Gen cần tách dòng hay còn gọi là gen cần thiết thường là những gen mã hóa các protein, enzym hoặc gen mã hóa các đặc điểm quí (năng suất cao, khả năng chống chịu bệnh…) cần thiết cho con người trong thực tiễn sản xuất hoặc trong nghiên cứu.
Gen cần tách dòng có thểđược chuẩn bị theo hai con đường: tách chiết từ bộ
gen vi sinh vật, động thực vật, con người, hoặc tổng hợp nhân tạo các oligonucleotid. Trong thực tế, các gen mang đặc điểm quí thường được tách chiết từ vi sinh vật hay các sinh vật bậc cao.
Trong thí nghiệm này, đoạn gen cần tách dòng là gen tổng hợp cytokinin
isopentenyl transferase (ipt). Nghiên cứu về sinh lý đã cho thấy là trong nhiều loài, cytokinin có thểức chế lão suy và mức độ cytokine nội sinh đó giảm đi cùng với tiến trình lão suy (reviewed by Gan and Amasino, 1996). Biểu hiện của gen ipt sẽ dẫn
đến việc sản xuất cytokinin. Nhiều chiến lược (với các promoter khác nhau) đã được thực hiện để điều khiển sự biểu hiện của gen ipt trong cây chuyển gene, gồm các promoter cảm ứng nhiệt, vết thương, sáng và những promoter đặc hiệu. Hầu hết những cây chuyển gen cấu trúc có chứa gen iptđều biểu hiện chậm lão suy, cũng như
có những bất thường về phát triển và phát sinh hình thái. Điều này có thể do cytokinin tác động mạnh đến quá trình phát triển ngoài lão suy, và việc sản xuất quá mức cytokinin trước khi lão suy xảy ra sẽ can thiệp vào sự phát triển bình thường của cây. Để tránh vấn đề này, promoter SAG12 đặc hiệu cao cho lão suy được dùng để
điều khiển biểu hiện của gen ipt (Gan and Amasino, 1995). Promoter này kích hoạt biểu hiện của gen ipt tại thời điểm bắt đầu lão suy, dẫn đến tăng lượng cytokinin, ngăn cản quá trình lão suy. Lượng cytokinin ức chế lão suy sẽ tăng đến một ngưỡng nào đó và bắt đầu làm yếu đi promoter đặc hiệu lão suy, do đó ngăn cản được việc tích trữ cytokinin ở một mức độ mà nó có thể can thiệp tới những mặt phát triển khác của cây.[3, 9]
Hình 1.11: Promoter đặc hiệu lão suy SAG12 được kết hợp với gen tổng hợp cytokinin isopentenyl transferase.
(Sự bắt đầu của lão suy kích hoạt promoter SAG 12 điều khiển sự sản xuất của cytokinin. Cytokinin được tạo ra ức chế quá trình lão suy, và nếu lượng cytokinin cao sẽ quay lại ức chế hoạt động promoter SAG để ngăn cản sự
sản xuất quá mức các cytokinin)
Những nghiên cứu chuyển gen ipt ở cây trồng
•Các nghiên cứu chuyển nạp gen ipt của các tác giả Gan và cs, 1996; Wang và cs, 1997 trên cây thuốc lá (Nicotiana tabacum L.) cho thấy hàm lượng cytokinin tăng lên trong cây chuyển gen và do đó làm chậm sự lão hoá của lá và hoa.
•Năm 2001, công trình "Ảnh hưởng của biểu hiện gen ipt promoter SAG12 đối với sự phát triển và lão suy ở cây cải xà lách (Lactuca sativa L. cv. ‘Evola’) chuyển gen", tác giả Matthew S. McCabe và cộng sự thực hiện chuyển gen ipt
điều khiển bởi promoter SAG12 bằng phương pháp gián tiếp qua vi khuẩn A. tumefaciens trên đối tượng lá mầm cây cải xà lách. Kết quả cho thấy hàm lượng cytokinin tăng trong cây chuyển gen và làm chậm đáng kể sự lão suy lá
Isopentenyl transferase
Lão suy
Cytokinin
SAG 12 promoter
•Năm 2003, Công trình "Sản xuất thừa các cytokinins trong hoa cây thuốc lá cảnh (Petunia) được chuyển gen ipt - promoter SAG12, làm chậm lão suy tràng hoa và giảm sự nhạy cảm đối với Ethylene". Hsiang Chang và cộng sự đã nghiên cứu chuyển gen ipt được điều khiển bởi promoter SAG12 vào cây hoa Dã yên (Petunia hybrida cv. ‘V26’) bằng phương pháp dùng vi khuẩn A. tumefaciens. Kết quả cho thấy hoa của các dòng cây chuyển gen có tuổi thọ
dài hơn 6-10 ngày so với đối chứng và hoa cây chuyển gen kém mẫn cảm hơn
đối với ethylen ngoại sinh. Kết luận quan trọng của nghiên cứu này là có thể
sử dụng gen ipt trong nghiên cứu chuyển nạp gen tạo giống cây trồng tăng tuổi thọ của hoa như hoa phong lan, cẩm chướng, lily…
•Năm 2006, công trình nghiên cứu "Sự chậm lão suy lá trong cây cỏ linh lăng (Medicago sativa) chuyển gen ipt được kiểm soát bởi promoter đặc hiệu lão suy SAG12" do Ornella Calderini và cộng sự thực hiện, tạo cây cỏ linh lăng tăng giá trị về chất và lượng khi sử dụng làm nguồn thức ăn gia súc. Phương pháp chuyển gen gián tiếp qua A. tumefaciens.
•Một nghiên cứu quan trọng gần đây nhất do hai nhóm nghiên cứu của Mỹ và Nhật Bản ( Rivero và cs, 2007) đã tạo ra cây biến đổi gen có khả năng chống chịu được hạn hán bằng phương pháp chuyển gen ipt vào cây thuốc lá. Các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện này sẽ giúp giảm những thiệt hại về mùa màng do hạn hán và cho phép sản xuất lương thực tại các vùng thiếu nước.