2.5.1. Chuyển gen tạo cây kháng thuốc trừ sâu
Từ hơn 30 năm nay, trong sản xuất ủó sử dụng thuốc trừ sõu vi sinh Bt do vi khuẩn Bacillus thuringienisis tạo ra. Vi khuẩn này sản xuất ra các protein tinh khiết rất ủộc ủối với ấu trựng của nhiều loài cụn trựng nhưng khụng ủộc ủối với ủộng vật cú xương sống (ủộng vật cú vỳ, chim, cỏ...). Vi khuẩn này cú thể sản sinh ra bốn loại ủộc tố hại cụn trựng khỏc nhau: ngoại ủộc tố α, β, γ toxin và nội ủộc tố δ tụxin. Trong ủú nội ủộc tố δ tụxin là quan trọng nhất. Tinh thể protein do vi khuẩn tạo ra sau khi xâm nhập vào côn
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 17
trựng sẽ bị cỏc protease trong ruột cụn trựng phõn giải thành cỏc ủoạn nhỏ trong ủú cú ủoạn mang khối lượng phõn tử là 68.000 dalton chứa gần 1200 axit amin cú hoạt tớnh ủộc gõy hỏng ruột cụn trựng. Từ năm 1987, cỏc nhà nghiờn cứu ở Bỉ ủó tỏch ủược gen mó húa protein này (Bt toxin). Cỏc gen này thường ủịnh vị trờn palsmid của vi khuẩn và gọi tờn chung là gen ICP (Insecticidal crystal protein). Do vi khuẩn Bacillus thuringiensis là vi khuẩn phức tạp có hơn 30 serotype nên chúng có chứa các gen ICP khác nhau và tạo nờn những ủộc tố khỏc nhau. Held và cộng tỏc viờn (1982) ủề nghị sử dụng chữa cry (crystal) ủể biểu thị cho gen sản xuất toxin diệt cụn trựng của vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Người ta ủó phõn nhúm gen δ endotoxin thành 6 nhúm chớnh. Ký hiệu từ cry I ủến cry VI. Trong mỗi nhúm lại cú cỏc nhúm phụ ủược ký hiệu theo chữ cỏi từ A ủến G, Cry I diệt ấu trựng bộ cỏnh vẩy Lepidoptera, ủiển hỡnh như cỏc loài sõu cuốn lỏ, sõu theo dừi, sõu rúm, sõu ủục gõn lỏ... cry II diệt ấu trựng bộ Lepidoptera và bộ hai cỏnh Diptera, ủiển hỡnh như ruồi ủục quả... cry III gõy ủộc tớnh lờn ấu trựng bộ cỏnh cứng Coleoptera, gồm cỏc loại sõu như chõu chấu, xộn túc ủục thõn... cry IV gõy ủộc tớnh lờn ấu trựng bộ hai cỏnh Dipteram cryV hại cấu trựng Lepidoptera và Coleoptera, cry VI diệt tuyến trựng... [4] gen này ủó ủược tỏch, xỏc ủịnh trỡnh tự, tổng hợp, thiết kế vào các vector chuyển gen và chuyển vào nhiều loại cây trồng khỏc nhau ủặc biệt là bụng, ngụ, ủậu tương, lỳa... Kết quả ủó tạo nờn các giống cây trồng kháng sâu rất có ý nghĩa. Các nhà nghiên cứu tiếp tục cải tiến cỏc gen cry ủể nõng cao hoạt tớnh ủộc của gen chuyển vào bằng cỏch tinh giảm ủoạngen chuyển vào (chỉ mó húa cho protein ủộc) và thay thế cỏc codon cho phự hợp với quỏ trỡnh phiờn mó và dịch mó ở thực vật. Kết quả ủó làm tăng hoạt tớnh ủộc lờn hàng trăm lần.
Ngoài khuynh hướng tạo tính kháng sâu của cây bằng gen cry mã hóa cho sự tạo ủộc tố trong pha sinh bào tử của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) cũn cú hướng chuyển gen mó húa cho cỏc protein ức chế hoạt ủộng của
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 18
enzyme ptotease làm hỏng quỏ trỡnh tiờu húa của cụn trựng. Gần ủõy người ta phát hiện ra các gen vip (vegetative insecticidal protein - các protein sinh dưỡng diệt côn trùng). Các gen vip 1, vip2, vip3 mã hóa cho các protein trong pha dinh dưỡng của chu trỡnh phỏt triển Bt và Bacillus cereus (BC) ủó ủược chiết tỏch, nhõn bản, xỏc ủịnh trỡnh tự và thử hoạt tớnh sinh học. Kết quả cho thấy các protein vip có hoạt lực và phổ tác dụng diệt côn trùng cao hơn các protein do gen czy mã hóa. Thí dụ, gen vip 3 tạo protein vip 3 có tính kháng sâu xám (Agrotis ypsilon) cao gấp 260 lần so với protein czy IA và có phổ tác ủộng rỗng như diệt ủược sõu xanh hại ngụ (Helicoverpa zea) và sõu hại thuốc lỏ (Heliothis sirescens). Việc phối hợp ủồng thời chuyển gen czy và vip vào thực vật cú khả năng làm tăng hoạt tớnh, tăng phổ hoạt ủộng diệt sõu của cõy ủược chuyển gen, ủồng thời duy trỡ ủược ủộ ổn ủịnh ủặc tớnh khỏng sõu của cây qua nhiều thế hệ. [4]
2.5.2. Chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ
Trong nền nụng nghiệp hiện ủại ở quy mụ sản xuất lớn cần phải sử dụng thuốc diệt cỏ dại. Vấn ủề ủặt ra là khi phun thuốc diệt cỏ thỡ chỉ diệt cỏ mà khụng gõy hại ủến cõy trồng ủặc biệt là lỳa, ngụ…. Muốn vậy người ta phải tạo ra cây trồng kháng thuốc diệt cỏ. Cách làm hiệu quả nhất là chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ vào cây trồng. Cần phải tìm các gen có tác dụng kháng thuốc diệt cỏ như các gen tạo enzyme làm mất hoạt tính của thuốc diệt cỏ, hoặc các enzyme tăng cường cho các enzyme dễ bị phân hủy bởi thuốc diệt cỏ.
Cú nhiều loại thuốc diệt cỏ khỏc nhau ủược sử dụng, trong ủú phổ biến là thuốc diệt cỏ glyphosate. ðây là một thuốc có tác dụng diệt cỏ tốt, dễ tự phân hủy và ít gây ô nhiễm môi trường. Cơ chế diệt cỏ là thuốc kìm hãm sự hoạt ủộng của một enzyme cú tờn là enzyme enol pyruvat sikimat phosphat synthetase (EPSPS). Enzyme EPSPS có chức năng chuyển hóa sản phẩm quang hợp thành axit mang mạch vòng có tên là axit sikimic. Axit sikimic khụng ủược hỡnh thành sẽ làm roosin loạn toàn bộ quỏ trỡnh trao ủổi chất của
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ……… 19
cỏ và làm cho cỏ chết. Người ta tỡm ủược gen mó húa EPSPS từ vi sinh vật và từ những cõy chịu ủược thuốc diệt cỏ glyphosat, tiến hành tỏch gen ra rồi cải biến gen này, sau ủú chuyển chỳng vào cõy trồng. Kết quả ủó tạo ra cõy trồng có hàm lượng và hoạt tính của enzyme EPSPS cao gấp 4 lần so với cây trồng bỡnh thường và cõy hoàn toàn chống chịu ủược với thuốc diệt cỏ glyphosat.
Hiện nay người ta ủó tạo ra ủược nhiều loại cõy trồng khỏng thuốc trừ cỏ như ủậu tương, ngụ, bụng..