Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ sinh học hiện đại và ứng dụng trong tạo giống cây trồng
Chuyên đề Công nghệ sinh học đại ứng dụng cải tạo giống trồng Các loại gen sử dụng cải tiến giống trồng Gen kháng bệnh hại trồng: - Gen kháng virus: gen mà hóa protein vỏ virus ; gen tạo ribosyme; gen đối (antisen); - Gen kháng nấm gây bệnh - Gen kháng vi khuẩn gây bệnh: Xa21 mà hoá protein kinase Gen kháng sâu hại: nhiều loại gen mà hóa cho protein có hoạt tính diệt côn trùng Bt - C¸c gen cryI (A,B,C); Cry II; cryIII, cry IV; cryV - Gen vip: vip1, vip2, vip3 (phỉ t¸c dụng mạnh cry) - Gen mà hoá chất ức chế proteinase; -amylase; lectin chitinase Gen kháng chất diệt cỏ Kháng Glyphosate: - gen EPSPS phân lập từ vi khuẩn Agrobacterium chủng CP4 - gen EPSPS cải biên phân lập từ ngô - gen GOX phân lập từ vi khuẩn đất Achromobacter chủng LBAA Kháng Gluphosinate: - pat: phân lËp tõ Streptomyces viridochromogenes - bar: t¸ch tõ S hygroscopicus Gen bÊt dơc ®ùc - Gen barnase m· hãa enyzme phân giải RNA, phân lập từ Bacillus amyloliquefaciens, gắn với Promoter TA29 hoạt động vùng hạt phấn (gây bất dục đực) - Gen barstar gắn với promoter TA29 (khôi phục tính hữu thụ) Gen chống chín nhũn làm chín chậm, tạo sắc tố hoa - Gen mà hoá cho enzym polygalacturonase (PG) - Gen liên quan đến trình sinh tổng hợp ethylen (ACC) - Gen liên quan trình sinh tổng hợp flavonoid (CHS) Phản gen CHS, ACC đợc sử dụng để hạn chế hoạt tính enzym làm thay đổi màu hoa Gen tăng cờng khả miễn dịch, sản xuất protein động vật chất có hoạt tính sinh học - Gen VP2 tỉng hỵp protein vá cđa virus Gumboro; - Protein CD14 miễn dịch ngời Gen cải thiện chất lợng dinh dỡng protein thực vật, hàm lợng tinh bét - Gen WBLRP; S-VSPa; S-VSPb m· ho¸ cho protein giàu Lysin phân lập từ hạt đậu - Gen mà hoá cho hai enzym sinh tổng hợp Lys aspartokinase (AK) dihydrodipicolinate synthase (DHPS), phân lập từ E coli; enzym sinh tổng hợp Trp anthranilate synthase (AS); - Gen sinh tổng hợp beta-carotene: psy (phytoene synthase) lyc (lycopene cyclase) phân lập từ hoa thuỷ tiên; - Gen crt1 đợc phân lập từ vi khuẩn đất Erwinia uredovora Gen liên quan đến tính chống chịu điều kiện bất lợi Gen chịu lạnh: lạnh phân lập đợc hai nhóm gen cor cas từ cỏ ba Gen chịu hạn: hạn nhóm LEA lúa mạch nhóm RAB lúa n ớc - Nhóm LEA: mà hoá protein bảo vệ phôi trình ngủ chịu hạn phôi hạt khô - Nhóm RAB liên quan đến tác ®éng øc chÕ sinh trëng tÕ bµo cđa ABA thực vật gặp điều kiện bất lợi Các gen RAB phản ứng với ABA ngoại sinh nội sinh, tạo protein có chức ức chế bảo vệ Gen chịu mặn: mặn gen ornithine aminotransferase (OAT) có vai trò sinh tổng hợp proline Các híng chÝnh t¹o gièng b»ng biÕn n¹p di trun Kháng thuốc diệt cỏ - Tính kháng loại thuốc diệt cỏ glyphosate, glufosinate đà đ ợc chuyển vào: cải dầu, đậu tơng, bông, ngô, củ cải đờng, lóa mú, xóp l¬, rau diÕp - DiƯn tÝch trång trồng chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ đà đợc thơng mại hoá chiếm 71% tổng diện tích chuyển gen Kháng côn trùng - Gen cry1A(c) , gen øc chÕ proteinase II díi sù ®iỊu khiĨn cđa Ubi-P đà đợc chuyển vào lúa - Các gen mà hoá chitinase, kinase đợc chuyển vào ngũ cốc - Gen Xa21 đợc chuyển vào lúa, biểu khả kháng vi khuẩn bạc Các hớng tạo giống biến nạp di truyền Kháng virus - Chun c¸c gen m· hãa protein vá nhiỊu loại virus vào trồng - Tạo giống trồng kháng virus: đu đủ kháng bệnh virus đốm vòng PRSV, chống chịu virus khảm alfalfa (AMV), virus khảm da chuột (CMV), khoai tây kháng virus X Tăng cờng khả chống chịu điều kiện bất lợi - Chuyển gen ABF4 dới điều khiển promoter 35S vào Arabidopsis, biểu cuống chiều cao thấp hơn, nhỏ hơn, thời gian hoa chậm lại, tỷ lệ khí khổng đóng cao hơn, giảm thoát nớc có khả chống chịu khô hạn - Một số gen chịu lạnh phân lập từ cá đà đợc chuyển vào khoai tây, biểu gen làm cho khoai tây chống chịu tốt nhiệt độ lanh Cải thiện protein thực vật, hàm lợng tinh bột chất lợng hạt ngũ cốc - Gen WBLRP đà đợc chuyển biểu hạt Arabidopsis, lúa - Gen S-VSPa S-VSPb mà hoá cho protein dự trữ có hàm lợng Lys cao đà đợc chuyển biểu thuốc - Đột biến DHPS mà hoá cho enzym sinh tổng hợp Lys đà đợc biểu đậu tơng, cải dầu, lúa mạch, lúa, Arabidopsis - §ét biÕn ASA2 cđa gen m· ho¸ cho enzym sinh tổng hợp Trp đà đợc chuyển biểu rau - Chuyển gen OASA1 vào lúa đà thu nhận đợc lúa có hàm lợng Trp tăng Cải thiện protein thực vật, hàm lợng tinh bột chất lợng hạt ngũ cốc - Gen mà hoá cho enzyme phytase phân giải phức phytat sắt (ferritin) đà đợc chuyển vào lúa nhằm tạo giống lúa có hàm lợng sắt cao - Chuyển gen crt1 sinh tổng hợp beta-carotene vào lúa, tạo giống lúa vàng (SGR1) Kết hợp chuyển gen psy phân lập từ ngô với gen crt1, tạo giống lúa vàng SGR2 - Chuyển gen antisense CYP79D1 CYP79D2 vào sắn làm giảm hàm l ợng cyanogen rễ - Gen mà hoá protein dự trữ ASP1 đà đợc chuyển biểu rễ sắn chuyển gen - Gen glgC đà đợc chuyển biểu tốt khoai tây, sắn, làm tăng hàm lợng tinh bột ë rÔ Mét sè mèc quan träng sù ph¸t triĨn cđa kü tht chun gen ë thùc vËt Năm Thành tựu quan trọng 1980 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1990 1994 Lần chuyển DNA vi khuẩn vào nhờ A tumefacie Tạo gen thị chọn lọc, thiết kế lại Ti plasmid Biến nạp vào tế bào trần Tạo giống kháng thuốc diệt cỏ Tạo giống kháng virus, đa chuyển gen thử nghiệm đồng ruộng Chuyển gen kháng côn trùng nhờ súng bắn gen Tạo giống cà chua điều khiển đợc trình chín Chuyển gen bất dục đực vào ngô súng bắn gen Sản phẩm chuyển gen đợc thơng mại hoá: giống cà chua Flavor Save Lần chuyển thành công đồng thời 10 gen vào Toàn 1998 cầu 1999 2005 có 48 giống chuyển gen đợc phép thơng mại hoá Tạo giống lúa chuyển gen có giá trị dinh dỡng cao (Lúa vàng) Tạo giống ngô có hàm lợng lysin cao Tình hình nghiên cứu thơng mại hoá trồng biến ®ỉi gen trªn thÕ giíi Tõ 1996, diƯn tÝch GMC thơng mại bắt đầu tăng liên tục ổn định 1996-2005: diện tích trồng GMC tăng 50 lÇn (tỉng diƯn tÝch 475 triƯu ha) 2005: phát triển vợt bậc, diện tích trồng GMC đạt 90 triệu ha, 21 nớc Mỹ: diện tích trồng GMC lớn giới, đạt 49,8 triệu ha, (55%) Cây ngô chuyển gen mang gen lần đà xuất Mỹ Trong loại GMC, ngô chuyển gen có diện tÝch trång lín thø hai (21,2 triƯu ha) sau ®Ëu tơng (54,4 triệu ha) Các chuyển gen mang từ hai gen trở lên mục tiêu quan trọng ảnh hởng trồng GMC đến môi trờng sống ngời -Lơng thực, thực phẩm từ chuyển gen gây phản ứng dị ứng tác dụng phụ sản phẩm gen protein lạ - Có thể gây tác động đến môi trờng sinh thái xuất sinh vật lạ, diệt thiên địch quý; tạo loài Lợi ích trồng GMC -Tăng suất trồng từ đến 40% -Giảm chi phí sản xuất -Tăng lợi nhuận nông nghiệp - Cải thiện môi trờng, bảo vệ đa dạng sinh học Tình hình nghiên cứu trồng biến đổi gen Việt Nam Nghiên cứu chuyển gen vào trồng đợc tiếp cận, đầu t triển khai nghiên cứu, ứng dụng chủ yếu phòng thí nghiệm Viện C«ng nghƯ Sinh häc, ViƯn Di trun N«ng nghiƯp, ViƯn Sinh học nhiệt đới Viện nghiên cứu Lúa đồng b»ng s«ng Cưu Long ViƯn C«ng nghƯ Sinh häc: + Chuyển gen Xa21 kháng bệnh bạc gen cry kháng côn trùng vào lúa + Phân lập gen chịu lạnh, tăng cờng tính chịu hạn chịu mặn lúa; gen cry, gen RIP, gen mà hoá -amylase đậu cô ve, gen kháng bọ hà khoai lang, gen mà hoá protein vỏ virus gây bệnh đốm vòng đu đủ ... gen crt1 sinh tổng hợp beta-carotene vào lúa, tạo giống lúa vàng (SGR1) Kết hợp chuyển gen psy phân lập từ ngô với gen crt1, tạo giống lúa vàng SGR2 - Chuyển gen antisense CYP79D1 CYP79D2 vào sắn... Nam Nghiên cứu chuyển gen vào trồng đợc tiếp cận, đầu t triển khai nghiên cứu, ứng dụng chủ yếu phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh häc, ViƯn Di trun N«ng nghiƯp, ViƯn Sinh häc nhiƯt đới Viện... thành công đồng thời 10 gen vào Toàn 1998 cầu 1999 2005 có 48 giống chuyển gen đợc phép thơng mại hoá Tạo giống lúa chuyển gen có giá trị dinh dỡng cao (Lúa vàng) Tạo giống ngô có hàm lợng lysin