Nghiên cứu, xác định cây ngô mang gen kháng thuốc trừ cỏ bằng kĩ thuật PCR và đánh giá di truyền

Mở đầu
Đầu những năm 80 thế kỷ XX xuất hiện những công bố đầu tiên về cây
chuyển gen và từ đó mở ra một ra chân trời mới, chứa đựng một tơng lai đầy hứa
hẹn về cải tiến cây trồng. Nhiều giống cây trồng đã đợc chuyển gen để tạo ra các
đặc tính u việt, giúp cải thiện năng suất, chống chịu sâu bệnh, hạn, mặn, lạnh,
tăng chất lợng và cải thiện môi trờng. Từ đó kỹ thuật gen trở thành công cụ hữu
hiệu đợc ứng dụng trong cải tiến giống cây trồng.
Sự phát triển nhanh chóng của Công nghệ Sinh học đã đa các thực vật
chuyển gen và các sản phẩm của chúng đến với thị trờng tiêu dùng. Và kể từ khi
kỹ thuật gen thực vật đợc thiết lập, thử nghiệm thành công thì những ứng dụng
của nó đã đợc đầu t và đợc tiến hành một cách rộng rãi để giải quyết các vấn đề
còn tồn tại của Nông nghiệp. Vì vậy thực vật chuyển gen đã đợc trồng phổ biến
trên đồng ruộng để làm tăng tính kháng bệnh, kháng sâu, kháng thuốc trừ cỏ
trong hệ thống canh tác. Từ cuối năm 1997, các cây trồng biến đổi gen và các sản
phẩm của chúng đã đợc chấp nhận thơng mại hoá ở một số quốc gia. Ngày nay
việc sản xuất và sử dụng cây trồng chuyển gen đang ngày một gia tăng, và khẳng
định tầm quan trọng trong nền sản xuất nông nghiệp và một số nghành khác.
Năm 2007 diện tích trồng tiếp tục tăng 2 con số, đạt 12% tơng đơng với 12,3
triệu hecta (30 triệu mẫu. Trong đó tổng diện tích trồng trong 12 năm (19962007) đạt 690 triệu héc-ta (1,7 tỷ mẫu). Với mức tăng cha từng thấy gấp 67 lần từ
1996-2007, trở thành công nghệ cây trồng đợc áp dụng nhanh nhất trong thời
gian gần đây.
Ngày nay, cây chuyển gen đợc trồng ngày càng rộng rãi ở rất nhiều nớc
trên thế giới. Nhng câu hỏi về sự an toàn trong việc sử dụng các sản phẩm của
cây chuyển gen cũng đồng thời đợc đặt ra và trở thành một vấn đề nóng bỏng với
hàng loạt các vấn đề liên quan xoay quanh nó, liệu chúng đợc sử dụng dới dạng
nào và khả năng rủi ro đến với sức khoẻ con ngời, với sự đa dạng sinh học, tiềm

-1-


ẩn ô nhiễm môi trờng.... ở Việt Nam, đến nay vẫn đang trong thời gian xây dựng

và hoàn thiện các quy chế về quản lý an toàn sinh học các cây chuyển gen và
kiểm soát các sản phẩm biến đổi gen. Tuy nhiên, để đa nhanh các cây chuyển
gen vào sản xuất tại Việt Nam thì việc nghiên cứu tạo cây chuyển gen, trồng thử
nghiệm và kiểm soát cây trồng biến đổi gen cần phải tiến hành trớc một bớc.
Trong số các cây trồng biến đổi gen đang thử nghiệm thì cây ngô đang rất đợc
quan tâm nhất đặc biệt là ngô chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ.
Để đáp ứng các chỉ tiêu kỹ thuật trong việc phát hiện chính xác ngô
chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ và nhanh chóng sử dụng các dòng ngô này phục
vụ công tác tạo giống ngô lai kháng thuốc diệt cỏ của Việt Nam. Chúng tôi đã
thực hiện đề tài Nghiên cứu, xác định cây ngô mang gen kháng thuốc trừ cỏ
bằng kĩ thuật PCR và đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn ngô mang gen
kháng thuốc trừ cỏ.
Mục đích của đề tài:
Thu thập dữ liệu về cây trồng biến đổi gen và tìm hiểu một cách tổng quan
về cây ngô chuyển gen .
Bớc đầu làm quen với các kỹ thuật nghiên cứu về cây chuyển gen
Xác định đoạn trình tự đặc trng của promoter CaMV-35S (195bp) có trong
ngô chuyển gen.
Xác định gen PAT (Phosphinothricin-N-Acetyltransferase) là gen kháng
thuốc trừ cỏ glufosinate có trong ngô chuyển gen bằng kỹ thuật PCR
Đánh giá đặc điểm hình thái, chỉ tiêu nông sinh học chính và đa dạng di
truyền ở mức phân tử bằng kĩ thuật PCR-RAPD của một số dòng ngô thuần mang
gen kháng thuốc trừ cỏ phục vụ cho công tác backcross tạo dòng ngô u việt mang
gen gen kháng thuốc trừ cỏ.

-2-


Phần I: Tổng QUAN Tài Liệu
1.1. Giới thiệu về cây ngô

1.1.1. Vài nét sơ lợc về cây ngô
Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae, họ
Gramineae. Từ thế kỷ 16 khi Colombus mang hạt giống từ châu Mỹ về thì sản
xuất ngô đã lan tràn khắp thế giới và trở thành loại cây ngũ cốc quan trọng cung
cấp lơng thực cho loài ngời. Hiện trên thế giới đang tồn tại hai hệ thống phân loại
đối với loại Zea.
Wilkes (1967)
Nhóm Euchleana

Iltis & Doebly (1984)
Nhóm Luxuriantes

Z. penrennis (Hitch) Reeves & Mangelsdorf

Z. diploperennis Iltis Doebly & Guzman

Z. mexicana (Schrader) Kuntze

Z. perennis Hitch Reeves & Mangelsdorf

Nòi Guatemala
Nhóm Zea
Z. mays subsp. Parviglumis Iltis & Doebly
Nòi Huchuetenango

Var. Huchuetenangensis Iltis & Doebly

Nòi Balsas

Var. Parviglumis Iltis & Doebly subsp

Mexicana (Schrader) Iltis

Nòi Chalco

Nòi Chalco

Nòi Cao nguyên trung phần

Nòi Cao nguyên trung phần

Nòi Nobogame

Nòi Nobogame

Nhóm Zea
Z. mays L.

Z. mays subsp. mays

Từ loài Zea mays L, dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt đợc phân thành các
loài phụ, sau đó dựa vào màu hạt và màu lõi để phân các thứ (varieta). Những
loài phụ chính bao gồm:
Zea mays

Subsp. indurata
-3-

- ngô đá

- ngô răng ngựa
Zea mays
Subsp. indentata
- ngô nếp
Zea mays
Subsp. ceratina
- ngô nếp
Zea mays
Subsp. saccharata
- ngô bột
Zea mays
Subsp. everta
- ngô bột
Zea mays
Subsp. amylacea
- ngô bọc
Zea mays
Subsp. tunecata
Ngô có nguồn gốc từ Trung Mỹ song cây ngô đã thích nghi nhanh với
những điều kiện sinh thái rất khác nhau. ở Bắc bán cầu, ngô có thể trồng ở Đan
Mạch đến vĩ tuyến 55o-56o, còn ở Liên Xô cũ và Canada tới vỹ tuyến 58 o. ở Nam
bán cầu, ngô đợc trồng ở New Zealand đến vĩ tuyến 42o-43o (Humlam John,
1942, Necula GH. và cs, 1957). Ngô cũng là cây trồng thích ứng rộng. Theo
Necula G. H. (1957) ngô có thể trồng ở độ cao 3900m. Tuy nhiên càng xa khỏi
xích đạo thì độ cao càng giảm. Ví dụ nh Peru (16o nam) ngô trồng đợc ở độ cao
3900m, ở Bắc Carolia (34o-37o bắc) trồng đợc ở 1200m, ở Châu á nh thung lũng
Kasmir ở 2000m, còn ở Châu Âu (khoảng 45o-48o bắc) ở độ cao 500-800m [10].
Trên phạm vi thế giới, các nhà khoa học đã chia sinh thái cây ngô thành 4
vùng chính:
Ôn đới

Cận nhiệt đới
Nhiệt đới cao (trên độ cao 2000m so với mặt biển)
Nhiệt đới thấp (dới 2000m)
Theo phân loại này, Việt Nam nằm trong vùng sinh thái nhiệt đới thấp.
Các bộ giống từ vùng nhiệt đới thấp biểu hiện sự thích ứng hơn cả thông qua khả
năng chống chịu và năng suất, kể cả ở các thảo nguyên cao phía Bắc hoặc vụ
đông ở Đồng bằng Bắc Bộ.
1.1.2. Nguồn gen và đa dạng di truyền cây ngô
Ngô là cây trồng đợc thu thập, mô tả và bảo tồn rất tốt từ các trung tâm đa
dạng di truyền. Từ năm 1943, quỹ Rockefeller hợp tác với các nớc Mỹ La tinh đã
thu thập nguồn gen ngô từ những trung tâm đa dạng chính, tạo cơ sở cho các tập
-4-


đoàn ngô ở Mexico, Colombia và Brazil. Ngày nay có khoảng 15.000 mẫu giống
ngô đã đợc thu thập từ các nớc khác nhau trên thế giới.
ở Việt Nam, nguồn gen ngô đợc bảo tồn tại Viện nghiên cứu ngô với
khoảng 400 mẫu giống thụ phấn tự do và 3.000 dòng [10].
Tập đoàn ngô Mexico trung tâm xuất của ngô có sự đa dạng tối đa. ở
đây có bốn nòi chính đợc xác lập đó là:
A. Nhóm nòi bản địa cổ đại: Ngời ta cho rằng nhóm này xuất phát từ ngô
bọc nguyên thuỷ ở Mexico. Các nòi ở nhóm này khác nhau bởi sự phát triển độc
lập ở những địa bàn và môi trờng khác nhau tuy chúng cùng một tổ tiên. Bốn nòi
chính trong nhóm này là Palomero toluqueno, Arrocillo amarillo, Chapalote và
Nal-tel.
B. Nhóm nhập nội tiền Columbus: Các nòi của nhóm này đợc nhập vào
Mexico từ Trung và Nam Mỹ vào thời tiền sử. Bốn nòi này là: Cacahuacintle,
Harinoso de Ocho, Oloton và ngô ngọt.
C. Nhóm con lai tiền sử: Nhóm này bao gồm các nòi đợc coi là tạo ra từ
việc lai tạp giữa các nòi bản địa cổ đại với các nòi nhập nội tiền Columbus, hoặc

giữa hai nhóm trên với Teosinte. Hiện nay còn tám nòi là: Conico, Reventador,
Tablonicillo, Tehua, Tepecintla, Comiteco, Jala và Zapalote chico.
D. Nhóm hiện đại: Bao gồm các nòi phát triển gần đây và cha đạt đến
trạng thái ổn định, tuy nhiên có những đặc điểm phân biệt xác định. Có bốn nòi
đợc gọi là: Chalqueno, Celaya, Conico Norteno và Bolita.
Từ đây ta thấy rõ sự biến dị to lớn đã đợc xảy ra nh thế nào. Đó là những
nòi giống cơ bản sản sinh ra nguồn gen ngô thế giới và sự đa dạng di truyền của
nó.
Sự đa dạng di truyền của ngô đợc thể hiện ở tất cả các tính trạng của cây
bông cờ và bắp. ở các đặc điểm của cây, sự biến động thể hiện ở chiều cao cây,
chiều cao đóng bắp và đặc điểm của lá (dài lá, chiều rộng lá, số lá trên cây, số lá
-5-


trên bắp), màu thân và dạng lóng. Sự biến động ở cờ thể hiện ở độ dài bông cờ,
cuống bông cờ, độ nhánh dài, số nhánh cấp hai và ba, đờng kính bắp và số hàng
hạt. Đặc biệt sự biến động rất đa dạng ở nội nhũ hạt, từ đây ta phân biệt các dạng
răng ngựa, đá rắn, bột, đờng, nếp, nổ và bọc. Sự biến động còn thể hiện ở kích thớc hạt, màu hạt và chất lợng hạt.
ở Việt Nam ngô là cây trồng nhập nội do vậy sự phong phú về nguồn gen
có hạn hẹp. Theo các nghiên cứu phân loại ngô địa phơng Việt Nam (GS.TS Ngô
Hữu Tình, 1995) từ những năm 60 đến nay cho thấy, ngô Việt Nam tập trung chủ
yếu vào hai loài phụ là đá rắn và nếp.
Ngày nay để đánh giá sự đa dạng di truyền của một loài, ngời ta không chỉ
dựa vào các đặc điểm thực vật học dễ nhận biết và riêng rẽ mà cần phân tích trên
cơ sở nhiều tính trạng để phân biệt các nhóm cách biệt di truyền thông qua
khoảng cách Ơclit hoặc khoảng cách Mahalanobis... Gần đây công nghệ sinh học
đã góp phần rất đắc lực trong việc xác định đa dạng di truyền thông qua kỹ thuật
Isozyme hoặc sự đa hình độ dài các phân đoạn cắt hạn chế (RFLP
Restriction Flagment Length Polymorphis), RAPD (Đa hình các đoạn khuếch đại
ngẫu nhiên)

1.1.3. Đặc điểm hình thái cây ngô
Rễ: Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ các cây họ hòa thảo. Ngô có ba
loại rễ chính:
Rễ mầm: Gồm rễ mầm sơ sinh (rễ phôi) và rễ thứ sinh, hai loại rễ mầm này
tạo thành hệ rễ tạm thời cung cấp nớc và các chất dinh dỡng cho cây ngô khoảng
thời gian 2-3 tuần. Sau đó vai trò này nhờng lại cho hệ rễ đốt.
Rễ đốt (rễ phụ cố định): Xuất hiện ở các đốt thấp của thân, mọc vòng
quanh các đốt dới mặt đất. Ngô ra rễ đốt đầu tiên lúc 3-4 lá và có số lợng lớn từ
8-16 rễ ở mỗi đốt. Ban đầu rễ đốt có chiều hớng ăn ngang sau đó ăn sâu xuống
đất. Rễ đốt giúp cây ngô hút nớc và các chất dinh dỡng suất đời cây ngô.

-6-


Rễ chân kiềng: Rễ chân kiềng mọc xung quanh các đốt gốc sát mặt đất. Rễ
chân kiềng to, nhẵn, ít phân nhánh, không có rễ con và lông hút ở phần trên mặt
đất. Rễ này giúp cây chống đỡ và bám chặt vào đất, chúng cũng tham gia hút nớc
và thức ăn.
Thân, lá: Ngô thuộc họ hòa thảo, song có thân khá chắc, có đờng kính từ
2-4cm tùy thuộc vào giống, điều kiện sinh thái và chăm sóc. Thân có chiều cao
khoảng 1,5-4m. Thân chính của cây ngô có nguồn gốc từ chồi mầm (plumule),
bao phủ bởi bao lá mầm (coleotyl) nằm trong phôi của hạt ngô. Từ thân chính
phát sinh ra nhánh hay thân phụ từ các đốt dới đất. Số nhánh thờng biến động từ
1-10. Nhánh có hình dạng tơng tự nh thân chính.
Thân ngô trởng thành bao gồm nhiều lóng (dóng) nằm giữa các đốt và kết
thúc bằng bông cờ. Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng trong việc
phân loại các giống ngô. Lóng mang bắp có một rãnh dọc cho phép bắp bám và
phát triển bình thờng.
Sau khi bao lá mầm mọc lên khỏi mặt đất, các lá bắt đầu lần lợt mở ra.
Mỗi lá đợc cấu tạo bởi bản lá (phiến lá), bẹ lá ôm chặt lấy thân và lỡi lá (thìa lìa).

Lá của các giống khác nhau thay đổi về số, về chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông
tơ, màu lá, góc lá và thân lá. Số lá là một đặc điểm khá ổn định có quan hệ chặt
chẽ với số đốt và thời gian sinh trởng. Để tính số lá của ngô ở một giai đoạn nào
đó ta chỉ đếm số lá đã có bẹ lá nhìn thấy đợc bằng mắt.
Bông cờ và bắp: Ngô là loại cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan
sinh sản đực (bông cờ) và cái (bắp) tuy cùng nằm trên một cây, song ở các vị trí
khác nhau
Hoa đực: Hoa đực thờng đợc gọi là bông cờ nằm ở đỉnh cây. Hoa đực xếp
thành chùm gồm các trục chính và nhiều nhánh, hoa đực đợc mọc thành bông
nhỏ còn gọi là bông chét, bông con hoặc gié. Trong mỗi bông nhỏ có hai hoa,
một hoa cuống dài và một hoa cuống ngắn. Bao quanh các bộ phận của một hoa
có hai mày nhỏ mày ngoài tơng ứng với lá bắc hoa và mày trong tơng ứng với
-7-


lá đài hoa. Khi hoa chín các mày phồng lên, các chỉ nhị dài ra, bao phấn tách ra
khỏi hoa và tung ra các phấn hình trứng có đờng kính khoảng 0,1 mm.. Mỗi bông
nhỏ có hai hoa, mỗi hoa có 3 nhị đực, mỗi hị đực có một bao phấn, mỗi bao phấn
có 2 ô và trong mỗi ô chứa khoảng 1000-2500 hạt phấn. Mỗi bông cờ có từ 7001400 hoa. Nh vậy tổng cộng mỗi bông cờ cho 10-30 triệu hạt phấn. Khi bắt đầu
nở, các hoa ở 1/3 phía đỉnh trục chính tung phấn trớc, sau đó tung phấn theo thứ
tự từ trên xuống dới và từ ngoài vào trong.
Hoa cái: Hoa tự cái (bắp ngô) phát sinh từ chồi nách các lá, song chỉ 1-3
chồi khoảng giữa thân mới tạo thành bắp. Hoa có cuống gồm nhiều đốt ngắn,
mỗi đốt trên cuống có một lá bi bao bọc. Lá bi thờng không có phiến lá. Trên
trục chính hoa cái (cùi, lõi ngô), hoa mọc từng đôi bông nhỏ. Mỗi bông nhỏ có
hai hoa, nhng một hoa thoái hóa, chỉ còn một hoa tạo thành hạt. Phía ngoài hoa
có hai mày là mày ngoài và mày trong. Ngay sau mày ngoài quan sát thấy dấu
vết của nhị đực và hoa cái thứ hai thoái hóa, chính giữa là bầu hoa, trên bầu hoa
có núm và vòi nhụy vơn dài và thành dâu.
Hạt: Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm năm phần chính: vỏ hạt, lớp alơron,

phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt bao quanh hạt, là một màng nhẵn. Lớp alơron
nằm dới vỏ hạt, bao lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các
tế bào dự trữ chất dinh dỡng. Nội nhũ có hai phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng.
Tỷ lệ này phục thuộc vào chủng ngô và các giống ngô khác nhau.
1.1.4. Tình hình và định hớng phát triển cây ngô ở Việt Nam
ở Việt Nam, ngô là cây lơng thực quan trọng thứ hai sau cây lúa, có sự
phát triển rộng khắp, liên tục và đạt đỉnh điểm vào năm 2005. Theo tổng quan
nông nghiệp năm 2005 của Nguyễn Sinh Cúc (NN và PTNT 1/2006) thì sản
xuất ngô năm 2005 có tiến bộ vợt bậc: Diện tích đạt 1039 nghìn ha, năng suất đạt
35,5 tạ/ha và sản lợng đạt 3,69 triệu tấn, đã làm thay đổi tỷ trọng cơ cấu sản lợng
thực từ 5,7% năm 2000 lên 9% năm 2005 [1].

-8-


Những tiến bộ về sản xuất ngô Việt nam thể hiện rất rõ nét trong giai đoạn
20 năm thực hiện đờng lối đổi mới của Đảng. Trong suất 20 năm qua (19852004) diện tích, năng suất và sản lợng ngô Việt Nam tăng liên tục với tốc độ rất
cao. Tỷ lệ tăng trởng bình quân hàng năm trong suốt 20 năm về diện tích là
7,5%/năm, năng suất 6,7%/năm và sản lợng là 24,5%/năm, cao hơn nhiều 10
năm trớc đó khi đất nớc ta thống nhất 1975-1985 (các tỷ lệ tơng ứng giai đoạn
này là 4,2%; 3,9% và 10,0%). Nếu chúng ta lấy số liệu tuyệt đối của 2 năm
(1985) và sau 20 năm đổi mới (2004) thấy rằng diện tích ngô tăng 2,5 lần, năng
suất 2,3 lần và sản lợng 5,9 lần [1].
Tuy nhiên, năng suất ngô của Việt Nam năm 2004 (34,9 tạ/ha) vẫn còn
thấp hơn năng suất bình trung bình thế giới (48,5 tạ/ha), vẫn thấp hơn nhiều so
với Mỹ (100,0 tạ/ha) và Trung Quốc (51,1 tạ/ha) song đã vợt đợc năng suất bình
quân khối các nớc đang phát triển (31,3 tạ/ha). Mặc dầu vậy, khách quan mà nói:
Sản xuất ngô Việt Nam trong thời kỳ đổi mới đã có sự phát triển vợt bậc, toàn
diện và đáng trân trọng.
1.2. Cây trồng biến đổi gen

1.2.1. Khái niệm về cây trồng biến đổi gen
Cây trồng biến đổi gen hoặc cây trồng công nghệ sinh học là các cây trồng
đã đợc biến đổi về mặt di truyền nhằm làm cho cây trồng mang một số đặc tính
quý giá mà cây trồng tự nhiên không có. Công nghệ này cho phép các gen riêng
biệt đã chọn lọc đợc chuyển từ một cơ thể này sang một cơ thể khác cũng nh giữa
các loài không có liên quan với nhau. Các tính trạng thờng đợc chuyển vào cây
trồng nh tính kháng côn trùng, kháng nấm bệnh, kháng vi khuẩn, kháng thuốc trừ
cỏ, kháng mặn, cho năng suất cao, chất lợng sản phẩm tốt. Đây là một phơng hớng quan trọng giải quyết vấn đề an toàn lơng thực cho nhân loại góp phần giảm
thiểu các loại nông dợc và phân bón hoá học, bảo vệ môi trờng sinh thái bền
vững.

-9-


Sự biến đổi về mặt di truyền thờng bao gồm sự chèn đoạn ADN, tái tổ hợp
những mảnh ADN nhỏ hơn vào trong hệ gen của cây trồng bị biến đổi. Cấu trúc
của gen chèn điển hình trong GMC (Genetically Modified Crops) đợc tạo nên bởi
3 bộ phận:
1. Đoạn promoter (đoạn khởi động) có chức năng điều khiển hoạt động
của gen cấu trúc, nó đợc ví nh chiếc công tắc bật/mở để đọc gen chèn vào.
2. Gen đã đợc chèn (gen đã bị biến đổi) đây thực chất là một gen cấu trúc
mã hoá cho đặc điểm đã chọn lọc riêng biệt.
3. Đoạn terminator (đoạn kết thúc) có chức năng nh một tín hiệu dừng để
đọc gen đã chèn .
Ngoài ra một vài yếu tố khác có thể có mặt trong cấu trúc của đoạn ADN
chèn và chức năng của chúng thờng là để điều chỉnh và ổn định chức năng của
gen hoặc là để chứng minh sự có mặt của cấu trúc ADN chèn trong GMC hoặc
để có sự kết hợp dễ dàng của các thành phần khác nhau trong cấu trúc đoạn ADN
chèn. Cấu trúc của đoạn ADN chèn phải tơng hợp với hệ gen của cơ thể nhận để
nó có sự di truyền ổn định.

1.2.2. Những vấn đề liên quan đến cây trồng biến đổi gen
1.2.2.1. Lợi ích của cây trồng biến đổi gen
Thực trạng phát triển nhanh chóng của cây trồng biến đổi gen trong những
năm qua đã chứng tỏ chúng có những mặt mạnh nổi trội hơn hẳn những cây trồng
không biến đổi gen. Sau đây là những lợi ích mà chúng đem lại cho con ngời
trong thời gian kể từ khi cây trồng biến đổi gen đầu tiên xuất hiện cho đến nay:
Lợi ích trong nghiên cứu cơ bản: Việc sử dụng GMC đã góp phần to lớn
trong việc phát hiện các gen quan trọng, xác định đợc chức năng của một gen bất
kỳ.
Lợi ích trong cải tạo giống cây trồng: Nhờ có công nghệ gen mà nhiều
giống cây trồng mới đợc tạo ra với các đặc tính không có ở cây trồng tự nhiên nh

-10-


khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh, chống chịu sâu bệnh, chống chịu
thuốc diệt cỏ nhằm nâng cao sản lợng và chất lợng cây trồng.
Lợi ích trong chăn nuôi gia súc: Công nghệ chuyển gen thực vật đã tạo ra
các loại thức ăn gia súc chứa các kháng thể đặc hiệu hay vacxin tái tổ hợp, làm
tăng sức đề kháng của vật nuôi đối với bệnh tật, tạo ra các loại thức ăn có chất l ợng dinh dỡng cao.
Lợi ích trong công nghệ thực phẩm: Rất nhiều loại thực phẩm mới có chất
lợng dinh dỡng cao, mẫu mã đẹp, thời gian bảo quản lâu, hay làm thay đổi hàm lợng acid béo trong dầu thực vật nhằm làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch đã
đợc tạo ra nhờ công nghệ chuyển gen thực vật.
Lợi ích trong công nghệ dợc phẩm: Nhờ kỹ thuật ADN tái tổ hợp, ngời ta
có thể sản xuất ra các sản phẩm nh các kháng nguyên, các protein ngời,
hemoglobin, một số kháng thể ... từ cây trồng biến đổi gen.
Lợi ích về môi trờng: Năng suất của cây trồng biến đổi gen cao hơn rất
nhiều so với các cây trồng tự nhiên do đó sự phát triển của GMC sẽ làm giảm nhu
cầu chuyển đổi đất rừng và đất ở thành đất nông nghiệp. Làm giảm nhu cầu sử
dụng thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ, bón đạm ... nh vậy sẽ làm giảm ô nhiễm nguồn

nớc và nguy cơ gây hại cho sức khoẻ con ngời.
Lợi ích về kinh tế: GMC đã và đang mang lại cho ngời nông dân nhiều lợi
ích về kinh tế, nó làm giảm chi phí sản xuất, giảm sức lao động và tăng giá trị sản
phẩm. Năm 2007, doanh thu từ GMC đạt 6,9 tỷ USD và dự định năm 2008 là 7,5
tỷ USD [42].
Lợi ích ngời tiêu dùng: Nhờ có công nghệ chuyển gen thực vật mà ngời
tiêu dùng có thể có đợc các sản phẩm thực phẩm có lợi hơn đối với con ngời nh
các sản phẩm có chất lợng dinh dỡng cao, có hơng vị, có thời gian bảo quản lâu,
hay đợc bổ sung một số chất nh vitamin A, vitamin E, văcxin... Ngoài ra ngời ta
đã chứng minh khả năng làm giảm tỷ lệ nhiễm độc tố do nấm bệnh tạo ra và
giảm mức độ tạo độc tố nấm trong thời gian bảo quản của hạt ở giống ngô kháng
-11-


sâu, nhờ đó mà những độc tố này không thể gây hại đến sức khoẻ của con ngời
và vật nuôi [12, 20].
Ngoài những lợi ích to lớn kể trên, khi đa GMC ra ngoài môi trờng ngời ta
đặc biệt quan tâm đến những ảnh hởng của nó đối với môi trờng và sự cân bằng
hệ sinh thái... Thực tế đã cho thấy cây trồng biến đổi gen có ích lợi tiềm tàng đối
với môi trờng. Chúng giúp bảo tồn các nguồn lợi tự nhiên, sinh cảnh và các
nguồn lợi bản địa, chúng góp phần giảm xói mòn đất, cải thiện chất lợng nớc, cải
thiện rừng và nơi c ngụ của động vật hoang dại.
1.2.2.2. Những rủi ro có thể có của cây trồng biến đổi gen
Cây trồng biến đổi gen mang các đặc tính đã đợc cải biến nhằm mang lại
những lợi ích tối đa cho con ngời nhng khi đa chúng ra môi trờng tự nhiên và thơng mại hoá chúng thì không thể không đánh giá những rủi ro có thể xảy ra.
Những rủi ro này thờng đợc xem xét ở một số khía cạnh chính sau:
Hiểm hoạ cỏ dại: Các thực vật biến đổi gen có thể ảnh hởng tiêu cực lên hệ
sinh thái tự nhiên vì chúng làm tăng hiểm hoạ cỏ dại theo hai con đờng. Trớc
tiên, GMC tạo nên những quần thể độc lập tồn tại bên ngoài các hoạt động canh
tác, điều đáng quan tâm là những thực vật này có thể trở thành cỏ dại và xâm lấn

các quần thể tự nhiên rồi từ đó gây ra sự suy giảm nhiều hơn về tính đa dạng sinh
học của sinh cảnh thực vật bản địa. Các gen mới trong GMC có thể chuyển sang
cây họ hàng sống hoang dã ngoài tự nhiên theo phơng thức lan truyền hạt phấn
nhờ vào khả năng sống sót và tính hữu thụ của các cây lai đợc tạo ra. Điều này có
thể gây tác động tiêu cực lên quần thể thực vật mọc hoang dã nếu các gen mới
nêu trên đợc nhập nội trở lại vào chính các quần thể thực vật nguyên thuỷ đó.
Khả năng tạo ra các loài cỏ mới kháng thuốc trừ cỏ hay loài cỏ kháng côn trùng
[5].
Khả năng kháng sâu: Cây trồng kháng sâu có khả năng tiêu diệt các loài
sinh vật không phải là sinh vật cần diệt làm ảnh hởng đến chuỗi thức ăn tự nhiên,
ảnh hởng đến sự đa dạng sinh học. Ví dụ nhóm chất độc Bt chủ yếu diệt các loài
-12-


trong bộ cánh vảy (bớm, sâu đục thân ngô Châu Âu...) nhng đồng thời lại có ảnh
hởng lên cả bộ cánh cứng (ví dụ nh gián).
Nguy cơ phát sinh các mầm bệnh: Một nguy cơ tiềm tàng khác là khả năng
tái tổ hợp của một gen virus sẵn có trong GMC với các gen từ một virus khác
nhiễm vào cây đó và tạo ra một virus mới [5].
Sự kháng kháng sinh: Do các GMC thờng đợc chuyển các gen quy định
tính trạng kháng kháng sinh, vì thế gây ra mối lo lắng rằng liệu các gen này có
thể đợc phát tán từ GMC sang các vi sinh vật c trú trong ruột ngời và làm chúng
tăng khả năng đề kháng đối với kháng sinh. Tuy nhiên ngời ta thấy rằng mối
nguy cơ này xảy ra với xác suất vô cùng nhỏ và nếu có xảy ra thì tác động này
cũng không đáng kể vì gen chỉ thị đợc sử dụng trong GMC đợc ứng dụng rất ít
trong thú y và y học [12].
1.2.2.3. Vấn đề an toàn và những quy định về quản lý cây trồng biến đổi gen
Mặc dù GMC đang đợc thơng mại hoá có nhiều đặc tính u việt hơn so với
các cây trồng cùng loại nhng do mới xuất hiện nên ngời ta cha đánh giá hết đợc
những ảnh hởng bất lợi của chúng. Vì vậy yêu cầu đặt ra khi thơng mại hóa GMC

và sản phẩm của chúng là chúng ta phải đặt vấn đề xem xét về mức độ an toàn
của các sản phẩm này lên hàng đầu. Vì thế bất kỳ một sản phẩm chuyển gen nào
trớc khi đợc đa ra thị trờng phải đợc thử nghiệm toàn diện, đợc các nhà khoa học
và giám định viên đánh giá độc lập xem có an toàn hay không về mặt dinh dỡng,
độc tính, khả năng gây dị ứng và các khía cạnh khoa học thực phẩm khác. Những
đánh giá về an toàn thực phẩm này dựa trên những quy định của từng quốc gia.
Chúng bao gồm: một hớng dẫn sử dụng sản phẩm, một thông tin chi tiết về mục
đích sử dụng sản phẩm, các thông tin về phân tử, hoá sinh, độc tính, dinh dỡng,
khả năng gây dị ứng...
Do những rủi ro và những lo ngại bất thờng xung quanh quá trình biến đổi
di truyền mà việc bắt buộc dán nhãn các sản phẩm GMC đã trở thành một yêu
cầu và là quy định của nhiều quốc gia. Việc dán nhãn GMC cho phép ngời tiêu
-13-


dùng lựa chọn sản phẩm theo phong tục, tôn giáo, chế độ ăn hàng ngày của họ vì
nhiều tôn giáo không thích sử dụng các sản phẩm đợc tạo ra nhờ sự biến đổi di
truyền.
1.2.3. Tình hình sản xuất, sử dụng cây trồng biến đổi gen trên thế giới
Sau khi những kết quả nghiên cứu đầu tiên về cây trồng biến đổi gen đợc
công bố những năm 80 thế kỷ XX, sự phát triển của cây trông biến đổi gen có
những bớc đột phá quan trọng về những kết quả nghiên cứu và ứng dụng chúng
vào sản xuất:
Năm 1994, lần đầu tiên FDA (Cơ quan quản lý thực phẩm và dợc phẩm
Mỹ) chấp nhận thực phẩm đợc tạo ra bằng CNSH là cà chua. Năm 1996, cây
trồng biến đổi gen thực sự bùng nổ với sự ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Năm
1997, cây trồng biến đổi gen lần đầu tiên đợc thơng mại hóa, diện tích cây trồng
biến đổi gen thơng mại hoá đạt gần 11 triệu hecta (chủ yếu là Mỹ, Achentina,
Auxtralia, Canada, Trung Quốc và Mehico). Năm 2000, diện tích cây trồng biến
đổi gen đạt 44,2 triệu ha trên 13 nớc. Năm 2001, chèn thành công gen đơn từ

Arabidopsis vào cây cà chua để tạo ra cây trồng đầu tiên có thể trồng trên đất và
nớc mặn. Năm 2002, tổng giá trị thị trờng toàn cầu của cây trồng biến đổi gen ớc
tính đạt khoảng 4,5 tỷ USD. Năm 2004, diện tích cây trồng biến đổi gen đạt con
số 81 triệu hecta. Năm 2005 diện tích cây biến đổi gen đã đạt 90 triệu hecta,
diện tích cây trồng biến đổi gen đã tăng hơn 50 lần trong thập kỷ đầu tiên cây
biến đổi gen đợc trồng đại trà, số nớc trồng cây biến đổi gen tăng lên tới 21 nớc.
Năm 2007 diện tích cây CNSH tiếp tục tăng 2 con số, đạt 12% tơng đơng với
12,3 triệu hecta (30 triệu mẫu). Diện tích đất canh tác cây CNSH lên tới 114, 3
triệu hecta [41].
Tổng diện tích đất trồng cây CNSH từ năm 1996 đến năm 2007 đạt 690
triệu hecta (1,7 tỷ mẫu), tăng 67 lần so với năm 1996, đa CNSH trở thành thành
tựu đợc ứng dụng nhanh nhất trong nông nghiệp. Năm 2007 cũng là năm đầu

-14-


tiên tổng luỹ kế số nông dân quyết định canh tác cây trồng CNSH vợt con số 50
triệu ngời [41].

Hình 1: Diện tích cây trồng CNSH trên toàn cầu 1996-2007 (triệu ha)
Từ năm 1996 đến năm 2007, tỉ trọng diện tích trồng cây CNSH của các nớc
đang phát triển so với diện tích trồng trên toàn thế giới tăng đều mỗi năm. Năm
2007, 43% diện tích cây trồng CNSH trên toàn cầu là ở các nớc đang phát triển
(tăng 3% so với tỷ trọng 40% năm 2006), tơng đơng với 49,4 triệu hecta. Trong
khoảng thời gian từ 2006 đến 2007, diện tích trồng cây CNSH ở các nớc đang
phát triển (8,5 triệu ha hay 21%) tăng cao hơn so với các nớc công nghiệp (3,8
triệu ha hay 6%). Đáng chú ý là có 5 nớc lớn và đang phát triển đa cây trồng
CNSH vào canh tác, nằm ở 3 châu lục: Trung Quốc và ấn Độ ở Châu á, Achentina
và Braxin ở châu Mỹ Latinh, Nam Phi ở châu Phi; tổng dân số ở cả 5 quốc gia này
là 2,6 tỉ ngời, chiếm 40% dân số thế giới, trong đó có 1,3 tỉ ngời sống hoàn toàn

dựa vào nông nghiệp.
Bảng 1: Diện tích trồng cây CNSH năm 2007 phân theo nớc (đ/v: triệu ha)
TT

Nớc trồng

Diện tích trồng

Loại cây biến đổi gen
-15-


1*
2*
3*
4*
5*

Hoa Kỳ
Đậu tơng, ngô, bông, cải, đu đủ, cỏ alfalfa
57.7
Achentina*
19.1
Đậu tơng, ngô, bông
Brazin*
Đậu tơng, ngô
15.0
Canada*
7.0
Cải canola, ngô, đậu tơng

Bông
ấn Độ*
6.2
6*
Trung quốc*
3.8
Bông, cà chua, thuốc lá, đu đủ, hạt tiêu
7*
Paraguay*
2.6
Đậu tơng
8*
Nam phi*
1.8
Ngô, đậu tơng, bông
9*
Urugoay*
0.5
Đậu tơng, ngô
10* Philippin*
0.3
Ngô
11* Australia*
0.1
Bông
12* Spain*
0.1
Ngô
13* Mexico*
0.1

Bông, đậu tơng
14
Colombia
0.1
Bông, cẩm chớng
15
Chile
<0.1
Ngô, đậu tơng, cải canola
16
Pháp
<0.1
Ngô
17
Honduras
<0.1
Ngô
18
Cộng Hoà Séc
<0.1
Ngô
19
Bồ Đào Nha
<0.1
Ngô
20
Đức
<0.1
Ngô
21

Slovakia
<0.1
Ngô
22
Romania
<0.1
Ngô
23
Phần Lan
<0.1
Ngô
* 13 nớc đợc coi là có diện tích trồng lớn, từ 50,000 héc-ta trở lên
Trong số các cây trồng CNSH đợc đa vào thơng mại hoá từ năm 1996 đến
năm 2007 tính trạng chịu thuốc trừ cỏ vẫn là tính trạng nổi trội. Năm 2007, tính
trạng chịu đợc thuốc trừ cỏ đợc triển khai trên cây đậu tơng, ngô, cải canola, cỏ
alfalfa với diện tích trồng là 72,7 triệu hecta (chiếm 63% diện tích đất trồng cây
CNSH toàn cầu). Năm 2007, Hoa Kỳ, Achentina, Braxin, Canada, ấn Độ và
Trung Quốc tiếp tục là các nớc đa cây trồng CNSH vào canh tác nhiều nhất. Hoa
Kỳ vẫn dẫn đầu thế giới với 57,7 triệu hecta (chiếm 50% diện tích đất trồng cây
CNSH trên thế giới), do nhu cầu ngày càng tăng của thị trờng ngô dùng trong sản
xuất cồn ethanol, diện tích trồng ngô CNSH tăng tới 40% - mức tăng này đã phần
nào bù lại mức giảm đôi chút đối với diện tích trồng đậu tơng và bông CNSH.

-16-


Đáng chú ý là 63% ngô CNSH, 78% bông CNSH và 37% các loại cây CNSH
khác ở Hoa Kỳ là các sản phẩm mang gien độn (các sản phẩm tập hợp nhiều đặc
tính) có chứa hai hay ba đặc tính và đem lại nhiều lợi ích trên một cây trồng. Xu
thế của tơng lai là sử dụng những loại cây trồng CNSH mang gien độn kiểu này

nhằm đáp ứng nhu cầu của nông dân và ngời tiêu dùng.
Nh vậy, trên thế giới tình hình phát triển của cây trồng biến đổi gen rất
mạnh mẽ, nó đã đem lại rất nhiều lợi ích cho con ngời, đặc biệt trong lĩnh vực
nông nghiệp: cây trồng biến đổi gen cho phép tạo ra nhng cây trồng cho năng
suất cao, chất lợng tốt, có khả năng chống chịu sâu bệnh, hạn, mặn...
1.2.4. Tình hình sản xuất và sử dụng cây trồng biến đổi gen ở Việt Nam
Hiện nay ở nớc ta lĩnh vực nghiên cứu tạo sinh vật biến đổi gen, đặc biệt là
cây trồng biến đổi gen đang đợc tiếp cận, đầu t và triển khai nghiên cứu, ứng
dụng với sự chú trọng đặc biệt. Nhiều gen quý có giá trị ứng dụng nh năng suất
cao, chất lợng tốt, có khả năng chống chịu đã đợc phân lập và nghiên cứu nhằm
chuyển vào cây trồng để tạo nên những giống lý tởng. CNSH Việt Nam nói
chung và lĩnh vực cây trồng biến đổi gen nói riêng đã có những bớc phát triển
đáng chú ý:
Đã thành công trong việc phân lập đoạn promoter đặc trng hạt của gen
Gluteline lúa và thiết kế các gen Cry Xa21 vào Plasmid pCAMBIA nhằm làm
chủ nguồn gen có giá trị để tạo ra chủng vi khuẩn Agrobacterium cho việc
chuyển gen vào thực vật. Hoàn thiện quy trình chuyển gen CryIA(b), CryIA(c)
kháng côn trùng, gen Chitinase kháng bệnh nấm, gen Xa21 kháng bệnh bạc lá vi
khuẩn và gen Bar kháng thuốc diệt cỏ thông qua vi khuẩn Agrobacterium vào cây
lúa giống C71, giống DT10 và DT13, cây cải dầu và bắp cải [38].
Đối với cây lúa, đã tạo đợc lúa biến đổi gen giống Nàng Hơng Chợ Đào và
2 dòng cây biến đổi gen GUS A và hph.
Kết quả đã thu đợc những cây trồng biến đổi gen và lu giữ chúng trong
điều kiện invitro và trong điều kiện nhà kính.
-17-


1.3. Cây ngô biến đổi gen
1.3.2. Tình hình sản xuất cây ngô biến đổi gen trên thế giới
Trên thế giới thì diện tích cây ngô biến đổi gen là lớn thứ 2 sau đậu tơng

với diện tích 25,2 triệu ha chiếm 25% diện tích cây trồng biến đổi gen trên thế
giới. Cây ngô biến đổi gen đợc trồng nhiều nhất ở Mỹ, Achentina, Brazin,
Canada, China, Nam Phi, Uruguay, PhilippinCây ngô chủ yếu đ ợc nghiên cứu,
sản xuất và sử dụng giống có tính trạng chống chịu thuốc trừ cỏ, kháng sâu, chịu
hạn.
Năm 2006, thêm một số nớc thuộc liên minh Châu Âu (EU) lần đầu tiên đa
ngô Bt vào trồng đại trà. Tổng diện tích trồng ngô Bt ở 5 nớc (Pháp, Cộng Hoà
Séc, Bồ Đào Nha, Đức và Slovakia) đã tăng trên 5 lần từ xấp xỉ 1.500 ha năm
2005 lên gần 8.500 ha năm 2006, diện tích này còn tăng lên rất nhiều trong năm
2007.
Ngô là cây trồng đợc các quốc gia trên thề giới cấp phép sử dụng làm thực
phẩm và thức ăn chăn nuôi nhiều nhất với tổng số 35 giống khác nhau, vợt hẳn
cây trồng đứng thứ 2 là bông (với 19 giống khác nhau). Giống ngô đợc cấp phép
nhiều nhất là ngô kháng sâu bệnh (MON 810) và ngô kháng thuốc trừ cỏ
(NK603), cả hai giống ngô đợc 18 nớc cấp phép.
Năm 2006, theo ớc tính của hãng phân tích thị trờng Cropnosis, thị trờng
cây trồng biến đổi gen toàn cầu trị giá khoảng 6,15 tỷ đô la, chiếm 16% thị trờng
cây trồng đợc bảo hộ trên toàn cầu và chiếm 21% thị trờng hạt giống toàn cầu.
Trong đó giá trị của ngô biến đổi gen chiếm 39% tơng đơng khoảng 2,39 tỷ đô la
[41].
Do đặc tính sinh lý của cây ngô nên tỷ lệ đạt kết quả nghiên cứu chuyển
gen trong cây ngô trên thế giới là rất cao và đạt độ an toàn cao nhất so với các
loại cây trồng biến đổi gen trên thế giới. Nh vậy, với việc đa cây ngô biến đổi gen
vào sản xuất đã góp phần ổn định lơng thực trên thế giới trong hiện tại và trong tơng lai.
-18-


1.3.3. Tình hình sản xuất và sử dụng cây ngô biến đổi gen tại Việt Nam
Việt Nam là một quốc gia với nền kinh tế nông nghiệp chủ yếu. Ngô là
một trong những cây lơng thực đóng vai trò quan trọng. Vì vậy, việc nghiên cứu

cây ngô biến đổi gen đang đợc đầu t mạnh mẽ.
Vào ngày 5/09/2005 thành phố Hồ Chí Minh đã tiến hành trồng thử
nghiệm hai loại bắp chuyển gen trên diện tích 1.000 m 2 đất ở Q.12. Hai loại ngô
chuyển gen nói trên là hai loại ngô đã đợc chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ và
kháng sâu [40].
Kết quả từ việc trồng thử nghiệm bắp chuyển gen sẽ đợc so sánh với các
giống bắp thông thờng hiện đang đợc trồng tại thành phố Hồ Chí Minh. Trên cơ
sở đó, các nhà khoa học sẽ đề xuất nên hay không nên ứng dụng trồng ngô
chuyển gen ở Việt Nam.
Đặc biệt mới đây, đề tài/dự án tạo ngô biến đổi gen kháng sâu và kháng
thuốc diệt cỏ đợc nghiên cứu tại viện Di Truyền Nông Nghiệp do TS. Nguyễn
Văn Đồng chủ nhiệm đề tài, mục tiêu là tạo dòng ngô kháng sâu và kháng thuốc
diệt cỏ có năng suất cao và thích nghi tốt với các vùng sinh thái khác nhau. Đây
là đề tài/dự án thuộc chơng trình trọng điểm Phát triển ứng dụng công nghệ sinh
học trong lĩnh vực Nông nghiệp thực hiện từ tháng 10 năm 2006.
1.4. Những vấn đề liên quan đến cây trồng kháng thuốc trừ cỏ và một số
dòng ngô mang gen kháng thuốc trừ cỏ
1.4.1. Một số vấn đề liên quan đến cây trồng kháng thuốc trừ cỏ
Khi đợc hỏi, bất cứ ngời nông dân nào cũng trả lời rằng cỏ dại luôn là một
vấn đề gây lo lắng cho họ. Cỏ dại không chỉ cạnh tranh với cây trồng để lấy nớc,
chất dinh dỡng, ánh nắng mặt trời, khoảng không để mọc mà còn là nơi c trú cho
côn trùng và các loại sâu bọ gây bệnh, gây tắc nghẽn hệ thống tới tiêu, làm giảm
sút chất lợng mùa màng, và còn đem theo cả hạt giống cỏ vào cây trồng đợc thu
hoạch.

-19-


Thông thờng, nông dân sẽ cày bừa trớc khi trồng trọt nhằm làm giảm số lợng cỏ dại trên cánh đồng. Sau đó họ phun thuốc diệt cỏ theo diện rộng để làm
cho cỏ dại không thể mọc đợc ngay trớc khi geo hạt. Biện pháp diệt cỏ này rất

tốn kém và việc cày xới đất sẽ khiến gió và nớc làm xói mòn lớp đất phía trên bề
mặt gây hậu quả nghiêm trọng kéo dài cho môi trờng. Ngoài ra, một số thuốc
diệt cỏ lại tồn tại dai dẳng trong môi trờng. Sự tạo thành các cây trồng kháng
thuốc diệt cỏ là một cách để khắc phục các yếu điểm đó.
Một số cải biến sinh học khác nhau có thể làm cho cây trồng trở nên
kháng thuốc diệt cỏ có thể nêu ra là:
Tạo ra một loại protein mới giải độc thuốc diệt cỏ.
Thay đổi protein mục tiêu của thuốc diệt cỏ do vậy mà protein này sẽ
không bị tác động bởi thuốc diệt cỏ.
Sản xuất quá mức protein mục tiêu nhạy cảm thuốc diệt cỏ sao cho vẫn có
d để duy trì các chức năng tế bào bất chấp sự có mặt của thuốc diệt cỏ.
Cho cây khả năng bất hoạt về mặt chuyển hoá thuốc diệt cỏ.
Ba cách đầu tiên là những cách phổ biến nhất mà các nhà khoa học dùng
để phát triển loại cây trồng chịu đợc thuốc diệt cỏ (bảng 2).
Trong số các cây trồng CNSH đợc đa vào thơng mại hóa từ năm 1996 đến
năm 2007 tính trạng chịu thuốc trừ cỏ vẫn là tính trạng nổi trội. Năm 2007, tính
trạng chịu đợc thuốc trừ cỏ đợc triển khai trên cây đậu tơng, ngô, cải canola, cỏ
alfalfa với diện tích trồng là 72,7 triệu hecta (chiếm 63% diện tích đất trồng cây
CNSH toàn cầu). Các giống phổ biến nhất là chịu đợc thuốc glyphosate và
glufosinate [41]. Bảng dới đây (bảng 3) cho thấy các nớc đã chuẩn y các loại cây
trồng chịu đợc thuốc diệt cỏ chính dùng làm thực phẩm
Bảng 2: Một số ví dụ về sự kháng thuốc diệt cỏ
Thuốc diệt cỏ

Cơ chế phát triển tính kháng thuốc diệt cỏ

-20-


Triazin

Tính kháng thuốc là do sự thay đổi gen psbA mã hoá
cho đích của thuốc diệt cỏ, protein lục nạp D-1.

Sulfonylure

Các gen mã hoá các dạng kháng của enzym axetolactat
synthetaza đã đợc đa vào lúa, cây dơng, cây lanh, cây
cải dầu

Imidazolimon

Các giống có các dạng enzym axetolactat synthetaza
kháng đã đợc chọn lọc trong nuôi cấy mô.

Aryloxphenoxypropionat Các thuốc diệt cỏ này kìm hãm enzym axetyl coenzym
xyclohexanedion

A carboxylaza. Sự kháng đợc chọn lọc trong nuôi cấy
mô, có đợc là do enzym thay đổi không nhạy cảm thuốc
diệt cỏ hoặc phân huỷ thuốc diệt cỏ.

Glyphosat

Tính kháng do sản xuất quá mức EPSPS, đích của thuốc
diệt cỏ này. Tính kháng thuốc đợc cải biến bằng biến
nạp đặc trng với gen EPSPS kháng glyphosat và thuốc
lá với gen glyphosat oxidoreductaza mã hoá enzym
phân huỷ glyphosat.

Axit phenoxycarboxylic

Cây bông và thuốc lá có tính kháng đợc tạo thành bằng

(nh 2,4-D và 2,4,5-T)

biến nạp với gen tfdA từ Alcaligenes mã hoá
dioxygenaza phân huỷ chất diệt cỏ này.

Glufosinat
(phosphinothrixin)

Hơn 20 loại cây khác nhau đã đợc biến nạp với gen bar
từ Streptomyces hygroscopicus hoặc gen pat từ S.
Viridochromogenes. Phosphinothrixin axetyltransferaza
mà các gen này mã hoá khử độc thuốc diệt cỏ này.

Xyanamit

Cây thuốc lá kháng đợc sinh ra khi gen xyanamit
hydrataza từ nấm Mycrothecium verrucaria đợc đa vào.
Enzym mã hoá gen này chuyển xyanamit thành ure

-21-


Bảng 3: Một số nớc đã chuẩn y các loại cây trồng chịu đợc thuốc diệt
Cây trồng

Nớc

Canola

Ôxtralia, Canađa, Nhật bản, Hoa kỳ, Achentina

Bông

Achentina, Ôxtralia, Canađa, Nhật Bản, Hoa kỳ

Ngô

Achentina, Ôxtralia, Canađa, Liên minh Châu âu, Nhật
Bản, Thuỵ sỹ, Anh, Hoa kỳ

Lúa

Hoa kỳ

Đậu tơng

Achentina, Ôxtralia, Braxin, Canađa, Nhật Bản, Hàn
Quốc, Mêxicô, Hà Lan, Nga, Nam Phi, Thuỵ sỹ, Hoa kỳ,
Uruguay

Củ cải đờng

Ôxtralia, Canađa, Nhật Bản, Hoa kỳ
cỏ chính dùng làm thực phẩm

1.4.2. Một số gen kháng thuốc trừ cỏ Phosphinothricin-N-acetyltransferase

(PAT), Bar
Gen Phosphinothricin-N-acetyltransferase (PAT)
Gen Phosphinothricin-N-acetyltransferase (PAT) là một trong những gen
kháng thuốc trừ cỏ đã đợc chuyển vào một số cây trồng nh ngô và đậu tơng. Gen
này chống chịu đợc với thuốc trừ cỏ glufosinate, đợc phân lập từ một loại xạ
khuẩn đất Streptomycesviridochromogenes. Gen PAT cho phép sản sinh ra
enzyme phosphinothricine N-acetyltransferase (PAT), enzym này có khả năng
chống chịu đợc glufosinate.
Gen Bar
Gen Bar là một trong các gen kháng thuốc trừ cỏ ammonium-glufosinate
(hay phosphinothricin). Ammonium-glufosinate là thành phần hoạt tính của
thuốc diệt cỏ Basta, Finale, Buster, Harvest và Liberty, đây là loại thuốc trừ cỏ có
hệ thống phân loại rõ nét mà nó đã đợc sử dụng rộng rãi để kiểm soát không
chọn lọc đối với các loài cỏ dại 1 năm và lâu năm, là chất diệt cỏ có phổ rộng và

-22-


đợc sử dụng để kiểm soát vùng cỏ dại rộng lớn trong quá trình canh tác.
Glufosinate là hợp chất tự nhiên đợc phân lập từ 2 loài nấm Streptomyces, ức chế
hoạt tính của enzym tổng hợp glutamin, enzym cần thiết cho sự tạo thành
glutamin và độc tính ammonia. Việc sử dụng glufosinate dẫn đến làm giảm hàm
lợng glutamin và làm tăng ammonia trong mô thực vật. Điều này làm cho quá
trình quang hợp ngừng và cây chết sau vài ngày.
Gen Bar mã hoá cho enzym phosphinothricin- N- acetyltransferase (PAT)
đợc phân lập từ chủng Streptomyces hygroscopicus HP632. Ngoài việc cung cấp
tính trạng kháng thuốc trừ cỏ, gen mã hoá enzym PAT còn đợc sử dụng nh
marker chọn lọc để xác định các cây đã chuyển gen trong suốt quá trình tái sinh
nuôi cấy mô. làm cho thành phần hoạt tính trong thuốc trừ cỏ glufosinate là
phosphinothricin không hoạt động, cho phép các cây trồng sống sót trong khi mà

ứng dụng khác của glufosinate có thể gây chết.
1.4.3. Một số dòng ngô mang gen kháng thuốc diệt cỏ
Event Bt16
Phơng pháp chuyển nạp: Sử dụng súng bắn gen.
Dòng Bt16 đợc cải biến di truyền để kháng thuốc trừ cỏ ammoniumglufosinate (hay phosphinothricin), thnh phần hoạt tính của thuốc diệt cỏ Basta,
Finale, Buster, Harvest v Liberty. Ammonium-glufosinate l một chất diệt cỏ
có phổ rộng, không chọn lọc. Nó đợc sử dụng để kiểm soát cỏ dại sau khi cây
mọc hoặc kiểm soát thảm thực vật mọc trên đất m chúng không sử dụng cho
mục đích gieo trồng. Nó có thể bị vi khuẩn phân huỷ ở mức độ cao, không có
hoạt tính d thừa, v mức độ độc tính đối với con ngời v động vật rất thấp.
Khả năng chống chịu glufosinate trong dòng ny l do gen bar, gen ny mã hoá
cho enzym phosphinothricin-N-acetyltransferase (PAT) m cho phép các cây
trồng ny sống sót trong khi m ứng dụng khác của glufosinate có thể gây chết.

-23-


Hình 2: Cấu trúc pDPG165 sử dụng trong biến nạp event Bt16
Event GA21
Phơng pháp chuyển nạp: Sử dụng súng bắn gen.
Dòng GA21 l ngô Roundup Ready, chống chịu thuốc trừ cỏ glyphosate.
Glyphosate l 1 loại thuốc trừ cỏ đợc biết sau ny, đây l loại thuốc trừ cỏ có
hệ thống phân loại rõ nét m nó đã đợc sử dụng rộng rãi để kiểm soát không
chọn lọc đối với các loi cỏ dại 1 năm v lâu năm. Dòng GA21 có khả năng
kháng thuốc trừ cỏ nhờ chuyển gen EPSPS nội sinh của ngô vo genome của cây,
enzym mã hoá của gen ny không nhạy với sự khử hoạt tính bởi glyphosate.

Hình 3: Đoạn ADN của cấu trúc pDPG434 sử dụng trong biến nạp để tạo ra
event GA21
Event T14, T25

Phơng pháp chuyển nạp: Chuyển ADN trực tiếp vo genome của cây.
T14 v T25 đã đợc cải biến di truyền để chống chịu ammonium
glufosinate (phosphinothricin), thnh phần hoạt tính của các loại thuốc trừ cỏ của
các hãng Basta, Finale, Buster, Harvest v Liberty. Tính kháng thuốc trừ cỏ
ammonium glufosinate có đợc l do gen PAT.
-24-


Hình 4: Plasmid p35S/Ac đã đợc sử dụng để tạo ra event T14, T25
Event TC1507
Phơng pháp biến nạp: Chuyển nạp nhờ súng bắn gen.
TC1507 đợc cải tiến di truyền để kháng côn trùng v thuốc trừ cỏ
glufosinate. Dòng ny chứa gen cry1F - l protein cry1F của côn trùng có nguồn
gốc từ B. thuringiensis var. aizawai. Protein ny có hiệu quả trong việc kiểm soát
ấu trùng của nhiều loi sâu bọ phổ biến ở ngô chẳng hạn nh sâu đục thân ngô
Châu Âu, sâu đục thân ngô Tây Bắc, sâu ngi đen, sâu cắn gié. Dòng TC1507 có
khả năng chống chịu ammonium glufosinate l do chuyển gen PAT v o genome
của dòng ny.

Hình 5: Plasmid PHI8999A đã đợc sử dụng để tạo ra event TC1507
1.5. Các phơng pháp phát hiện cây trồng biến đổi gen
Việc nhận biết GMC có rất nhiều ứng dụng nh để đánh giá mức độ sạch
của Cây giống hay đối với việc bắt buộc dán nhãn thực phẩm ở một số quốc gia.
Có rất nhiều kỹ thuật đã và đang đợc phát triển để đáp ứng nhu cầu này. Nhận
biết GMC và dẫn xuất của nó có thể đợc thực hiện nhờ sự nhận biết phân tử mà
những phân tử này có nguồn gốc từ gen đợc chèn [13, 14]. Có 3 phơng pháp để
xác định GMC đó là:
-25-