MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU 2

B. NỘI DUNG 5

1. Các nguyên tắc sinh học của kỹ thuật chuyển gen 5

2. Các bước trong kỹ thuật chuyển gen 6

3. Một số phương pháp chuyển gen ở thực vật 7

3.1. Các phương pháp chuyển gen gián tiếp 7

3.1.1. Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens 7

3.1.2. Chuyển gen gián tiếp nhờ virus 11

3.2. Các phương pháp chuyển gen trực tiếp 12

3.2.1. Chuyển gen bằng súng bắn gen (gene gun) 12

3.2.2. Chuyển gen bằng xung điện (electroporation) 14

3.2.3. Chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection) 14

3.2.4. Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm 15

3.2.5. Chuyển gen bằng phương pháp hóa học 15

3.2.6. Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn (pollen tube) 16

4. Lợi ích và nguy cơ của cây trồng chuyển gen 16

4.1. Lợi ích 16

4.2. Nguy cơ tiềm ẩn 18

5. Những thành tựu, triển vọng chủ yếu trong tạo giống cây trồng chuyển gen 20

6. Các hướng chính trong tạo cây trồng chuyển gen 21

6.1. Chuyển gen kháng sâu 21

6.2. Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ 22

6.3. Chuyển gen tạo cây kháng virus gây bệnh 22

6.4. Chuyển gen tạo cây sản xuất protein động vật 24

6.5. Chuyển gen thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dưỡng của cây 24

6.6. Chuyển gen tạo giống hoa có nhiều màu sắc 25

7. Quy trình tạo hoa hồng xanh bằng kỹ thuật RNA interference (RNAi) 26

C. KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

A. MỞ ĐẦU

Một trong các kỹ thuật của công nghệ tế bào thực vật là kỹ thuật chuyển gen. Trước đây, để tạo một giống mới các nhà tạo giống thường sử dụng phương pháp truyền thống để tổ hợp lại các gen giữa hai cá thể thực vật tạo ra cơ thể lai mang những tính trạng mong muốn. Phương pháp này được thực hiện bằng cách chuyển hạt phấn từ cây này sang nhụy hoa của cây khác. Tuy nhiên phép lai chéo này bị hạn chế bởi nó chỉ có thể thực hiện được giữa các cá thể cùng loài (lai gần), lai giữa những cá thể khác loài (lai xa) thường bị bất thụ do đó không thể tạo ra con lai được. Tuy nhiên, lai gần cũng phải mất nhiều thời gian mới thu được những kết quả mong muốn và thông thường những tính trạng quan tâm lại không tồn tại trong những loài có họ hàng gần nhau.

Kể từ năm 1984, là lúc người ta bắt đầu tạo được cây trồng chuyển gen và đến nay đã có những bước tiến lớn. Nhiều cây trồng quan trọng chuyển gen ra đời như lúa, ngô, lúa mì, đậu tương, bông, khoai tây, cà chua, cải dầu, đậu Hà Lan, bắp cải Các gen được chuyển là gen kháng vi sinh vật, virus gây bệnh, kháng côn trùng phá hại, gen có khả năng sản xuất những loại protein mới, gen chịu hạn, gen kháng thuốc diệt cỏ Kỹ thuật chuyển gen cho phép nhà tạo giống cùng lúc đưa vào một loài cây trồng những gen mong muốn có nguồn gốc từ những cơ thể sống khác nhau, không chỉ giữa các loài có họ gần nhau mà còn ở những loài rất xa nhau. Phương pháp hữu hiệu này cho phép các nhà tạo giống thực vật thu được giống mới nhanh hơn và vượt qua những giới hạn của kỹ thuật tạo giống truyền thống.

Kỹ thuật chuyển gen, ghép gen là kỹ thuật đưa một gen lạ (một đoạn ADN, ARN) vào tế bào vật chủ làm cho gen lạ tồn tại ở các plasmid trong tế bào chủ hoặc gắn bộ gen tế bào chủ, tồn tại và tái bản cùng với bộ gen của tế bào chủ. Gen lạ trong tế bào chủ hoạt động tổng hợp các protein đặc hiệu, gây biến đổi các đặc điểm đã có hoặc làm xuất hiện những đặc điểm mới của những cơ thể chuyển gen.

Nhìn chung, việc ứng dụng cây chuyển gen đã có những lợi ích rõ rệt như sau:

- Tăng sản lượng

- Giảm chi phí sản xuất

- Tăng lợi nhuận nông nghiệp

- Cải thiện môi trường

Những cây chuyển gen “thế hệ thứ nhất” đã giúp giảm chi phí sản xuất. Ngày nay, các nhà khoa học đang hướng đến việc tạo ra những cây chuyển gen “thế hệ thứ hai” nhằm tăng các giá trị dinh dưỡng hoặc có những đặc điểm thích hợp cho công nghiệp chế biến. Lợi ích của những cây trồng này hướng trực tiếp hơn vào người tiêu dùng. Chẳng hạn như:

- Lúa gạo giàu vitamin A và sắt

- Khoai tây tăng hàm lượng tinh bột

- Vacxin thực phẩm (edible vaccine) ở ngô và khoai tây

- Những giống ngô có thể trồng được trong điều kiện nghèo dinh dưỡng

- Dầu ăn có lợi cho sức khỏe hơn từ đậu nành và cải dầu

Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm cũng có những nguy cơ tiềm ẩn trong việc phát triển những kỹ thuật mới. Bao gồm:

- Mối nguy hiểm trong việc vô tình đưa những chất gây dị ứng hoặc làm giảm dinh dưỡng vào thực phẩm

- Khả năng phát tán những gen biến nạp trong cây trồng sang họ hoang dại

- Sâu bệnh có nguy cơ tăng cường tính kháng với các chất độc tiết ra từ cây chuyển gen

- Nguy cơ những chất độc này tác động tới các sinh vật không phải là loại sinh vật cần diệt, vì thế có thể làm mất cân bằng sinh thái

Nhìn chung, mặc dù còn những điểm còn chưa rõ ràng về cây chuyển gen nhưng với khả năng tạo ra những giống cây trồng mới có giá trị kinh tế, công nghệ này có vai trò không thể phủ nhận được. Tuy vậy, vẫn còn một số vấn đề đáng lo ngại. Để giải quyết những vấn đề này thì những kết luận thu được phải dựa trên những thông tin tin cậy và có cơ sở khoa học.

Triển vọng của công nghệ chuyển gen thực vật là rất lớn, cho phép tạo ra các giống cây trồng mang đặc tính di truyền hoàn toàn mới, có lợi cho con người mà trong chọn giống thông thường phải trông chờ vào đột biến tự nhiên, không thể luôn luôn có được. Đối với sự phát triển của công nghệ sinh học trong thế kỷ XXI thì công nghệ chuyển gen sẽ có một vị trí đặc biệt quan trọng. Có thể nói công nghệ chuyển gen là một hướng công nghệ cao của công nghệ sinh học hiện đại phục vụ sản xuất và đời sống