Thành tựu tạo giống cây trồng chuyển gen

BÀI TIỂU LUẬN
Môn: Công Nghệ Gen
Họ và Tên : Lê Chí Toàn
Lớp K33c-Sinh
Trường ĐH Sư Phạm HN 2
ĐỀ: Thành tựu tạo giống cây trồng chuyển gen.
NỘI DUNG:
Những thành tựu quan trọng trong sự phát triển cửa kỹ thuật chuyển gen ở
thực vật:
• Năm 1980: Lần đầu tiên thực hiện chuyển ADN ngoại lai vào cây nhờ
grobacterium.
• Năm 1983: Tạo các marker chon lọc như chỉ thị màu sắc, chỉ thị
kháng với kháng sinh. Thiết kế lại plasmid Ti (loại bỏ gen gây khối u
cài các gen mong muốn vào plasmid Ti).
• Năm 1984: Thực hiện chuyển gen trực tiếp và gián tiếp vào tế bào
protoblast.
• 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.
• 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: Chuỷen gen tạo giống lúa có giá trị ding dưỡng và hàm
lượng vitamin cao.
1
Từ năm 2000 đến nay, cây trồng chuyển gen không ngừng phát triển.
Năm 2000, toàn thế giới có 44,2 triệu ha trông cây chuỷen gen thì đến năm
2003 tăng lên 67,6 triệu ha. Có 6 nước trồng cây trồng 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 trồng 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.
 Các hướng chính trong tạo giống cây trồng chuyển gen
• Chuyển gen kháng sâu:
o Dựa trên cơ sở 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.
o Năm 1987, các nhà khoa học nghiên cứu ở Bỉ đã tách thành công gen
mã hóa cho protein độc tố(Bt toxin) này. Các gen mã hóa độc tố này
nằm trên plasmid của vi khuẩn, được gọi là Cry, gồm 6 nhóm:
• CryI diệt ấu trùng bộ cánh vẩy(lepidoptera).
• CryII diệt ấu trùng bộ cánh vẩy(lepidoptera) và bộ hai cánh(Diptera).
• CryIII diệt ấu trùng bộ cánh cứng(coleoptera).
• CryIV diệt ấu trùng bộ hai cánh(Diptera).
• CryV diệt ấu trùng bộ cánh vẩy và bộ hai cánh(Diptera).
• CryVI diệt tuyến trùng.
o Các gen này được tách ra, xác định trình tự, tiến hành tổng hợp và thiết
kế vào vector chuyển gen, sau đó chuyển vào cây trồng như: bông, ngô,
đậu tương, lúa… Kết quả tạo ra hàng loạt cây trồng kháng sâu.
• Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ:
o Trong nền sản xuất nông nghiệp hiện đại ở quy mô sàn xuất lớn cần
phải sử dụng thuốc diệt cỏ dại.Vấn đề đặt ra là khi phun thuốc diệt cỏ
thì chỉ diệt cỏ mà không gây hại đến cây trồng đặc biệt là lúa. Muốn
vậy phải tạo ra cây trồng kháng thuốc diệt cỏ. cách là hiệu quả nhất là
chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ vào cây trồng.
o Có nhiều loại thuốc diệt cỏ khác nhau được sử dụng, trong đó phổ biến
nhất là thuốc diệt cỏ glyphotsat. Đây 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
2
hãm sự hoạt động của một enzym EPSPS có chức năng chuyển hóa sản
phẩm quang hợp thành axit Sikimic. Axit sikimic không được tổng hợp
sẽ làm dối loạn quá trình trao đổ chất của cở và làm cở chết.
o Người ta đã tìm được gen mã hóa EPSPS từ vi sinh vật và từ những cây
chịu được thuốc diệt cỏ glyphosat, tiến hành tách gen và cải biến gen
này và chuyển gen này vào cây trồng. kết quả tạo ra cây trồng có hàm
lượng enzym EPSPS cao và cây hoàn toàn chống chịu được với thuốc
glyphosat.
• Chuyển gen tạo cây kháng vius gây bệnh:
o Virus thực vật gây hại nghiêm trọng cho cây trồng và là loại bệnh
không thể dùng thuốc thông thường để phong trừ được. Do vậy việc tạo
ra cây kháng virus là rất quan trọng.
o Có nhiều cách tạo cây kháng virus, chuyển gen mã hóa protein vỏ của
virus, chuyển gen tạo enzym phân giải virus hoặc chuyển gen có trình
tự đối bản với ARN virus. Kĩ thuật chuyển gen mã hóa vỏ protein của
virus thường được dùng phổ biến.
o Nhiều loại cây trồng được chuyển gen tạo vỏ của nhiều loại virus nên
đã kháng được nhiều loại virus gây bệnh: đu đủ kháng virus gây bệnh
đốm vòng(PRVS), cây thuốc là kháng với virus khảm dưa chuột(CMV),
khoai tây kháng với virus X virus Y…
• Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật:
o Sản xuất protein động vật bằng phương pháp nuôi cấy mô, tế bào động
vật rất tốn kém, dễ bị lây nhiễm. chính vì lẽ đó các nhà khoa học đã tìm
cánh giải trình tự của gen mã hóa cho protein động vật đó, thiết kế lại,
sau đó chuyển các gen này vào thực vật, biến thực vật thành cở thể sản
xuất protein động vật.
• Ví dụ: .chuyển gene tổng hợp lactoferrin có trong sữa người vào lúa đã
tạo ra được giống lúa có thể đạt hàm lượng tới 5 gam lactoferrin trong
1kg gạo và khá ổn định qua các thế hệ.
o Một hướng khác quan trọng là sản xuất “thực phẩm chức năng”. Điều
đó có nghĩa là cần chuyển nhiều gene 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 ta có thể
ăn rau, đâu, hoa quả của cây trồng được chuyển gene tạo vacxin này để
thay thế cho việc tiêm vacxin phòng bệnh.
3
• Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dương
của cây:
o Đậu tương và ngô là thức ăn của người và gia súc. Tuy nhiên trong đậu
tương và ngô có các protein chứa ít axít amin methionin. Người ta đã
nghiên cứu để chuyển gen mã hóa cho protein chứa nhiều methionin
vào đậu tương và ngô. Kết quả là các cây chuyển gen đã tăng loại
protein giàu methionin len hơn 8% trong tổng số protein có trong hạt.
o Ví dụ: Tạo giống lúa có khả năng tổng hợp chất β-caroten ( tiền thân
của VTM A ) giải quyết vấn đề thiếu VTM A cho con người
• Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc mới:
o Màu sắc hoa, đặc biệt là hoa có những màu xanh, nhung đen rất có giá
trị. Trong mô của cánh hoa có chứa 3 nhom sắc tố antocyanin là:
 Là dẫn xuất của pelargonidin thường có màu hồng, da cam và đỏ.
 Là dẫn xuất của cyanidin có màu đỏ hoặc màu hoa cà.
 Là dẫn xuất của delphinidin có màu tía, màu xanh và xanh den.
o Sự phối hợp của 3 nhóm antocyanin 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.
o Kết quả nhiều màu sắc mới của hoa đã được tạo ra nhờ tách chiết các
gen chiu tránh nhiệm tổng hợp sắc tố các sinh vật khác nhau và chuyển
vào các giống hoa, tạo ra nhiều giống cho màu hoa mới lạ.
4