Bai thu hoach Di truyền chọn giống thực vật

Chọn giống cây trồng hay thực vật nói chung (plant breeding) là một lĩnh
vực quan trọng của sản xuất nông nghiệp; mục đích của nó là tạo ra ngày càng
nhiều giống cây trồng mới có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu được các
điều kiện bất thuận (như sâu bệnh, hạn, úng, nóng, rét...) Về thực chất, đó là sự
tiến hoá của thực vật do con người điều khiển, được hình thành từ trong thực
tiễn trồng trọt qua hàng ngàn năm kể từ khi con người bắt đầu mò mẫm "thuần
hoá" cây trồng dựa theo kinh nghiệm. Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ
thuật, đặc biệt là sự phát triển của di truyền học trong suốt 100 năm nay, công
tác chọn tạo giống cây trồng đã xây dựng được một nền tảng khoa học vững
chắc và không ngừng được hoàn thiện. Nhờ đó đã tạo ra hàng loạt các giống cây
trồng mới, nhất là các giống ngũ cốc, góp phần xoá đói giảm nghèo mang lại
cuộc sống ấm no và cải thiện sức khoẻ cho con người.
I. TỔNG QUAN VỀ GIỐNG CÂY TRỒNG
1. Định nghĩa về giống cây trồng
Giống là một nhóm cây trồng, có đặc điểm kinh tế, sinh học và các tính
trạng hình thái giống nhau, cho năng suất cao, chất lượng tốt ở các vùng sinh
thái khác nhau và điều kiện kỹ thuật phù hợp.
Giống (Varieties, Cultivar) do một nhóm thực vật hợp thành nên có một
nguồn gốc chung từ một cá thể hay một số cá thể có đặc tính, tính trạng giống
nhau.
Giống cây trồng là một quần thể thực vật có giá trị sử dụng bởi các tính
trạng về đặc điểm sinh lý, về sinh trưởng phát dục, về canh tác của các cá thể
giống nhau trong quần thể, đảm bảo tính đồng đều, tính ổn định của giống.
Từ khái niệm trên đi đến định nghĩa về giống cây trồng như sau: Giống
cây trồng là một quần thể cây trồng do con người sáng tạo ra nhằm thỏa mãn
những yêu cầu nào đó của mình. Nhóm cây trồng đó phải có tính di truyền và
biến dị nhất định, phải có những đặc trưng về đặc tính sinh vật, về hình thái, về
kinh tế nhất định, có tính di truyền ổn định và được thực tiễn kiểm chứng có khả
năng cho năng suất cao, phẩm chất tốt trong những khu vực và điều kiện canh
tác nhất định.
Theo Pháp lệnh giống cây trồng số 03/2004/ L-CTN ngày 04/04/2004

định nghĩa Giống cây trồng là một quần thể cây trồng đồng nhất về hình thái và
có giá trị kinh tế nhất định, nhận biết được bằng sự biểu hiện của các đặc tính do
kiểu gen quy định và phân biệt được với bất kỳ quần thể cây trồng nào khác
thông qua sự biểu hiện ít nhất một đặc tính và di truyền cho đời sau.
Theo FAO thì giống phải hội đủ ba điều kiện:
1|Page


- Đặc thù riêng biệt (Distinct)
- Đồng nhất về: Hình thái, sinh học, kinh tế (Homogenous)
- Ổn định (Stable)
* Từ khái niệm về giống như vậy, ta có thể hình dung giống cây trồng
(crop variety; cultivar) là một nhóm các thực vật có các đặc trưng sau:
- Có nguồn gốc chung với các tính trạng hay đặc điểm giống nhau.
- Mang tính di truyền đồng nhất (nghĩa là có sự ổn định, ít phân ly) về các
tính trạng hình thái và một số đặc tính nông sinh học khác như: chiều cao cây,
thời gian sinh trưởng, khả năng chống chịu sâu bệnh v.v.
- Mang tính khu vực hoá, nghĩa là tất cả các đặc điểm hay tính trạng của
giống được biểu hiện trong những điều kiện ngoại cảnh (như đất đai, khí hậu,
các biện pháp kỹ thuật sản xuất) nhất định. Từ đây xuất hiện các khái niệm về
giống chịu hạn, chịu mặn, chịu úng v.v.
- Do con người tạo ra nhằm thoả mãn một hoặc một vài nhu cầu và thị
hiếu nhất định, như: năng suất cao, chất lượng tốt, giá trị thương phẩm cao.
* Khi đề cập đến khái niệm "giống", thông thường người ta muốn đề cập
tới các tính trạng và đặc tính của giống
- Tính trạng (characters): Đó là những đặc điểm về hình thái và cấu tạo
quan sát được của các cây trong cùng một giống giúp ta phân biệt với các giống
khác trong cùng một loài. Để nhận biết các tính trạng như vậy, thường người ta
chia ra các nhóm sau đây:
+ Các đặc điểm về hình thái, như: chiều cao cây, chiều dài bông, số hạt

trên bông, số bông trên khóm, kích thước lá v.v. Nói chung đây là những tính
trạng số lượng (quantitative characters), nghĩa là có thể "cân-đongđo-đếm"
được; chúng thường do nhiều gene kiểm soát và chịu ảnh hưởng lớn của điều
kiện môi trường.
+ Các đặc điểm về cấu tạo, như: độ dày của bông, màu sắc và hình dạng
của thân, lá, hoa và quả ... Đây là những tính trạng chất lượng (qualitative
characters), thường do một gene kiểm soát, ít chịu tác động của điều kiện ngoại
cảnh và có thể quan sát được bằng mắt thường.
+ Diễn biến của một quá trình sinh học, như: hô hấp, quang hợp, hoặc
phản ứng quang chu kỳ v.v. thường tỏ ra rất mẫn cảm với các điều kiện sinh thái
của môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, độ dài ngày. Tất cả các yếu tố này có thể
tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên sự hoạt động của các enzyme kiểm soát một

2|Page


quá trình sinh học cụ thể, và qua đó có thể ảnh hưởng đến các tính trạng chất
lượng.
- Đặc tính (characteristics): Đó là những tính chất hay đặc điểm sinh lý,
sinh hoá đặc trưng có liên quan đến các đặc tính chống chịu của thực vật và đặc
điểm kỹ thuật canh tác
2. Định nghĩa về dòng
Dòng là tập hợp các cá thể có quan hệ họ hàng thân tộc với nhau.
Dòng thuần là tập hợp các cá thể đồng hợp tử được sinh ra từ những thế
hệ nối tiếp nhau của các cá thể đồng hợp tử, giống hệt nhau về mặt di truyền và
hình thái (hình dạng, màu sắc...)
Ví dụ: Ở thực vật, dòng thuần có thể tạo ra được bằng cách cho tự thụ
phấn liên tiếp nhiều thế hệ trên cùng một quần thể. Tính dị hợp sẽ giảm 1/2 sau
mỗi thế hệ tự thụ.
Ở động vật khi thuần hóa một giống dễ dẫn đến hiện tượng đồng huyết,

làm giảm sức sống của giống.
Tính trạng là những đặc điểm về hình thái, cấu tạo của thực vật. Ví dụ:
chiều cao cây, số là, số đốt, màu sắc hoa, quả, hạt …
Đặc tính là các đặc điểm về sinh lý, sinh hóa và các đặc điểm kỹ thuật của
thực vật. Ví dụ: tính chịu phèn, mặn, chịu hạn …
3. Vai trò của giống cây trồng
Giống tốt có tác dụng làm tăng năng suất.
Giống tốt có thể thích hợp với cơ giới hóa, giảm bớt nặng nhọc cho người
lao động, tăng năng suất lao động.
Giống tốt có thể tăng vụ, luân canh, bố trí cây trồng hợp lý nhằm sử dụng
ruộng đất có hiệu quả nhất.
Giống tốt có thể tăng phẩm chất không ngừng.
Giống tốt tạo điều kiện phòng chống thiên tai, sâu bệnh có hiệu quả ít tốn
kém.
4. Đặc điểm của giống, tiêu chuẩn giống tốt
Những đặc điểm của giống:
- Giống là sản phẩm sáng tạo của con người bằng lao động liên tục, lâu
dài và được hình thành nhờ chọn lọc nhân tạo.

3|Page


- Giống có tính đồng nhất về di truyền, được biểu thị ra ngoài bởi các tính
trạng hình thái, nông học, kinh tế…
- Giống là đơn vị phân loại thực vật tương đương với thứ, biến chủng.
Cây dại không có giống mà chỉ có dạng (Forma).
- Giống có tính khu vực
- Giống có tính thời gian
- Tính tương đối về sự biểu hiện các tính trạng
Tiêu chuẩn giống tốt:

- Năng suất cao và ổn định
- Phẩm chất tốt
- Chống chịu tốt
- Thời gian sinh trưởng phù hợp
- Chất lượng hạt giống tốt
- Sạch sâu bệnh
- Phù hợp với phương thức canh tác của vùng
5. Phân loại giống
Có 2 cách phân loại giống cây trồng:
+ Phân loại theo nguồn gốc
+ Phân loại theo phương thức chọn tạo
* Phân loại theo nguồn gốc
Giống địa phương (Giống bản địa): Là những giống cây trồng được hình
thành trong do quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo ở điều kiện tự
nhiên của địa phương dưới tác dụng của tự nhiên lâu dài và các biện pháp chọn
lọc nhân tạo đơn giản. Đặc điểm của giống địa phươnglà rất thích nghi với điều
kiện tự nhiên và điều kiện sản xuất ở địa phương. Cho nên ở khu vực phân bố
của nó năng suất hàng năm rất ổn định.
Các giống địa phương không những có vị trí quan trọng trong sản xuất mà
còn dùng làm vật liệu khởi đầu để tạo ra các giống mới tốt hơn.
Ví dụ: Giống xoài cát hòa lộc (Tiền Giang), giống nhãn xuồng cơm vàng
(Bà Rịa – Vũng Tàu), giống bưởi da xanh (Bến Tre).

4|Page


Giống nhân tạo: Do các cơ quan nghiên cứu tạo ra bằng các phương pháp
chọn tạo khoa học. Chúng có độ đồng đều cao về các tính trạng hình thái và các
đặc tính sinh vật, kinh tế. Tuỳ theo phương thức chọn tạo phân ra các loại giống.
- Giống quần thể: thu được bằng cách chọn lọc hàng loạt (chọn lọc hỗn

hợp) các cây giao phấn hoặc tự thụ.
- Giống dòng: là giống được tạo bằng phương pháp chọn lọc cá thể ở các
cây tự thụ phấn. Đây là giống thế hệ sinh sản từ một cây.
- Giống lai : giống tạo ra bằng cách lai giống và chọn lọc từ quần thể lai
- Giống dòng vô tính
- Giống đa bội - Giống đột biến
Giống du nhập: Là các giống được du nhập từ nước ngoài. Các giống này
có năng suất cao, phẩm chất khá, thích hợp với điều kiện canh tác hiện đại.
Nhưng khả năng thích ứng chưa rõ, vì thế cần phải qua quá trình khảo nghiệm,
chọn lọc.
* Phân loại theo phương thức chọn tạo: Giống mới là những giống được
tạo ra bằng phương pháp khoa học do các cơ quan chọn tạo giống của nhà nước
hoặc tư nhân thực hiện.
Đặc điểm:
- Thích hợp với điều kiện canh tác hiện nay
- Khá thích nghi với điều kiện địa phương
- Có năng suất cao, phẩm chất tốt nhưng tính di truyền chưa ổn định.
Giống quần thể, giống dòng, giống lai, giống dòng vô tính, giống đa bội,
giống đột biến, giống chuyển gen, …
II. KHÁI NIỆM VỀ CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
Chọn tạo giống cây trồng (Plant breeding) theo tiếng la tinh “Selectio” có
nghĩa là “chọn lọc” hay “tuyển lựa”; là môn khoa học, cũng là môn nghệ thuật
về sự thay đổi, cải thiện tính di truyền của cây trồng. Nghệ thuật là dựa vào quan
sát có thể nhìn nhận sự khác biệt có giá trị kinh tế giữa các cá thể trong cùng
một loài trong mắt nhà chọn giống, khi đó kiểu hình cây là thước đo giá trị.
Ngày nay tính nghệ thuật giảm đi còn tính khoa học tăng bởi vì nhà chọn giống
có thể lập quy hoạch cho một chương trình chọn giống có hiệu quả thông qua: di
truyền, dữ liệu khoa học, các quá trình sinh lý thực vật… Nói một cách khác
chọn tạo giống cây trồng là “chọn lọc” từ các biến dị tự nhiên và biến dị nhân
tạo có trong quần thể để tạo ra giống mới.

5|Page


1. Quan hệ giữa chọn giống và các khoa học
- Quan hệ giữa di truyền, chọn giống và nhân giống
+ Di truyền học là cơ sở lý luận của chọn giống và nhân giống
+ Di truyền học đề ra cơ sở của các phương pháp chọn giống
+ Chọn giống là cơ sở thực tiễn bổ sung, xây dựng lý luận di truyền
- Chọn giống hiện đại là một khoa học có tính tổng hợp, có liên quan đến
thực vật học, di truyền học, sinh lý thực vật, nông học, sinh thái học, côn trùng
học, bệnh cây, phôi học, mô học, tế bào học …)
- Chọn giống cây trồng thúc đẩy sự tiến hoá của giới tự nhiên
2. Lược sử phát triển của khoa học chọn giống cây trồng
Lịch sử chọn giống cây trồng có thể chia thành 4 giai đoạn:
+ Chọn giống dân gian (nguyên thủy, cổ đại đến thế kỷ XVII)
+ Chọn giống có phương pháp thế kỷ XVIII, XIX
+ Chọn giống khoa học nửa đầu thế kỷ XX
+ Chọn giống hiện đại (nửa cuối thế kỷ XX đến nay)
2.1. Chọn giống dân gian
- Chọn giống dựa trên cơ sở ngoại quan, cảm tính (cảm quan)
- Nhiều dạng cây trồng, vật nuôi có đặc tính tốt được giữ lại để làm giống.
2.2. Chọn giống có phương pháp thế kỷ XVIII, XIX
* Trước những năm 60 của thế kỷ XVIII việc chọn giống dựa trên cơ sở
các phương pháp lai và chọn lọc giản đơn.
- Thomas Fairchild (1717) đã nhận được cây lai đầu tiên
- Joseph Kolreuter (1760 đến 1766) đã lai các giống thuốc lá
- Knight (1759 – 1834) ngƣời đầu tiên đƣa ra các giống hoa quả bằng lai
hữu tính.
- Le Conteur và Shirief (1840) chọn lọc cá thể ở cây cốc
* Học thuyết tiến hoá của Ch. Darwin (1859), học thuyết chọn lọc nhân

tạo (1868) đã có tác động sâu sắc trong công tác chọn giống trong thời kỳ này.
Những nhà chọn giống tiêu biểu nhất trong giai đoạn này:

6|Page


- Vilmorin (1856), ngƣời Pháp đã nâng cao hàm lƣợng đƣờng của củ cải
đƣờng, tạo ra hàng loạt giống lúa mì. Dobanton (Pháp) đã chọn được giống cừu
lông mịn.
- Lochow (1901), ngƣời Đức đã chọn được giống lúa mì Petcut năng suất
cao, được phổ biến rộng ở nhiều nước.
- I. Nilsson (1901), ngƣời Thụy Điển với các giống yến mạch, lúa mì mùa
đông.
- Mitsurin (Nga) đã tạo được nhiều giống quả phẩm chất tốt, giữ lâu.
- Burbank (Mỹ) đã tạo được các giống khoai tây sớm, mận không hạt,
xƣơng rồng và bông giấy không gai.
- Van Mons (Bỉ) đã chọn ra nhiều giống lê mới.
- A. T. Bolotov (Nga) đã chọn được nhiều giống táo mới.
2.3. Chọn giống khoa học nửa đầu thế kỷ XX
Những công trình nghiên cứu của Mendel, Morgan, De Vries đã xây dựng
cơ sở cho chọn giống khoa học. Thuyết dòng thuần của W.L.Johannsen (1903),
thuyết biến dị tương đồng của N.I.Vavilov (1920) đã tác động sâu sắc trong công
tác chọn giống.
Những nhà chọn giống tiêu biểu nhất trong giai đoạn này:
- G. Nilsson-Ehle (1909) với các giống đại mạch, yến mạch.
- D. L. Rudzinski với các giống lanh, lúa mì mùa thu.
- X.I.Zegalov (1881 – 1927) nhà bác học uyên bác về chọn giống với
cuốn sách gối đầu giƣờng cho một vài thế hệ các nhà chọn giống Liên Xô cũ
“Kiến thức về chọn giống cây nông nghiệp (1923, 1926, 1930).
- P.P.Lukianenko: Các giống lúa mì mùa thu có năng suất cao 4,2 – 4,8

tấn/ha như Bezocta 4, Chín sớm 3-b, Bezocta 1.
2.4. Chọn giống hiện đại (nửa cuối thế kỷ XX đến nay) Việc chọn giống
dựa trên cơ sở của di truyền học hiện đại
- Khám phá về chất liệu di truyền axid nucleic của Avery, Macleod và
Carty (1944), về dãy xoắn kép ADN của Watson và Crick (1953) (giải thƣởng
Nobel 1962).
- Gần đây năm (1985) K.B. Mullis đã thử nghiệm thành công PCR
(Polymerase Chain Reaction) bằng Klenow Fragment vv…

7|Page


- “Cuộc cách mạng xanh” đã mở đầu với các giống lúa mì thấp cây, các
giống lúa thần nông IR5, IR8 thân lùn, chống đổ, năng suất cao vượt bậc.
- Từ 1983 đến nay ngƣời ta đã chuyển gen kháng sâu, kháng thuốc cỏ cho
trên 20 loài cây như: bắp, lúa khoai tây, đậu nành, cà chua, cải dầu, đu đủ, bầu
bí, hướng dương, chuối, cà phê, chè, nho, thuốc lá, cây trồng rừng, cỏ phủ đất và
bông vải. Hiện nay, cây trồng biến đổi gen đã được gieo trồng trên diện tích khá
lớn ở nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Trung Quốc ...
III. Cây trồng biến đổi gen
Cây trồng biến đổi gen(Genetically Modified Crop -GMC)là loại cây
trồng được lai tạo ra bằng cách sử dụng các kỹ thuật của công nghệ sinh học
hiện đại, hay còn gọi là kỹ thuật di truyền, công nghệ gene hay công nghệ DNA
tái tổ hợp, để chuyển một hoặc một số gene chọn lọc để tạo ra cây trồng mang
tính trạng mong muốn.
Về mặt bản chất, các giống lai từ trước đến nay (hay còn gọi là giống
truyền thống) đều là kết quả của quá trình cải biến di truyền. Điểm khác biệt duy
nhất giữa giống lai truyền thống và giống chuyển gen là gen (DNA) được chọn
lọc một cách chính xác dựa trên khoa học công nghệ hiện đại và chuyển vào
giống cây trồng để đem lại một tính trạng mong muốn một cách có kiểm soát.

3.1. Tổng quan
Cây trồng chuyển gen là sự biến đổi vật chất di truyền, tiếp nhận thêm
những gen mới, kết quả là xuất hiện những tính trạng mới dưới sự tác động của
môi trường. Quá trình biến đổi vật chất di truyền (thêm gen mới) nhờ vào công
nghệ chuyển gen, nếu so sánh quá trình này với quá trình đột biến trong tự nhiên
về bản chất thì hai quá trình là một, bởi vì quá trình tiến hóa của sinh vật đều
phải trông chờ vào quá trình biến đổi vật chất di truyền, trong đó đột biến đóng
vai trò quan trọng. Dưới tác động của các nhân tố gây đột biến, vật chất di
truyền được biến đổi theo hai hướng: thêm đoạn hay bớt đoạn. Như vậy, quá
trình thêm đoạn nhờ chuyển gen cũng tương tự như quá trình thêm đoạn ADN
trong đột biến tự nhiên.
Tuy nhiên, hai quá trình này có nhiều điểm khác nhau: Nếu quá trình chọn
lọc tự nhiên chỉ giữ lại những biến dị có lợi cho quá trình tiến hóa của loài, thì
trong kỹ thuật chuyển gen cây trồng chỉ giữ lại tính trạng đã được định hướng
trước, có lợi về kinh tế, không đóng góp gì cho quá trình tiến hóa của loài. Đây
là điểm khác biệt căn bản nhất giữa đột biến tự nhiên và "đột biến" nhờ kỹ thuật
chuyển gen. Sản phẩm của đột biến tự nhiên là tính trạng có lợi cho tiến hóa,
còn sản phẩm của quá trình chuyển gen là các tính trạng có lợi cho con người,
đây là ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ chuyển gen.
8|Page


Quá trình hình thành tính trạng mới trong tự nhiên phải diễn ra hàng trăm
năm, triệu năm, thậm chí hàng tỷ năm, còn quá trình hình thành tính trạng mới
nhờ công nghệ chuyển gen chỉ diễn ra trong vài năm, nhờ tính ưu việt này mà
chúng ta có thể rút ngắn được quá trình chọn tạo giống cây trồng mới, bổ sung
các tính trạng ưu việt mới, đáp ứng tốt nhất mục tiêu chọn giống và phục vụ sản
xuất.
3.2. Lịch sử
Cây trồng chuyển đổi gen được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1982, bằng

việc sử dụng loại cây thuốc lá chống kháng sinh. Những khu vực trồng thử
nghiệm cây thuốc lá có khả năng chống thuốc diệt cỏ đầu tiên là ở Pháp và Hoa
Kỳ vào năm 1986.
Năm 1987, Plant Genetic Systems (Ghent, Bỉ), được thành lập bởi Marc
Van Montagu and Jeff Schell, là công ty đầu tiên phát triển cây trồng thiết kế
gen di truyền (thuốc lá) có khả năng chống chịu côn trùng bằng cách biểu hiện
các gen mã hóa protein diệt côn trùng từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis
(Bt).Trung Quốc là quốc gia đầu tiên chấp thuận cây công nghiệp chuyển đổi
gen với cây thuốc lá kháng vi rút được giới thiệu lần đầu vào năm 1992, nhưng
rút khỏi thị trường Trung Quốc vào năm 1997.
Cây trồng biến đổi gen đầu tiên được phê chuẩn bán ở Mỹ vào năm 1994
là cà chua FlavrSavr, có thời gian bảo quản lâu hơn các loại cà chua thông
thường. Năm 1994, Liên minh châu Âu phê chuẩn cây thuốc lá có khả năng
chống thuốc diệt cỏ bromoxynil. Năm 1995, khoai tây Bt đã được phê duyệt an
toàn bởi Cơ quan Bảo vệ môi trường, trở thành cây nông sản kháng sâu đầu tiên
được phê duyệt tại Hoa Kỳ.
Các loại cây trồng chuyển đổi gen sau đó cũng được chấp thuận giao dịch
ở Mỹ vào năm 1995: cải dầu với thành phần dầu chuyển đổi (Calgene), ngô bắp
có vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) (Ciba-Geigy), bông kháng thuốc diệt cỏ
bromoxynil (Calgene), bông kháng côn trùng (Monsanto), đậu nành kháng thuốc
diệt cỏ glyphosate (Monsanto), bí kháng vi rút (Asgrow), và cà chua chín chậm
(DNAP, Zeneca / Peto, và Monsanto). Tính đến giữa năm 1996 đã có tổng cộng
35 phê chuẩn được cấp cho 8 loại cây công nghiệp chuyển đổi gen và 1 loại hoa
cẩm chướng, với 8 điểm khác nhau tại 6 quốc gia cộng thêm EU.
3.2. Một số phương pháp chuyển gen ở thực vật
Có hai hình thức chuyển gen chủ yếu là chuyển gen trực tiếp và chuyển
gen gián tiếp.
3.2.1. Các phương pháp chuyển gen gián tiếp
9|Page

3.2.1.1. Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens
* Nguyên lý chung
Sử dụng vi sinh vật đất Agrobacterium (là vi khuẩn Gram âm) để chuyển
gen ở thực vật là phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay nhờ vào khả
năng gắn gen ngoại lai vào hệ gen thực vật một cách chính xác và ổn định.
Sự chuyển gen ở thực vật dùng A. tumefaciens dựa trên nguyên lý như
hình sau

Hình1. Agrobacterium mang plasmid gây khối u ở thực vật (tumour
inducing plasmid- Ti plasmid), plasmid này chứa các gen vir và vùng gen cần
chuyển (T-DNA). Gen quan tâm được chèn vào vùng T-DNA. Các tế bào tổn
thương thực vật tiết ra hợp chất bảo vệ, hợp chất này kích thích sự biểu hiện
gen vir ở Agrobacterium. Vir protein tạo ra T-strand từ vùng T-DNA trên Tiplasmid. Sau đó vi khuẩn gắn vào tế bào thực vật, T-strand và một số protein vir
chuyển vào tế bào thực vật qua kênh vận chuyển. Trong tế bào thực vật, các
protein vir tương tác với T-strand tạo ra phức hệ (T- complex). Phức hệ này vào
nhân tế bào thực vật, T-DNA chèn vào bộ gen thực vật và biểu hiện gen quan
tâm.

10 | P a g e


Bộ gen
của vi

Ti
plasmid
Hình 2. Vi khuẩn A.tumefaciens

Cụ thể như sau:

Phương pháp này sử dụng Ti plasmid của A.tumefaciens hoặc Ti plasmid
của Arhizogenes làm vectơ đưa ADN vào tế bào. Ti plamid gồm hai thành phần:
T- DNA và vùng Vir.
T- DNA có thể chuyển từ Agrobacterium vào tế bào thực vật, chính nhờ
vậy mà có thể gắn gen muốn chuyển vào T- DNA để đưa vào tế bào. T- DNA
chứa gen điều hoà sinh trưởng cục bộ (auxin, cytokinie), gen tổng hợp các chất
Opine và gen gây khối u. Đoạn cuối có 25 cặp bazơ lặp lại, bất kì đoạn nào
trong vùng này cũng có thể xâm nhập vào phân tử ADN thực vật. Trong plasmid
vị trí của T- DNA được giới hạn bởi bờ trái và bờ phải.
Vùng Vir phụ trách khả năng lây nhiễm. Chúng gồm 6 nhóm từ VirA đến
VirG và VirE có tác dụng làm tăng tần số biến nạp.
Để thiết kế vector dùng trong biến nạp: trước hết là cắt bộ gen điều hòa
sinh trưởng cục bộ, sau đó 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 cuối cùng gắn
gen cần biến nạp.
* Các plasmid của Agrobacterium được sử dụng trong công nghệ gen
thực vật gồm có 2 loại: vector liên hợp và vector nhị thể.
- Vector liên hợp (Cointegrated vector)
Vector liên hợp dựa trên sự tái tổ hợp của 2 plasmid. Một vector liên hợp
gồm có: vị trí để ghép các gen quan tâm, thường vị trí này có nguồn gốc từ
plasmid của vi khuẩn E.coli. Gen chỉ thị kháng sinh giúp cho chọn lọc trong vi
khuẩn E.coli, Agrobacterium và gen chọn lọc hoạt động được ở tế bào thực vật.
11 | P a g e


Như vậy vector liên hợp được hình thành từ một plasmid mang trình tự ADN
mong muốn và plasmid kia có chứa vùng vir gen và vùng bờ lặp lại của T-ADN.
Sau tái tổ hợp, một vector liên hợp được tạo ra và dùng cho chuyển gen vào thực
vật.
- Vector nhị thể (Binary vector)

Vector nhị thể là hệ thống dùng 2 plasmid riêng biệt: một cung cấp TADN đã mất độc tính gây khối u, plasmid kia là Ti plasmid có khả năng thâm
nhập vào tế bào thực vật (mang các gen vir). Plasmid thứ nhất mang gen chọn
lọc ở thực vật và gen sẽ được ghép vào bộ gen thực vật. Khi plasmid này được
đưa vào chủng Agrobacterium có chứa Ti plasmid, những sản phẩm mang gen
vir có thể đưa T-AND vào tế bào thực vật, mặc dù T-ADN nằm trên phân tử
ADN khác.
* Sử dụng Agrobacterium để chuyển gen đã thu được nhiều kết quả, đặc
biệt là chuyển gen vào lúa mì và các cây lương thực quan trọng. Nhiều giống lúa
chuyển gen có giá trị đặc biệt như giống lúa Golden rice có chứa hàm lượng
vitamin A cao gấp nhiều lần so với lúa thông thường. Nhờ giống lúa này đã giải
quyết được vấn đề hết sức khó khăn về sự thiếu vitamin A ở các nước đang phát
triển, đặc biệt là ở Châu Phi.
* Ưu điểm
- Gen ít bị đào thải
- Số lượng bản sao ít hơn. Do đó tránh được hiện tượng ức chế lẫn nhau
và câm lặng lẫn nhau.
- Tồn tại bền vững trong cơ thể thực vật do sự phụ thuộc chặt chẽ vào hệ
thống protein Vir, còn ở những phương pháp khác gen mục tiêu được tái tổ hợp
chuyên biệt nhờ hai trình tự IS hai đầu nhưng dễ dàng bị tách ra ngay sau đó.
* Nhược điểm
- Có phổ tấn công giới hạn
- Gây khối u cho cả cây khỏa tự và cây hai lá mầm nhưng lại không gây
khối u cho cây một lá mầm (do cây một lá mầm là cây thuộc nhóm tiến hoá
nhất, nó tích lũy nhiều cơ chế kháng bệnh hơn cây hai lá mầm như khi bị thương
các tế bào có xu hướng hóa gỗ chứ không phân chia mạnh để tái tạo hoặc tiếp
hợp chất phenol như cây hai lá mầm...)
3.1.2. Chuyển gen gián tiếp nhờ virus
Ngoài việc sử dụng vi khuẩn, người ta còn sử dụng virus làm vector
chuyển gen vào cây trồng. Chuyển gen nhờ virus có thể thuận lợi do virus dễ
12 | P a g e

xâm nhập và lây lan trong cơ thể thực vật và động vật đồng thời virus có thể
mang đoạn ADN lớn hơn nhiều so với khả năng của plasmid. Tuy nhiên, virus
làm vector chuyển gen cần phải có các tiêu chuẩn sau:
- Hệ gen của virus phải là ADN
- Virus có khả năng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các lỗ ở
vách tế bào
- Có khả năng mang được đoạn ADN (gen) mới, sau đó chuyển gen này
vào tế bào thực vật
- Có phổ ký chủ rộng (trên nhiều loài cây)
- Không gây tác hại đáng kể cho thực vật
Đối chiếu các tiêu chuẩn trên, hiện nay có hai loại virus được sử dụng làm
vector chuyển gen là caulimovirus và geminivirus. Tuy nhiên, việc sử dụng virus
để chuyển gen ở thực vật còn ít được sử dụng vì ADN virus khó ghép nối với hệ
gen của thực vật.
3.2. Các phương pháp chuyển gen trực tiếp
3.2.1. Chuyển gen bằng súng bắn gen (gene gun)

Hình 3. Súng bắn gen
* Nguyên lý
Ngâm những viên đạn nhỏ (vi đạn) bằng vàng hoặc tungsten có kích
thước cực nhỏ, đường kính khoảng 0,5 - 1,5 µm với dung dịch có chứa đoạn
ADN ngoại lai cần chuyển vào tế bào thực vật. Các vi đạn này được làm khô
trên một đĩa kim loại mỏng có kích thước 0,5 - 0,9 cm. Đĩa kim loại này được
gắn vào đầu một viên đạn lớn (macroprojectile) bằng nhựa, hoặc vật liệu nhẹ.
Viên đạn lớn có kích thước vừa khít đầu nòng súng bắn gen. Khi bắn, áp suất
13 | P a g e

hơi sẽ đẩy viên đạn đi với tốc độ cao. Tới đầu nòng súng, viên đạn lớn sẽ bị cản
lại bởi một lưới thép mịn, còn các viên đạn nhỏ (vi đạn) vẫn tiếp tục di chuyển
với tốc độ lớn tới 1300 m/giây đến đối tượng bắn rồi rồi xuyên vào tế bào. Sau
khi bắn, tách các mô, tế bào và nuôi cấy invitro để tái sinh cây. Các gen cần
chuyển có thể tái tổ hợp vào hệ gen của cây, từ đó tạo thành cây chuyển gen. Chỉ
có một tỷ lệ nào đó của tế bào mang gen chuyển do vậy cần phải chọn lọc.
Người ta thường dùng khí nén là helium áp lực cao để bắn gen.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của súng bắn gen
* Ưu điểm
- Thao tác dễ dàng, bắn một lần được nhiều tế bào
- Nguyên liệu để bắn đa dạng (hạt phấn, tế bào nuôi cấy, tế bào mô hóa và
mô phân sinh)
* Nhược điểm
Tần số biến nạp ổn định thấp vì thế theo Potrykus thì ưu việt của phương
pháp này là nghiên cứu các gen tạm thời. Tuy nhiên, những năm gần đây
phương pháp này đã thành công trên lúa, mía, đu đủ, bông đã khẳng định tính ưu
việt của phương pháp này.
14 | P a g e


3.2.2. Chuyển gen bằng xung điện (electroporation)
* Nguyên lý
Trong công nghệ di truyền thực vật, người ta sử dụng phương pháp xung
điện để chuyển gen vào protoplast thực vật. Ở điện thế cao, trong thời gian ngắn
có thể tạo ra các lỗ trên màng tế bào trần (protoplast) làm cho ADN bên ngoài
môi trường có thể xâm nhập vào bên trong tế bào. Người ta chuẩn bị protoplast
với các plasmid tái tổ hợp đã mang gen mong muốn cần chuyển vào thực vật.
Dùng thiết bị xung điện tạo điện thế cao (200 – 400 V/cm) trong khoảng
thời gian 4 - 5 phần nghìn giây. Kết quả làm màng tế bào trần xuất hiện các lỗ

thủng tạm thời giúp cho plasmid có thể xâm nhập và gắn vào hệ gen của thực
vật. Quá trình được thực hiện trong cuvett chuyên dụng. Sau quá trình xung
điện, đem protoplast nuôi trong môi trường nuôi cấy thích hợp, môi trường chọn
lọc để tách các protoplast đã được biến nạp. Tiếp theo là nuôi cấy invitro, tái
sinh cây và chọn lọc cây chuyển gen.
* Đối với protoplast phương pháp xung điện đã có kết quả khích lệ nhưng
chưa chứng minh chắc chắn cho sự biến nạp. Hơn nữa, việc nuôi cấy protoplast
ở một số loài cây vẫn còn gặp khó khăn.
3.2.3. Chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Phương pháp này sử dụng vi kim tiêm và kính hiển vi để đưa ADN những
tế bào nhất định, nhằm tạo ra các dòng biến nạp từ protoplast và cây biến nạp
khảm từ phôi phát triển từ hạt phấn.
* Ưu điểm
- Có thể tối ưu lượng ADN đưa vào tế bào
- Quyết định được đưa ADN vào loại tế bào nào
- Có thể đưa một cách chính xác thậm chí vào tận nhân và có thể quan sát
được
- Các tế bào có cấu trúc nhỏ như hạt phấn và tế bào tiền phôi mặc dù hạn
chế về số lượng cũng có thể tiêm chính xác
- Có thể nuôi riêng lẻ các tế bào vi tiêm và biến nạp được vào mọi giống
cây
* Nhược điểm
- Mỗi lần tiêm chỉ được một phát tiêm và chỉ với một tế bào
- Thao tác trong khi làm đòi hỏi độ chính xác cao
3.2.4. Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm
15 | P a g e


Kỹ thuật siêu âm dùng để chuyển gen vào tế bào trần protoplast. Sau khi
tạo protoplast, tiến hành trộn protoplast với plasmid tái tổ hợp mang gen mong

muốn để tạo hỗn hợp dạng huyền phù.
Cắm đầu siêu âm của máy phát siêu âm ngập trong hỗn hợp huyền phù
sâu khoảng 3mm. Cho máy phát siêu âm với tần số 20KHz theo từng nhịp ngắn,
mỗi nhịp khoảng 100 mili giây. Số nhịp khoảng từ 6 - 9 nhịp với tổng thời gian
tác động từ 600 - 900 mili giây.
Sau khi siêu âm, đem protoplast nuôi trong các môi trường thích hợp,
chọn lọc để tách các protoplast đã được chuyển gen. Nuôi cấy invitro để tái sinh
cây. Chọn lọc cây và đưa ra trồng ở môi trường ngoài.
3.2.5. Chuyển gen bằng phương pháp hóa học
Chuyển gen bằng phương pháp hóa học là phương pháp chuyển gen vào
tế bào protoplast nhờ các chất hóa học như polyethylen glycol (PEG). Khi có
mặt PEG, màng của protoplast bị thay đổi và protoplast có thể thu nhận ADN
ngoại lai vào bên trong tế bào.
Phương pháp chuyển gen bằng hóa chất có thể áp dụng với nhiều loài
thực vật nhưng khả năng chuyển gen với tần số chuyển gen rất thấp. Tuy nhiên,
với khả năng tạo ra số lượng lớn protoplast, do vậy khắc phục được hạn chế của
phương pháp này.
3.2.6. Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn (pollen tube)
(Ray Wu & cộng sự, 1988)
Phương pháp chuyển gen qua ống phấn là phương pháp chuyển gen
không qua nuôi cấy mô invitro.
Nguyên tắc của phương pháp này là ADN ngoại lai chuyển vào cây theo
đầu ống phấn, chui vào bầu nhụy cái. Thời gian chuyển gen vào lúc hạt phấn
mọc qua vòi nhụy và lúc bắt đầu đưa tinh tử vào thụ tinh, tốt nhất là sự chuyển
gen xảy ra đúng khi quá trình thụ tinh ở noãn và cho tế bào hợp tử chưa phân
chia. Như vậy, sự chuyển gen chỉ xảy ra ở một tế bào sinh dục cái duy nhất và
khi tái sinh cây sẽ không hình thành thể khảm.
- Sau thời gian hoa nở 1- 2 giờ, cắt 2/3 hoặc 3/4 phần trên của hoa lúa
- Sau khi cắt hoa, dùng ống mao quản nhỏ có đường kính 0,2mm đưa
dung dịch ADN tái tổ hợp mang gen mong muốn vào đầu ống nhụy đã bị cắt

(nồng độ ADN tái tổ hợp khoảng 50 µg/ml)
- Bao bông lúa lại, chờ lúa chín thu hái
- Phân tích và xác định kết quả chuyển gen ở thế hệ sau
16 | P a g e


4. Lợi ích và nguy cơ của cây trồng chuyển gen
4.1. Lợi ích
Hiện nay, những sản phẩm lương thực- thực phẩm do công
nghệ sinh học tạo ra đã có mặt trên thị trường. Những cây trồng
được biến đổi gen vẫn giống những cây trồng truyền thống
nhưng chúng có thêm một số đặc điểm được cải thiện. Chúng
không những có lợi cho nông dân mà còn cho cả người tiêu
dùng. Người nông dân gặt hái được những vụ mùa bội thu, trong
khi người tiêu dùng quanh năm lại có nhiều loại sản phẩm để
lựa chọn. Ngoài ra, những giống mới được tạo ra bằng công
nghệ sinh học còn có tiềm năng bảo vệ môi trường. Trên thị
trường hiện nay, đã có một số loại cây trồng công nghệ sinh học
được cải thiện tình trạng và chất lượng như:
- Có khả năng chống chịu bệnh
- Cho phép giảm sử dụng thuốc trừ sâu
- Tăng thành phần dinh dưỡng
- Tăng thời gian bảo quản
Nhìn chung, việc sử dụng các giống cây trồng chuyển gen
có thể đem lại lợi nhuận đáng kể cho các nước đang phát triển.
“Thế hệ đầu tiên” của những giống cây này đã chứng minh được
khả năng tăng năng suất cây trồng, giảm giá thành sản phẩm,
tăng lợi nhuận nông nghiệp và góp phần bảo vệ môi trường.
Hiện nay, các nghiên cứu đang hướng đến các cây trồng biến
đổi gen “thế hệ thứ hai”, tập trung vào việc tăng chất lượng

dinh dưỡng và khả năng chế biến. Các giống cây trồng này sẽ
khẳng định được giá trị của chúng ở những quốc gia có hàng
triệu người dân bị thiếu hụt thực phẩm.
Thực vật với khả năng tự bảo vệ chống lại côn trùng và cỏ
dại có thể giúp giảm liều lượng và nồng độ của các thuốc trừ
sâu sử dụng. Ví dụ: ở Trung Quốc bông Bt đã giảm thuốc diệt
côn trùng 40 kg/ha.
Giảm sử dụng thuốc trừ sâu cải thiện đáng kể chất lượng
nước ở những vùng sử dụng thuốc. Ví dụ: nước chảy qua các
cánh đồng bông Bt ở Mỹ hoàn toàn không còn nhiễm thuốc trừ
sâu trong suốt 4 năm nghiên cứu của Bộ nông nghiệp Mỹ.
17 | P a g e


Thực vật kháng thuốc diệt cỏ làm cho việc sử dụng biện
pháp không cày đất, một yếu tố quan trọng trong việc bảo tồn
đất đai trở nên phổ biến.
Ví dụ: người trồng cải dầu chuyển gen ở Canada đã ít phải
cày cấy hơn so với khi trồng cây cải dầu truyền thống.
Cây chuyển gen có thể tăng đáng kể sản lượng thu hoạch,
do vậy với diện tích đất canh tác ít hơn vẫn có thể thu được
nhiều lương thực hơn. Ví dụ: ở Mỹ, năm 1999, đã có 66 triệu
ruộng ngô tránh được sâu đục thân.
4.2. Nguy cơ tiềm ẩn
* Cây chuyển gen được đánh giá như thế nào đối với an
toàn môi trường?
Các cây chuyển gen được đánh giá cẩn thận về ảnh hưởng
tới môi trường trước khi đưa ra thị trường. Chúng được các nhà
chức trách đánh giá tuân theo các quy tắc do các chuyên gia
môi trường trên khắp thế giới đưa ra (Hội đồng nghiên cứu quốc

gia Mỹ năm 1989; Tổ chức hợp tác phát triển kinh tế năm 1992;
chính phủ Canada năm 1994). Những người đánh giá ảnh hưởng
của cây chuyển gen gồn những người tạo ra chúng, các cơ quan
kiểm soát và các nhà khoa học.
Hầu hết các quốc gia sử dụng các quy trình đánh giá tương
tự để xét xem sự tương tác giữa cây chuyển gen và môi trường.
Bao gồm những thông tin về vau trò của gen được đưa vào, ảnh
hưởng của nó đối với vây nhận gen, đồng thời cả những cây hỏi
cụ thể về ảnh hưởng không mong muốn như: ảnh hưởng lên các
sinh vật không phải là sinh vật cần diệt trong môi trường đó.
Cây chuyển gen có tồn tại trong môi trường lâu hơn bình
thường hoặc xâm chiếm những nơi cư ngụ mới không? Khả năng
gen phát tán ngoài ý muốn từ cây chuyển gen sang loài khác và
những hậu quả có thể.
* Cây chuyển gen, những rủi ro có thể
Khả năng xẩy ra lai chéo xa của gen được chuyển vào với
các cây cỏ họ hàng, cũng như khả năng tạo ra những loại cỏ
mới.

18 | P a g e


Lai chéo xa là lai không mong muốn giữa cây trồng với một
cây có quan hệ họ hàng. Lo ngại chính về ảnh hưởng của cây
chuyển gen đối với môi trường là khả năng tạo ra loài cỏ mới
thông qua lai chéo xa với các cây họ hàng hoang dại hoặc đơn
giản hơn là tồn tại lâu trong tự nhiên.
Khả năng trên có thể xảy ra, được đánh giá trước quá trình
chuyển gen và được kiểm soát sau khi cây được đưa ra trồng.
Một nghiên cứu bắt đầu từ năm 1990 kéo dài 10 năm chứng

minh rằng thực vật chuyển gen (như cải dầu, khoai tây, ngô, củ
cải đường) không làm tăng nguy cơ xâm chiếm hay tồn tại lâu
dài trong môi trường tự nhiên so với các cây không chuyển gen
tương ứng. Các tính trạng như chống chịu thuốc diệt cỏ, kháng
côn trùng đồng thời được điều tra so với những cây không
chuyển gen tương ứng (Crawley và cộng sự, 2001). Tuy nhiên,
các nhà nghiên cứu phát biểu rằng những kết quả này không có
nghĩa là sự thay đổi di truyền không thể làm gia tăng tính hoang
dại hay khả năng phát tán của cây trồng mà chúng chỉ ra rằng
những cây trồng năng suất khó có thể tồn tại lâu dài mà không
được canh tác. Do đó, việc đánh giá cây chuyển gen theo từng
trường hợp như đã quy định là rất quan trọng.
* Ảnh hưởng trực tiếp lên các sinh vật không phải là sinh
vật cần diệt
Tháng 5 năm 1999, xuất hiện báo cáo rằng hạt phấn từ
cây ngô Bt có ảnh hưởng bất lợi đối với ấu trùng bướm Monarch.
Báo cáo này gây ra những lo lắng về nguy cơ tiềm tàng đối với
bướm Monarch và có thể đối với những sinh vật không phải là
sinh vật cần diệt khác. Một số nhà khoa học lại cho là cần phải
thận trọng trong việc giải thích những kết quả nghiên cứu vì
nghiên cứu phản ánh một tình huống khác với thực trạng môi
trường.
Tác giả chỉ ra rằng nghiên cứu của chúng tôi được tiến
hành trong phòng thí nghiệm và là khởi đầu của những vấn đề
quan trọng nhưng chỉ dựa vào nó không đủ cơ sở để rút ra kết
luận về nguy cơ đối với quần thể bướm Monarch trên cánh
đồng.
Một báo cáo của Ủy ban bảo vệ môi trường Mỹ chỉ ra các
số liệu đã chứng minh rằng protein trong cây trồng không có
19 | P a g e

ảnh hưởng bất lợi đối với sinh vật không phải là sinh vật cần
diệt. Thêm vào đó, một nghiên cứu của trường Đại học Linnois
chỉ ra rằng bướm Monarch không bị gây hại bởi hạt phấn Bt
trong điều kiện đồng ruộng thực sự.
* Phát triển tính kháng của côn trùng
Một lo ngại khác về thực vật Bt là sự phát triển tính kháng
của côn trùng đối với Bt. Chính phủ, Bộ ngành và các nhà khoa
học đã đưa ra các kế hoạch quản lý tính kháng của côn trùng để
giải quyết vấn đề này.
Những kế hoạch này bao gồm một quy định rằng mọi cánh
đồng trồng cây chuyển gen kháng côn trùng phải có cả cây
không chuyển gen để côn trùng phát triển mà không bị chọn lọc
đối với những giống kháng sâu.
Những biện pháp quản lý tính kháng khác cũng đang được
các nhà khoa học trên khắp thế giới xây dựng.
5. Những thành tựu, triển vọng chủ yếu trong tạo giống cây trồng
chuyển gen
Công nghệ chuyển gen vào cây trồng hiện nay không còn là vấn đề phải
tranh cãi mà nó trở thành kỹ thuật thông dụng để tạo ra giống cây trồng mới,
phục vụ trực tiếp cho trồng trọt. Những mốc quan trọng trong sự phát triển kỹ
thuật chuyển gen ở thực vật là:
Năm 1980: Lần đầu tiên thực hiện chuyển ADN ngoại lai vào cây nhờ
Agrobacterium.
Năm 1983: Tạo marker chọn lọc như chỉ thị màu sắc, chỉ thị kháng với
kháng sinh. Thiết kế lại plasmid Ti (loại bỏ gen gây khối u, cài gen mong muốn
vào plasmid Ti).
Năm 1984: Thực hiện chuyển gen trực tiếp và gián tiếp vào tế bào
protoplast.

Năm 1985: Tạo các giống cây trồng kháng virus, đưa cây chuyển gen ra
đồng ruộng.
Năm 1987: Chuyển gen kháng sâu bằng súng bắn gen.
Năm 1988: Tạo khoai tây chống nấm, cà chua chín chậm.
Năm 1990: Chuyển gen bất dục đực cho ngô vào phôi nuôi cấy vô tính.
Năm 1992: Chuyển gen cho lúa mì.
20 | P a g e


Năm 1994: Thương mại hóa cà chua chuyển gen. Đây là sản phẩm chuyển
gen đầu tiên được thương mại hóa.
Năm 1998: Toàn thế giới có 48 giống cây trồng chuyển gen được thương
mại hóa.
Năm 1999: Chuyển gen tạo giống lúa có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng
vitamin A cao.
Từ năm 2000 đến nay, cây trồng chuyển gen không ngừng phát triển. Năm
2000, toàn thế giới có 44,2 triệu ha trồng cây chuyển gen thì đến năm 2003 tăng
lên 67,6 triệu ha. Có 6 nước trồng cây chuyển gen phổ biến là: Mỹ 42,8 triệu ha;
Acgentina 13,9 triệu ha; Canada 4,4 triệu ha; Braxin 3 triệu ha; Trung Quốc 2,8
triệu ha; Nam Phi 0,4 triệu ha.
Các cây chuyển gen chính là đậu tương (chiếm 61%), ngô (23%), bông
(11%), đu đủ (21%). Các gen chính được chuyển là gen kháng thuốc trừ cỏ, gen
kháng sâu.
6. Các hướng chính trong tạo cây trồng chuyển gen
6.1. Chuyển gen kháng sâu
Trong 30 năm gần đây, trong sản xuất nông nghiệp, người ta sử dụng
thuốc trừ sâu vi sinh Bt do vi khuẩn Bacillus thuringiensis tạo ra. Vi khuẩn này
sản xuất ra các protein kết tinh rất độc đối với ấu trùng của côn trùng nhưng
không gây độc đối với động vật có xương sống.
Tinh thể protein độc tố của vi khuẩn này khi vào một côn trùng sẽ bị các

enzym protease phân giải thành các đoạn peptit, trong đó có đoạn khối lượng
khoảng 68.000 dalton chứa khoảng 1200 axit amin làm hỏng ruột côn trùng. Các
gen mã hóa độc tố này nằm trên plasmid của vi khuẩn, được gọi chung là Cry
(crystal).

Hình 5. Chuyển gen kháng sâu bệnh
6.2. Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ
21 | P a g e


Thuốc diệt cỏ glyphosat là thuốc có tác dụng diệt cỏ tốt, dễ tự phân hủy
và ít gây ô nhiễm môi trường. Cơ chế diệt cỏ là thuốc kìm hãm sự hoạt động của
một enzym có tên là enol pyruvat sikimat phosphat synthetase (EPSPS). Enzym
EPSPS có chức năng chuyển hóa sản phẩm quang hợp thành axit mang mạch
vòng có tên là axit sikimic. Axit sikimic không được hình thành sẽ làm rối loạn
toàn bộ quá trình trao đổi chất của cỏ và làm cỏ chết.
Cây trồng được tạo ra có hàm lượng và hoạt tính của enzym EPSPS cao
gấp 4 lần so với cây trồng bình thường và cây hoàn toàn chống chịu được với
thuốc diệt cỏ glyphosat.
6.3. Chuyển gen tạo cây kháng virus gây bệnh
Có nhiều cách tạo cây kháng virus, chuyển gen mã hóa protein vỏ của
virus, chuyển gen tạo enzym phân giải virus (ví dụ enzym ribozyme), hoặc
chuyển gen có trình tự đối bản (antisens) với ARN của virus. Các đối bản này sẽ
khóa lại sự sao chép và sự phiên mã của ARN virus. Kỹ thuật chuyển gen mã
hóa vỏ protein của virus thường được sử dụng phổ biến. Virus có cấu tạo 2 phần:
phần lõi là axit nucleic (ADN hoặc ARN) và phần vỏ là protein. Khi có mặt gen
mã hóa protein vỏ của virus ở trong tế bào của cây thì sẽ gây hiệu ứng kìm hãm
sự tổng hợp protein vỏ của gen tạo vỏ ở virus. Do vậy virus không nhân lên
được.
Nhiều loại cây trồng được chuyển gen tạo vỏ của nhiều loại virus nên đã

kháng được các virus gây bệnh như: đu đủ kháng với virus gây bệnh đốm vòng;
cây thuốc lá kháng với virus khảm dưa chuột; cây thuốc lá kháng với virus khảm
alfa; khoai tây kháng với virus X, virus Y; khoai tây kháng với virus xoăn lá; cây
cam, quýt kháng bệnh virus gây tàn lụi tristeza …

Hình 6. Cây thuốc lá chuyển gen kháng virus CMV và đối chứng

22 | P a g e


Hình 7. Lá cây đu đủ chuyển gen kháng PRSV và đối chứng
(PRSV: Papaya ringspor virus, gây bệnh đốm vòng)
6.4. Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật
Các nhà khoa học đã tìm cách giải trình tự các gen mã hóa cho protein
động vật, thiết kế lại, sau đó chuyển các gen này vào thực vật, biến thực vật
thành cơ thể sản xuất protein động vật.
Ví dụ: gen tổng hợp lactoferrin là một protein có trong sữa người, được
chuyển vào khoai tây, lúa và thu được cây khoai tây, cây lúa có khả năng tổng
hợp lactoferrin.
Một hướng quan trọng khác là sản xuất “thực phẩm chức năng”. Điều đó
có nghĩa là cần chuyển nhiêu gen tổng hợp ra các protein có tác dụng như là các
kháng nguyên vào các đối tượng cây trồng như rau, đậu, cây ăn quả. Do vậy các
cây này tạo ra các vacxin. Nhờ đó có thể ăn rau, đậu, hoa, quả của cây trồng
được chuyển gen tạo vacxin này để thay thế cho việc tiêm vacxin phòng bệnh.

Hình 8. Thực phẩm chức năng
6.5. Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh
dưỡng của cây

23 | P a g e

Đã nghiên cứu chuyển gen mã hóa cho protein chứa nhiều methionin vào
đậu tương và ngô, kết quả là làm tăng loại protein giàu methionin lên hơn 8%
trong tổng số protein có trong hạt.
Người ta cũng đã chuyển thành công gen mã hóa cho việc tổng hợp chất
thaumatin (chất có độ ngọt gấp hàng nghìn lần so với đường mía) vào cây khoai
tây. Kết quả toàn bộ thân, lá, rễ và củ khoai tây đều ngọt.

Hình 9. Hạt gạo vàng
Người ta cũng đã chuyển nhóm gen mã hóa cho các enzym chuyển hóa
pyrophosphat thành β- caroten. Gạo có hàm lượng β- caroten giải quyết vấn đề
thiếu vitamin A cho con người.
6.6. Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc

Hình 10. Đa dạng màu hoa
Màu sắc hoa, đặc biệt là hoa có những màu xanh, nhung đen rất có giá trị.
Trong mô của cánh hoa, nhất là các tế bào biểu bì thường chứa các sắc tố tạo
màu sắc hoa. Có 3 nhóm anthocyanin cơ bản được phát hiện là dẫn xuất của các
chất pelargonidin, cyanidin và delphinidin.
24 | P a g e


Các sắc tố là dẫn xuất của pelargonidin thường có màu da cam, hồng và
đỏ; của cyanidin có màu đỏ hoặc màu hoa cà; của delphinidin có màu tía, màu
xanh và màu xanh đen.
Sự phối hợp của 3 nhóm anthocyanin này tạo ra phổ màu sắc hoa rất rộng.
Trên cơ sở biết các gen mã hóa cho các enzym tham gia vào biến đổi sắc tố,
người ta đã chuyển gen mã hóa, hoặc gen ức chế hoạt động của các enzym nhằm
điều khiển hướng chuyển hóa sắc tố, từ đó tạo ra hoa có màu sắc khác nhau.

7. Quy trình tạo hoa hồng xanh bằng kỹ thuật RNA interference
(RNAi)
Hội nghị hoa hồng thế giới 2006 được tổ chức tại thành phố Osaka từ
ngày 11- 17/5/2006. Trong hội nghị ban tổ chức đưa ra triển lãm nhiều giống
hoa hồng mới rất đẹp và ấn tượng. Tuy nhiên nổi trội nhất trong hội nghị lần này
chính là hoa hồng xanh được tạo ra bằng kỹ thuật RNAi do sự hợp tác giữa các
nhà khoa học của hai công ty Florigene và Suntory dưới sự trợ giúp về mặt kỹ
thuật của Viện Khoa Học Kỹ Thuật Úc Châu (CSIRO).
Hoa hồng xanh có thể được coi là chén thánh (Holy Grail) của những nhà
lai tạo hoa hồng kể từ năm 1840. Khi đó hiệp hội làm vườn của Anh và Bỉ đã
treo giải thưởng 500.000 francs cho người đầu tiên tạo được hoa hồng màu
xanh.
Các nhà di truyền học phân tử của công ty Florigene và Suntory đã đoạt
được giải thưởng này, một giải thưởng đã từng làm nhụt chí biết bao nhà lai tạo
hoa hồng truyền thống bằng cách kết hợp một ít yếu tố cũ, một ít yếu tố mới,
một ít yếu tố vay mượn và cuối cùng là một ít yếu tố tạo ra màu xanh. Yếu tố tạo
ra màu xanh trên hoa hồng chính là gen delphinidin mà các nhà di truyền của
công ty Florigene đã clone từ loài hoa păng-xê để tổng hợp trực tiếp màu xanh
trên cây hoa hồng. Yếu tố vay mượn chính là gen iris nhằm tạo ra enzyme DFR
(the dihydroflavonol reductase), enzyme này sẽ hoàn thành chu trình phản ứng
tổng hợp delphinidin trên hoa hồng. Yếu tố mới chính là một gen nhân tạo. Gen
này được tạo ra bởi nhóm các nhà di truyền học của công ty Suntory bằng kỹ
thuật mới là RNA interference, viết tắt là RNAi. Kỹ thuật này được tư vấn bởi
viện CSIRO nhằm mục đích tắt sự hoạt động của gen hình thành màu đỏ trong
hoa hồng. Chính gen này đã đánh bại những nỗ lực của nhóm nghiên cứu
Florigene nhằm làm hoạt hóa chu trình delphinidin trong hoa hồng gần cả một
thập kỷ nay. Vì vậy, các nhà khoa học của Suntory đã tạo ra một gen “câm lặng”
để vượt qua sự khó khăn này bằng kỹ thuật RNAi.
Trong cây trồng có một loại phân tử được gọi là anthocyanin được coi là
sắc tố chủ đạo trên hoa, trái và các mô tế bào khác. Thông thường, các màu

25 | P a g e