Ảnh hưởng của antisense-RNA. Ở giữa là phân tử DNA, làm khuôn mẫu để tổng hợp mRNA. Ở phần dưới là sự biểu hiện gen bình thường. mRNA gắn vào ribosome và sự dịch mã được thực hiện tạo nên một polypeptide. Phần trên của sơ đồ xảy ra ở thực vật biến đổi gen, một gen được biến nạp để tạo nên một antisense-RNA (màu xanh), nó có thể kết hợp với mRNA nội sinh, làm xuất hiện một phân tử RNA mạch kép. Phân tử này được phân giải nhờ một enzyme đặc biệt. P: promoter, T:...
Hình 1.18 Ảnh hưởng antisense-RNA Ở phân tử DNA, làm khuôn mẫu để tổng hợp mRNA Ở phần biểu gen bình thường mRNA gắn vào ribosome dịch mã thực tạo nên polypeptide Phần sơ đồ xảy thực vật biến đổi gen, gen biến nạp để tạo nên antisense-RNA (màu xanh), kết hợp với mRNA nội sinh, làm xuất phân tử RNA mạch kép Phân tử phân giải nhờ enzyme đặc biệt P: promoter, T: terminator Phương pháp antisense (Hình 1.18) dựa biểu phân tử RNA, bổ sung với sản phẩm phiên mã gen, làm cho mRNA bất hoạt dịch mã cho protein Từ RNA bổ sung chúng tạo nên mạch kép Mạch kép RNA phân giải hiệu số enzyme xác định tương tự RNase H retrovirus, qua phiên mã tổng hợp protein bị đình trệ Khi RNA tổng hợp tồn với lượng lớn sản phẩm phiên mã bình thường biểu gen bị giảm mạnh đình hồn tồn Một ứng dụng tiếng phương pháp antisense tạo cà chua FlavrSaver Trong lĩnh vực sử dụng thực vật biến đổi gen làm thực phẩm phương pháp antisense có ưu điểm lớn an tồn, khơng có protein ngoại lai tạo tế bào mà có phân tử RNA nhỏ Điều hồn tồn tin tưởng, người ngày tiếp nhận lượng lớn RNA khơng có hại với thực phẩm 1.5.4 Sự bền vững chuyển gen Để tạo nên dòng thực vật biến đổi gen biểu bền vững gen biến nạp truyền lại cho hệ sau có ý nghĩa lớn Điều nói lên rằng, độ bền vững gen biến nạp biểu Cơng nghệ gen nơng nghiệp 27 khơng phải ln ln chắn mà thay đổi, thực vật có chế làm bất hoạt DNA ngoại lai Gần số chế bất hoạt gen biến nạp xác định đề cập ý nghĩa lớn việc tạo thực vật biến nạp gen bền vững 1.5.5 Sự bất hoạt methyl hóa Thường bất hoạt gen biến nạp methyl hóa xảy mạnh mẽ, gây tồn nhiều gen allele Đặc biệt tồn nhiều gen lạ gần (sự xếp nhiều phân tử vector hệ gen biến nạp gen nhiều gen biến nạp) tạo nên trình Người ta cho bất hoạt gen biến nạp lặp lại chế bảo vệ chống lại nhân tố gen di động transposone (gen nhảy) Transposone có số lượng lớn gây đột biến hệ gen Đặc biệt nghiên cứu di truyền phân tử nấm, phần lớn transposone có nấm Ascobolus immersus dạng methyl hóa mà bất hoạt Những gen biến nạp lặp lại dạng chùm thường gặp biến nạp tế bào trần biến nạp phi sinh học, ngược lại xảy biến nạp Agrobacterium tumefaciens Điều tạo chế khác biến nạp DNA vào hệ gen thực vật Sự methyl hóa DNA lặp lại xảy nguyên tử thứ vịng cytosine thường trình tự base CG CNG, C G cytosine guanine, N ký hiệu cho bốn base Những trình tự methyl hóa khơng phiên mã phiên mã, biểu gen bị giảm hoàn toàn bị ức chế Nhiều gen nằm thành chùm vị trí gọi bất hoạt cis Bên cạnh có bất hoạt trans, phân tử DNA bất hoạt nằm xa phân tử khác, ảnh hưởng âm tính đến biểu gen 1.5.6 Đồng ức chế Sự bất hoạt gen biến nạp luôn methyl hóa DNA Sự bất hoạt cịn đồng ức chế xảy sau phiên mã, ví dụ Cơng nghệ gen nơng nghiệp 28 q trình xếp lại sau phiên mã Biểu đồng ức chế giảm lượng RNA gen phiên mã từ 20-50 lần Nhiều thí nghiệm ra, hoạt động phiên mã bị giảm xuống mà tăng cường phân giải RNA Giải thích điều người ta cho RNA-polymerase phụ thuộc RNA chép RNA, số lượng nằm giá trị giới hạn Các RNA sau kết hợp với sản phẩm phiên mã RNA antisense, tạo nên RNA mạch kép, bị phân giải nhanh enzyme tương ứng Cơ chế đồng ức chế cản trở việc tạo nên biến đổi gen, có ý nghĩa việc tạo nên biến đổi gen kháng virus Tóm lại Để biến nạp gen vào thực vật bậc cao có ba phương pháp sử dụng biến nạp Agrobacterium, bắn gen tế bào trần Chọn lọc tái sinh yếu tố định để thu biến nạp hoàn chỉnh Xác nhận biến đổi gen hệ tái sinh từ vật liệu biến đổi gen thực kỹ thuật Southern, PCR sử dụng gen thị Do cấu tạo phức tạp tế bào mơ thực vật nên phải có trình tự promoter để tăng cường biểu gen lạ vị trí mong muốn Với chế RNA antisense biểu gen bị giảm hoặc bị ức chế hồn tồn Trong thực vật biến đổi gen, DNA lạ khơng phải ln ln biểu chúng bị bất hoạt methyl hóa chế đồng ức chế Câu hỏi Các phương pháp chuyển gen dùng phổ biến nay? Ưu nhược điểm phương pháp đó? Hệ thống gen chọn lọc thị sử dụng để chuyển gen vào thực vật? Các phương pháp xác nhận có mặt sản phẩm gen? Promoter gì? Chức promoter biểu gen ngoại lai, cho ví dụ? Những chế làm bất hoạt gen ngoại lai thực vật chuyển gen? Công nghệ gen nông nghiệp 29 Chương Những đặc tính chuyển gen Trong thập kỷ qua, nhờ thành tựu to lớn công nghệ gen, người ta chuyển thành công gen phân lập từ sinh vật vào sinh vật khác để tạo thể biến đổi gen mang đặc tính mong muốn Sản phẩm biến đổi gen đem lại lợi nhuận kinh tế khổng lồ cho nhiều quốc gia Ở Mỹ, có tới 1.300 cơng ty Công nghệ sinh học với doanh thu hàng năm đạt khoảng 12,7 tỷ đô la Trong số sản phẩm tạo (có liên quan đến biến đổi gen), sản phẩm y dược chiếm tới 75%, sản phẩm nông nghiệp chiếm 3% Tuy nhiên, đầu tư mở rộng quy mô nghiên cứu khai thác sản phẩm nông nghiệp biến đổi gen ngày tăng Năm 1996, tồn giới có 1,7 triệu trồng biến đổi gen, đến năm 2004 diện tích trồng biến đổi gen tồn cầu tăng lên gần 48 lần, đạt tới 81 triệu ha, 1/3 diện tích nước phát triển Hiện nay, có khoảng 20 quốc gia sản xuất trồng biến đổi gen với diện tích từ 50.000 trở lên Mỹ quốc gia hàng đầu trồng biến đổi gen với diện tích năm 2004 47,6 triệu (chiếm 59%) Tiếp đến Argentina: 16,2 triệu (20%), Canada: 5,4 triệu (6,7), Brazil: triệu (6%), Trung Quốc: 3,7 triệu (4,6%) Ở châu Á, trồng biến đổi gen chủ yếu bông, trồng nhiều Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines Indonesia Có loại trồng biến đổi gen thương mại hóa mạnh Đó là: đậu tương kháng thuốc diệt cỏ đạt đến diện tích 48,4 triệu (chiếm 60% tổng diện tích trồng biến đổi gen năm 2004), ngô kháng thuốc diệt cỏ kháng sâu đạt diện tích 19,3 triệu (chiếm 24%), kháng thuốc diệt cỏ kháng sâu đạt diện tích triệu (chiếm 11%) cải dầu kháng thuốc diệt cỏ đạt diện tích 4,3 triệu (chiếm 5%) Nếu so sánh diện tích trồng biến đổi gen với tổng diện tích trồng loại quy mơ tồn cầu đậu tương biến đổi gen chiếm 56%, biến đổi gen chiếm 28%, cải dầu biến đổi gen chiếm 19% ngô biến đổi gen chiếm 14% Ngoài loại trồng biến đổi gen thương mại hóa rộng rãi nói trên, cịn Cơng nghệ gen nơng nghiệp 30 có hàng loạt trồng biến đổi gen khác kháng nấm, kháng virus, chín chậm phổ biến Kháng nấm Đặc tính 4% nơng học 4% Kháng thuốc diệt cỏ 28,9% Kháng virus 10,1% Kháng côn trùng 24,3% Khác 7,2% Chất lượng sản phẩm 21,4% Hình 2.1 Tỷ lệ (%) loại biến đổi gen đưa vào sản xuất Thực vật biến đổi gen mang lại đặc tính tốt cho trồng Chương đề cập đến biến đổi gen thực vật Cho đến gen chuyển vào thực vật nhiều gen kháng thuốc diệt cỏ kháng trùng Vì vậy, làm giảm lượng đáng kể thuốc diệt cỏ trừ sâu sử dụng nơng nghiệp Bên cạnh đó, nhà khoa học tạo biến đổi gen kháng vi khuẩn, virus nấm Khả chống chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi khơ hạn, nóng kim loại nặng trồng cải thiện Ngoài ra, nhờ kỹ thuật gen tạo thực vật có giá trị dinh dưỡng hơn, hàm lượng vitamin khoáng cao Mùi vị khả lưu giữ nâng lên Thực vật biến đổi gen cung cấp nguyên liệu carbohydrate, chất béo chất dẻo phân giải sinh học Công nghệ gen nông nghiệp 31 Trong lĩnh vực y học, thực vật chuyển gen cung cấp alkaloid chất miễn dịch có ý nghĩa Sự nhiễm bẩn vaccine với virus gây bệnh người loại trừ Những hiểu biết xuất dạng màu hoa cho phép tạo nên loài hoa Những bất dục đực nhân tạo tạo cho mục đích sản xuất giống Sau đề cập cụ thể kết 2.1 Tăng tính kháng thích nghi với mơi trường Sự mùa lớn hàng năm xảy côn trùng, bệnh cỏ dại ảnh hưởng bất lợi điều kiện ngoại cảnh yếu tố phi sinh học khác Theo kết nghiên cứu, mùa bệnh gây từ năm 1988 đến 1990 12,4% lúa mỳ, 15% lúa 16,3% khoai tây, ảnh hưởng lớn sản xuất nông nghiệp Chế độ canh tác độc canh cần lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật, làm ảnh hưởng đến môi trường sống Gần đây, trồng chuyển gen có khả kháng thuốc diệt cỏ kháng trùng sử dụng, có ý nghĩa lớn việc bảo vệ môi trường 2.1.1 Kháng thuốc diệt cỏ Trong sản xuất nơng nghiệp có tính chun mơn hóa cao việc sử dụng loại thuốc diệt cỏ dại điều cần thiết nhằm đảm bảo suất trồng Tuy nhiên, việc lạm dụng số thuốc diệt cỏ có độc tính cao gây hậu nghiêm trọng môi trường, hệ sinh thái sức khỏe người Gần đây, người ta tổng hợp số hợp chất tồn tự nhiên thời gian ngắn, lại tiêu diệt toàn cối Các hợp chất gọi thuốc diệt cỏ không chọn lọc Bằng phương pháp sử dụng đột biến, người ta phân lập số gen tạo cho trồng có khả kháng loại thuốc diệt cỏ nói Việc chuyển gen vào nâng cao tính chọn lọc hiệu kinh tế thuốc diệt cỏ làm giảm ảnh hưởng thuốc quần thể sinh vật đất Thật vậy, chưa có loại trồng biến đổi Công nghệ gen nông nghiệp 32 gen kháng thuốc không chọn lọc, người ta phải phun nhiều lần trước gieo hạt nhằm loại bỏ hồn tồn mầm mống cỏ dại Nhưng người nơng dân gieo trồng loại biến đổi gen họ đợi cho trồng cỏ dại phát triển đến mức độ định, tiến hành phun thuốc lần đảm bảo loại bỏ xâm lấn cỏ dại Đồng thời việc phun thuốc mà trồng phát triển làm giảm thuốc diệt cỏ thấm vào đất, làm giảm nguy gây hại môi trường Kháng thuốc diệt cỏ nhân tạo đặc điểm thường sử dụng nhiều thực vật biến đổi gen Điều có nhiều nguyên nhân: - Thứ tạo thực vật biến đổi gen loại tương đối đơn giản - Thứ hai, cỏ dại vấn đề lớn nông nghiệp, làm giảm suất từ 10-15% Về phân biệt loại thuốc diệt cỏ chọn lọc với loại không chọn lọc Ở liều lượng định loại kháng chọn lọc có tác dụng thực vật có đặc điểm sinh lý hình thái định Ví dụ: thuộc nhóm gồm có: atrazin, bromoxynil, 2,4-D Tác dụng thuốc diệt cỏ chọn lọc: Atrazin: Làm ngừng vận chuyển điện tử hệ thống quang hóa II lục lạp (cần thiết quang hợp thực vật) Ngơ khơng mẫn cảm với atrazin Bromoxynil: Đình vận chuyển điện tử hệ thống quang hóa II lạp thể, làm chết hai mầm Glyphosate (Round upR): Làm ngừng hoạt động enzyme EPSPsynthase qua kìm hãm tổng hợp amino acid thơm Phosphinothricin (PPT) gọi Basta: PPT đồng phân dạng L sản phẩm tổng hợp glufosinate PPT có cấu trúc tương tự glutamic acid, gắn không thuận nghịch với enzyme glutamatsynthase, gây độc tích lũy NH3 2,4-D: Auxin tổng hợp gây hại cho phát triển hai mầm, phần lớn mầm không mẫn cảm Một số loại thuốc diệt cỏ chọn lọc tồn lâu đất, làm nhiễm nguồn nước Ngược lại, thuốc diệt cỏ không chọn lọc glyphosate phosphinothricin (PPT) độc tất trồng Công nghệ gen nông nghiệp 33 Ưu điểm hai loại thuốc diệt cỏ phân giải nhanh đất thành chất không hại Thời gian bán hủy Basta đất 10 ngày Round up từ đến 60 ngày Thời gian bán hủy khoảng thời gian mà 50% chất bị biến đổi phân giải Để sản xuất chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ, người ta cần gen kháng mã hóa cho protein, protein làm bất hoạt thuốc diệt cỏ, thay đổi vị trí tác động thuốc tế bào, làm thuốc khơng cịn gây hại Cơ chế kháng thuốc diệt cỏ không chọn lọc Basta glyphosate giải thích sau: Basta thuốc diệt cỏ khơng chọn lọc sử dụng 50 quốc gia, sử dụng có giới hạn, gây độc trồng cỏ dại Gần đây, nhiều loại trồng biến đổi gen tạo nên thử nghiệm 100 thí nghiệm đồng ruộng, nhiều loại đưa thị trường Những gen kháng phân lập từ vi sinh vật từ thực vật kháng tự nhiên Từ linh lăng thảo (Medicago sativa) gen không mẫn cảm với Basta phân lập từ vi khuẩn đất Streptomyces hygroscopius S viridochromogenes gen bar pat phân lập, gen mã hóa cho enzyme phosphinothricinacetyltransferase Enzyme làm độc tính thuốc acetyl hóa, gắn vào gốc acetyl Để sử dụng cho thực vật, gen từ vi khuẩn biến đổi điều khiển promoter CaMV 35S nhằm đạt biểu gen thường xuyên tất mô Bằng cách linh lăng thảo, cà chua, ngô, lúa, lúa mỳ đậu tương kháng thuốc diệt cỏ tạo nên Thuốc diệt cỏ glyphosate đình đặc hiệu enzyme 5enolpyruvylshikimate-3-phosphate-synthase (EPSP-synthase) Đây enzyme cần thiết thực vật để tổng hợp amino acid thơm (phenylalanin, tryptophan tyrosin), số vitamin hợp chất có nguồn gốc thứ cấp Enzyme khơng có người động vật, glyphosate khơng độc người Glyphosate phân giải đất nhờ vi sinh vật không để lại sản phẩm độc hại Kháng glyphosate chế khác nhau: - Thứ có biểu mạnh mẽ enzyme EPSPsynthase điều khiển promoter CaMV-35S đồng thời tạo nên Công nghệ gen nông nghiệp 34 enzyme oxidoreductase vi khuẩn Nhờ enzyme oxidoreductase mà thuốc bị bất hoạt với lượng lớn EPSP-synthase tạo nên lượng thuốc cịn lại khơng thể gây hại biến đổi gen (Hình 2.2) Ở gen cần thiết, gen oxidoreductase khơng có thực vật Cây chuyển gen (gen bar) Cây khơng chuyển gen (đối chứng) Hình 2.2 Hiệu kháng thuốc diệt cỏ Hình chứa gen bar kháng basta Hình đối chứng không chứa gen kháng Cả hai phun basta Ảnh chụp sau 15 ngày phun thuốc Một khả thứ hai sử dụng EPSP-synthase vi khuẩn Từ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens (loài CP4), EPSP-synthase vi khuẩn phân lập thay đổi trình tự amino acid nên enzyme khơng cịn mẫn cảm với glyphosate sử dụng nhiều trồng thương mại Thứ ba xuất dạng đột biến EPSP-synthase trồng có khả kháng glyphosate (Hình 2.3) Tính kháng khơng chọn lọc sử dụng nhiều trồng biến đổi gen, bông, khoai tây, ngô, đậu tương, thuốc lúa mỳ Bằng việc sử dụng trồng kháng thuốc diệt cỏ, lượng thuốc diệt cỏ sử dụng giảm đáng kể, thuốc dùng theo yêu cầu phạm vi nhỏ Công nghệ gen nông nghiệp 35 EPSP synthase SHKG Glyphosate Nhân EPSP synthase ShkG* EPSP* synthase Glyphosate EPSP synthase EPSP synthase EPSP* synthase Lục lạp Phe, Trp, Tyr Gly → Ala Thay đổi cấu trúc enzyme Tế bào chất Phe, Trp, Tyr Hình 2.3 Đột biến xảy EPSP-synthase làm cho kháng thuốc diệt cỏ glyphosate Sự kết hợp glyphosate vào enzyme EPSPsynthase loại hình bình thường làm hoạt tính xúc tác hạn chế di chuyển enzyme vào lục lạp Dạng EPSP*-synthase (mã hóa ShkG*-dạng đột biến) có hoạt tính thấp với glyphosate thể hoạt tính có mặt thuốc diệt cỏ Năm 1996 1997 Mỹ, sử dụng kháng thuốc diệt cỏ làm giảm lượng thuốc dùng tương ứng 26% 22% Rửa trôi đất giảm 90%, đất cày sâu, đồng thời suất tăng lên 5% Một vấn đề khó khăn việc sử dụng biến đổi gen lan truyền tính kháng qua hạt phấn đến họ hàng Để giải vấn đề việc tạo biến đổi gen dựa vào thay đổi gen lạp thể Vì gen lạp thể phần lớn thực vật di truyền theo tế bào chất, tính kháng thuốc diệt cỏ lan truyền qua hạt phấn EPSP-synthase hoạt động lạp thể Nhưng gen mã hóa cho enzyme lại có mặt nhân Protein dịch mã ribosome Công nghệ gen nơng nghiệp 36 tế bào chất có trình tự đích lạp thể nên vận chuyển vào quan tử Cây thuốc kháng glyphosate tạo nên cách biến nạp gen mã hóa cho EPSP-synthase có nguồn gốc từ dã yên thảo Gen chèn vào DNA lạp thể Lạp thể có ribosome nên tổng hợp trực tiếp EPSP-synthese Bằng cách việc vận chuyển gen qua hạt phấn phần lớn trồng không xảy 2.1.2 Kháng côn trùng gây hại Các tổn thất trước thu hoạch gây loại sâu phá hoại nguyên nhân chủ yếu làm giảm suất trồng, đặc biệt nước nhiệt đới có nhiệt độ cao, ẩm độ lớn, thích hợp cho phát triển sâu bệnh nước ta Cơn trùng gây hại trồng hai khía cạnh: - Thứ gián tiếp truyền tác nhân gây bệnh khác virus, vi khuẩn nấm - Thứ hai trực tiếp ăn hại quan trồng Biện pháp hữu hiệu sử dụng rộng rãi phun thuốc trừ sâu hóa học Việc sử dụng thuốc trừ sâu làm ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái, dư lượng cịn lại tích lũy chuỗi thức ăn mặt khác thuốc trừ sâu gây độc không đặc hiệu tất động vật Vì vậy, phát triển trồng chuyển gen kháng sâu có ý nghĩa lớn Ở đề cập đến loại toxin tự nhiên, tạo vi khuẩn Bacillus thuringensis gây hại số lồi trùng định, không hại động vật khác người Toxin gọi Bt-toxin B thuringensis vi khuẩn đất tạo bào tử Ở trình tạo bào tử xuất vỏ tinh thể chứa -endotoxin Ở loài B thuringensis khác người ta xác định 100 loại toxin khác nhau, protein với khối lượng phân tử khoảng 130 kDa Trong ruột côn trùng endotoxin biến đổi thành dạng độc tố hoạt động tích lũy tế bào thượng bì ruột Việc tạo bào tử màng dẫn đến phân giải thẩm thấu tế bào làm cho côn trùng chết Trong nông nghiệp sinh thái vi khuẩn B thuringensis phun trực tiếp đồng ruộng Tuy nhiên, số trồng, việc phun thuốc Công nghệ gen nông nghiệp 37 trừ sâu Bt đơi hiệu đặc tính hình thái trồng thời điểm cần phun thuốc Ví dụ: ngơ loại trùng phá hoại sâu đục thân Ostrinia nubilalis Để phòng trừ loại sâu này, người ta phun thuốc vào thời điểm sâu bắt đầu nở Nhưng đặc tính khí hậu số vùng, thời điểm sâu bắt đầu nở rơi vào lúc phát triển Điều ngăn cản thuốc trừ sâu Bt tới mô, phận mà sâu đục thân phá hoại Mặt khác, thuốc trừ sâu Bt dễ phân hủy môi trường tự nhiên, đặc biệt ánh sáng mặt trời chứa nhiều tia cực tím Do vậy, vùng thích hợp cho phát triển sâu đục thân, khiến cho thời kỳ sinh sản sâu kéo dài, người nông dân phải phun thuốc nhiều lần tốn Bắt nguồn từ hạn chế việc phun thuốc trừ sâu Bt, nhà khoa học chuyển gen Bt vào nhiều loại trồng Lúc này, chuyển gen Bt có khả sinh tổng hợp trực tiếp loại thuốc trừ sâu sinh học Điều giúp cho việc phòng trừ trở nên hiệu giảm chi phí mua thuốc trừ sâu cho người nơng dân Hình 2.4 Cây ngơ biến đổi gen, tạo Bt-endotoxin (phía trên) ngơ bình thường bị nhiễm sâu hại (phía dưới) Gen mã hóa cho Bt-toxin biến đổi cho phù hợp với thực vật, đưa vào trồng khác bông, ngô, khoai tây cà chua chuyển gen sản xuất thương mại biểu độc tố Βt để tạo tính kháng côn trùng loại nhai-nghiền (chewing insects) Vi Công nghệ gen nông nghiệp 38 khuẩn B thuringensis tổng hợp protein -endotoxin tinh thể mã hóa gen Cry Người ta phân biệt nhóm endotoxin (CryI đến CryIV), tùy thuộc độc với lồi sâu nào, Lepidoptere (bướm, CryI), Lepidoptere Diptere (ruồi muỗi, CryII), Coledoptere (côn trùng cánh cứng, Cry III) Diptere (Cry IV) Sau nhiều thí nghiệm đồng ruộng loại trồng chứa gen Bt có mặt thị trường với kết tốt Ví dụ: với việc sử dụng ngô chứa gen Bt năm 1996 1997 làm giảm lượng thuốc trừ sâu cho ngô Mỹ 10%, suất tăng lên 9%, chứa gen Bt suất tăng 7% 60% nông dân loại bỏ hoàn toàn thuốc trừ sâu Một số ưu điểm độc tố Bt sau : - Tính đặc hiệu, protein Cry hoạt động chống lại một vài lồi trùng - Sự đa dạng, nhiều protein Cry khác nhận biết - Các ảnh hưởng không bất lợi bị giảm xác nhận trùng khơng phải đích địch thủ tự nhiên côn trùng - Độc tính với động vật có vú thấp - Có thể thối biến dễ dàng Kết nghiên cứu cho thấy điểm mấu chốt gen chịu trách nhiệm tổng hợp protein tinh thể trừ sâu vi khuẩn B thuringensis chủng kurstaki, chưa đặc biệt biểu rõ trồng Để nâng cao hiệu độc tố, nhà nghiên cứu cắt gọt bớt gen để tổng hợp phần protein có hoạt tính chứa độc tố mà không cần phần gen phụ khác Gen Cry cắt bớt biểu tổng hợp protein gấp 500 lần so với gen nguyên thủy Hiện nay, 40 gen khác mang tính kháng côn trùng hợp trồng chuyển gen với vài giống thương mại hóa nước Mỹ, Úc… Lợi ích độc tố Bt kiểm sốt trùng buộc phải có phương thức quản lý khác để làm chậm phát triển tính kháng côn trùng Βt, bao gồm : - Bố trí vùng bên cạnh trồng bơng khơng chuyển gen Bt, làm nơi trú ẩn để giảm áp lực chọn lọc hướng tới việc kháng côn trùng Công nghệ gen nông nghiệp 39 - Triển khai gen kháng trùng khác (Ví dụ: protease inhibitors) - Dùng loại độc tố Bt cho receptor đích khác - Dùng promoter khác để điều chỉnh biểu gen Bt - Dùng promoter đặc trưng mô (tissue-specific promoter), trùng ăn mà khơng tổn hại đến kinh tế phận quan trọng thực vật - Có hướng khác để phát triển tính kháng trùng cho chuyển gen dựa sở: protease inhibitors, -amylase, lectins, chitinases, cholesterol oxidase, virus trùng tạo dịng, tryptophan decarboxylase, anti-chymotrypsin, bovine pancreatic trypsin inhibitor nhân tố ức chế lách Dĩ nhiên Bt-toxin không độc cho tất trùng tự nhiên ln có khả xuất lồi sâu kháng Vì vậy, phải có chiến lược tiếp tục tạo loại trồng kháng Đặc biệt hứa hẹn chất ức chế serin-protease, kìm hãm enzyme tiêu hóa quan trọng côn trùng Những trồng chứa lượng lớn protein có tác dụng bảo vệ trước phá hoại sâu hại Ngoài ra, nhiều phương pháp khác thử nghiệm Về nguyên tắc phương pháp dựa việc sử dụng protein có tự nhiên đặc hiệu gây hại cho côn trùng Điều đặc biệt có ý nghĩa lương thực thực phẩm khơng chứa chất độc gây hại cho người tiêu dùng 2.1.3 Kháng virus gây bệnh Tương tự vi khuẩn, động vật người; thực vật tồn số lượng lớn virus Ngồi ra, thực vật cịn gọi viroide Virus chứa vỏ protein có màng lipid Vật chất di truyền virus DNA RNA Viroide khơng có vỏ protein màng mà có phân tử RNA dạng vịng nhỏ Sự tái sinh virus viroide hồn toàn phụ thuộc vào trao đổi chất ký chủ Theo quy ước quốc tế tên virus gọi theo tên thực vật mà loại virus tìm ra, sau đến triệu chứng thêm từ virus (ví dụ: thuốc lá-khảm-virus: Cơng nghệ gen nông nghiệp 40 ... ngoại lai thực vật chuyển gen? Công nghệ gen nông nghiệp 29 Chương Những đặc tính chuyển gen Trong thập kỷ qua, nhờ thành tựu to lớn công nghệ gen, người ta chuyển thành công gen phân lập từ sinh... nâng lên Thực vật biến đổi gen cung cấp nguyên liệu carbohydrate, chất béo chất dẻo phân giải sinh học Công nghệ gen nông nghiệp 31 Trong lĩnh vực y học, thực vật chuyển gen cung cấp alkaloid chất... bào làm cho côn trùng chết Trong nông nghiệp sinh thái vi khuẩn B thuringensis phun trực tiếp đồng ruộng Tuy nhiên, số trồng, việc phun thuốc Công nghệ gen nơng nghiệp 37 trừ sâu Bt đơi hiệu đặc