Thực vật chuyển gen

Trường Đại học Sư Phạm Tp.HCM
KHOA SINH HỌC
Trường Đại học Sư Phạm Tp.HCM
KHOA SINH HỌC
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
KỸ THUẬT DI TRUYỀN
Đề tài: THỰC VẬT CHUYỂN GEN
GVHD: Cô Dương Thị Bạch Tuyết
SVTH: Mai Hoàng Diễm
Đỗ Thanh Trang
Phan Thanh Huy
1
MỞ ĐẦU
MỞ ĐẦU
2

Cải thiện khả năng tích lũy dinh dưỡng.

Giảm chi phí sản xuất

Tăng lợi nhuận nông nghiệp

Cải thiện môi trường
Bằng cách nào người ta tạo được các giống cây
trồng ấy?
Thực vật chuyển gen còn được phát triển theo
những hướng nào khác?
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
1. Khái niệm thực vật chuyển gen

2. Lịch sử phát triển công nghệ chuyển gen thực vật
II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH CHUYỂN GEN
1. Nguyên tắc
2. Nguyên liệu
3. Các bước
4. Một số phương pháp chuyển gen
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC
III. CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ MỘT SỐ THÀNH TỰU TRONG LĨNH VỰC TẠO
THỰC VẬT CHUYỂN GEN
1. Các hướng nghiên cứu
2. Một số thành tựu
3. Tình hình sản xuất thực vật chuyển gen trên thế giới
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
4
MỤC LỤC
MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
1. Khái niệm thực vật chuyển gen
a. Khái niệm
Quá trình đưa một DNA ngoại lai vào genome (hệ gen) của một sinh vật được gọi là
quá trình biến nạp (transformation). Những cây được biến nạp được gọi là cây biến đổi
gen (genetically modified plant-GMP).
5
b. Mục đích

Tạo các giống cây năng suất cao, chất lượng tốt.


Không làm mất tính đa dạng sinh học của muôn loài.

Nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu đối với nông nghiệp và môi trường.

Tăng thu nhập, giảm đói nghèo ở các nước đang phát triển.

Cho phép các nhà tạo giống thực vật đưa ra giống mới nhanh hơn và vượt qua những giới hạn
của tạo giống truyền thống.
6
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
2. Lịch sử phát triển công nghệ chuyển gen thực vật
Năm 1980, lần đầu tiên DNA ngoại lai (transposon Tn7) được chuyển vào thực vật nhờ VK đất
Agrobacterium tumefaciens. Tuy nhiên, T-DNA (Ti-plasmid của VK đất) vẫn chưa được thay đổi.
Năm 1983, nhiều nhóm nghiên cứu đã biến đổi T-DNA và đưa DNA ngoại lai vào, tạo ra tính
kháng một số chất kháng sinh.
7
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
Năm 1984, biến nạp bằng tế bào trần (protoplast) ở ngô được thực hiện nhờ polyethylene glycol
(PEG) hoặc xung điện (electroporation).
Năm 1986, tạo được thực vật kháng virus.
Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học được sử dụng.
8
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
Năm 1989, không những thành công trong việc chuyển các gen mã hóa các kháng thể vào
thực vật, mà người ta còn tạo nên các sản phẩm gen này như mong muốn, mở ra một khả
năng hoàn toàn mới mẻ cho việc sản xuất vaccine và cả khả năng chống bệnh ở thực vật.

Năm 1990, thành công trong việc tạo ra cây biến đổi gen bất dục đực, không có khả năng tạo
hạt phấn. Loại cây trồng này có ý nghĩa lớn trong việc sản xuất hạt giống.
9
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
Năm 1994, lần đầu tiên cà chua biến đổi gen được bán trên thị trường.
Năm 1998, trên thế giới đã có 48 giống cây trồng biến đổi gen và sản phẩm được thị trường
hóa.
Năm 1999, cây lúa biến đổi gen được đưa ra với 7 gen được biến nạp.
10
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC VẬT CHUYỂN GEN
II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH CHUYỂN GEN
II. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH CHUYỂN GEN
1. Nguyên tắc
Đưa một hoặc vài gen ngoại lai vào thực vật. Các gen ngoại lai này phải được truyền
thông qua dòng mầm. Vì vậy, mọi tế bào kể cả tế bào mầm sinh sản đều chứa vật chất di
truyền đã được sửa đổi như nhau.
11
Một số điểm cần lưu ý khi chuyển gen:

Không phải tất cả các tế bào đều thể hiện tính toàn năng.

Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm nhập của một gen ngoại lai.

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.

Chỉ có một số tế bào có khả năng biến nạp và tái sinh cây.
12


Thành phần của các quần thể TB được xác định bởi loài, kiểu gen, từng cơ quan, từng giai
đoạn phát triển của mô và cơ quan.

Thành TB ngăn cản sự xâm nhập của DNA ngoại lai. Vì vậy, cho đến nay chỉ có thể chuyển
gen vào TB có cellulose thông qua Agrobacterium, virus và bằng bắn gen hoặc phải phá bỏ
thành TB để chuyển gen bằng phương pháp xung điện, siêu âm và vi tiêm.
13

Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của TB vật chủ chưa đảm bảo là đã liên kết ổn
định với genome.

Trong khi đó, DNA của virus khi xâm nhập vào DNA của cây chủ lại không liên kết với
genome mà chuyển từ TB này sang TB khác ngoại trừ mô phân sinh.
14
15
2. Nguyên liệu
2. Nguyên liệu
TB thực vật riêng lẻ, các mô hoặc cây hoàn chỉnh
Hạt phấn được coi là nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp
16
1.Tách DNA plasmid và DNA tế bào cho nhờ enzym
cắt.
2.Trộn chung DNA plasmid với đoạn DNA TB
cho, thêm enzym Nối ligaza tạo DNA tái tổ hợp
hoàn chỉnh
3.Biến nạp DNA tái tổ hợp vào tế bào nhận (VK
E.coli)
4.Chọn lọc và tạo dòng vi khuẩn mang gen lạ. Sau
đó tạo điều kiện để gen bểu hiện tạo ra sản phẩm.

3. Các bước

Cản trở lớn nhất của sự tiếp nhận DNA ở thực vật là thành TB => phá vỡ thành TB, để tạo ra
TB trần.

Ở thực vật chuyển gen, sản phẩm cuối cùng thường là một cơ thể biến nạp hoàn toàn.

Phần lớn thực vật được tái sinh dễ dàng bằng nuôi cấy mô TB. Tuy nhiên, tái sinh cây một lá
mầm như ngũ cốc và các loại cỏ khác cũng gặp một vài khó khăn.

Từ một TB duy nhất người ta có thể tạo ra một cây chuyển gen, trong đó mỗi TB mang DNA
ngoại lai và tiếp tục chuyển cho thế hệ sau khi nở hoa và tạo hạt.

17
4. Một số phương pháp chuyển gen
4. Một số phương pháp chuyển gen
4. 1. Chuyển gen gián tiếp
a. Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens

Nguyên lý

Sử dụng Ti plasmid của Agrobacterium tumefaciens làm vector.

Ti plasmid gồm hai thành phần:

T – DNA chứa gen điều hòa sinh trưởng cục bộ, gen tổng hợp các chất Opine và gen gây
khối u, có khả năng xâm nhập vào DNA thực vật.

Vùng vir làm tăng tần số biến nạp.

18

Thiết kế vector: cắt bộ gen điều hòa sinh trưởng cục bộ, gắn thêm gen chỉ thị ( kháng thuốc
hoặc chất diệt cỏ) cùng với đoạn điều khiển phù hợp để chọn các thể biến nạp và gắn vào
gen biến nạp.
19
VK Agrobacterium tumefaciens
20
Tạo cà chua biến đổi gen
Tạo cà chua biến đổi gen
21
(1) Sao chép một đoạn gen từ cà rốt
(2)Chèn đoạn gen vào một plasmid
(3) Plasmid này lại được đưa vào Agrobacterium
(4) Agrobacterium chuyển đoạn gen của cà rốt vào các TB cà chua nằm trên đĩa petri.
(5)TB cà chua này tiếp tục sinh trưởng và chuyển sang môi trường có chứa hormone kích thích sự mọc
rễ và chồi
(6) Gen từ cà rốt đã làm biến đổi sắc tố của cà chua thành màu của beta – carotene, tạo ra cà chua có giá
trị cao
22
Ưu điểm

Gen ít bị đào thải.

Số lượng bản sao ít hơn => Tránh
được hiện tượng ức chế lẫn nhau.

Tồn tại bền vững trong cơ thể thực
vật.
Nhược điểm


Khả năng biến nạp giới hạn.

Nguyên lý

Hệ gen của virus phải là DNA.

Virus có khả năng di chuyển từ TB này sang TB khác qua các lỗ ở vách TB.

Có khả năng mang được đoạn DNA mới, sau đó chuyển vào TB thực vật.

Có phổ kí chủ rộng.

Không gây tác hại đáng kể cho thực vật.
23
b. Chuyển gen gián tiếp nhờ virus
24
Ưu điểm

Dễ xâm nhập và lây lan trong cơ thể
vật chủ.

Có thể mang đoạn DNA lớn.
Nhược điểm

DNA virus khó ghép nối với hệ gen
của thực vật
25
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
4.2. Phương pháp chuyển gen trực tiếp
4.2. Phương pháp chuyển gen trực tiếp