1.3. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHUYỂN GEN TRONG NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VACCINE THỰC VẬT
1.3.2. Thành tựu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen trong chọn giống đậu tương
Protein và amino acid: Kỹ thuật chuyển gen là biện pháp tăng cường hàm lượng, chất lượng protein và lipid của đậu tương. Protein đậu tương có hàm lượng dinh dưỡng được xem tương đương với protein của thịt và trứng, ngoại trừ sự khác biệt về amino acid chứa lưu huỳnh đặc biệt là methionine [47]. Vì vậy để tăng cường các loại protein có hàm lượng methionine cao ở hạt đậu tương người ta chuyển gen mã hóa β-casein phân lập từ trâu, bò và zein phân lập từ ngô vào cây đậu tương theo nguyên tắc thiết kế vector chuyển gen chứa promoters biểu hiện ở hạt, tuy nhiên vẫn chƣa đủ để cải thiện chất lƣợng dinh dƣỡng. Sự tích luỹ các loại protein giàu methionine có thể bị giới hạn bởi thiếu một quá trình chuyển hóa thích hợp trong hạt đậu tương hoặc thiếu sự tồn tại của các axid amin chứa lưu huỳnh. Mặc dù chưa có thông tin về hiện tượng tăng hàm lượng axid amin tự do chứa các gốc lưu huỳnh trong hạt đậu tương, nhưng 3 amino acid quan trọng khác là lysine, tryptophan và threonine đã tăng đáng kể trong hạt đậu tương bởi sự biểu hiện gen mã hóa các enzime liên quan đến chuỗi phản ứng tổng hợp các acid amin này. Cải thiện hàm lượng các loại amino acid trong hạt đậu tương được xem là một cách tiếp cận đáng tin cậy để nâng cao chất lƣợng dinh dƣỡng của hạt đậu tương.
Đậu tương cũng được xem như là một lò phản ứng sinh học sản xuất protein có hiệu quả nhất trong nền nông nghiệp phân tử thực vật. Các protein có hoạt tính dược học như hormone sinh trưởng người, nhân tố sinh tế bào sợi, và vaccine ăn được đã được tích lũy trong hạt của cây đậu tương chuyển gen. Mặc dù các loại protein có hoạt tính sinh học chiếm tới 3% so với tổng hàm lƣợng protein trong hạt, nhƣng các loại protein có hoạt tính dƣợc học gần nhƣ là con số không so với hàm lƣợng protein dự trữ trong hạt. Thay vào đó, một giải pháp khác là sử dụng các protein dự trữ chính trong hạt, - conglycinin và glycinin 116 , nhƣ là một chất vận chuyển các peptid có hoạt tính sinh học. Một peptid sáu vòng có hoạt tính sinh học, novo-kinin đã đƣợc ghép vào tiểu đơn vị α của -conglycinin ở 4 vị trí bằng cách thay thế axit amin, và các hạt đậu chuyển gen chứa các protein đã đƣợc thay đổi với sự biểu hiện các đặc tính mong muốn.
Mặc dù protein đậu tương có hàm lượng dinh dưỡng cao, một số loại protein lại là chất gây dị ứng cho người. Trong đó có Glym Bd 30K (P34).
Phương pháp làm bất hoạt gen có thể loại bỏ đặc tính gây dị ứng mà không làm thay đổi đặc tính, cấu trúc và chức năng của protein dự trữ trong hạt đậu tương [51] [94].
Thành phần dầu
Khoảng 75% lƣợng dầu thực vật trên thế giới là từ dầu dừa, hạt đậu tương, hạt cải dầu và hạt hướng dương. Dầu đậu tương được sử dụng rộng rãi là dầu ăn, trong công nghiệp mực in, dầu nhờn và xăng sinh học. Với mục đích cải thiện hàm lượng dầu và thành phần dầu trong hạt đậu tương người ta sử dụng kỹ thuật chuyển gen. Dầu đƣợc chứa trong hạt ở dạng Triacylglycerol, gen mã hóa acyltransferase đã được chuyển vào đậu tương để tăng cường sinh tổng hợp Triacylglycerol kết quả làm tăng tối đa 3,2% hàm lƣợng dầu trong hạt [96].
Đặc tính của dầu được quyết định bởi thành phần lipid. Các phương pháp chuyển gen có thể cung cấp nhiều lựa chọn để làm thay đổi thành phần dầu trong hạt đậu tương cho các mục đích sử dụng khác nhau. Dầu đậu tương có các thành phần palmitic, stearic, oleic, linoleic và acids linoleic [96]. Hàm lượng cao của các axit béo không no trong dầu đậu tương làm cho dầu không ổn định và có mùi khó chịu. Phương pháp chuyển gen mang cấu trúc iRNA làm bất hoạt gen liên quan đến sự tổng hợp acid béo không no đã đƣợc ứng dụng.
Vitamin E bao gồm các dạng khác nhau nhƣ tocopherol và tocotripherol (dạng , , và ). Tất cả đều có khả năng chống oxy hoá lipit trong đó mạnh nhất là -tocophetal [133].Vitamin E đƣợc dùng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm nhƣ chất chống oxy hoá, đồng thời cũng đƣợc dùng cho người và động vật để giúp phòng bệnh. Trong chế biến đậu tương, Tocopherol đƣợc chiết xuất cùng dầu. Thành phần của chúng chỉ chiếm 1.5%
hàm lƣợng trong tổng số dầu đƣợc chiết xuất, nhƣng chúng có vai trò quan trọng trong việc làm dầu ổn định và không bị oxi hoá. Tác động vào bước chính để chuyển đổi -tocopherol sang -tocopherol làm tăng hàm lƣợng tocopherol lên 95% của tocopherol toàn phần trong hạt đậu chuyển gen [118].
1.3.2.2. Tăng cường khả năng kháng các chất sinh học và hữu cơ Kháng côn trùng và giun
Các protein tinh thể có tác dụng diệt khuẩn cry protein hay -endotoxin là thành phần hoạt tính của acillns thuringensi (Bt) một chất diệt khuẩn.
Chuyển gen cry Bt vào đậu tương cho thấy có hiệu quả cao trong kiểm soát côn trùng và kháng lại các loại bướm đã được kiểm chứng trên thực địa. Tuy nhiên do côn trùng có thể thay đổi để thích nghi với gen mới này nên tác động lâu dài còn đang là vấn đề. Có một số giải pháp cho vấn đề này đã đƣợc nghiên cứu loài giun tróc gây nang nước (SCN) là loại côn trùng gây bệnh chính cho đậu tương [36]. Việc kiểm soát bệnh này phụ thuộc vào sức phòng
bệnh và mùa bên cạnh đó với đặc tính đa dạng của chúng đã phá huỷ tính kháng bệnh của đậu tương vì vậy một giải pháp để tăng tính kháng bệnh này là cần thiết [91].
Kháng bệnh do virus và nấm
Virus khảm (SMV) ở đậu tương là loại dịch bệnh có ở mọi nơi trồng đậu tương cùng với vector truyền bệnh là côn trùng, SMV có thể gây mất mùa. Vì thế chuyển gen kháng virus là việc làm cần thiết để tạo ra cây chuyển gen có khả năng kháng bệnh do virus gây ra. Bệnh nấm trắng gây thối gốc là loại bệnh nấm nghiêm trọng ở đậu tương, axit oxalic là yếu tố thuận lợi làm bệnh phát triển. Do vậy việc chuyển gen làm giảm axit oxalic trong đậu tương là một vấn đề cần quan tâm.
Khả năng chống chịu lại các yếu tố bất lợi từ ngoại cảnh
Hạn hán là yếu tố môi trường cơ bản làm thất thu mùa màng. Đậu tương chuyển gen P5CR, mã hoá L- ' pyrroline 5-carboxylte redmbase, chuyển hoá ở giai đoạn cuối cùng trong tổng hợp polime, dưới sự kiểm soát của promotor bị sốc nhiệt đã có tính chịu hạn hán và nóng cao hơn loại không chuyển gen [39] 131 .
Kháng thuốc diệt cỏ
Thành công nhất trong chuyển gen đậu tương là tạo ra giống kháng thuốc diệt cỏ. Giống đậu tương Rourd up ready đã được đưa vào sản xuất từ năm 1996 và đƣợc trồng ở hầu hết mọi nơi vào năm 2004 27 45 58 98 99 . 1.3.2.3. Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen đậu tương ở Việt Nam
Đậu tương (Glycine max L. Merrill) là một trong những cây trồng chính ở Việt Nam chỉ xếp sau cây lúa và ngô. Đây là nguồn thức ăn giàu đạm cho con người và là nguồn nguyên liệu quan trọng và chủ yếu cho công nghiệp chế biến thức ăn gia súc. Đậu tương là cây thực phẩm ngắn ngày có giá trị kinh tế cao, có ý nghĩa trong cải tạo đất trồng, dễ canh tác, đặc biệt có khả
năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau và đƣợc trồng ở trên 200 quốc gia tập trung nhiều nhất ở Châu Mỹ tiếp đến lá Châu Á. Diện tích gieo trồng cũng như sản lượng đậu tương liên tục tăng trong những năm qua. Bình quân hàng năm trên thế giới có khoảng 91 triệu ha đậu tương được gieo trồng với năng suất bình quân khá cao 22-23 tấn/ha, sản lƣợ
ảng hơn 200 triệu tấn. Mỹ là nước có diện tích gieo trồng cũng như sản lượng đậu tương lớn nhất thế giới, tiếp theo là Brazil, Achentina, Trung Quốc.
Việt Nam là nước có nhiều điều kiện thuận lợi về khí hậu, cơ cấu cây
trồng, để phát triển cây đậ ợc gieo trồng từ rất
sớm, trước cây đậu xanh và đậu đen. Việc áp dụng các kỹ thuật canh tác mới, nhập nội các giống đậu tương và sử dụng các phương pháp truyền thống nhằm cải tiến giống cây trồng khiến cho năng suất và sản lượng đậu tương tăng theo từng năm. Theo quyết định của chính phủ ần đây thì đậu tương chuyển gen là một trong những cây trồ ồng và phát triển tại Việt Nam.
Ở Việt Nam, ứng dụng công nghệ sinh học trên cây đậu tương đa số mới chỉ tập trung đánh giá sự đa dạng di truyền của tập đoàn giống. Các nghiên cứu về chuyển gen mới chỉ bắt đầu. Một số nghiên cứu đƣợc công bố đã chỉ ra khả năng đáp ứng những yêu cầu của quy trình chuyển gen đối với một số giống đậu tương trong nước và nhập khẩu như nghiên cứu của Trần Thị Cúc Hòa và đtg (2007) 10 , Bùi Phương Thảo và đtg (2009) 22 . Việc tạo ra các giống đậu tương mang các tính trạng mong muốn như kháng thuốc diệt cỏ, kháng sâu, chịu hạn như nghiên cứu của Nguyễn Thúy Hường và đtg (2011) 15 … góp phần làm tăng năng suất cây đậu tương trong nước, đem lại hiệu quả kinh tế cao và hạn chế được việc nhập khẩu đậu tương của Việt Nam.
Những kết quả nghiên cứu chuyển gen nhờ vi khuẩn A.tumaficens lây nhiễm qua nách lá mầm tổn thương là điều kiện thuận lợi và khả thi cho việc nghiên cứu phục vụ sản xuất vaccine thực vật phòng chống bệnh cúm do virus A/H5N1cho gia cầm. Với ƣu điểm nổi bật nhƣ sản xuất đơn giản, giá thành thấp, hiệu quả cao trong phòng bệnh và có độ an toàn cao, vaccine sản xuất từ cây đậu tương được xem là hướng đi phù hợp với những nước đang phát triển vì mục đích chăm sóc sức khoẻ cộng đồng.