Bài giảng công nghệ sinh học thực vật đại học thủy lợi

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT TS Khương Thị Thu Hương ĐT: 0969043158 Email: huongktt19@gmail (Bài giảng có sử dụng hình ảnh đồng nghiệp quốc tế) Giới thiệu mơn học Chương II CƠNG NGHỆ MƠ - TẾ TẾ BÀO THỰC VẬT Chương I Khái quát CNSH TV CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT Chương IV CHỈNH SỬA HỆ GEN Ở THỰC VẬT Chương III THỰC VẬT BIẾN ĐỔI GEN Giới thiệu mơn học Giáo trình, tài liệu tham khảo Giáo trình Nigel G Halford, Plant Biotechnology: Current and Future Applications of Genetically Modified Crops, John Wiley & Sons Ltd, 2006 Tài liệu tham khảo Plant Biotechnology Journal, published by Wiley-Blackwell in association with the Society for Experimental Biology (SEB) and the Association of Applied Biologists (AAB) https://onlinelibrary.wiley.com/journal/14677652 Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật  Khái niệm CNSH “Là trình sản xuất qui mơ cơng nghiệp có tham gia tác nhân sinh học, mức độ tổ chức tế bào, thể tế bào (phân tử), dựa thành tựu tổng hợp nhiều môn khoa học khác nhau, nhằm mục đích tạo cải vật chất cho xã hội, đảm bảo lợi ích người” Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Khái niệm CNSH TV “Plant biotechnology can be defined as the use of tissue culture and genetic engineering techniques to produce genetically modified plants that exhibit new or improved desirable characteristics” Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Khái niệm CNSH TV CNSH TV: Nuôi cấy mô tế bào thực vật Biến đổi di truyền thực vật: GMO genome editing Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Các dấu mốc phát triển Công nghệ sinh học thực vật Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Các dấu mốc phát triển Công nghệ sinh học thực vật Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Vai trị cơng nghệ sinh học phát triển kinh tế xã hội  Nguy dân số  Nguy dịch bệnh  Đất nông nghiệp giảm  Thiếu hụt dinh dưỡng  Biến đổi khí hậu  Mong muốn học hỏi khám phá bí mật tự nhiên  Cần nhiều trồng  Cần trồng có chất lượng tốt  Cây trồng “khỏe mạnh”  Bảo tồn nguồn gen trồng  Cần nhiều thực phẩm chức từ thiên nhiên  Cây trồng có đặc tính suất vượt trội  Nâng cấp máy di truyền thông qua kết hợp gen vật chất di truyền cũ  Thêm giá trị vượt mục đích sử dụng có Chương II Cơng nghệ mô tế bào thực vật Plant tissue culture Chuyển gen nhờ Agrobacterium tumefaciens Ti plasmid Năm 1974, Ti plasmid phát thành phần tế bào vi khuẩn gây bệnh khối u thực vật Plasmid Ti loại plasmid lớn, có kích thước khoảng 200 kb Chuyển gen nhờ Agrobacterium tumefaciens Các bước qui trình chuyển gen vào thực vật nhờ Agrobacterium tumfaciens NHỮNG THÀNH TỰU TRONG NGHIÊN CỨU CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT Trên giới NHỮNG THÀNH TỰU TRONG NGHIÊN CỨU CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT Tình hình nghiên cứu khảo nghiệm trồng biến đổi gen Việt Nam Ở Việt Nam, từ năm cuối kỷ XX, nghiên cứu chuyển gen thực vật quan tâm triển khai nhiều đối tượng trồng ngô, đậu tương, bông, đậu xanh, đu đủ, thông, bạch đàn… Các nghiên cứu tập trung vào tính trạng chống chịu điều kiện bất lợi hạn, mặn, kháng côn trùng, virut, tăng sinh trưởng (bạch đàn)… VẤN ĐỀ AN TOÀN SINH HỌC CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN Việc đánh giá an toàn sinh học quản lý rủi ro nhằm đảm bảo an toàn không trở thành rào cản việc nghiên cứu phát triển sản phẩm biến đổi gen có giá trị Kết đánh giá rủi ro sở khoa học để đưa biện pháp quản lý giám sát hiệu quả, định ứng dụng GMOs thực tiễn CHƯƠNG IV CÔNG NGHỆ CHỈNH SỬA GEN Genome editing Khái quát Cơng nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/CaS9 gì? • CRISPR - Clustered regularly interspaced short palindromic repeats - nhóm đoạn ngắn đối xứng lặp lại thường xuyên • Cas - CRISPR-associated proteins systems - hệ thống protein kết hợp với CRISPR CRISPR/cas hệ thống miễn dịch thông qua RNA sinh vật prokaryotes bảo vệ chống lại thực khuẩn thể (bacteriophage) plasmids Khái quát Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/CaS9 gì? CRISPR/CaS hoạt động kéo phân tử cắt bỏ phần gen khơng mong muốn thay vào đoạn DNA khỏe mạnh CRISPR/CaS9 cắt bỏ, chỉnh sửa, hay chèn thêm đoạn DNA => Đột biến gen Lịch sử phát triển Công nghệ chỉnh sửa gen Một số dấu mốc: 1987: Ishino lần phát trình tự CRISPR E.Coli 2002: Jansen đề xuất thuật ngữ “CRISPR/cas9 2011: Phân loại hệ thống CRISPR (Makarova et al,) Khám phá trarcRNA (Delcheva et al,) 2005: Xác định đoạn PAM vai trò phức CRISPR/caS 2013: Sử dụng CRISPR/cas tế bào chuột người (Zhang et al,) 2012: Công bố ứng dụng hệ thống CRISPR/cas đăng ký sang chế công nghệ (Chapentier and Duana,) 2018: Công bố đứa trẻ đời nhờ CRISPR/cas (Ziankui et al,) 2020: Giải Nobel CRISPR/cas (Chapentier and Duana,) 2015: - Biến đổi gen 2019: Công bố KT muỗi alophen chống “Primer editing” bệnh sốt rét (Jame et (Liu et al, ) al, ) - Lần ứng dụng CRISPR/cas chỉnh sửa gen phôi người (Zhang et al,) Nguyên lý chỉnh sửa gen nhờ CRISPR/cas Qui trình chỉnh sửa gen thực vật nhờ CRISPR/cas Qui trình chỉnh sửa gen thực vật nhờ CRISPR/cas Vector CRISPR/cas RGE vector for Rice Gene Editing: 1) gRNA with spacer sequence paired to targeting PAM-site; 2) RNA Polymerase III (Pol III) promoter and Pol III terminator (Pol III Ter) to control the transcription of gRNA Ex snoRNA U3 promoter, snoRNA U6 promoter… 3) Cas9 with nuclear localization signal (NLS) 4) RNA polymerase II (pol II) promoter and Pol II terminator (Pol II Ter) to control the transcription of Cas9 gene Ex:Pol II promoter: CaMV 35S promoter, maize UBIQUITIN promoter, rice ACTIN promoter… (Xie and Yang, 2013) Các hướng ứng dụng Công nghệ chỉnh sửa gen thực vật Tăng cường suất chất lượng Kháng sâu bệnh: Virut gây bệnh cuộn/xoăn Nấm: Phấn trắng; Đạo ôn;Thối rễ Tăng cường chống chịu tác nhân vật lý hóa học: hạn, mặn chất diệt cỏ… Chế biến sau thu hoạch Sinh tổng hợp chất có hoạt tính sinh học: phytohormone, flavonoid Ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen thực vật (Noman et al, on Front Plant Sci., 21 November 2016) THẢO LUẬN • • • • Các nhóm nhận chủ đề thảo luận từ giáo viên Chuẩn bị thuyết trình theo yêu cầu Tổ chức thuyết trình lớp Thành viên nhóm trả lời câu hỏi phản biện giáo viên sinh viên khác lớp • Giáo viên đánh giá cho điểm ... triển Công nghệ sinh học thực vật Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Các dấu mốc phát triển Công nghệ sinh học thực vật Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Vai trị cơng nghệ. .. (1854-1945) Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Các dấu mốc phát triển Công nghệ sinh học thực vật Cơ sở khoa học công nghệ mô - tế bào thực vật Nuôi cấy mô tế bào thực vật Điều kiện  Môi trường:... Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Khái niệm CNSH TV CNSH TV: Nuôi cấy mô tế bào thực vật Biến đổi di truyền thực vật: GMO genome editing Chương I Khái quát Công nghệ sinh học thực vật Các