Glufosinate là thuốc diệt cỏ không chọn lọc, kiểm soát cỏ dại theo phương thức ức chế enzyme sinh tổng hợp glutamine. Quá trình tổng hợp glutamine là sự kết hợp giữa glutamate và ammonia để hình thành nên glutamine, ức chế hoạt động của enzyme này là nguyên nhân làm tăng dàn hàm lượng ammonia trong các tế bào thực vật cũng như làm cạn kiệt nguồn amino acid và ức chế quang hợp ở cây.
L-phosphinothricin ( L-PPT) (Bayer & cs., 1972) là thảnh phần thuốc diệt cỏ bialaphos, là một dạng tri-peptide tự nhiên được tạo thành bởi ít nhất hai loài
Streptomyces hygroscopicus giống như sản phẩm ngoại bào. Glufosinate là tên của quá trình tổng hợp hóa học của hỗn hợp hai chất triệt quang D, L phosphinothricin. Sau khi tách chiết thuốc diệt cỏ bialaphos từ loài Streptomyces hygroscopicus, các nhà khoa học đã tách chiết được hai gen ịpat và bar).
B. napus L. line HCN92 chứa gen pat, là loài thực vật chuyển gen đầu tiên kháng lại L-PPT nhận được sự tán thảnh của chính phủ (CFIA, 1995b). Ke từ sau đó có nhiều loài thực vật chuyển gen kháng lại L-PPT bao gồm ngô, rau diếp và củ cải đường cũng đã được thương mại hóa.
1.7.Các gen sử dụng trong tạo cây trồng chống chịu thuốc trừ cỏ
Các loại thuốc trừ cỏ phổ rộng được sử dụng phổ biến hiện nay là glyphosate (ức chế EPSPS synthase), glufosinate ammonium (ức chế glutamine synthetase), nhóm imidazolinone và nhóm sulfonyurea (ức chế acetolactate synthase -ALS). Bên cạnh đó bromoxynil (ức chế quang hợp do đình chỉ sự vận chuyển điện tử trong hệ thống quang hóa II) là thuốc trừ cỏ chọn lọc cũng được sử dụng rộng rãi nhằm điều khiển cỏ dại hai lá mầm. Việc phát triển cây trồng kháng cỏ dại dựa vào 3 cơ chế sau:
- Tạo ra các enzyme không bị ảnh hưởng bởi thuốc trừ cỏ: tạo ra những thay đổi trong enzyme là mục tiêu của thuốc trừ cỏ nhằm mục đích ngăn cản sự tác động của thuốc trừ cỏ vào enzyme đó.
- Tăng cường sự biểu hiện enzyme bị hại do thuốc trừ cỏ: Tăng cường sự biểu hiện của các protein (enzyme) mục tiêu bằng cách chuyển gen nhằm tăng số bản sao/ tăng cường sự biểu hiện của gen mục tiêu, số lượng enzyme/protein mục tiêu của thuốc trừ cỏ sẽ nhiều hơn so với lượng mà thuốc trừ cỏ có thể tác động nhờ đó quá trình sinh tổng hợp các hợp chất của cây vẫn được thực hiện bình thường ngay cả khi có mặt thuốc trừ cỏ.
- Tạo ra các enzyme làm mất tính độc của thuốc trừ cỏ: Chuyển gen tổng hợp enzyme có khả năng phá vỡ hoặc thay đổi cấu trúc hóa học của phân tử thuốc trừ cỏ dẫn đến thuốc trừ cỏ bị mất hoạt tính.
1.7.1. Gen EPSPS
Gen CP4 EPSPS hoạt động rất hiệu quả ở đậu tương (Clemente & cs., 2000) và cũng thiết thực ở ngô (Armstong & cs.,1995). Gen CP4 EPSPS được tổng hợp ở ngô sẽ được biến đổi bằng cách gây đột biến điểm để làm tăng khả năng kháng lại glyphosate được cho rằng là gen chỉ thị chọn lọc rất hữu hiệu ở ngô. Gen CP4 EPSPS cũng có khả năng kháng lại glyphosate khi cho nó biểu hiện ở genome của lục lạp, tuy nhiên các cây chuyển gen được chọn lọc sử dụng tính kháng kháng sinh (Ye & cs„ 2001).
Sử dụng EPSPS tổng hợp trong các cây thực vật chuyển gen được đánh giá là an toàn (Padgette & cs., 1996). Thực vật chuyển gen có khả năng kháng lại glyphosate được sử dụng như một tính trạng nông học hoặc là chỉ thị chọn lọc sẽ được sử dụng cho mục đích thương mại. Gen EPSPS còn được sử dụng rộng rãi hầu hết tạo nên tính kháng glyphosate. Trong năm 2001 và 2002, đã có 507 bài báo nói về gen EPSPS được tìm thấy ở cơ sở dữ liệu thử nghiệm động ruộng.