Công Nghệ Di Truyền Thực vật biến đổi gen

Công nghệ Di truyền 2

Chuyển gen ở thực vật

1/2014


NỘI DUNG
Tình hình cây trồng biến đổi gen tồn cầu
Chuyển gen ở thực vật nhờ
Agrobacterium tumefaciens
Chuyển gen ở thực vật bằng cách bắn gen
2


Diện tích cây trồng biến đổi gen tồn cầu 1996 - 2014

3


Diện tích cây trồng biến đổi gen tồn cầu 1996 – 2014
theo loại cây trồng

4


Diện tích cây trồng biến đổi gen tồn cầu 1996 – 2014
theo tính trạng

5

Tỉ lệ trồng trọt toàn cầu (%) đối với một số cây trồng cơng nghệ
sinh học chính (triệu hecta) năm 2014

6


Diện tích cây trồng CNSH tồn cầu: xếp hạng theo quốc gia

7


CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT

Các vị trí mục tiêu chuyển gen ở tế bào thực vật bao gồm
nhân, lạp thể (plastid) và ty thể (mitochodrion)

8


CHUYỂN
CHUYỂNGEN
GENỞỞTHỰC
THỰCVẬT
VẬT

• Chuyển gen thành cơng vào nhân tế bào khi DNA
được chuyển tiến vào nhân và xác nhập vào vật
liệu di truyền của tế bào mục tiêu.
• Cây biến đổi gen được tạo ra từ tế bào mang gen

được chuyển một cách trực tiếp hay thông qua giao
tử được biến đổi di truyền (vd. hạt phấn).

• Hiệu quả của việc chuyển gen ở thực vật phụ thuộc
chủ yếu vào khả năng của tế bào/mơ thực vật phát
triển thành cây hồn chỉnh thơng qua q trình ni
cấy mơ.
9


CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT



10


CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT QUA
TRUNG GIAN Agrobacterium



11


Agrobacterium tumefaciens

 Vi khuẩn G(-) sống trong đất, gây bệnh bướu rễ ở
thực vật, có khả năng tấn cơng một số vùng của
cây, bám vào những kiểu tế bào thực vật nhất định

và chèn vào một phần DNA của chúng (T-DNA)
vào bộ gen thực vật
 Cây bị nhiễm khuẩn mang bướu ở thân được tạo từ
các tế bào tăng sinh mang DNA vi khuẩn.
 T-DNA được bao bọc bởi các protein vi khuẩn giúp
nó khơng bị phân hủy,
 T-DNA nằm trong Ti plasmid. Ở vi khuẩn dạng
hoang dại, T-DNA chứa các gen cho sự tổng hợp
các opine và các hormone thực vật.
12


13


Ti plasmid

Vùng virulence: mã hóa
các gen chịu trách nhiệm
vận chuyển T-DNA sang tế
bào thực vật
Oncogene: gen mã hóa các
chất kích thích sự tạo
hormon tăng trưởng ở thực
vật (auxin, cytokinine)
Vùng opine: mã hóa các
gen tổng hợp các hợp chất
giàu ni tơ và năng lượng,
cung cấp cho vi khuẩn.

14


15


16


Cấu trúc một số opine. Thành phần cơ bản
của opine là các amino acid.

17


CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT QUA TRUNG GIAN
Agrobacterium
Tế bào biến đổi gen có thể được tạo ra thơng qua đồng nuôi
cấy tế bào sinh dưỡng với tế bào A. tumefaciens biến đổi
(T-DNA mang gen tạo bướu được thay thế bởi gen mong
muốn).

18


Ti plasmid ở Agrobacterium tumefaciens

Các gen ở vùng “virulence” (gen vir) thuộc cùng một opreron
virABCDEFG, mã hóa cho các enzyme chịu trách nhiện
chuyển T-DNA vào tế bào thực vật.

• virA mã hóa cho receptor phản ứng với các hợp chất
phenol như acetosyringone tiết ra từ các mơ tổn thương.
• virB mã hóa các protein tạo thành cấu trúc dạng lỗ/pilus.
• virC bám vào trình tự được chuyển
• virD1 và virD2 tạo các endonuclease nhận biết và cắt ở các
vùng biên của T-DNA, bắt đầu ở RB.
• virG hoạt hóa sự biểu hiện gen vir sau khi bám vào một
vùng trình tự bảo tồn (consensus sequenence) khi nó được
phosphoryl hóa bởi virA
19


Sơ đồ mô tả sự vận chuyển
T-DNA từ Agrobacterium
sang tế bào thực vật

NPC: nuclear pore complex
LB: left border
RB: right border
20


Sự vận chuyển T-DNA từ Agrobacterium sang tế bào thực vật
21


Sự hình thành bướu rễ ở thực vật bởi A. tumefaciens

22

Các phương pháp lây nhiễm Agrobacterium

A. tumefaciens xâm nhập vào mô thực vật thông
qua các vết thương trên cây.
Các vết thương có 2 chức năng: giải phóng và
cho phép vi khuẩn xâm nhập vào nhiều loại mô
khác nhau.
Các thao tác trên vật liệu cấy mơ thường tạo đủ
vết thương;
Có thể tạo thêm vết thương bằng lưỡi dao hoặc
kim tiêm để tăng khả năng xâm nhập vào tế bào
của vi khuẩn.
23


Các bước tạo cây chuyển gen nhờ Agrobacterium

24


Chọn lọc mô sẹo kháng
phosphinothricin và tái
sinh cây.
1- mô sẹo được tạo ra từ
phôi trưởng thành.
2- mô sẹo sau 21 ngày ở
điều kiện sáng.
3- mơ sẹo được sàng lọc
qua tính kháng PPT.

4- Cây kháng PPT hình
thành rễ
5- Sự tái sinh cây kháng
PPT
25