1.4.1. Tình hình nghiên cứu về tạo giống cây lâm nghiệp biến đổi gen
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của các kỹ thuật sinh học phân tử, nhiều quá trình sinh lý của thực vật liên quan đến sinh trưởng và phát triển đã đƣợc nghiên cứu một cách cặn kẽ, nhiều thông tin thu đƣợc đã góp phần tạo ra các ứng dụng to lớn trong cải thiện giống cây trồng nói chung và cây lâm nghiệp nói riêng. Nhiều gen chìa khóa tham gia vào điều khiển tăng trưởng đã được phân lập, thiết kế với các promoter mạnh và chuyển vào một số
13
cây trồng, kết quả thu được rất khả quan. Các hướng nghiên cứu chính trong chuyển gen vào cây lâm nghiệp bao gồm chuyển gen tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện môi trường bất lợi, kháng sâu bọ, cải thiện hàm lượng cellulose và lignin...
Một trong những hướng nghiên cứu gần đây được quan tâm nhất đó là chuyển gen liên quan đến sự hình thành gỗ nhằm mục tiêu cải thiện chất lƣợng gỗ. Các loại hormone có vai trò điều hòa nhiều quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật trong đó có sinh trưởng thân và ra hoa. Chuyển gen mã hóa cho các loại hormone để tăng cường sự sinh trưởng của thân là một hướng nghiên cứu đầy triển vọng nhằm mục đích thay đổi các đặc điểm hình thái và giải phẫu ở cây trồng. Tiêu biểu là gen GA20 mã hóa cho enzyme đa chức năng GA20 oxidase là enzyme chìa khóa trong điều hòa sinh tổng hợp gibberellin có hoạt tính kích thích sự biệt hóa và kéo dài mạch xylem làm cây thân gỗ tăng trưởng về chiều cao và đường kính. Một trong các công trình tiêu biểu là chuyển gen GA20 vào cây Dương lai, kết quả cho thấy tất cả các dòng chuyển gen đều có tốc độ sinh trưởng nhanh và sinh khối tăng cao hơn so với cây đối chứng không chuyển gen, ở chồi khối lƣợng khô tăng 64%, ở thân tăng 126% [8; 37].
Gen GS1 (cytosolic glutamine synthetase) mã hóa cho octamer protein/enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp glutamine từ glutamic acid và NH4+, tăng cường khả năng hấp thu và tái sử dụng hiệu quả nguồn nitơ (GS; EC 6.3.1.2). Gallardo và cộng sự (1999) đã chuyển cấu trúc gen GS1 dưới sự điều khiển của promoter 35S vào cây Dương lai, kết quả cho thấy cây chuyển gen sinh trưởng nhanh hơn so với cây đối chứng là 76% (cây 2 tháng tuổi) và 21,3% (cây 6 tháng tuổi) [24].
Nghiên cứu chuyển gen vào cây rừng đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới nhƣ Singapore, Trung Quốc, Đài Loan, Australia, Brazil, Ấn Độ, ... Nếu như vào năm 1996 cây nông nghiệp biến đổi gen chính thức được trồng thương mại hoá, thì đến năm 2002, Trung Quốc là nước duy nhất đã có 2 loài cây lâm
14
nghiệp biến đổi gen được trồng thương mại hoá. Đó là cây dương (P. nigra) chuyển gen Bt kháng côn trùng ăn lá đƣợc trồng khảo nghiệm trên 80 hecta vào năm 1999 và trồng thương mại 200-300 hecta vào năm 2002; cây dương lai 741(P. alba X [P. davidiana + P. simonii] X P. tomentosa) chuyển gen Cry1A(c) và API kháng côn trùng ăn lá được trồng khảo nghiệm năm 2001 và trồng thương mại năm 2003. Tại Mỹ, có khoảng 124 giống cây trồng chuyển gen đang đƣợc trồng thử nghiệm. Các giống cây lâm nghiệp chuyển gen cải thiện khả năng hình thành gỗ (tăng tốc độ sinh trưởng, cải thiện hàm lượng cellulose) ngày càng được quan tâm nghiên cứu, trồng khảo nghiệm và sớm đưa vào thương mại hóa [21;
56].
1.4.2. Tình hình nghiên cứu chuyển gen vào cây Xoan ta
Trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu về đặc điểm lâm sinh học, công dụng của Xoan ta đối với con người và môi trường sinh thái nhƣng các nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học để cải tiến chất lƣợng giống cây Xoan ta lại chƣa đƣợc quan tâm đúng mức. Đã có một số công trình trong và ngoài nước nghiên cứu về tái sinh cây Xoan ta bằng nuôi cấy in vitro [2;3]. Tuy nhiên, các nghiên cứu này mới chỉ tập trung vào việc xây dựng quy trình tái sinh in vitro phục vụ bảo tồn, nhân giống vô tính, chọn lọc dòng tế bào biến dị soma chịu mặn và công tác chuyển gen. Số lƣợng công trình công bố về chuyển gen cải thiện giống cây Xoan ta còn rất ít. Trên thế giới mới chỉ có duy nhất một công trình công bố về chuyển gen chỉ thị (gen GFP) và gen chọn lọc kanamycin (gen nptII) vào cây Xoan ta) [46]. Ở Việt Nam cũng đã có một số công trình công bố về chuyển gen vào cây Xoan ta: chuyển gen chỉ thị (gen gus) và gen chọn lọc chất diệt cỏ PPT (gen bar) [2]; chuyển gen 4Cl tăng chất lƣợng gỗ [45]; chuyển gen codA, P5CSm tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện bất thuận của môi trường. Các kết quả nghiên cứu này là tiền đề quan trọng để cải thiện giống cây Xoan ta hiện nay.
Trước những công dụng to lớn của cây Xoan ta đối với nền kinh tế lâm nghiệp, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học nhằm tạo các giống Xoan ta
15
có khả năng sinh trưởng nhanh rất có ý nghĩa. Dựa trên cơ sở của các nghiên cứu chuyển gen vào Xoan ta và các nghiên cứu chuyển gen mã hóa cho GA dạng hoạt động (ví dụ như GA20) thông qua vi khuẩn A. tumefaciens trước đây, chúng tôi thực hiện nghiên cứu chuyển gen GA20 dưới sự điều khiển của promoter CAD4 đặc hiệu xylem vào cây Xoan ta nhằm đánh giá ảnh hưởng của gen chuyển đối với khả năng sinh trưởng của cây Xoan ta, phục vụ cho công tác tạo các dòng Xoan ta sinh trưởng nhanh và cho sinh khối gỗ lớn.
16