Trước đđy, để tạo một giống mới cõc nhă tạo giống thường sử dụng phương phõp truyền thống để tổ hợp lại cõc gen giữa hai cõ thể thực vật tạo ra con lai mang những tớnh trạng mong muốn. Phương phõp năy được thực hiện bằng cõch chuyển hạt phấn từ cđy năy sang nhụy hoa của cđy khõc. Tuy nhiớn, phĩp lai chĩo năy bị hạn chế bởi nú chỉ cú thể thực hiện được giữa cõc cõ thể cựng loăi (lai gần), lai giữa những cõc thể khõc loăi (lai xa) thường bị bất thụ do đú khụng thể tạo ra con lai được. Tuy nhiớn, lai gần cũng phải mất nhiều thời gian mới thu được những kết quả mong muốn vă thụng thường những tớnh trạng quan tđm lại khụng tồn tại trong những loăi cú họ hăng gần nhau.
Ngăy nay, cụng nghệ chuyển gen cho phĩp nhă tạo giống cựng lỳc đưa văo một loăi cđy trồng những gen mong muốn cú nguồn gốc từ những cơ thể sống khõc nhau, khụng chỉ giữa cõc loăi cú họ gần nhau mă cũn ở những loăi rất xa nhau. Phương phõp hữu hiệu năy cho phĩp cõc nhă tạo giống thực vật thu được giống mới nhanh hơn vă vượt qua những giới hạn của kỹ thuật tạo giống truyền thống.
Cđy chuyển gen (transgenic plant) lă cđy mang một hoặc nhiều gen được đưa văo bằng phương thức nhđn tạo thay vỡ thụng qua lai tạo như trước đđy. Những gen được tạo đưa văo (gen chuyển) cú thể được phđn lập từ những loăi thực vật cú quan hệ họ hăng hoặc từ những loăi khõc biệt hoăn toăn. Thực vật tạo ra được gọi lă thực vật “chuyển gen” mặc dự trớn thực tế tất cả thực vật đều được “chuyển gen” từ tổ tiớn hoang dại của chỳng bởi quõ trỡnh thuần húa, chọn lọc vă lai giống cú kiểm soõt trong một thời gian dăi.
Nhỡn chung, việc ứng dụng cđy chuyển gen đờ cú những lợi ớch rừ rệt như sau:
- Giảm chi phớ sản xuất. - Tăng lợi nhuận nụng nghiệp. - Cải thiện mụi trường.
Những cđy chuyển gen “thế hệ thứ nhất” đờ giỳp giảm chi phớ sản xuất. Ngăy nay, cõc nhă khoa học đang hướng đến việc tạo ra những cđy chuyển gen “thế hệ thứ hai” nhằm tăng cõc giõ trị dinh dưỡng hoặc cú những đặc điểm thớch hợp cho cụng nghiệp chế biến. Lợi ớch của những cđy trồng năy hướng trực tiếp hơn văo người tiớu dựng. Chẳng hạn như:
- Lỳa gạo giău vitamin A vă sắt. - Khoai tđy tăng hăm lượng tinh bột.
- Vaccine thực phẩm (edible vaccine) ở ngụ vă khoai tđy.
- Những giống ngụ cú thể trồng được trong điều kiện nghỉo dinh dưỡng.
- Dầu ăn cú lợi cho sức khoẻ hơn từ đậu nănh vă cải dầu.
Tuy nhiớn, bớn cạnh những ưu điểm cũng cú những nguy cơ tiềm ẩn trong việc phõt triển những kỹ thuật mới. Bao gồm:
- Mối nguy hiểm trong việc vụ tỡnh đưa những chất gđy dị ứng hoặc lăm giảm dinh dưỡng văo thực phẩm.
- Khả năng phõt tõn những gen biến nạp trong cđy trồng sang họ hăng hoang dại.
- Sđu bệnh cú nguy cơ tăng cường tớnh khõng với cõc chất độc tiết ra từ cđy chuyển gen.
- Nguy cơ những chất độc năy tõc động tới cõc sinh vật khụng phải lă loại sinh vật cần diệt, vỡ thế cú thể lăm mất cđn bằng sinh thõi.
Nhỡn chung, mặc dự cũn những điểm cũn chưa rừ răng về cđy chuyển gen nhưng với khả năng tạo ra những giống cđy trồng mới cú giõ trị kinh tế, cụng nghệ năy cú vai trũ khụng thể phủ nhận được. Tuy vậy, vẫn cũn một số vấn đề đõng lo ngại. Để giải quyết những vấn đề năy thỡ những kết luận thu được phải dựa trớn những thụng tin tin cậy vă cú cơ sở khoa học.
con người, nớn cõc chớnh sõch liớn quan tới cđy chuyển gen sẽ phải dựa trớn những cuộc tranh luận cởi mở vă trung thực cú sự tham gia của mọi thănh phần trong xờ hội.
1. Khõi niệm về thực vật chuyển gen
Muốn tạo một sinh vật biến đổi gen (genetically modified organism-GMO) cần phải cú phương phõp thớch hợp để đưa DNA ngoại lai (foreign DNA) văo trong tế băo của chỳng. Ở vi khuẩn, tế băo được xử lý bằng dung dịch muối calcium chloride. Ở tế băo nấm men, sự tiếp nhận DNA tăng lớn khi tế băo tiếp xỳc với lithium chloride hoặc lithium acetate. Tuy nhiớn, đối với phần lớn sinh vật bậc cao cần phải cú cõc phương phõp khõc tinh vi hơn.
Chuyển gen ở thực vật đờ phõt triển cựng với sự phõt triển của cõc kỹ thuật nuụi cấy mụ vă tế băo thực vật. Nú đờ trở thănh phương tiện quan trọng để nghiớn cứu cơ bản trong sinh học thực vật. Ngoăi việc mở ra triển vọng chuyển cõc gen cú ý nghĩa kinh tế văo cđy trồng, cõc kỹ thuật năy cũn cho phĩp nghiớn cứu cấu trỳc vă điều khiển hoạt động của gen.
Quõ trỡnh đưa một DNA ngoại lai văo genome (hệ gen) của một sinh vật được gọi lă quõ trỡnh biến nạp (transformation). Những cđy được biến nạp được gọi lă cđy biến đổi gen (genetically modified plant-GMP). Ứng dụng cụng nghệ gen trong cụng tõc giống cđy trồng hiện đại cú rất nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:
- Bằng việc biến nạp một hoặc một số gen cú thể thu được cđy mang một đặc tớnh mới xõc định.
- Răo cản về loăi khụng cũn cú tõc dụng, vỡ khụng chỉ cõc gen từ thực vật mă cũn từ vi khuẩn, nấm, động vật hoặc con người được chuyển thănh cụng văo thực vật. Về nguyớn tắc chỉ thay đổi vựng điều khiển gen, promoter1 vă terminator2. Tuy nhiớn, trong một số trường hợp đũi hỏi những thay đổi tiếp theo như sự phự hợp codon.
1 Gen khởi động cho quõ trỡnh phiớn mờ.
sự tổng hợp cõc chất độc hoặc chất gđy dị ứng cú thể được loại trừ bằng cụng nghệ gen.
- Thực vật biến đổi gen cú thể lă lũ phản ứng sinh học (bioreactor) sản xuất hiệu quả cõc protein vă cõc chất cần thiết dựng trong dược phẩm vă thực phẩm..
- Mở ra khả năng nghiớn cứu chức năng của gen trong quõ trỡnh phõt triển của thực vật vă cõc quõ trỡnh sinh học khõc. Vỡ vậy, thực vật biến đổi gen cú ý nghĩa trong nghiớn cứu cơ bản.
- Trong lai tạo giống hiện đại, cụng nghệ gen giỳp lăm giảm sự mđu thuẫn giữa kinh tế vă mụi trường sinh thõi. Bằng việc sử dụng cđy trồng khõng thuốc diệt cỏ cú thể giảm được lượng thuốc bảo vệ thực vật.
Mục đớch của nụng nghiệp hiện đại khụng chỉ lă tăng năng suất mă cũn hướng đến những lĩnh vực quan trọng sau:
+ Duy trỡ vă mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity).
+ Tăng khả năng khõng (sức khỏe cđy trồng vă chống chịu cõc điều kiện bất lợi).
+ Nđng cao chất lượng sản phẩm.
+ Cải thiện khả năng tớch lũy dinh dưỡng.
+ Tăng cường tổng hợp cõc hợp chất cú hoạt tớnh sinh học. + Tạo ra sản phẩm khụng gđy hại mụi trường.
2. Túm tắt lịch sử phõt triển của cụng nghệ chuyển gen thực vật
Lịch sử phõt triển cụng nghệ gen của thực vật chắc chắn cú rất nhiều sự kiện quan trọng. Ở đđy chỉ nớu lớn những mốc cú ý nghĩa đặc biệt nhằm lăm rừ sự phõt triển rất nhanh của lĩnh vực năy:
- Trước hết, vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens được sử dụng lăm phương tiện vận chuyển DNA. Bỡnh thường vi khuẩn năy tạo nớn khối u ở thực vật. Một phần nhỏ của Ti-plasmid cú trong vi khuẩn năy, được gọi lă T-DNA, được vận chuyển từ Agrobacterium
văo cđy hai lõ mầm. Năm 1980, lần đầu tiớn DNA ngoại lai (transposon Tn7) được chuyển văo thực vật nhờ A. tumefaciens, tuy nhiớn T-DNA vẫn chưa được thay đổi. Năm 1983, nhiều nhúm
tớnh khõng một số chất khõng sinh. Ngoăi ra, cõc gen tạo khối u được cắt ra. DNA ngoại lai cựng với phần cũn lại được chuyển văo thực vật vă được biến nạp. Thănh cụng năy nhờ nghiớn cứu chớnh xõc con đường lđy nhiễm của A. tumefaciens trước đú vă khả năng của hệ thống chọn lọc đối với thực vật.
Từ kết quả thănh cụng đầu tiớn năy số lượng cõc loăi được biến nạp ngăy căng tăng. Lỳc năy cú thớm nhiều phương phõp khõc để biến đổi gen:
- Năm 1984, biến nạp bằng tế băo trần (protoplast) ở ngụ được thực hiện. Ở đđy thănh tế băo được phđn giải bằng enzyme, xuất hiện tế băo trần. Nhờ polyethylene glycol (PEG) hoặc xung điện (electroporation) mă DNA được đưa văo tế băo trần.
- Năm 1985, lần đầu tiớn cđy biến đổi gen được mụ tả cú tớnh khõng thuốc diệt cỏ. Một năm sau, người ta đờ thănh cụng trong việc tạo ra thực vật khõng virus. Năm 1996, cõc thớ nghiệm về cđy biến đổi gen đờ được phĩp đưa ra đồng ruộng.
- Năm 1987, phương phõp biến nạp phi sinh học được sử dụng. Ở đđy tế băo thực vật được bắn phõ bằng cõc hạt văng hoặc wolfram bọc DNA ngoại lai. Nhờ phương phõp năy mă sự biến nạp đờ thănh cụng đờ ở cõc cđy một lõ mầm quan trọng như lỳa (1988), ngụ (1990) vă lỳa mỳ (1992). Cũng trong năm 1987, că chua vă thuốc lõ khõng cụn trựng đờ lăm cho cụng nghệ gen đạt được một bước phõt triển quan trọng hơn. Một thănh cụng quan trọng khõc lă đờ điều khiển được quõ trỡnh chớn ở că chua, sau năy cú tớn lă FlavrSaver. Năm 1994, lần đầu tiớn că chua biến đổi gen được bõn trớn thị trường.
- Năm 1989, khụng những đờ thănh cụng trong việc chuyển cõc gen mờ húa cõc khõng thể văo thực vật, mă người ta cũn tạo nớn cõc sản phẩm gen năy như mong muốn. Kết quả năy đờ mở ra một khả năng hoăn toăn mới mẽ cho việc sản xuất vaccine vă cả khả năng chống bệnh ở thực vật.
- Năm 1990, thănh cụng trong việc tạo ra cđy biến đổi gen bất dục đực, khụng cú khả năng tạo hạt phấn. Loại cđy trồng năy cú ý nghĩa lớn trong việc sản xuất hạt giống.
biến đổi vă năm 1992 lă cõc acid bĩo. Cựng năm đú, lần đầu tiớn thănh phần alkaloid ở một loại că được cải thiện, lă một bước quan trọng đối với thực vật trong việc tổng hợp nhúm hợp chất năy. Những thực vật năy cú ý nghĩa lớn đối với việc thu nhận dược liệu. Sau khi thực vật biến đổi gen năy xuất hiện, chất nhđn tạo phđn giải sinh học được tổng hợp. Điều năy cho phĩp chỳng ta hy vọng rằng, trong tương lai sẽ cú những thực vật cú đặc tớnh mới, được sử dụng như lă cõc bioreactor thực vật để sản xuất “nguyớn liệu tõi sinh”.
- Năm 1994, că chua Flavr SavrR lă cđy trồng đầu tiớn biến đổi gen vă quả của nú được đưa ra thị trường. Năm 1998, trớn thế giới đờ cú 48 giống cđy trồng biến đổi gen vă sản phẩm được thị trường húa. Năm 1999, cđy lỳa biến đổi gen được đưa ra với 7 gen được biến nạp.
Đến đầu năm 1999, trớn thế giới đờ cú khoảng 9.000 thớ nghiệm đồng ruộng cho phĩp, trong đú khoảng 1.360 lă ở EU.
Cuối cựng, lă một số nhận xĩt về việc thị trường húa cđy biến đổi gen trong nụng nghiệp. Cho đến năm 1999, diện tớch gieo trồng trớn thế giới đạt hơn 40 triệu ha. Trong đú 20% lă ngụ, 50% lă đậu tương vă 1/3 diện tớch bụng lă ở Mỹ. Ngoăi ra cú hơn 70% diện tớch cải dầu ở Canada được trồng với giống biến đổi gen. Khoảng 90% thực vật biến đổi gen chống chịu thuốc diệt cỏ hoặc sđu bệnh hại. Cần chỳ ý rằng, ở Mỹ sản phẩm đậu tương cú trong hơn 20.000 loại thực phẩm khõc nhau. Điều năy cho thấy rằng, cụng nghệ gen đờ ảnh hưởng đến sản xuất thực phẩm của chỳng ta.