Công nghệ chuyển gen ở thực vật

CÔNG NGHỆ
CHUYỂN GEN Ở
THỰC VẬT
Chuyên đề cao học 2013


PHẦN II
CÁC HƯỚNG TẠO CÂY CHUYỂN
GEN


1. Tạo giống kháng sâu
TÁC HẠI
 Côn

trùng có số lượng loài lớn nhất (7,5x105)
trong các lớp sinh vật
 Côn trùng gây hại có thể làm giảm năng suất và
sản phẩm thu hoạch tới 100%
 Sâu có thể gây hại cây trồng ở nhiều giai đoạn
phát triển khác nhau:
 Giai

đoạn cây con
 Trong thời gian sinh trưởng
 Trong sự sinh trưởng sinh sản, hình thành hạt, quả…
 Sâu

gây hại ở nhiều phần khác nhau của cây:

 Bộ

phận bên trên mặt đất: thân lá, cơ quan sinh sản
 Bộ phận dưới mặt đất: hệ rễ, các cơ quan dự trữ…


CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG
SÂU HẠI ĐANG SỬ DỤNG
Phòng chống bằng thuốc hóa học
 Sử dụng các giải pháp kỹ thuật trồng trọt tổng hợp
để hạn chế côn trùng (IPM)
 Chọn tạo giống về mặt di truyền bằng các phương
pháp tạo giống truyền thống.



CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN
THUỐC TRỪ SÂU
 Thuốc

trừ sâu đầu tiên là dicloro diphenyl
triclorethan (DDT) được tổng hợp từ 1870 và
giảm mạnh vào 1930-1980. Các thuốc hoá học
lân hữu cơ (malathion, parathion, …) tác động
rất mạnh đến hệ thần kinh vận động và thần kinh
não.
 Thuốc có ảnh hưởng lâu dài, gián tiến lên hệ
sinh thái. DDT bền vững trong môi trường trên
20 năm, tích tụ ngày càng tăng qua chuỗi thức
ăn. Nhiều loài chim giảm rõ rệt.

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN
THUỐC TRỪ SÂU
 Thuốc

tồn tại không lâu nên phải phun lại nhiều

lần.
 Thuốc khó xâm nhập vào đúng vị trí mà sâu ăn
-> phải phun toàn cây.
 Thuốc có thể diệt cả sâu hại lẫn sâu có ích
 Côn trùng cũng phát triển, tính kháng thuốc
khiến thuốc giảm hay không còn hiệu lực.
 Sử dụng thuốc sâu còn liên quan đến độ an toàn
của thuốc, tác động của thuốc đến môi trường, o
nhiễm nước ngầm.


CÁC GIẢI PHÁP CẢI TIẾN NHẰM
PHÒNG CHỐNG SÂU HẠI
Sử dụng IPM nhiều hơn
 Phát triển các loại thuốc ít tác động đến môi trường
 Tạo giống cây trồng kháng sâu bằng phương pháp
chuyển gen



CÁC CHIẾN LƯỢC TẠO CÂY TRỒNG
CHUYỂN GEN KHÁNG SÂU
Chuyển gen tạo protoxin Bt vào cây

 Chuyển gen tạo các protein ức chế enzym tiêu hoá
của sâu vào cây



BT PROTECTED PLANTS
cry genes/Bt genes
 Bt toxin/cry protein
 source: Bacillus
thuringiensis(Bt)
 specificity:
-Lepidoptera
-Coleoptera


-Diptera


LỊCH SỬ BACILLUS THURINGIENSIS
Bt được nhà vi khuẩn học Nhật bản phát hiện lần
đầu tiên trên bệnh tằm năm 1901
 Năm 1911 được nhà vi khuẩn học Berliner đặt tên.
 Được đưa vào sử dụng năm 1920.



 Bt

là một loại vi khuẩn đất có trong tự nhiên,
rất phổ biến nhưng ở hàm lượng thấp.

 Có thể dùng làm thuốc trừ sâu có hiệu lực
và không ảnh hưởng xấu đến môi trường.
 Bt được xem là một nhân tố gây bệnh côn
trùng, một loại vi khuẩn xâm nhiễm tạo bào
tử đơn giản.
 Bào tử Bt sản sinh ra tinh thể độc tố chúng
là các chất endotoxin nhất định ở dạng tinh
thể.


HOW DOES BT WORK AS AN
INSECTICIDE?
Bt phải được đưa vào trong sâu.
 Các chất Bt endotoxin được hoạt hóa đồng loạt bởi
độ kiềm trong ruột sâu.
 Phân giải tế bào biểu mô của ruột sâu.
 Cân bằng thẩm thấu của sâu bị đảo lộn theo hướng
làm giảm pH -> sâu chết.



WHY CAN BT BE USEFUL?
Là chất diệt sâu thân thiện với môi trường.
 Chỉ độc với côn trùng ăn miệng và một số thủy sản
 Không độc với người và không ảnh hưởng tới giá
trị lợi nhuận của cây và động vật
 Dễ dàng trồng trọt.


Subspecies of Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki

Lepidop

Bacillus thuringiensis subsp. israelensis

Diptera

Bacillus thuringiensis subsp. tenebrionis

Coleopte

Bacillus thuringiensis subsp. aizawai Lepidoptera


Crystal proteins of Bacillus thuringiensis
•

cryI genes encoded proteins toxic to lepidopterans

•

cryII genes encoded proteins toxic to both lepidopterans and
dipterans

•

cryIII genes encoded proteins toxic to coleopterans

•

cryIV genes encoded proteins toxic to dipterans alone


ĐỊNH NGHĨA CRY PROTEIN


Là một protein (tinh thể) tách từ B. Thuringiensis,
có tác dụng độc rõ rệt trên các cơ thể mục tiêu
hoặc một protein nào đó có trình tự tương tự như
protein cry đã biết.


Properties and classification of B.t. insecticidal to

Glick and Pasternak, 1998


Further classification of B.t. toxins


Toxicity and specificity of B.t. toxins

Glick and Pasternak, 1998


CÁCH PHÂN LOẠI MỚI ĐỘC TỐ BT
 Trước

kia: phân loại dựa theo hoạt tính trừ
sâu của độc tố
 Ngày nay: dựa vào sự sai khác thành phần
axit amin ở mức 95, 78, 45% tương đồng.
chữ số 1, 2, 3… để phân biệt các cry có độ
tương đồng axit amin nhỏ hơn 45%; chữ cái
viết hoa (cry 1A, cry1B) có mức tương đồng
từ 45-78%; chữ cái nhỏ viết sau (cry 1Ab,
cry1Ac) có độ tương đồng từ 78-95%


Relationship of different
cry genes


BT CRYSTALLINE DELTA-ENDOTOXIN
Hoạt tính của độc tố
• protoxin bị phân giải ở ruột giữa bởi protease và pH kiềm
• protoxin gắn vào vị trí đặc hiệu ở thành ruột giữa
•Gây loét thành ruột-gây phản ứng ngắn ăn
• gây thủng ruột và sâu non chết


Crystal of B. thuringiensis

Mercaptoethanol treatme
130 kd

Alkaline treatment

Protease treatment

Active toxin
68 kd
250 kd

Glick and Pasternak, 1998


Integration of B.t. toxin into membranes
Efflux of ATP
and cations

outside

Channel consisting
of toxin proteins

Epithel membrane
in the gut

inside

Glick and Pasternak, 1998