Rễ tơ do vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes gây ra ở cây hai lá mầm. Số lượng các rễ tơ ựược tạo ra khá nhiều, phát triển thành một hệ thống lông rễ, hay còn gọi là hệ thống rễ tơ.
Trong tự nhiên, rễ tơ có khả năng phát triển mạnh, gây ảnh hưởng cho cây chủ và làm cho cây chết. Tuy nhiên, dựa trên một số ựặc ựiểm ựặc trưng, rễ tơ ựã ựược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu. Hiện nay, hệ thống nuôi cấy sinh khối rễ tơ ựược sử dụng trong một số lĩnh vực nghiên cứu như: nghiên cứu chức năng của gen, biểu hiện protein ngoại lai, nghiên cứu sinh lý rễ, tạo giống cây trồng chuyển gen, nghiên cứu tương tác giữa hệ thống rễ và ựiều kiện môi trườngẦ Trong số các ứng dụng, công nghệ nuôi cấy sinh khối rễ tơ nhằm thu hoạt chất sinh học ựược quan tâm hơn cả.
Rễ tơ có khả năng sinh trưởng cao và có tắnh ổn ựịnh di truyền trên môi trường nuôi cấy không cần bổ sung chất ựiều hòa sinh trưởng thực vật. Rễ tơ có khả năng tổng hợp ra nhiều loại hợp chất tự nhiên với hiệu suất cao, có thể mở rộng quy mô sản xuất bằng bioreactor nhưng cần có thiết kế ựặc biệt ựể các mô phân bố ựồng ựều, cần kết nối với hệ thống máy tắnh ựể xác ựịnh ựược thông số về dinh dưỡng, oxy, pH, nhiệt ựộ và các hợp chất trao ựổi trong môi trường ựể ựảm bảo rễ sinh trưởng tốt, cho năng suất cao (Giri and Narasu, 2000).
Về bản chất rễ tơ phát sinh từ những tế bào thực vật mang một ựoạn gen gây bệnh của Agrobacterium rhizogenes do ựó những tế bào này vẫn mang ựầy ựủ bộ gen vốn có của cây và vẫn có khả năng tổng hợp những hoạt chất có trong thực vật. Các ựoạn rễ chuyển gen này sau ựó ựược tách ra và nuôi cấy trong môi trường không chứa chất ựiều hòa sinh trưởng xem như là một nguồn nguyên liệu
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 28
có giá trị trong sản xuất các hợp chất thứ cấp hữu ắch phục vụ cho các mục ựắch nghiên cứu và ứng dụng trong y dược, công nghiệp (Pistelli et al., 2010).
Năm 1985, Flores và Filner lần ựầu tiên sản xuất chất trao ựổi thứ cấp từ nhân nuôi rễ tơ ở Hyoscyamus muticus. Những rễ này sản xuất nhiều hoạt chất hyoscyamine hơn cây tự nhiên (Giri and Narasu, 2000).
Phạm Bắch Ngọc và cs (2012) ựã tìm ra ựược qui trình chuyển gen tạo rễ tơ vào cây Bá Bệnh thông qua chủng vi khuẩn Agrobacterium rhizogenes ATCC 15834. Các tác giả ựã thu ựược tỷ lệ cảm ứng tạo rễ tơ cao nhất là 71% và thấp nhất là 64,5% khi tiến hành biến nạp vào thân và lá cây mầm cây Bá bệnh. Kết quả và môi trường phù hợp cho việc nuôi cấy là WPM. Thông qua quá trình chọn lọc ựã tuyển chọn ựược 23 dòng rễ tơ có khả năng sinh trưởng nhanh, khả năng phân nhánh mạnh, có thể ứng dụng cho công nghệ nuôi cấy sinh khối bioreactor thu hợp chất thứ cấp.
Rễ tơ Glycyrrhiza glara trong bình bioreactor
(a) rễ ựang phát triển trong bình; (b),(c) thu hoạch rễ tơ sau 30 ngày nuôi cấy
Hình 1.6. Nuôi cấy rễ tơ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 29
Quá trình sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp trong rễ tơ ựược kiểm soát bởi bộ gen, nhưng nó cũng bị ảnh hưởng bởi yếu tố dinh dưỡng, thành phần môi trường nuôi rễ tơ có ảnh hưởng một cách ý nghĩa ựến số lượng các chất thứ cấp ựược sản xuất. Yêu cầu cơ bản khi thiết kế các công thức môi trường dinh dưỡng là ựảm bảo hoàn thành sự sinh trưởng của tế bào. Sau khi tế bào ựạt ựến một lượng sinh khối nhất ựịnh, sự thay ựổi thành phần môi trường cũng có thể ảnh hưởng ựến sự tắch lũy sản phẩm. Chẳng hạn, người ta ựã cải thiện hàm lượng của shikonin có nguồn gốc từ nuôi cấy dịch huyền phù tế bào của cây Lithospermum erythrorhizon bằng cách dùng môi trường sản xuất ựể thay cho môi trường sinh trưởng. Môi trường sản xuất thường chứa nhiều sucrose hơn nhưng ắt các thành phần vô cơ và vitamin hơn so với môi trường sinh trưởng (Nguyễn Hoàng Lộc, 2006).
Công ty Escagenetics (California, Mỹ) ựã thành công trong sản xuất taxol bằng nuôi cấy rễ tơ. Taxol là chất tách chiết từ vỏ và lá của cây thông ựỏ (Taxus brevifolia) ựang ựược sử dụng hiệu quả trong ựiều trị nhiều loại ung thư. Việc cung cấp taxol gặp khó khăn vì cây thông ựỏ khan hiếm và hàm lượng taxol trong chúng rất thấp (Ở 100 cây thông ựỏ một trăm năm tuổi, trung bình thu ựược 3 kg vỏ, chiết xuất ựược khoảng 300 mg taxol). Công ty Escagenetics ựã có thể sản xuất taxol với nồng ựộ cao hơn nồng ựộ tự nhiên thấy trong vỏ và lá cây thông ựỏ (Nguyễn Hoàng Lộc, 2006).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 30