Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật PHẦN I: MỞ ĐẦU Công nghệ sinh học khoa học mũi nhọn khoa học sống góp phần tích cực phát triển mặt xã hội loài người Cách mạng công nghệ sinh học thực đời vào đầu thập niên 70 kỷ XX Những đóng góp di truyền học vào việc nâng cao suất sản lượng trồng xếp vào hàng thứ 2, sau tiến đạt phân bón, thủy lợi nông hóa Trong thập kỷ cuối kỷ XX đầu kỷ XXI kiến thức thức kỹ thuật sinh học đại đặc biệt lĩnh vực nuôi cấy mô tế bào, công nghệ sinh học sinh học phân tử phát triển nhanh chóng Sự trợ giúp kỹ thuật phương pháp chọn giống thực vật thông thường thúc đẩy trình tạo giống trồng có nhiều đặc tính nông sinh học quí Và kỹ thuật kỹ thuật chuyển gen nói chung chuyển gen thực vật nói riêng kỹ thuật đóng vai trò vô to lớn Những bước phát triển kỹ thuật chuyển gen thực vật bắt nguồn từ thành công hệ thống chuyển gen động vật có vú nấm men Qua số thập kỷ nghiên cứu, kỹ thuật đạt nhiều thành tựu đáng kể Trong viết xin phép trình bày số thành tựu to lớn rực rỡ Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật PHẦN II: TỔNG QUAN 2.1 Một số vấn đề chung nhẩt chuyển gen thực vật [2] Chuyển gen phát triển với phát triển kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật Nó cho phép nghiên cứu cấu trúc điều khiển hoạt động gen Ngoài ra, mở triển vọng chuyển gen có ý nghĩa kinh tế vào trồng 2.1.1 Khái niệm chuyển gen Cây chuyển gen mang nhiều gen đưa vào nhân tạo thay thông qua lai tạo Những gen đưa vào phân lập từ loài thực vật có quan hệ họ hàng từ loài khác biệt hoàn toàn Thực vật tạo gọi “cây chuyển gen” thực tế tất loài thực vật chuyển gen từ loài tổ tiên hoang dại chúng trình hóa, chọn lọc lai giống có kiểm soát thời gian dài 2.1.2 Các thao tác trình chuyển gen Chuyển gen thực hiên qua bước sau: - Xác định gen liên quan đến tính trạng quan tâm nhân gen - Gắn gen vào vector biến nạp - Biến nạp vào E coli để tạo dòng - Thiết kế vector chuyển gen, chuyển gen vào tế bào vật chủ - Nuôi cấy mô tế bào để tạo mô sẹo - Tạo chuyển gen ống nghiệm Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật - Mang chuyển gen thực tế - Đánh giá chứng minh có mặt gen biến nạp tái sinh 2.1.3 Một số phương pháp chuyển gen 2.1.3.1 Các phương pháp chuyển gen gián tiếp * Chuyển gen Agrobacterium * Phương pháp thông qua virus 2.1.3.2 Các phương pháp chuyển gen trực tiếp * Phương pháp dùng súng bắn gen * Phương pháp xung điện * Phương pháp siêu âm * Phương pháp sử dụng hóa chất * Phương pháp chuyển gen vi tiêm * Phương pháp chuyển gen qua ống phấn 2.2 Một số thành tựu đạt 2.2.1 Cây trồng chuyển gen kháng sâu * Sử dụng gen GNA phòng chống rầy mềm “aphid” Đối với loài côn trùng thuộc họ Homoptera rầy nâu loài khác truyền bệnh virus cho trồng, người ta ghi nhận hợp chất lectin có từ nguồn thực vật gây độc chúng nhóm lectin Galantus nivalis agglutinin – GNA có độc tính mạnh [7] GNA làm giảm khả sinh sản làm chậm phát triển rầy mềm Birch Cs (1999) thành công việc chuyển nạp gen GNA vào khoai tây (solanum tuberosum L.) Nhóm tác giả sử dụng clone LECGNA2 thể kèm theo promoter CaMV35S để chuyển nạp Cây khoai tây chuyển gen có tính kháng cao với rầy mềm Myrzu percicae Adalia bipunctata Sự thể Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật GNA khoai tây quan sát chuyển gen Các tác giả ghi nhận: mức độ tiêu thụ thức ăn rầy mềm, tổng số trứng đẻ, tỉ lệ trứng hữu thụ, tuổi thọ rầy trưởng thành, để kết luận hiệu gen GNA khoai tây với kết luận: lectin GNA ảnh hưởng làm giảm tuổi thọ khả sinh dục rầy mềm, đặc biệt cái; lectin khoai tây chuyển gen tìm thấy gắn tế bào màng ruột rầy mềm vivo; biểu gen điều khiển lectin diệt rầy mềm khoai tây chuyển gen có hiệu ngược thiên địch loại rầy mềm (M percicae A bipunctata) thông qua chu trình biến giải thức ăn [3] 2.2.2 Cây trồng chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ Khi hỏi, người nông dân trả lời cỏ dại vấn đề gây lo lắng cho họ Cỏ dại không cạnh tranh với trồng để lấy nước, chất dinh dưỡng, ánh nắng mặt trời, khoảng không để mọc mà nơi cư trú cho côn trùng loại sâu bọ gây bệnh, gây tắc nghẽn hệ thống tưới tiêu, làm giảm sút chất lượng mùa màng, đem theo hạt giống cỏ vào trồng thu hoạch Nếu không thu hoạch, không kiểm soát, cỏ dại làm giảm đáng kể suất trồng Nghiên cứu chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ vấn đề đáng quan tâm nhà khoa học giới * Khoai lang chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ Khoai lang trồng nhiệt đới cận nhiệt đới, với diện tích 10 triệu giới Nó lương thực xếp hạng thứ Khoai lang trồng cần đầu tư, suất ổn định, thích nghi với điều kiện khắc nghiệt mà lương thực khác không trồng Nó có khả chống chịu khô hạn, trồng đất dinh dưỡng hạn chế khả đầu tư Trong ngân hàng gen Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật khoai lang, mẫu giống thể tính kháng thuốc cỏ Người ta tìm cách đưa gen bar vào loài nấm men (yeast) thông qua kỹ thuật cải biên di truyền Các nhà khoa học Hàn Quốc thành công việc tạo giống khoai lang kháng thuốc cỏ glufosinate Vấn đề đáng lo ngại việc sử dụng gen bar gây tượng dòng chảy gen tạp giao, tạo vấn đề mà người ta gọi “siêu cỏ”, (super weeds) Nhưng khoai lang trồng tính chất tạp giao đồng ruộng [13] 2.2.3 Cây trồng chuyển gen chống chịu stress * Cây cải Raphanus sativus chuyển gen tăng khả kháng mặn hạn Park BJ cs (2005) thành công việc chuyển nhóm gen LEA (Late Embryogenesis Abundant) gồm có gen từ cải Brassica napus vào làm tăng khả chịu hạn mặn cho Raphanus sativus Tác giả sử dụng phương pháp siêu âm kết hợp với chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium Dòng vi khuẩn sử dụng dòng Agrobacterium LBA4404 với vector nhị thể PBI121 – LEA Nhóm gen sau chuyển vào phân tích PCR, lai Southern blot, Westhern blot Qua trồng thử nghiệm điều kiện hạn mặn chuyển gen sinh trưởng vượt trội so với nhóm gen Như nhóm protein gen LEA làm tăng tính chịu hạn mặn cải Raphanus sativus [6] * Thuốc chuyển gen kháng mặn Tiến sĩ Narendra Tuteja đồng nghiệp thuộc Trung tâm Công nghệ sinh học kỹ thuật di truyền Quốc tế New Delhi, Ân Độ công bố kỹ thuật cho việc sản xuất trồng chịu mặn Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật Tiến sĩ Tuteja nhóm nghiên cứu bà sử dụng gen mã hoá cho DNA helicases, loại enzim có tác dụng tách DNA suốt trình chép gen Một helicase tìm thấy đậu Hà Lan cụ thể chất PDH45 tăng khả chống chịu với nồng độ muối cao, khử nước nhiệt độ thấp Kết nhóm nghiên cứu cho thấy sau họ chuyển gen Hình 2.2.1: Thuốc chuyển gen kháng mặn PDH45 vào thuốc lá, không tiếp tục tăng trưởng điều kiện độ mặn cao, mà dẫn đến việc hệ giữ gen tiếp tục chịu độ mặn cao Các nhà nghiên cứu phát thấy việc thể gen thuốc tương tự khả chịu mặn Tuy nhiên, thuốc chuyển gen thử nghiệm điều kiện sinh trưởng khó khăn, chúng tiếp tục lớn lên, hoa tạo với số lượng hạt kích thước hạt, trọng lượng hạt kích thước tương đương với loại trồng hoang dại chịu mặn [11] RoyChoudhury Cs (2007) chuyển thành công gen có tên Rab16A từ lúa vào thuốc phương pháp gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium làm cho thuốc tăng tính kháng mặn cao Các thí nghiệm thành công thấy gen chuyển vào gắn di truyền ổn định genome thể thuốc chuyển gen [8] Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật * Cây cải dầu chuyển gen kháng mặn chịu hạn Tháng 11/ 2007 vừa rồi, nhóm nhà khoa học đứng đầu Brini F Cs nghiên cứu chuyển thành công gen liên quan đến tính chịu mặn DHN – (thuộc nhóm gen kháng mặn - dehhydrin) từ lúa mì Triticum durum vào cải dầu Arabidopsis thaliana tạo cải dầu chuyển gen có tính kháng mặn chịu hạn cao Các nhà nghiên cứu tiến hành nuôi thử nghiệm chuyển gen môi trường chọn lọc thấy cải Arabidopsis thaliana sinh trưởng mạnh điều kiện nồng độ muối NaCl khô hạn cao, mặt khác thử nghiệm thấy hàm lượng prolin tăng cách đáng kể [4] Prolin yếu tố kích hoạt điều tiết gen tượng co nguyên sinh lúa điều kiện bị mặn hay khô hạn Trong điều kiện hàm lượng prolin tăng nhanh [1] Sự tích lũy prolin cải dầu chuyển gen coi kết thể gen thành công cải dầu – minh chứng cho việc thành công thí nghiệm 2.2.4 Cây trồng chuyển gen chống vi sinh vật gây bệnh * Cây chuyển gen kháng nấm Bệnh đốm vằn lúa nấm Rhizoctonia sonali gây loại bệnh chưa có giống kháng tuyệt đối Người ta nghiên cứu ứng dụng việc chuyển nạp gen chitinase vào lúa để kiểm soát bệnh Lin Cs (1995) sử dụng đoạn phân tử genome lúa có kích thước 1.1kb chứa gen chitinase promoter CaMV35S Sau chúng clone hóa vector pGL2, tác giả sử dụng phương pháp chuyển nạp gen PEG qua tế bào trần thu 202 tái sinh, từ 61 trồng nhà kính có 28 hữu thụ ghi nhận Phân tích protein từ hệ T1 gen chitinase Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật Con lai có chitinase lọc bệnh đốm vằn cho thấy mức độ kháng bệnh tương quan với mức độ thể gen chitinase lúa [5] * Cây chuyển gen kháng vi khuẩn Bệnh bạc lúa (BB) vi khuẩn Xanthomonas orvzae pv oryzae bệnh quan trọng sản xuất lúa gạo Một gen trội kiểm soát tính kháng BB tìm thấy loài lúa hoang Châu Phi kí hiệu Xa – 21 có phổ kháng rộng nhiều loại vi khuẩn gây bệnh bạc lá, có tính kháng ổn định so với gen khác phân lập trước Tu Cs (1998) sử dụng phương pháp chuyển nạp gen Xa – 21 vào giống lúa indica IT72 Các tác giả thực chuyển nạp gen Xa – 21 với plasmit pC822 pROB5 có gắn promoter CaMV35S Sau tiến hành chuyển gen phân tích di truyền tác giả đến kết luận locus gen Xa – 21 cài vào hệ gen lúa, điều khiển tính kháng BB phân ly theo tỷ lệ 3:1 [9] 2.2.5 Cây trồng chuyển gen sản xuất protein * Cây lúa chuyển gen sản xuất vaccine chống dị ứng Hạt phấn Cryptomeria japonica( thông liễu Nhật Bản) tác nhân gây dị ứng viêm mũi, hen suyễn viêm màng kết cho người chó, bệnh gọi bệnh sốt mùa hè tồn Nhật Bản Biện pháp rẻ tiền để phòng bệnh kiểm soát môi trường không khí, làm giảm ô nhiễm, tăng cường sức khỏe, tăng cường sức chống chịu thể Vaccin biện pháp đề cập Nhóm nhà khoa học Nhật Bản Yang Cs (2007) nghiên cứu phân lập gen cryJ1 từ Cryptomeria japonica cho dung hợp với glutelin Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật lúa có phôi mầm sau cho thể tái tổ hợp biểu lúa Những allergens CryJ1 tạo hoạt tính thấp “IgE-binding” chứa đựng tất dạng epitopes “T-cell” thuộc tác nhân dị ứng Có khoảng 15% protein hạt lúa chuyển gen có gluteline dạng dung hợp – CryJ1 protein Các tác giả tiến hành thử nghiệm chuột, họ cho nhóm chuột ăn lúa hàng ngày, khoảng vài tuần cho chúng phơi nhiễm với phấn hoa thông liễu Kết chúng tạo histamine - hóa chất gây triệu chứng sốt mùa hè hắt so với nhóm chuột đối chứng [10], [12] Sản phẩm protein tái tổ hợp sử dụng phổ biến, an toàn hiệu 2.2.6 Cây chuyển gen có hàm lượng chất dinh dưỡng cao có hợp chất đặc biệt * Cây thuốc chuyển gen làm đất nhiễm độc Chất nổ TNT có sức công phá mạnh mà khiến đất bị nhiễm độc, gây nguy hiểm cho động vật trồng Đến nay, người ta chưa tìm cách tự nhiên rẻ tiền để làm vùng đất Trong hoàn cảnh này, trồng thuốc chuyển gene giải pháp kỳ diệu, nông dân vừa có thu hoạch, Hình 2.2.2 : Một cánh đồng thuốc vừa cải tạo đất Nhóm khoa học Neil Bruce, Đại học Cambridge (Anh) cấy gene vi khuẩn enterobacter cloacae vào thuốc sau trồng thuốc chuyển gene dung dịch có nồng độ TNT cao (các trồng khác chết sau vài ngày) Sau khoảng hai tuần, nhóm khoa học thấy nồng độ TNT giảm 10 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật nửa Quá trình xảy gen vi khuẩn cấy vào sản sinh loại enzym rễ cây, hấp thụ chuyển đổi TNT qua chuỗi phản ứng hóa học Trong thời gian này, thuốc phát triển bình thường Như phương người ta khử chất độc đất thành chất không độc hại mà phương pháp trồng Theo nhóm khoa học, bên cạnh thuốc lá, người ta biến đổi gene số to lớn nhanh khác, ví dụ dương, để làm đất [14] * Cà chua mang gen tạo độc chất ếch giúp kháng bệnh Các nhà khoa học Canada khám phá da số loài ếch sống vùng Nam Mỹ có chứa số loại độc chất giúp chúng chống lại loại bệnh tật vi sinh vật gây Một họ chất độc có tên demarseptin Các độc chất việc giúp ếch chống lại tác nhân gây hại da mà chống lại tác nhân gây hại khác Thành viên có độc lực cao họ demarseptin demarseptin B1 Các nhà nghiên cứu tách gen mã hóa cho loại độc chất từ da loài ếch Phyllomedusa bicolo sống rừng mưa vùng Nam Mỹ, nơi mà điều kiện độ ẩm nhiệt độ cao thích hợp cho loại nấm mốc vi khuẩn sinh sôi nảy nở chuyển vào cà chua (Sonalum tuberosum L) làm cho cà chua có khả tạo loại độc chất Và kết cho thấy cà chua biến đổi gen kháng lại xâm nhiễm nhiều lọai nấm mốc vi khuẩn gây bệnh, bệnh thối rễ, trụi cây, … 11 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein tính chống chịu thực vật PHẦN III: KẾT LUẬN Trong thời gian qua kĩ thuật chuyển gen mang lại nhiều thành tựu đáng ghi nhận công tác chọn tạo giống trồng qui mô toàn giới Hiện có nhiều tiềm to lớn, nhiên có nhiều hạn chế khó khăn đáng quan tâm * Tiềm - Cho phép đưa vào trồng gen lạ phân lập từ giống khác có quan hệ họ hàng với từ thể thực vật khác, đôi lúc làm xuất tính trạng hoàn toàn mới, chưa có tự nhiên - Tạo loại trồng chống chịu với sâu bệnh, hút chất độc kim loại nặng… ứng dụng việc bảo vệ chống ô nhiễm môi trường - Tạo giống trồng thời gian ngắn phạm vi nghiên cứu hep - Cho phép tạo trồng sản xuất protein: loại vitamin, vaccine - Tạo giống trồng chứa hợp chất đặc biệt * Hạn chế - Số lượng gen kiểm soát tính trạng nông sinh học quí chưa nhiều - Các qui trình chuyển gen chưa tối ưu hoàn thiện - Kiến thức phương pháp nghiên cứu biểu gen sau biến nạp chưa hoàn chỉnh 12 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn [...].. .Tiểu luận chuyên đề Protein và tính chống chịu ở thực vật một nửa Quá trình này xảy ra là do gen của vi khuẩn được cấy vào đã sản sinh ra một loại enzym ở rễ cây, hấp thụ và chuyển đổi TNT qua một chuỗi các phản ứng hóa học Trong thời gian này, cây thuốc lá vẫn phát triển bình thường Như... tuberosum L) làm cho cà chua cũng có khả năng tạo ra loại độc chất này Và kết quả cho thấy cây cà chua biến đổi gen có thể kháng lại sự xâm nhiễm của nhiều lọai nấm mốc và vi khuẩn gây bệnh, như bệnh thối rễ, trụi cây, … 11 Tài liệu chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn Tiểu luận chuyên đề Protein và tính chống chịu ở thực vật PHẦN III: KẾT LUẬN Trong thời gian qua kĩ thuật chuyển gen đã mang lại nhiều thành... nhiều hạn chế và khó khăn đáng quan tâm * Tiềm năng - Cho phép đưa vào cây trồng một gen lạ phân lập từ một giống khác có quan hệ họ hàng với nó hoặc từ một cơ thể thực vật bất kì khác, đôi lúc làm xuất hiện những tính trạng hoàn toàn mới, chưa từng có trong tự nhiên - Tạo ra những loại cây trồng chống chịu với sâu bệnh, cây hút chất độc và kim loại nặng… được ứng dụng trong việc bảo vệ chống ô nhiễm... gây hại trên da mà còn chống lại các tác nhân gây hại khác Thành viên có độc lực cao nhất trong họ demarseptin này là demarseptin B1 Các nhà nghiên cứu đã tách gen mã hóa cho loại độc chất này từ da của loài ếch Phyllomedusa bicolo sống trên cây ở rừng mưa vùng Nam Mỹ, nơi mà điều kiện độ ẩm và nhiệt độ cao thích hợp cho các loại nấm mốc và vi khuẩn sinh sôi nảy nở và chuyển vào cây cà chua (Sonalum... một số cây to và lớn nhanh khác, ví dụ cây dương, để làm sạch đất [14] * Cà chua mang gen tạo độc chất của ếch giúp kháng bệnh Các nhà khoa học Canada đã khám phá ra rằng trên da của một số loài ếch sống ở vùng Nam Mỹ có chứa một số loại độc chất giúp chúng chống lại các loại bệnh tật do vi sinh vật gây ra Một họ các chất độc này có tên là demarseptin Các độc chất này ngoài việc giúp ếch chống lại các... Tạo ra giống cây trồng mới trong thời gian rất ngắn và trong phạm vi nghiên cứu hep - Cho phép tạo ra các cây trồng sản xuất protein: các loại vitamin, vaccine - Tạo ra giống cây trồng mới chứa các hợp chất đặc biệt * Hạn chế - Số lượng các gen kiểm soát các tính trạng nông sinh học quí còn chưa nhiều - Các qui trình chuyển gen chưa được tối ưu và hoàn thiện - Kiến thức cũng như các phương pháp nghiên