IV. SỰ PHÂN LOẠI SINH GIỚ
3. Sinh học phân tử với vật nuôi và cây trồng
Các ph−ơng pháp chọn giống và lai tạo cổ điển đã góp phần hình thành nên những giống vật nuôi, cây trồng đa dạng và có hiệu quả kinh tế caọ Kỹ thuật gen phát triển trên nền tảng những hiểu biết cơ bản về sinh học của vật nuôi và cây trồng, và bao gồm hai h−ớng chính:
- Phân tích di truyền các vật nuôi và cây trồng nhờ các DNA marker (các trình tự đánh dấu trên bộ gen liên kết với các tính trạng cần quan tâm).
- Tạo các sinh vật chuyển gen.
Các DNA marker đ−ợc sử dụng vào việc hình thành bản đồ gen vói vị trí các gen mã hoá cho các tính trạng mong muốn ở vật nuôi và cây trồng nhằm phục vụ cho các chiến l−ợc lai tạo và chọn giống theo ph−ơng pháp cổ điển. Việc tạo sinh vật chuyển gen cho phép đ−a vào vật nuôi cây trồng các tính trạng quý mà không phải qua quá trình chọn lọc lâu dài; hơn nữa, ph−ơng pháp này không chỉ giúp cải thiện các đặc tính có sẵn mà còn có thể bổ sung những đặc tính hoàn toàn mớị Và một điều không kém phần quan trọng, việc hình thành các th− viện gen là một biện pháp bảo tồn có hiệu quả nguồn gen tự nhiên trên thế giớị
3.1. Kĩ thuật gen trong chăn nuôi
3.1.1. Sử dụng các DNA marker trong phân tích di truyền
Trong ph−ơng pháp chọn giống cổ điển, các chỉ tiêu chọn thuộc về kiểu hình, chủ yếu là các chỉ tiêu về hình thái và một số chỉ tiêu sinh hoá. Các chỉ tiêu này th−ờng không ổn định và chịu ảnh h−ởng rất mạnh của các yếu tố môi tr−ờng. Sử dụng các thành phần của kiểu gen, các DNA marker, để chọn giống sẽ cho phép bỏ qua các biến động không di truyền đồng thời theo dõi đ−ợc các biến động di truyền không thể hiện
ra kiểu hình (vì nằm trong các đoạn không mã hoá của gen,…). Ph−ơng pháp này có nhiều −u điểm, nó cho phép sử dụng nguồn gen mà không làm ảnh h−ởng đến sự điều hoà biểu hiện tự nhiên của gen.
Các DNA marker đặc biệt có ích khi các tính trạng mong muốn (1) có tính di truyền thấp; (2) khó định l−ợng (ví dụ nh− tính kháng bệnh,…) ; (3) biểu hiện theo giới tính hay biểu hiện rất trễ trong quá trình sống (ví dụ nh− năng suất trứng,…)
DNA marker thuộc nhiều loại khác nhau, các marker RFLP (Restriction Fragments Length Polymorphism – tính đa hình chiều dài các đoạn gi−ới hạn), RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA – DNA đa hình đ−ợc khuếch đại ngẫu nhiên), VNTR (variable Number Tandem Repeat – cặp trình tự lặp lại có số l−ợng thay đổi),… Tựu trung, chúng dựa vào sự khác biệt chiều dài các đoạn giới hạn (do dột biến làm mất hay thêm một vị trí nhận biết của enzyme gi−ới hạn) hoặc số l−ợng các trình tự lặp lại tại một vùng trên bộ gen giữa các cá thể khác nhaụ
Các DNA marker đ−ợc sử dụng vào nhiều mục đích:
- Dùng để đánh giá mức độ biến động di truyền trong một quần thể vật nuôị Nếu mức độ biến động di truyền này còn cao thì cần tiếp tục quá trình chọn lọc nhằm ổn định dòng.
- Cho phép đánh giá sự khác biệt di truyền giữa hai cá thể bố mẹ. Sự khác biệt này càng lớn thì tính dị hợp tử ở thế hệ con càng caọ
- Theo dõi hiệu quả của một ch−ơng trình chọn giống định h−ớng đối với một alen đặc biệt.
- Xác định các marker ở các locus có liên kết chặt chẽ với các tính trạng mong muốn, dùng trong chọn giống số l−ợng (massselection), đặc biệt đối với các tính trạng khó chọn lọc đã đề cập ở trên.
Các DNA merker đ−ợc sử dụng trong lai tạo và chọn giống ở nhiều gia súc và gia cầm, và th−ờng có liên quan đến các tính trạng nh− năng suất và chất l−ợng thịt, sức sống cao, kháng bệnh,…
3.1.2. Tạo các động vật chuyển gen
Về nguyên tắc, việc chuyển gen quy định các tính trạng mong muốn vào động vật nuôi không có gì khác so với liệu pháp gen ở ng−ờị Tuy nhiên, nếu ở ng−ời, việc tác động lên các tế bào sinh dục không đ−ợc phép thực hiện thì ng−ợc lại ở vật nuôi đó lại là mục đích cần đạt nhằm tạo ra các dòng động vật chuyển gen (transgenic animal). Các động vật chuyển gen ban đầu sẽ truyền cho thế hệ con cháu những đặc tính mới hoặc những đặc tính đã đ−ợc biến đổi của mình.
Các ph−ơng pháp dùng chuyển gen vào tế bào động vật rất đa dạng và thay đổi tuỳ theo đối t−ợng tế bào; đối với tế bào sinh d−ỡng, ng−ời ta dùng ph−ơng pháp chuyển qua phức hợp DNA – calium phosphate hay nhờ các vector virus; trên tế bào sinh dục, ph−ơng pháp vi tiêm là tối −ụ
Động vật chuyển gen đ−ợc sử dụng vào nhiều mục đích:
- Dùng làm mô hình thí nghiệm cho việc nghiên cứu các bênh ở ng−ờị - Dùng để sản xuất protein số l−ợng lớn.
- Tạo chủng mang những đặc tính quý.
3.2. Kĩ thuật gen trong trồng trọt
Sử dụng các DNA marker trong phân tích di truyền và tạo thực vật chuyển gen cũng là hai h−ớng ứng dụng chính của kỹ thuật gen trong trồng trọt. Việc thiết lập bản đồ gen ở cây trồng, đặc biệt là bản đồ giới hạn đã đ−ợc đề xuất từ rất sớm (Beckmann và
Soller, 1986). Việc sử dụng các marker RFLP ở cà chua chẳng hạn cho thấy có liên kết chặt chẽ giữa một số marker với các tính trạng nh− hàm l−ợng thịt trong quả cà (Tanksley và Hewitt, 1988) hay tính kháng sâu bệnh (Helentjaris và cộng sự, 1985).
Việc tạo các thực vật chuyển gen
So với các ph−ơng pháp lai tạo và chọn giống cổ điển, kỹ thuật chuyển gen có một số −u thế: nó cho phép đ−a vào thực vật một gen lạ thậm chí không hề có nguồn gócc thực vật, nó còn cho phép sản xuất với hàm l−ợng cao một protein chủ yếu của các tế bào có cấu trúc và đặc tính hoàn toàn thay đổi, điều không bao giờ xảy ra trong tự nhiên.
Có hai loại vector dùng để chuyển gen vào thực vật: các virus thực vật và plasmid Ti của vi khuẩn gây bệnh cho cây Agrobacterium tumefaciens.
Các gen đ−ợc chuyển th−ờng liên quan đến các tính trạng sau: - Tính kháng thuốc diệt cỏ, virus và côn trùng
- Tăng hàm l−ợng và chất l−ợng protein trong sản phẩm thực vật dùng làm thực phẩm cho ng−ời và gia súc
- Tạo cây chuyển gen có khả năng sản xuất những loại protein mới - Tạo cây chuyển gen có những đặc tính quý
+ Tính bất thụ dực ở cây hoa màu + Tính chịu hạn