CẢI BIẾN GEN THỰC vật

Tạo ra các giống cây trồng mới.

Mục tiêu cơ
bản của công
nghệ sinh
học :

Các giống cây trồng có năng suất cao.
Các gen cho tính kháng sâu, virus,
thuốc diệt cỏ, stress môi trường và
già hóa.
Tăng thành phần dinh dưỡng của
cây, thay dổi các con đường hóa sinh
của sự tạo màu hoa.


I. Phát triển cây kháng sâu, bệnh và thuốc
diệt cỏ.
1.
1. Cây
Cây kháng
kháng sâu.
sâu.

Cây kháng sâu.
Để phát triển các cây
trồng kháng bẩm sinh
sâu hại và
không cần phun các
thuốc trừ

sâu độc hại và tốn kém.

Thuốc trừ sâu sinh học
thường đặc hiệu cao với
một số hạn chế các loài
sâu và nhìn chung xem
như là không độc cho
con người và các loài
động vật bậc cao.


Một số phương
pháp khác nhau
đã được dùng
để tạo tính
kháng sâu:

Một cách tiếp cân liên quan đến
một gen tiền độc tố kháng sâu
được một trong vài dưới loài
của vi khuẩn Bacillus
thuringiensis sinh ra.

Các phương pháp phổ biến
khác sử dụng các protein thực
vật như chất kìm hãm và lectin


Tiền
Tiền độc

độc tố
tố B.thuringiensis
B.thuringiensis không
không tồn
tồn
tại
tại bền
bền vững
vững trong
trong môi
môi trường
trường và
và cũng
cũng
không
không độc
độc đối
đối với
với các
các động
động vật
vật có
có vú.
vú.

Làm tăng sự
biểu hiện của
các tiền độc tố
B.thuringiensis

Một
Một số
số các
các sâu
sâu gây
gây hại
hại lại
lại ăn
ăn
các
các mô
mô bên
bên trong
trong cây
cây và
và do
do đó
đó
không
không thể
thể bị
bị kìm
kìm hãm
hãm bởi
bởi các
các
chế
chế phẩm
phẩm được
được phun

phun bên
bên
ngoài
ngoài cây.
cây.

Khắc
Khắc phục
phục :: các
các gen
gen độc
độc tố
tố
B.thuringiensis
B.thuringiensis có
có thể
thể biểu
biểu hiện
hiện trong
trong
cây.
cây.


Các gen protein diệt sâu của B.thuringiensis subsp. Kurstaki,
cry l Aa, cry l Ab,cry l Ac đã không được biểu hiện tốt ở cây.

• Bảng 18.1
Cây

gen

% biểu hiện

Diệt sâu

Thuốc lá

cryAb đủ

0,0001-0,0005

Không

Thuốc lá

cryAb cắt ngắn

0,003-0,012

Có

Thuốc lá

cryAa đủ

Không phát hiện

Không

Thuốc lá

cryAa cắt ngắn

0,00125

Có

Thuốc lá

cryAc cắt ngắn

<0,014

Có

Thuốc lá

cryAb cắt ngắn

0,0001

Có

Bông

cryAb,cắt ngắn, WT

<0,002

Không

Bông

cryAb,cắt ngắn, PM

0,03-0,1

Có

Cà chua, thuốc lá

cryAb,cắt ngắn, WT

0,002

Có

Cà chua, thuốc lá

cryAb,cắt ngắn, PM

0,002-0,2

Có


Cây cà chua chuyển gen với gen tiền độc tố rút ngắn
B.thuringiensis được tạo ra để kiểm tra liệu tiền độc tố đã
rút ngắn có thể bảo vệ cây khỏi sự phá hoại của các loại

sâu bệnh khác nhau.

• Hình 18.1. vector nhân dòng đồng cài nhập
mang gen độc tố diệt sâu B.thuringiensis.


Bảng 18.2 Tính nhạy cảm của cây cà chua kiểu dại và cây cà chua
chuyển gen đối với sự phá hoại của sâu.


Cách
Cáchthứ
thứhai:
hai:
Dạng
Dạngcải
cảibiến
biếntoàn
toànbộ
bộcủa
củagen
genđộc
độctố
tốdiệt
diệtsâu
sâu
được
đượcthiết
thiếtkế
kếvà

vàtổng
tổnghợp
hợphóa
hóahọc.
học.

Có 2 cách để
nổ lực tăng
mạnh mức
độ biểu hiện,
Cách
Cáchthứ
thứnhất:
nhất:
Một
Mộtgen
genđộc
độctố
tốdiệt
diệtsâu
sâuđã
đãphân
phânlập
lậpđược
đượccải
cảibiến
biến
bằng
bằngđột
độtbiến

biếnđịnh
địnhhướng
hướngvịvịtrí
tríthay
thayđổi
đổitrình
trìnhtự
tự
DNA
DNAnào
nàođó
đócó
cóthể
thểkìm
kìmhãm
hãmsự
sựphiên
phiênmã
mãhoặc
hoặc
dịch
dịchmã
mãhiệu
hiệuquả
quảởởcây
câychủ.
chủ.


Một cách tiếp cận khác là:

• Hình 18.2

Đưa gen tiền độc tố
diệt sâu trực tiếp vào
DNA lạp thể của cây
chủ.


Ưu thế tiềm năng

Gen tiền độc tố không
phải cải biến.
Biểu hiện ở mức độ
cao.
Không có nguy cơ
chuyển gen độc tố
không mong muốn cho
cây khác trong môi
trường bằng hạt phấn.

Điểm yếu

Sâu tấn công thân hay
quả sẽ không tiếp xúc
với tiền độc tố.


b. Các phương pháp khác để bảo vệ cây trước sâu
bệnh.

Một clon mã hóa chất kìm hãm tripsin đậu bò
từ một ngân hàng clon bổ sung (ADNbs).

Đặc điểm

Sự phá hoại của heliothis virescens đối với
vây chuyển gen mà biểu hiện hơn 2mg chất
kìm hãm tripsin đậu bò/mg protein đã giảm
hẵn.
Việc đưa gen chất kìm hãm proteinaza
khoai tây II vào đã tạo cho cây lúa khả
năng chống lại sâu độc thân hồng.


Hình 18.4 vector plasmid mang chất
kìm hãm proteinaza khoai tây II.




c. Ngăn cản sự phát triển sâu kháng
B.thuringiensis.
Dùng tác nhân chọn lọc sâu
kháng.

1

Giới hạn trong
một khoảng thời
gian ngắn.

2

Các phương
pháp thí
nghiệm được
đưa ra:

3

Gen tiền độc tố
được nhân dòng
đặt sau promoter
của cây thuốc lá
gọi là gan protein
liên quan đến tác
nhân gây bệnh 1a
(PR-1a).



2. Cây kháng vius.
a. Bảo vệ qua trung gian protein vỏ virus.
Khi cây chuyển gen biểu hiện gen của protein vỏ
của một virus thường nhiễm vào các cây này,
khả năng nhiễm virus vào các cây và lan tỏa
một cách có hệ thống sau đó thường bị giảm
thiểu nhiều lần.
Tác dụng kháng virus xuất hiện sớm trong chu kỳ
tái bản của virus và do đó ngăn chặn một

lượng đáng kể virus được tổng hợp.


Nó làm giảm khả năng chọn các virus đột biến ngẫu nhiên có thể
vượt qua tính kháng này và tái bản khi có protein vỏ virus.

• Bảng 18.3. một số cây chuyển gen được cải
biến để có sự bảo vệ qua trung gian protein vỏ
virus chông lây nhiễm virus.


Để
Đểtạo
tạocây
câychuyển
chuyểngen
gensinh
sinhARNtt
ARNttbình
bìnhthường
thườngvà
vàbiểu
biểuhiện
hiện
protein
proteinvỏ
vỏvirus
virushoặc
hoặcsinh
sinhARN

ARNđối
đốinghĩa
nghĩacủa
củanó
nó

Phân lập ARN4.

Các bước tiến
hành như
sau:

Chuyển ARN4 bằng enzyme in vitro thành
ADNbs chuỗi xoắn kép.
Bổ sung các cầu nối vào ADNbs.
Chèn các trình tự ADNbs hoàn chỉnh vào các
vector nhân dòng theo cả 2 hướng.
Tạo ra các cây chuyển gen riêng rẽ mang trình tự
ADNbs của một trong hai hướng có thể.


Hình 18.7 quy trình đưa ADNbs protein vỏ virus
khảm dưa chuột vào tế bào thực vật.


Hình 18.8 các vector nhân dòng kép của Ti plasmid cả hướng
sinh protein có nghĩa (A) lẫn hướng đối nghĩa sinh ARN (B) của
ADNbs protein vỏ CuMV.

Hình 18.9 A. bản thiết kế T-DNA với gen neomycin
phosphotransferase (NPT II) làm gen đánh dấu chọn lọc , gen βgluconidaza (GUS) làm gen chỉ thị , hai bản sao của gen protein
vỏ từ virus khảm dưa hấu 2 (WMV 2) và gen protein vỏ virus
khảm dưa chuột (CMV).


Hình 18.10. tần suất bệnh ở cây bí ngô cổ cong vàng chuyển gen
và không biến nạp trên đồng ruộng. Rệp vừng được dùng để
chuyển hỗn hợp virus khảm bí vàng và virus khảm dưa hấu 2 đến
cây bí.


b. bảo vệ bằng biểu hiện các gen khác.