Công nghệ chuyển gen thực vật

Công ngh chuy n gen th c ệ ể ự
v tậ
+ Chọn giống truyền thống
o
Lai giữa hai cá thể cùng loài sau
đó chọn ra tổ hợp gen mong
muốn.
o
Không thực hiện được ở các
loài xa nhau.
o
Tốn nhiều thời gian.
+ công nghệ chuyển gen trong tạo
giống
o
Cho phép biến nạp vào thực vật
những gen mong muốn.
o
Cho phép tạo ra giống mới
nhanh hơn.
Chọn giống
I. Khái niệm chung
o
Cây chuyển gen là cây mang một hoặc nhiều
gen được đưa vào bằng phương thức nhân
tạo.
o
Những gen được đưa vào có thể phân lập từ
những loài có quan hệ họ hàng hoặc từ những loài
khác biệt hoàn toàn.
o

Công nghệ chuyển gen cho phép nhà tạo giống
cùng lúc đưa vào một cây trồng những gen mong
muốn.
Lợi ích từ cây
chuyển gen
Tăng sản
lượng
Giảm chi
phí sản
xuất
Tăng lợi
nhuận
Cải thiện
môi
trường
+ Các sản phẩm từ thực vật chuyển gen:
o
Lúa gạo giàu vitamin A và sắt.
o
Khoai tây tăng hàm lượng tinh bột.
o
Giống ngô có thể trồng trong điều kiện
nghèo dinh dưỡng.
o
Dầu đậu nành, dầu cải có lợi cho sức
khỏe.
+ Những nguy cơ tiềm ẩn trong việc phát triển kỹ thuật mới
o
Vô tình đưa những chất gây dị ứng hoặc giảm dinh dưỡng vào
thực phẩm.

o
Phát tán gen biến nạp sang cây trồng hoang dại.
o
sự tăng cường tính kháng của sâu bệnh.
o
Nguy cơ các chất độc trong cây tiêu diệt các côn trùng có lợi
làm mất cân bằng sinh thái.
L ch s phát tri n c a công ngh chuy n genị ử ể ủ ệ ể
Nh ng cây chuy n gen đ u tiên đ c t o ra trong đ u nh ng năm 1980 ữ ể ầ ượ ạ ầ ữ
b i ba nhóm nghiên c u đ c l p.ở ứ ộ ậ
‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ‘94 ‘95 ‘96 ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘02
Cây bi n đ i genế ổ
đ u tiênầ
Cà chua chín ch m đ c th ng m iậ ượ ươ ạ
hóa t i Hoa Kỳạ
L n đ uầ ầ
Tr ngổ
thử
6/92
Cây tr ng kháng thu c ồ ố
di t c , kháng sâu b nh ệ ỏ ệ
đ c th ng m i hóaượ ươ ạ
Ngô bi n đ i gen đ c ế ổ ượ
EU phê duy tệ
Cây ngô Bt
đ u tiênầ
Cà chua ch m úng đ c FDA ch p ậ ượ ấ
thu nậ
II. Các nguyên tắc cơ bản của chuyển gen
3

2
1
Nguyên tắc sinh học
Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển
gen
Các bước cơ bản trong chuyển gen
1. Nguyên tắc sinh học
Một số vấn đề sinh học ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen:
1
Không phải tất cả các tế bào đều thể hiện tính toàn năng.
2
Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm
nhập của một gen ngoại lai.
3
4
Cây biến nạp chỉ có thể tái sinh từ các tế bào có khả năng tái
sinh và khả năng thu nhận gen biến nạp vào genome.
Mô thực vật là hỗn hợp các quần thể tế bào có khả năng khác
nhau. Chỉ một số ít tế bào có khả năng biến nạp và tái sinh
cây.
Thí nghiệm biến nạp
thành công khi
Tế bào biến nạp tái
sinh được thành
cây
Gen ngoại lai được
biến nạp vào trong
tế bào
2. Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển gen
o

Sự khó khăn là phải xác định được kiểu tế bào nào trong cây
có khả năng tiếp nhận sự biến nạp.
o
Hạt phấn được coi là nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp.
3. Các bước cơ bản trong chuyển gen
Xác định gen liên
quan đến tính trạng
quan tâm
Phân lập gen
Gắn gen vào vector
biểu hiện để biến nạp
Biến nạp vào E. coli
Biến nạp vào mô hoặc
tế bào thực vật
Chọn lọc các thể biến
nạp
Tái sinh cây biến nạp
Tách chiết DNA
plasmid
+Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens
14
Chuyển gen bằng phương pháp hóa học
Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm
Chuyển gen bằng vi tiêm
Chuyển gen bằng xung điện
Chuyển gen bằng súng bắn gen
Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn
+ Phương pháp chuyển gen trực tiếp
III. Các hướng nghiên cứu và một số thành tựu tron
lĩnh vực tạo thực vật chuyển gen

1
2
Các hướng nghiên cứu
Một số thành tựu trong lĩnh vực thực
vật chuyển gen
1. Các hướng nghiên cứu
+ Chuyển gen kháng nấm gây bệnh
16
Chuyển hai gen chitinase và glucanase (làm
thoái hóa các thành phần chính của vỏ TB
nấm) giúp tăng tính kháng nấm gây bệnh.
Thuốc lá
Cà chua
Gen mã hóa α- thionin – cystein được
chuyển vào cây thuốc lá cũng phòng trừ
được VK Pseudomonas syringae
Dùng gen mã hóa enzyme
làm thoái hóa thành TB VK
Chuyển gen sản xuất protein
làm giảm độc tố của VK
Có 3
hướng
chính
+ Chuyển gen kháng các vi khuẩn gây bệnh
gen lysozyme từ TB
động vật hoặc từ
thực khuẩn thể T4
đưa vào cây thuốc
lá và khoai tây =>
Phòng trừ VK

Erwina carotovora
+ Chuyển gen kháng virus gây bệnh:
Có nhiều cách tạo cây kháng virus:
o
Chuyển gen mã hóa protein vỏ của virus.
o
Chuyển gen tạo enzyme phân giải virus.
o
Chuyển gen có trình tự đối bản (antisens) với ARN
của virus => virus không nhân lên được.
Lá cây đu đủ chuyển gen kháng PRSV và đối chứng
(PRSV: papaya ringspor virus, gây bệnh đốm vòng)
Cây thuốc lá chuyển gen
kháng virus CMV và đối
chứng
19
20
Đu đủ chuyển gen
kháng virus
Đu đủ đối chứng
21
Cà chua chuyển gen kháng sinh vật kí sinh
(phải) và cà chua đối chứng (trái)
+ Chuyển gen kháng côn trùng phá hoại
22
Bacillus thurigensis protein ᵹ - endotoxin tinh thể
Cry
Côn trùng
Kiềm
độc tố

hoạt động
các receptor
đặc trưng
Chết
Các cây trồng như bông, ngô, khoai tây
đã được chuyển gen này để tạo ra tính
kháng với côn trùng.
23
Ngô (Bt corn) mang gen Bt
(chống sâu hại)
–
Chuyển một phức hợp gồm gen rolC của A.
tumefaciens và promoter CaMV 35S (cauliflower mosaic
virus: virus gây bệnh khảm ở súp – lơ) vào cây thuốc lá và
đã thu được cây chuyển gen bất thụ.
–
Kết quả này đang được nghiên cứu và áp dụng trên
nhiều cây khác.
24
+ Chuyển gen mang tính bất thụ đực
–
Gần đây, các nhà nghiên cứu của ĐH Bristol (Anh) đã
thông báo về việc sản xuất hai chuỗi dài acid béo không
tạo cholesterol với số lượng lớn ở thực vật bậc cao.
VD: chuyển gen vào cây Arapidopsis thaliana tạo ra
được các acid béo thiết yếu như arachidonic acid và
eiconsapentaenoic acid.
25
+Chuyển gen để sản xuất các acid béo thiết yếu