sâu bệnh, đậu tương chuyển gen có hàm lượng chất béo không no cao … [3].6 Chương 1: Lịch sử ra đời và phát triển của thực phẩm chuyển gen1.3 Tình hình phát triển thực phẩm chuyển gen trên thế giới và ở Việt Nam1.3.1 Tình hình thế giớiHình 1.1 Diện tích cây trông CNSH thế giới (1996-2007) [16]Từ năm 1996 đến năm 2007, sau 12 năm được đưa vào canh tác đại trà, mang lại lợi ích ổn định và bền vững, cây trồng chuyển gen đang được trồng ngày càng nhiều trên toàn thế giới và tiếp tục được mở rộng. Năm 2007 diện tích đất canh tác cây công nghệ sinh học lên tới 114.3 triệu ha. Cây trồng công nghệ sinh học đã mang lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường cho nông dân ở cả các nước công nghiệp cũng như các nước đang phát triển, hàng triệu người nông dân nghèo được hưởng những lợi ích từ những phúc lợi xã hội và nhân đạo, góp phần giúp họ xóa bỏ nghèo đói.Bảng 1.1 Diện tích cây trồng CNSH năm 2007 trên thế giới [16]ThứtựNướcDiện tích(triệu ha)Cây trồng công nghệsinh họcCây trồng công nghệ sinh họccó thể dùng trong thực phẩm1USA* 57.7Đậu tương, ngô, bông, cảicanola, bí, đu đủ, cỏ alfalfaĐậu tương, ngô,bí, đu đủ2 Argentina* 19.1 Đậu tương, ngô, bông Đậu tương, ngô3 Brazil* 15.0 Đậu tương, bông Đậu tương4 Canada* 7.0 Cải canola, ngô, đậu tương Ngô, đậu tương5 India* 6.2 Bông6China* 3.8Bông, cà chua, cây dương,thuốc lá, đu đủ, hạt tiêuCà chua, đu đủ, hạt tiêu.7 Paraguay* 2.6 Đậu tương Đậu tương7 Chương 1: Lịch sử ra đời và phát triển của thực phẩm chuyển gen8South Africa*1.8 Ngô, đậu tương, bông Ngô, đậu tương9 Uruguay* 0.5 Đậu tương, ngô Ngô, đậu tương10 Philippines* 0.3 Ngô Ngô11 Australia* 0.1 Bông12 Spain* 0.1 Ngô Ngô13 Mexico* 0.1 Bông, đậu tương Bông, đậu tương14 Colombia <0.1 Bông, cẩm chướng15 Chile <0.1 Ngô, đậu tương, cải canola Ngô, đậu tương16 France <0.1 Ngô Ngô17 Honduras <0.1 Ngô Ngô18Czech Republic<0.1 Ngô Ngô19 Portugal <0.1 Ngô Ngô20 Germany <0.1 Ngô Ngô21 Slovakia <0.1 Ngô Ngô22 Romania <0.1 Ngô Ngô23 Poland <0.1 Ngô Ngô(*): 13 nước được coi là có diện tích trồng lớn, từ 50,000 ha trở lên. Năm 2007, đã có 23 quốc gia canh tác cây trồng công nghệ sinh học, bao gồm 12 nước đang phát triển và 11 nước công nghiệpĐáng chú ý là 8 nước đầu tiên trong danh sách trên, mỗi nước đều có diện tích trồng cây công nghệ sinh học trên 1 triệu ha .Năm 2007, Hoa Kỳ, Argentina, Brazil, Canada, Ấn Độ, Trung Quốc tiếp tục là các nước đưa cây trồng công nghệ sinh học vào canh tác nhiều nhất. Hoa Kỳ vẫn dẫn đầu thế giới với 57.7 triệu ha (chiếm 50% diện tích đất trồng cây công nghệ sinh học trên thế giới). Đậu tương công nghệ sinh học tiếp tục là cây trồng chủ đạo trong năm 2007, chiếm diện tích 58.6 triệu ha (chiếm 57% diện tích đất trồng cây công nghệ sinh học), tiếp theo là diện tích trồng ngô (35.2 triệu ha, chiếm 25%), bông (15 triệu ha, chiếm 13%) và cải canola (5.5 triệu ha, chiếm 5% diện tích đất trồng cây công nghệ sinh học trên toàn cầu).Trong số các cây trồng công nghệ sinh học được đưa vào thương mại hóa từ năm 1996 đến năm 2007 tính trạng kháng thuốc diệt cỏ vẫn là tính trạng nổi trội. Trong 12 năm vừa qua, các nhà khoa học đã nỗ lực tạo ra giống cây trồng mang tính chống chịu tốt hơn đối với các yếu tố sinh học gây ra bởi côn trùng cỏ dại và bệnh cây. Với diện tích canh tác không đổi, sản lượng gia tăng ổn định sẽ giúp đảm bảo đa dạng sinh học, ngăn chặn nạn đốt phá rừng làm đất trồng trọt8 Chương 1: Lịch sử ra đời và phát triển của thực phẩm chuyển genTới đây, khả năng chịu hạn, chịu mặn của cây trồng sẽ có trong khoảng 5 năm nữa. Công nghệ sinh học cũng giúp tạo ra các thực phẩm giàu dinh dưỡng hơn, như dầu omega-3 hay gạo vàng giàu vitamin A dự kiến sẽ được cấp phép vào năm 2012. Hiện nay các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu các loại cây như sắn, khoai lang, cây lúa miến và rau cũng sẽ giúp đa dạng hoá và cân bằng chương trình phát triển cây trồng công nghệ sinh học để đáp ứng mục tiêu xóa đói giảm nghèo [16].1.3.2. Tình hình ở Việt Nam:Về kỹ thuật công nghệ gen, Việt Nam ta còn rất non trẻ chỉ mới bắt đầu nghiên cứu trong những năm gần đây chủ yếu trên đối tượng là thực vật. Các cây trồng chuyển gen ở nước ta chỉ nằm trong khuôn khổ nghiên cứu và gieo trồng thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm. Sau đây là một số nghiên cứu đã được Việt Nam tiến hành: Tạo một số dòng lúa mang gen bar kháng thuốc trừ cỏ và nghiên cứu sự di truyền của gen này đến thế hệ thứ hai (Viện sinh học nhiệt đới TP.HCM). Một số kết quả nghiên cứu về chuyển gen kháng sâu Bt vào hai giống lúa thơm bằng phương pháp bắn gen (Viện Sinh học nhiệt đới TP.HCM, Viện lúa quốc tế). Tạo cây lúa chuyển gen nàng hương chợ đào kháng cao đối với sâu đục thân bằng phương pháp sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumerfaciens (Viện Sinh học nhiệt đới, TP.HCM, Viện nghiên cứu Lúa Quốc tế - IRRI, Philippines). Tạo giống lúa biến đổi gen giàu vi chất dinh dưỡng (Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long). Bước đầu nghiên cứu chuyển gen vào một số cây họ đậu nhờ Agrobacterium tumefaciens (Viện sinh học nhiệt đới TP.HCM) [28].Trong tương lai, Việt Nam có thể sẽ đưa cây trồng công nghệ sinh học vào canh tác trong 1 hoặc 2 năm tới. Đây là điều đáng mừng cho nền nông nghiệp nước ta.9 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vậtCHƯƠNG 2:THỰC PHẨM CHUYỂN GEN CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT2.1 Định nghĩaSinh vật biến đổi gen (GMO - Genetically Modified Organism) (bao gồm động vật, thực vật và vi sinh vật) là một trong những nhóm sản phẩm chính của công nghệ sinh học hiện đại, được con người tạo ra nhờ sử dụng các kỹ thuật phân tử để đưa gen mới vào bộ gen của sinh vật nhận. Quá trình chỉnh sửa này chỉ diễn ra trên phạm vi một vài gen. Vì vậy, thuật ngữ sinh vật biến đổi gen còn được gọi sinh vật biến đổi di truyền hay sinh vật sửa đổi gen hoặc sinh vật công nghệ sinh học [2].Thực phẩm chuyển gen (GMF - Genetically Modified Food) là thực phẩm được tạo ra từ các sinh vật biến đổi gen hay có chứa thành tố của chúng [2].2.2. Những đặc tính mới của thực phẩm chuyển gen2.2.1. Tăng tính kháng và thích nghi với môi trường2.2.1.1. Kháng thuốc diệt cỏTrong sản xuất nông nghiệp có tính chuyên môn hóa cao thì việc sử dụng các loại thuốc diệt cỏ dại là điều rất cần thiết nhằm đảm bảo năng suất cây trồng. Tuy nhiên, việc lạm dụng một số thuốc diệt cỏ có độc tính cao đã và đang gây ra các hậu quả nghiêm trọng đối với môi trường, hệ sinh thái và sức khỏe con người. Gần đây, người ta đã tổng hợp được một số hợp chất chỉ tồn tại trong tự nhiên một thời gian ngắn nên làm giảm ảnh hưởng của thuốc đối với quần thể sinh vật trong đất, nhưng lại tiêu diệt toàn bộ cây cối. Các hợp chất này được gọi là thuốc diệt cỏ không chọn lọc. Các cây trồng được chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ không chọn lọc này có khả năng sống sót khi bị phun xịt. Nhờ vậy, ta có thể tiếp hành phun xịt các loại thuốc này (với liều lượng cho phép) để diệt cỏ mà không lo ngại ảnh hưởng đến cây trồng. Hai loại thuốc diệt cỏ không chọn lọc thường sử dụng là: - Glyphosate (Round upR): Làm ngừng hoạt động enzyme EPSP synthase (5-enol-pyruvylshikimate-3-phosphate synythase) và qua đó kìm hãm sự tổng hợp các amino acid thơm. Enzyme này không có ở người và động 10 [...]... trường Với phương pháp này, các nhà khoa học đã chuyển gen thành công vào một số loài cây một lá mầm như loài lúa Japonica (Datta, 1990), ngô (Doon, 1990), lúa mì (Vassil, 1992) 31 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật 2.4 Phương pháp kiểm tra và xác định thực phẩm chuyển gen Để xác định một sản phẩm thực phẩm có phải là thực phẩm chuyển gen hay không người ta thường dùng các phương... bào thực vật, tấn công vào tế bào thực vật, cắt bỏ đoạn, chuyển gen và có lẽ có cả vai trò trong sự xâm nhập của T-DNA 19 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật vào tế bào ký chủ Trong đó, vir A, B, D, G cần thiết cho việc tạo khối u; vir C, E ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển gen trên biên độ ký chủ [3] b) Cơ chế biến nạp T-DNA vào tế bào ký chủ Để xảy ra quá trình biến nạp tế bào thực vật. .. nguyên tắc Ti-plasmid [27] Hình 2.8 Quá trình tạo cây chuyển gen nhờ A.tumefaciens [12] 2.3.2.2 Phương pháp chuyển gen trực tiếp a) Chuyển gen bằng súng bắn gen 23 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật Phương pháp chuyển gen nhờ súng DNA là một kỹ thuật tương đối còn mới mẻ nhưng đã được chứng minh là có tiềm năng lớn Súng bắn gen (Gene gun) là một thiết bị sử dụng để đưa thông tin di... Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật 2.2.2 Nâng cao chất lượng sản phẩm: 2.2.2.1 Carbohydrate và acid béo: Carbohydrate đóng vai trò quan trọng và có nhiều chức năng đối với thực vật và con người Người ta có thể thay đổi thành phần carbohydrate của thực vật bằng việc biểu hiện những gen mới hoặc bất hoạt những gen hiện có Ví dụ: người ta đã thành công trong việc chuyển gen mã hóa... Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật Ứng dụng Hình 2.11: Qui trình chuyển gen bằng súng bắn gen Nhờ sử dụng kỹ thuật này, các tế bào nguyên vẹn của những loại cây lương thực quan trọng không thể biến nạp được nhờ Agrobacterium đã được thực hiện thành công như lúa mì, lúa mạch … Hiện nay, phương pháp chuyển gen bằng súng bắn gen dường như kỹ thuật duy nhất đáng tin cậy để chuyển gen vào... DNA của nó vào tế bào thực vật 17 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật (nhiều loại thực vật hạt kín hai lá mầm và ở một số ít thực vật một lá mầm) và qua đó kích thích tạo khối u (gọi là crown-gal) Những khối u này là không gian sống của vi khuẩn Hình 2.2 Vi khuẩn A.tumefaciens[23] Hình2.3 Khối u ở thực vật do A.tumefaciens [23] Một số chất dinh dưỡng (opine) có lợi cho vi khuẩn cũng... hoặc ngô mang gen mã hóa cho protein giàu những amino acid này.Một trong những thành công đầu tiên là tạo dòng ngô biến đổi gen có cân bằng amino acid tốt hơn (hàm lượng protein cao hơn) có tên là Opaquez, có hàm lượng lysine cao hơn (tăng 20% so với đối chứng) [15] 14 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật 2.2.2.3 Vitamin, chất khoáng và các nguyên tố vi lượng Thực vật là nguồn cung... Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của tế bào vật chủ chưa đảm bảo là đã liên kết ổn định với genome Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, nó chỉ ở nơi mà nó được đưa vào Các bước cơ bản của quá trình chuyển gen: 16 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật Xác định gen liên quan đến tính trạng cần quan tâm Phân lập gen (dùng phương pháp PCR hoặc sàng... ngoại lai vào bộ máy di truyền của tế bào thực vật theo ý muốn, bằng cách nuôi mẫu cấy trong môi trường thích hợp có chứa Agrobacterium mang vectơ tái tổ hợp cần chuyển Agrobacterium sẽ xâm nhập vào mô mẫu cấy từ các vết thương ở mép và chuyển plasmid mang gen cần chuyển vào tế hoàn chỉnh mang gen mong muốn [2] 22 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật Hình 2.7 Sơ đồ plasmid tái tổ hợp... ) Nguyên liệu để thực hiện sự biến nạp là các tế bào thực vật riêng lẽ, các mô hoặc cây hoàn chỉnh 2.3.2 Kỹ thuật cơ bản : Hiện nay có nhiều phương pháp chuyển gen vào thực vật, ta có thể chia thành hai nhóm phương pháp chính: chuyển gen gián tiếp nhờ vi khuẩn hoặc virus; chuyển gen trực tiếp bằng các hóa chất và dụng cụ không qua sinh vật làm trung gian 2.3.2.1 Phương pháp chuyển gen gián tiếp Nguyên . Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vậtCHƯƠNG 2:THỰC PHẨM CHUYỂN GEN CÓ NGUỒN GỐC TỪ THỰC VẬT2.1 Định nghĩaSinh vật biến đổi gen (GMO - Genetically. hàng có khả năng chuyển một phần nhỏ DNA của nó vào tế bào thực vật 17 Chương 2: Thực phẩm chuyển gen có nguồn gốc từ thực vật( nhiều loại thực vật