tiểu luận nhóm 4 chuyển gen gạo vàng

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

L/O/G/O

CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG GẠO
VÀNG GIÀU VITAMIN A
GVHD: T.S NGUYỄN THỊ LÂM ĐỒN
NHĨM: 04




DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Họ tên

MSV

Lớp

Bùi Tiến Thành

636040

K63CNSTHA

Đặng Thị Kiều Trang

636047

K63CNSTHA



Điểm


NỘI DUNG CHÍNH



1

TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VẬT

2

ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A

3

KẾT LUẬN


I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VẬT
1.
•

Khái niệm
Cơng nghệ chuyển gen thực vật là đưa vào một loài cây trồng những gen mong muốn
có nguồn gốc từ những cơ thể sống khác nhau, khơng chỉ giữa các lồi có họ gần nhau
mà cịn ở những lồi rất xa nhau bằng các phương pháp vật lý, hóa học, sinh học, để
tạo giống thực vật thu được giống mới nhanh hơn và vượt qua những giới hạn của kỹ
thuật tạo giống truyền thống.

 Một số thực vật chuyển gen:




I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VẬT
2. Các phương pháp chuyển gen
Có nhiều phương pháp phát minh để đưa gen vào tế bào và mơ thực vật.



Có 2 nhóm phương pháp chuyển gen chính:

•

Chuyển gen gián tiếp ( nhờ vi khuẩn hoặc virut): nhờ vi khuẩn Agrobacterium

•

Chuyển gen trực tiếp ( bằng các hóa chất và dụng cụ khơng qua sinh vật làm trung gian): kỹ thuật
đơn giản nhất là chuyển DNA trần bằng vi tiêm (microinjection), xung điện (electroporation), Súng
bắn gen (Gene gun)

I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VẬT
2. Các phương pháp chuyển gen thưc vật
Súng bắn gen (Gene gun)

Vi tiêm
•

• Một lượng nhỏ DNA được tiêm trực tiếp vào
nhân tế bào phôi trần hoặc tế bào nguyên vẹn
một cách cơ học dưới kính hiển vi.
• Phương pháp này cho phép đưa gen vào
đúng vị trí mong muốn ở từng tế bào với hiệu
quả tương đối cao.

•

Sử dụng vi khuẩn Agrobacterium

Xung điện (electroporation)
•

•

Kỹ thuật xung điện là một phương pháp cơ
học được sử dụng để đưa các phân tử phân
cực vào trong tế bào chủ qua màng tế bào
Trong phương pháp này, một xung điện cao

thế trong khoảnh khắc (vài phần nghìn giây)
có khả năng làm rối loạn cấu trúc màng kép
phospholipid, tạo ra các lỗ thủng tạm thời cho
phép các phân tử DNA ngoại lai từ môi
trường xâm nhập vào bên trong tế bào.



Súng bắn gen là một thiết bị sử dụng để đưa
thông tin di truyền vào tế bào, được thiết kế
đầu tiên cho biến nạp DNA ngoại lai vào tế bào
thực vật.
Phương pháp này cho phép các nhà khoa học
biến đổi mơ có tổ chức của các lồi thực vật và
có một hệ thống phân phối phổ biến chung cho
nhiều loại mơ từ nhiều lồi khác nhau

•
•

Agrobacterium tumefaciens có khả năng xâm
nhiễm tế bào thực vật bằng cách chuyển một đoạn
DNA của nó vào tế bào thực vật.
Đoạn DNA lây nhiễm cho cây trồng được tích hợp
vào nhiễm sắc thể thực vật thông qua plasmid gây
khối u (Ti plasmid), có thể kiểm sốt bộ máy tế bào
của cây và sử dụng nó để tạo ra nhiều bản sao
DNA vi khuẩn của chính nó

I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VẬT
2. Các phương pháp chuyển gen thưc vật

Súng bắn gen thực vật và nguyên lý hoạt động



Máy xung gen và sơ đồ bố trí
mạch cơ bản của máy xung điện


I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VÂT
2. Các phương pháp chuyển gen thưc vật

Hình ảnh vi tiêm



Chuyển gen nhờ Agrobacterium


I. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN GEN THỰC VÂT
3. Mục đích và ý nghĩa của chuyển gen thực vật
 Mục đích
•

Duy trì và mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity).

•

Tăng khả năng kháng (sức khỏe cây trồng và chống chịu các điều kiện bất lợi).

•

Nâng cao chất lượng sản phẩm.

•

Cải thiện khả năng tích lũy dinh dưỡng.

•

Tăng cường tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học.

•

Tạo ra sản phẩm khơng gây hại mơi trường.

 Ý nghĩa
•

Tăng sản lượng.

•

Giảm chi phí sản xuất.

•

Tăng lợi nhuận nơng nghiệp.

•

Cải thiện mơi trường




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
1. Giới thiệu chung
•

"Golden rice" là loại gạo được biến đổi gen nhằm tạo ra
nhiều tiền tố vitamin A (β- caroten ) cho người dùng.

•

Từ năm 2000 và đến nay các viện nghiên cứu trên thế
giới đã tạo được hai loại là GR1 và GR2.


GR1 được tạo ra khi chuyển gen sinh tiền tố

Vitamin A từ cây hoa thủy tiên và

Erwinia

uredovora vào giống lúa Indica.


GR2 được cải tiến từ GR1 bằng cách thay gen
sinh tiền tố Vitamin A từ cây hoa thủy tiên bằng
gen từ cây ngô. GR2 sản xuất ra lượng tiền tố
vitamin A cao gấp 23 lần so với GR1.




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
 Ai là người bắt đầu dự án tạo giống gạo
vàng (golden rice)?
Hạt gạo vàng là một thành quả lớn trong
chương trình nghiên cứu của đội ngũ khoa học
gia

Thụy

Sĩ

và

Đức,

được

cơ

quan

Rockerfeller Foundation của Mỹ tài trợ 100
triệu USD trong 10 năm. Đội ngũ này được
hướng dẫn bởi Giáo sư Ingo Potrykus, Viện
Kỹ Thuật Liên Bang ở Thụy Sĩ, và Tiến Sĩ
Peter Beyer, Đại học Freiburg ở Đức.




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
 Ý nghĩa của việc tạo ra gạo vàng
•

Gạo Vàng là sự kiện lớn nhất là khi mà giá lương
thực ngày một cao, là một sản phẩm dinh dưỡng mới
có tiềm năng lớn về mặt kinh tế

•

Gạo chuyển gen góp phần đảm bảo an ninh lương
thực và xóa bỏ nạn đói. Gạo vàng ra đời mang ý

nghĩa to lớn cho thấy sức mạnh và giá trị ứng dụng
của công nghệ sinh học đối với đời sống con người.
Gạo vàng ra đời giúp mỗi năm có thể cứu hàng trăm
ngàn trẻ em bị mù vì thiếu vitamin A

II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
2. Ứng dụng chuyển gen gạo vàng (Golden rice)

2.1. Đối tượng nghiên cứu
•

Sử dụng Phơi non và hạt gạo các giống lúa Taipei 309, IR64 và MTL 250 (Indica) có đặc điểm tốt
về nông học, chất lượng để thực hiện biến đổi gen

•

Các Viện nghiên cứu đã sử dụng cơng nghệ biến đổi gen đưa một gen của cây thủy tiên hoa

vàng hoặc từ cây ngô và vi khuẩn Erwinia uredovora vào bộ gen của lúa, tạo ra giống lúa mới có
hàm lượng vitamin A.
•

Sử dụng hai loại vector chuyển gen gồm hai plasmid là pCaCar và pFun3 để chuyển gen vào vi
khuẩn Agrobacterium tumefactien.

•

Dùng vi khuẩn A. tumefactien đã được gắn plasmid nói trên để chuyển đoạn DNA mong muốn

vào trong phôi của các giống lúa được chọn lọc

II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
2.2. Phương pháp nghiên cứu
•

Các nhà khoa học đã sử dụng phôi của hạt lúa nuôi cấy mô tái sinh cây lúa phịng thí nghiệm rồi chuyển
gen bằng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens để đưa tất cả các gen lạ vào phơi hạt lúa sau đó.

•

Kiểm tra biểu hiện của gen qua kiểm tra kiểu hình (hạt gạo có màu vàng), kiểm tra theo phương pháp
đánh giá cảm quan bằng mắt thường.

•

Kiểm tra sự xuất hiện của các gen chuyển trong cây lúa chuyển gen bằng phương PCR.




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
2.3. Quy trình kỹ thuật
•

Cơ chế tạo gạo vàng: Bản thân hạt gạo có chứa geranyl geranyl diphosphate (GGPP) một tiền chất
quan trọng trong tiến trình sinh tổng hợp β-carotene. Khi chuyển các đoạn gen psy, crtI, lcy vào trong
cây lúa thì sẽ tạo ra một sự thay đổi rất lớn. Khi đó, gen psy là gen mã hóa để sinh tổng hợp ra enzim

phytoen synthase có nhiệm vụ xúc tác để chuyển hóa GGPP (20 C) thành phytoen (40 C). Cuối cùng
gen lcy mã hóa để sinh tổng hợp enzim Lycopen β-Cyclase có nhiệm vụ xúc tác chuyển hóa Lycopen

thành β-carotene.




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
•

Sơ đồ quy trình




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A

Cây lúa được trồng trong các điều kiện nhân tạo tối ưu để lấy nguyên
liệu chuyển gen



II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A

Plasmid chuyển gen (Đã được minh họa thành đường
thẳng)

Quá trình chuyển gen từ A. tumefactien vào tế bào thực
vật




Tế bào callus tái sinh từ phôi chuyển gen và cây lúa đang
phát triển tốt



II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
2.4. Kiểm tra kết quả chuyển gen
 Kiểm tra bằng cảm quan
• Quan sát và so sánh nội nhủ của hạt gạo thường và hạt gạo chuyển gen β-caroten. Quan sát sẽ thấy
hạt gạo thường có màu trắng trong, cịn hạt gạo chuyển gen β-caroten có màu vàng ngà. Hạt gạo nhận
gen chuyển từ cây ngơ có màu vàng sẫm hơn so với hạt gạo nhận gen chuyển từ hoa thủy tiên, cho
thấy lượng β-caroten có trong hạt gạo nhận gen chuyển từ cây ngô cao hơn so với hạt gạo nhận gen
chuyển từ hoa thủy tiên.

Kiểm tra kết quả chuyển gen bằng cảm quang




II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
 Kiểm tra bằng kỹ thuật phân tích phân tử
• Sử dụng kỹ thuật PCR phát hiện sự có mặt của các gen psy, crt, lcy.
-

Dùng đầu tăm chấm và lấy coloni được nuôi cấy trong thạch.

-

Cho coloni lấy được ở trên vào Eppendorf có chứa 100µl nước cất tiệt trùng

-

Đun sơi trong vịng 5 phút

-

Tiến hành quay li tâm ở tốc độ 10000rpm, trong vịng 5 phút, sau đó lấy phần nước dịch lỏng có chứa
ADN đem đi nhân dịng.

-

Thiết lập chương trình cho máy PCR



B1. 94C 1-1,5’ (Biến tính ADN)



B2. 95C 20 s (Tách ADN sợi đơi thành sợi đơn)



B3. 65C 20 s (Mồi bắt cặp với sợi khuôn)



B4. 72C 1’ (Phản ứng kéo dài)



B5. lặp lại B2 đến B4 29 lần



B6. 720C 10’ ( Tổng hợp nốt các đoạn chưa được hoàn chỉnh)



B7 4 độ ∞

II. ỨNG DỤNG CHUYỂN GEN TẠO GIỐNG
GẠO VÀNG GIÀU VITAMIN A
2.5 Ưu và nhược điểm chuyển gen gạo vàng
 Ưu điểm:
•

Lúa vàng cung cấp lượng vitamin A nhiều hơn, dễ dàng phân phối cho người nghèo

•

Lựa chọn rẻ hơn để cung cấp nhu cầu vitamin A so với các biện pháp bổ sung khác

•

Lựa chọn bền vững như một khi đã được phát hành để canh tác thơng thường có thể được canh tác
vào mỗi mùa sinh trưởng bởi người nơng dân đã lưu hạt giống, do đó khơng cần đầu tư ngân sách
hàng năm cho phân phối

 Nhược điểm:
•

Sức khỏe: Có thể gây dị ứng hoặc khơng đạt được hiệu quả mong muốn. Nguồn cung cấp không cung
cấp một lượng đáng kể như lượng khuyến nghị hàng ngày

•

Mơi trường: Mất đa dạng sinh học. Có thể trở thành cỏ dại và gây nguy hiểm cho sự tồn tại của cây lúa
tự nhiên. Ô nhiễm di truyền đối với các loại lương thực tự nhiên tồn cầu

•

Văn hóa: Một số người chỉ thích trồng trọt và chỉ ăn gạo trắng dựa trên các giá trị truyền thống và tín
ngưỡng tâm linh




III. KẾT LUẬN

•

Cây trồng chuyển gen đã mang lại nhiều lời ích cho con người và đặc biệt là sản phẩm gạo

vàng, một lựa chọn mới cho các quốc gia nghèo. Đây là một thành công lớn của nền công nghệ
sinh học của thế giới. Chúng ta hy vọng một ngày không xa gạo vàng sẽ là nguồn lương thực
cho cả thế giới và đó sẽ là một tương lai mà chúng ta khơng cịn phải lo lắng về khủng hoảng
lương thực.