Bài giảng Nhập môn Công nghệ sinh học: Chương 4 Công nghệ sinh học thực vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát về Công nghệ sinh học thực vật; Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật; Các kỹ thuật chuyển gen ở thực vật; Các ứng dụng của nuôi cấy mô tế bào thực vật. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương 4: CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT PLANT BIOTECHNOLOGY I Khái quát CNSH thực vật (General plant biotechnology) II Nuôi cấy mô & quan thực vật (Plant tissue and organ culture) III Các kỹ thuật chuyển gen thực vật (plant Gene transfer technologies) IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật (Applications of plant tissue culture) I I.Khái quát CNSH Khái quát về CNSH thực thực vật Lịchvậtsử phát triển - 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu - 1934 – 1955: - Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937) - Phát vai trò vitamin, IAA, NAA, 2.4D kinetin … tiền đề xác định thành phần hóa học MT ni cấy mơ TBTV - 1957 – 1992: - Tách nuôi tế bào đơn - Vai trò auxin/cytokinin - Tạo protoplast tái sinh - Tạo đơn bội từ nuôi cấy túi phấn Lịch sử phát triển (Development history) 1957: Skoog & Miller nghiên cứu tỷ lệ Ki/Au hình thành quan mô sẹo thuốc laù (Research on Ki / Au ratio in the organ formation of tobacco scar tissue.) Mô sẹo (callus) Tỷ lệ Ki/Au tăng mô sẹo tạo chồi The ratio of Ki / Au increases and the callus produces shoots Tyû lệ Ki/Au giảm mô sẹo tạo rễ (the reduction of the Ki / Au ratio leads to the rooting of callus) I I.Khái quát CNSH Khái quát về CNSH thực thực vật Lịchvậtsử phát triển - 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu - 1934 – 1955: - Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937) - Phát vai trò vitamin, IAA, NAA, 2.4D kinetin … tiền đề xác định thành phần hóa học MT ni cấy mơ TBTV - 1957 – 1992: - Tách nuôi tế bào đơn - Vai trò auxin/cytokinin - Tạo protoplast tái sinh - Tạo đơn bội từ nuôi cấy túi phấn - Sản xuất quy mô lớn diện rộng Điều khiển hoa in vitro in vitro flowering control Nuôi cấy phát sinh củ Tuber induction culture Sản xuất rễ tơ sâm Ngọc linh Bioreactor Producing root of Ngoc Linh ginseng in Bioreactor Cây cà khoai ??? Tomtato??? I Khái qt CNSH thực vật (An overview of plant biotechnology) Những ưu nuôi cấy mô tế bào Vi nhân giống - Micropropagation - Thực PTN, không chịu ảnh hưởng thời tiết, mùa vụ - Hệ số nhân giống cao, giữ nguyên đặc tính mẹ Những ưu nuôi cấy mô tế bào (The advantages of tissue and cell culture) Nhân giống in vitro (micropropagation) Tạo rễ (rooting) 10 3.1 Các phương pháp chuyển gen thực vật b) Chuyển gen trực tiếp Có nhiều phương pháp sử dụng lyposome, điện biến nạp, vi tiêm, bắn gen, dùng silicon carbide + Bắn gen sử dụng tốc độ cao vi đạn đạo mang RNA hay DNA xuyên vào tế bào Các vi đạn hạt tungsten hay vàng tẩm DNA 27 The basic process of plant transformation with Agrobacterium and the gene gun 28 3.1 Các phương pháp chuyển gen thực vật b) Chuyển gen trực tiếp + Vi tiêm thực dễ dàng tế bào trần cố định alginate Hiệu đạt 20% tế bào thuốc + Biến nạp qua trung gian sợi silicon carbide: Trộn chung plasmid DNA với tế bào diện sợi silicon carbide lắc Khi lắc dung dịch, sợi mảnh silicon carbide tương tự kim làm thủng vách tế bào để plasmid DNA xâm nhap vào 29 3.1 Các phương pháp chuyển gen thực vật c/ Các gen đánh dấu - Gen kháng kháng sinh - Gen β-glucuronidase (gusA) - Gen luciferase - Gen mã hóa protein phát huỳnh quang màu xanh lục GFP (green fluorescent protein) sứa 30 31 Phương pháp thử hoạt tính β-glucuronidase - Ngâm mẫu thuốc thử Gus, để qua đêm 370 C - Quan sát KHV, tế bào xuất màu xanh chàm đặc trưng 32 Sử dụng gen thị GUS caây Brassica sau chuyeån gen 33 Sử dụng gen thị GUS Arabidopsis thaliana sau chuyeån gen 34 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật a/ Nhân giống vơ tính quy mơ lớn - Hệ số nhân giống lớn; - Sự đồng giống ảnh hưởng đến suất chất lượng sản phẩm; - Rút ngắn thời kỳ sinh trưởng sử dụng ưu lai 35 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật a/ Nhân giống vô tính quy mơ lớn 36 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật a/ Nhân giống vơ tính quy mơ lớn 37 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật b/ Củ bi hạt giống nhân tạo (artificial seeds) - - Dễ dàng bảo quản vận chuyển - Cung cấp giống số lượng lớn Hàng trăm “hạt” giống khoai tây nằm gọn lòng bàn tay đủ để trồng diện tích trăm mét vuông Và điều đặc biệt là, theo tác giả công trình nghiên cứu, loại “hạt” cho suất cao gấp đôi, gấp ba giống khoai tây bình thường 38 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật c/ Sản xuất giống mầm bệnh Cây bị nhiễm vi khuẩn, nấm, tuyến trùng chọn cành nhánh không nhiễm để vi nhân giống Cây bị nhiễm virus, dùng pp ni cấy mơ: - Qua nhiều dịng cấy chuyền, chọn dịng khơng nhiễm - Xử lý nhiệt độ: 30 – 37oC/ 10 – 14 ngày; 50 – 60oC/5 – 10 phút Sơ đồ cắt dọc đỉnh sinh trưởng chồi lan - Xử lý hóa chất: malachite, thiouracil, ức chế sinh sản virus 39 IV Các ứng dụng nuôi cấy mô tế bào thực vật d/ Lập ngân hàng gen thực vật Cách giữ giống có hiệu tế bào nuôi cấy mô meristem bảo tồn lạnh Vấn đề quan trọng lưu trữ giống không để xuất biến dị, phải kiểm tra thường xuyên sức sống tính ổn định giống Lập ngân hàng gen thực vật tế bào nuôi cấy mô cách bảo vệ đa dạng sinh học thực vật 40 41 ... thực vật Lịchvậtsử phát triển - 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu - 19 34 – 1955: - Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937) - Phát vai trò vitamin, IAA, NAA, 2.4D kinetin … tiền đề xác định... thực vật Lịchvậtsử phát triển - 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu - 19 34 – 1955: - Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937) - Phát vai trò vitamin, IAA, NAA, 2.4D kinetin … tiền đề xác định... thành phần hóa học MT nuôi cấy mô TBTV - 1957 – 1992: - Tách ni tế bào đơn - Vai trị auxin/cytokinin - Tạo protoplast tái sinh - Tạo đơn bội từ nuôi cấy túi phấn - Sản xuất quy mô lớn diện rộng Điều