Từ những ngày đầu được phát hiện cho đến nay, công nghệ nuôi cấy rễ tơ đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào những ưu điểm của mình. Rễ chuyển gen có đặc tính là tốc độ sinh trưởng nhanh và tính di truyền ổn định. Rễ tơ có thể sản xuất một lượng lớn hoạt chất thứ cấp hay hàng loạt hợp chất có liên quan tới thực vật.
Thơng thường, ni cấy rễ cần có sự xuất hiện của các chất điều hòa sinh trưởng ngoại sinh, hay là sự có mặt của các chất này trong mơi trường nuôi cấy. Phương pháp nuôi cấy rễ này tạo các dịng rễ sinh trưởng rất chậm và có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt hay tổng hợp kém các hoạt chất thứ cấp. Tuy nhiên, rễ tơ đã cải tiến công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật trong thu nhận các hợp chất có giá trị sinh học cao. Rễ tơ cũng đã cung cấp một nguồn hóa chất thiên nhiên dồi dào cho các ngành cơng nghiệp dược phẩm, hóa mỹ phẩm và phụ gia thực phẩm.
Jung A kim và đtg (2009) đã sử dụng 3 chủng A.rhizogenes là R1000, A4 và ATCC 15834 cảm ứng với Taxus cuspidata và thu nhận được 107 dịng rễ tơ. Trải qua q trình sàng lọc cho 3 dịng rễ tơ có thể sinh trưởng tốt trên môi trường MS không chất điều hịa sinh trưởng, và có khả năng sinh taxol - một hợp chất có cơng dụng mạnh trong điều trị ung thư.
Bảng 0.2. Một số lồi thực vật được ni cấy rễ tơ thu hoạt chất sinh học.
Cây chủ Hoạt chất thứ cấp
Artemisia annua Artemisinin
Panax ginseng Saponin
Panax hybird Ginsennosides
Taxus cuspidata Taxus
Quá trình sinh tổng hợp hợp chất trong rễ tơ được kiểm soát bởi hệ gen, nhưng nó cũng bị ảnh hưởng bởi yếu tố dinh dưỡng và các nhân tố mơi trường. Để có thể đạt được hiệu suất cao nhất, các điều kiện ni cấy cần được tối ưu hóa và được kiểm sốt chặt chẽ. Các yếu tố ảnh hưởng có thể là nguồn Cacbon, nguồn Nito tổng, hàng loạt các yếu tố khác như điều kiện nuôi cấy: ánh sáng, nhiệt độ hay sự hiện diện của các chất hóa học có khả năng đẩy mạnh sự tổng hợp.
Trong một nghiên cứu về rễ tơ sâm hàn quốc, các nhà khoa học của trường đại học quốc gia Chungbuk đã tìm ra các ảnh hưởng của môi trường đến sự tăng trưởng
của rễ tơ sâm trong nuôi cấy bioreactor. Nghiên cứu đã đưa ra kết luận: môi trường 1/2 MS và 3/4 MS cho khả năng sinh trưởng cao và hàm lượng ginsengnoid có thể đạt được lớn nhất là 13.2 mg/g trọng lượng khô; hàm lượng đường phù hợp cho việc nuôi cấy là 2% sucrose và acid jasmonic là hợp chất có khả năng kích thích sinh tổng hợp ginsengnoid. Tuy nhiên, tốc độ tăng tích lũy hợp chất ginsengnoid đi kèm sự giảm tốc độ sinh trưởng của rễ tơ sau 7 ngày xử lý với jamonic acid.
b) Ứng dụng của rễ tơ trong phân tích chức năng của gen.
Rễ tơ không chỉ được ứng dụng để sản xuất hợp chất thứ cấp mà còn được sử dụng trong các thí nghiệm nghiên cứu chức năng gen. Các đoạn gen chức năng được tổ hợp với gen chỉ thị GUS, hoặc chỉ thị bằng huỳnh quang và được đưa vào
A.rhizzogenes để chuyển vào thực vật. Thơng qua q trình biểu hiện của gen chỉ thị
GUS mà các gen chuyển vào rễ tơ được nghiên cứu chức năng. Một ví dụ là gen GUS kết hợp với promotor alcohol dehydrogenase và được chuyển vào rễ tơ đậu nành. Chức năng của promotor được nghiên cứu dưới các điều kiện môi trường như: nhiệt độ thấp, thiếu khí, bị tổn thương và xử lý acid abscisic. Tất cả các chức năng đều được nghiên cứu thông qua sự biểu hiện của gen GUS.
c) Biểu hiện protein ngoại lai.
Rễ tơ còn được dùng để biểu hiện các protein công nghiệp và các loại protein chức năng. Nhờ vào khả năng chuyển một đoạn gen ngoại lai vào thực vật,
A.rhizzogenes đã được thiết kế mang các vector tái tổ hợp để có thể biểu hiện các
loại protein trong rễ tơ. Các gen ngoại lai này được gắn kết vào genome thực vật và ổn định về mặt di truyền nên khả năng biểu hiện không bị suy giảm. Ryan R woods và cs đã tạo thành cơng dịng rễ tơ mang gen mã hóa cho acetylcholinesterase – một protein có khả năng xử lý các hợp chất phosphat gây độc cho cơ thể. Các dòng rễ này tuy tăng trưởng chậm nhưng có hàm lượng acetylcholinesterase lên tới 3.3 % hàm lượng protein tổng số. Mặt khác, các nghiên cứu cho thấy có thể tạo rễ tơ mang cấu trúc kháng thể ở người hay cấu trúc vỏ protein của các virus gây bệnh nhằm bước đầu tạo nguồn vaccine thực vật. Sharp và Doran (2000) đã thành cơng trong việc tạo dịng rễ tơ thuốc lá mang kháng thể đơn dịng IgG1ở người.
Tóm lại, hệ thống ni cấy rễ tơ cung cấp một tiềm năng to lớn cho các sản phẩm mang hợp chất thứ cấp từ thực vật, đặc biệt là trong nghành dược phẩm. Bên cạnh đó rễ tơ cịn là một cơng cụ hữu hiệu trong các nghiên cứu về gen hay công nghệ protein.