2. CÔNG NGHỆ DI TRUYỀN TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
2.1. Công nghệ di truyền ứng dụng trong chăn nuôi
* Phát hiện nhanh dòng thuần chủng cho công tác giống
Theo phương pháp truyền thống, để phát hiện nhanh dòng thuần chủng về
tính trạng quan tâm đòi hỏi phải sử dụng các phép lai phân tích. Việc này mất rất nhiều thời gian và kinh phí, đặc biệt là với những gia súc có thời gian thành thục muộn như trâu, bò, ngựa... Công nghệ di truyền với phương pháp kiểm tra kiểu gen hoàn toàn có thể kiểm tra trực tiếp trên cá thể để xác định sự thuần chủng. Kỹ thuật này bao gồm các bước cơ bản như sau:
- Sử dụng enzyme giới hạn gọi ra gen quan tâm và nhân lên bằng phản ứng PCR. Bước này có thể thay thế bằng phản ứng PCR với mồi đặc hiệu trên ADN
tổng sốđể nhân bản trực tiếp gen quan tâm.
- Thực hiện điện di trên gel agrose, gel polyacrylamid hoặc trên giấy. - Phân tích kết quả điện di để đánh giá về sự thuần chủng của cá thể phân tích.
Ví dụ: Kết quảđiện di đồ phân tích kiểu gen gồm 2 alen (A, a) của 3 cá thể
như sau:
Do sự sai khác trong cấu trúc của A và alen a nên sự di chuyển trong điện trường của 2 alen với vận tốc khác nhau. Từ kết quả điện di đồ trên có thể kết luận, cá thể 1 và 3 là thuần chủng và cá thể 2 không thuần chủng về kiểu gen quan tâm.
* Tạo động vật chuyển gen
- Sử dụng kỹ thuật di truyền có thể tách chiết, giải trình tự các gen mong muốn, sau đó tổ hợp với các nhân tố điều khiển hoạt động và biểu hiện của gen rồi chuyển vào cơ thể động vật. Những đối tượng đầu tiên được chuyển gen là chuột mang gen hormon sinh trưởng người, sau đó là cừu, lợn, thỏ, bò, dê, gà và các loài cá...
- Mục đích tạo động vật chuyển gen: trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh của công nghệ di truyền cho phép tạo động vật chuyển gen. Việc chuyển gen vào tế bào động vật hay vào cơ thể động vật để sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau bao gồm cả về nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng và tạo ra sản phẩm động vật. Các mục đích chính của việc tạo động vật chuyển gen là:
+ Sản xuất các sản phẩm, các hợp chất sinh học dùng trong y học:
Đây là một hướng ứng dụng quan trọng của việc tạo động vật chuyển gen, nó là bước đột phá mới trong công nghệ sản xuất thuốc chữa bệnh có nguồn gốc protein. Bằng công nghệ di truyền, những gen mã hoá cho protein trị liệu quan trọng được chuyển vào cơ thể động vật hoặc tế bào nuôi cấy để sản xuất thuốc có nguồn gốc protein dùng để chữa trị nhiều loại bệnh tật. Một số loại thuốc có nguồn gốc protein như tPA làm tăng khả năng đông máu, erythropoietin tạo
hồng cầu, các yếu tố đông máu VIII và IX trị bệnh máu khó đong... được sản xuất bởi các động vật chuyển gen. Phần lớn protein dùng làm thuốc chữa bệnh
được biểu hiện ở tuyến sữa, một số được tạo ra trong máu lợn (ví dụ
hemoglobin người).
+ Sản xuất các sản phẩm nông nghiệp:
Bằng công nghệ di truyền người ta đã cải tạo nguồn gen di truyền, tăng năng suất vật nuôi bằng cách tạo động vật chuyển gen. Một trong những phương pháp nâng cao năng suất là làm tăng tốc độ sinh trưởng nhờ chuyển gen hormon sinh trưởng ở động vật hoặc gen hormon sinh trưởng người vào các vật nuôi khác làm tăng tốc độ sinh trưởng, rút ngắn thời gian nuôi, tăng hiệu quả sử
dụng thức ăn... Trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã tạo cá chạch, cá chép, cá giếc chuyển gen hormon sinh trưởng người hoặc hormon sinh trưởng động vật
đã tạo ra những sản phẩm có giá trị. Trung Quốc tạo cá chép mang gen HGH có tốc độ lớn nhanh và hiệu suất sử dụng thức ăn cao hơn cá đối chứng; rô phi lớn nhanh, tiêu tốn thức ăn ít hơn cá đối chứng khoảng 3 - 6 lần.
Ở Việt Nam, với cách trên đã tạo thành công cá vàng, cá trạch, cá chép... lớn nhanh hơn cá đối chứng khoảng 2 lần và hiệu suất sử dụng thức ăn cao hơn 1.2 lần.
+ Tạo động vật chuyển gen có khả năng kháng bệnh, chống chịu với điều kiện bất lợi:
Công nghệ tạo động vật chuyển gen cho phép tạo ra vật nuôi có khả năng tự kháng lại các virus, vi khuẩn gây bệnh hoặc chống chịu với điều kiện bất lợi như nhiệt độ lạnh, nước ô nhiễm... Ví dụ, gen mã hoá cho glycoprotein IHNV gắn với gen khởi động cytomegalovirus (CMV) được chuyển vào cá hồi. Kết quả là cá hồi chuyển gen có khả năng kháng bệnh do một số virus gây nên tốt hơn so với cá đối chứng. Ví dụ khác, người ta chuyển gen mã hoá protein lactoferrin người (HLF) vào cá chép làm tăng khả năng kháng virus gây bệnh xuất huyết.
Các loài cá vùng ôn đới, hàn đới có khả năng chịu lạnh rất tốt nhờ có một loại protein chống lạnh (antifreeze protein - AFP). Ở nhiều loài cá, gen AFP biểu hiện cả năm, một số loài chỉ biểu hiện vào mùa đông. Người ta thiết kế
vector tái tổ hợp gen AFP và vi tiêm vào trức cá chạch lớn, cá vàng... đã tạo ra cá chuyển gen có khả năng chịu lạnh tốt hơn cá đối chứng khi đưa chúng vào môi trường nhiệt độ thấp. Có thể chuyển gen tổng hợp protein prolactin vào cá chép, cá trê... làm tăng khả năng chịu mặn.
+ Cung cấp các cơ quan nội tạng thay thế cho người:
Hàng năm, một số lượng lớn bệnh nhân cần phải được điều trị bằng cách cấy ghép nội tạng như tim, gan, thận... Thông thường, người ta sử dụng nội tạng từ người này ghép cho người khác. Trên thực tế, số lượng nội tạng có được ít hơn nhiều lần so với số trường hợp cần cấy ghép. Mặt khác, khi cấy ghép lại chịu hiện tượng loại thải mô, cơ quan cấy ghép vì kháng thể của người được cấy ghép luôn chống lại miếng mô, cơ quan cấy ghép.
Người ta suy nghĩ có thể sử dụng các nội tạng, mô của lợn đã được làm giảm khả năng loại thải để thay thế cho nội tạng người. Hướng nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực này là ức chế các gen tổng hợp kháng thể gây hiện tượng loại thải ghép ở người hoặc đưa gen biểu hiện một số loại protein của người vào lợn để tạo ra nội tạng của lợn, khi ghép cho người có thể giảm được sự loại thải.
+ Mục đích thẩm mỹ:
Người ta cũng đã thành công trong việc chuyển một số gen vào cá cảnh nhằm tạo ra những con cá có màu sắc phong phú, ngoại hình đa dạng. Một số
gen mã hoá cho protein có khả năng phát huỳnh quang màu xanh (gen GFP), gen phát huỳnh quang màu đỏ (RFP), màu vàng (YFP) được chuyển vào cá mú vằn (Danio rerio) hoặc một số loài cá cảnh khác làm cho cá chuyển gen có màu sắc sặc sỡ khác nhau.