TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC    AN TOÀN SINH HỌC Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS. NGYỄN THỊ PHƯƠNG THẢO Sinh viên thực hiện : PHẠM MINH ÁNH - 550427 NGUYỄN THỊ HUYỀN -550461 TRỊNH THỊ HẢO -550445 NGUYỄN THỊ THU HƯỜNG -550466 Lớp: CNSHB-K55 HÀ NỘI – 2013 MỤC LỤC I. Đặt vấn đề. II. Nội dung. 1. Khái quát chung về phát tán gene (gene flow) 2. Minh chứng về sự phát tán gen từ cây trồng chuyển gen. 3. Các thế hệ cây trồng chuyển gen. 4. Các gene được sử dụng để tạo cây trồng kháng thuốc trừ cỏ 5. Chiến lược phát triển cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ thế hệ m<i. III. kết luận  I. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, công nghệ sinh học (CNSH) đã phát triển một cách mạnh mẽ, và mức độ sử dụng ngành khoa học tiên tiến này cũng đã tăng nhanh chóng. CNSH đã và đang được ứng dụng vào thực tế đời sống và ảnh hưởng sâu sắc ở quy mô toàn cầu. Những thành tựu mang tính quyết định của CNSH đã mở ra giai đoạn phát triển mạnh mẽ đặc biệt cho các nghiên cứu, ứng dụng và thương mại sinh vật biến đổi gene (Geneetically Modified Organisms-GMO). Song song với sự phát triển của GMO là những bất lợi có thể xảy ra với hệ sinh thái cũng như sức khỏe của con người. Một trong những vấn đề đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học đó chính là nguy cơ phát tán gene (gene flow) ở cây trồng chuyển gene, và hướng đi mới của các công ty cây trồng CNSH để phát triển cây trồng kháng thuốc trừ cỏ thế hệ mới  II. Nội Dung 1. Khái quát chung về phát tán gene (gene flow)   Phát tán gene (gene flow) là là quá trình chuyển vật liệu di truyền dưới dạng gene từ quần thể này sang quần thể khác, có thể trong cùng một loài hoặc khác loài. Hình 1: gene flow   Quá trình phát tán gene xẩy ra rất nhiều trong tự nhiên và sự phát tán gene được chia làm hai loại chính là:  Phát tán gene ngang (horizontal gene flow): là sự chuyển các gene giữa các sinh vật không phải họ hàng hoặc không thông qua giao phối. Ví dụ như sự chuyển gene giữa vi khuẩn với thực vật, điển hình là vi khuẩn Agrobacteriun tumefacien trong đất mang các gene kích thích sự hình thành khối u trong cây tồn tại trong các phân tử plasmid. Khi vi khuẩn xâm nhập vào các vết thương vào trong cây chúng đã chuyển các gene trên phân tử plasmid cho cây để kích thích sự tổng hợp thức ăn cho vi khuẩn, kết quả tạo ra các khối u trên cây. Phát tán gene dọc (vertical gene flow): là quá trình chuyển gene giữa các cá thể trong cùng loài có sự tương hợp về sinh sản. Chẳng hạn sự giao phấn giữa cây ngô hoang dại với các cây ngô trồng tạo ra con lai. Quá trình này thông tin di truyền được truyền cho con cháu.   ! Ở thực vật thì sự phát tán gene thường thông qua 3 con đường chính: - Phát tán gene thông qua hạt phấn: là sự di chuyển của các gene thông qua sự thụ phấn giữa các cá thể của các quần thể khác nhau. - Phát tán gene thông qua hạt: là sự di chuyển của các gene thông qua sự phát tán các hạt của các quần thể khác nhau. - Phát tán gene thồng qua sinh sản vô tính: là sự di chuyển các gene thông qua các bộ phận dinh dưỡng giữa các quần thể khác nhau. Đối với sự phát tán gene thông qua hạt và sinh sản vô tính thì quá trình phát tán gene bị ảnh hưởng lớn bởi động vật, gió, nước, các hoạt động vận chuyển, trao đổi và buôn bán hạt giống cây trồng giữa các vùng địa lý của con người. Để hạn chế sự phát tán gene theo con đường trên cần áp dụng các biện pháp quản lý thích hợp trên quy mô quốc gia và quốc tế. Còn sự phát tàn gene thông qua hạt phấn bị ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố sinh học và các yếu tố vật lý như: tỷ lệ tạp giao, lượng hạt phấn sản sinh bởi cây cho phấn, khoảng cách vật lý, độ lớn hạt  phấn, nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió… Để hạn chế sự phát tán gene thông qua hạt phấn, một số biện pháp có thể áp dụng là: cách ly trước và sau hợp tử, chuyển các gene chuyển quy định tính kháng như sự mất khả năng phát tán hạt phấn (Conner và cs, 2003). " #$%&'()*+ Sự phát tán gene muốn xảy ra cần có một số điều kiện như: - Phải có sự tương hợp về mặt sinh sản giữa cây trồng chuyển gene với các quần thể nhận thuộc loài hoặc họ hàng gần gũi. Thông qua quá trình thụ tinh dẫn đến việc lai hoặc tổ hợp các gene chuyển vào với bộ gene của quần thể và khi đó có thể dẫn đến hậu quả khác nhau về sinh thái và môi trường. - Các cây nhận gene phải nằm trong phạm vi phát tán hạt phấn của cây trồng biến đổi gene. - Thời gian tung phấn của cây trồng biến đổi gene phải trùng với thời gian nan phấn của các cây nan gene. - Các con cháu tạo ra phải sống sót và hữu dục. 2. Minh chứng về sự phát tán gen từ cây trồng chuyển gen.  ,+( %Brassica Napus) Mô hình thí nghiệm được xây dựng trên quy mô trang trại, cách biệt với cây trồng bên ngoài, chỉ trồng cây kháng thuốc trừ cỏ. Có 3 phần chủ yếu: cây trồng, cỏ dại và siêu cỏ. Mối tương tác cơ bản giữa các phần này là sự cạnh tranh. Cỏ dại (bao gồm cả siêu cỏ) cạnh tranh với cây trồng. Sự cạnh tranh này xác định kích thước của mỗi quần thể hoặc năng suất kinh tế triển vọng Cải dầu (Brassica Napus) được chọn là cây trồng. Mù tạt ( Brassica rapa) được chọn là cỏ dại. Một số tài liệu cho thấy có  xảy ra khả năng hình thành con lai tương đối cao giữa cải dầu và mù tạt . Mù tạt là một loại cỏ dại tương đối phổ biến ở nhiều nơi, những nơi có cả cải dầu. Cải dầu biến đổi gene được sử dụng trong nghiên cứu có khả năng chịu thuốc diệt cỏ là glyphosate. Vì vậy trong mô hình này vấn đề đặt ra là xác định xem mù tạt có khả năng chịu được thuốc diệt cỏ glyphosate hay không.  Cây cải dầu(Brassica Napus) Cây mù tạt(Brassica rapa) • Kết quả. Trong trường hợp cải dầu chuyển gene không được trồng, siêu cỏ không xuất hiện. Do vậy không có sự cạnh tranh với cỏ dại, quần thể cỏ dại tăng và đạt được đến sự phát triển bão hòa.  Trường hợp không có alene kháng trong quần thể cỏ dại và đột biến không xảy ra, dẫn đến không hình thành tính kháng. Tuy nhiên trong trường hợp cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ được trồng, hình thành siêu cỏ có alene kháng trong quần thể. Nếu không có lai, tần số alen kháng ở mức không.  sự kiện phát tán gen kháng glyphossate ở Mĩ Một ví dụ liên quan đến việc thoát của gen chuyển kháng thuốc trừ cỏ là gen kháng glyphossate ở Mĩ. Reichman và cộng sự(2006) đã tìm ra giống chuyển gen lai với cây cỏ dại Agrostis species ở cách đó khoảng 3,8 km theo hướng gió của những thử nghiệm chuyển gen trên đồng ruộng, được bảo hộ bởi chính quyền liên bang, hậu quả là sự giao phối trong cùng một giống không còn được bảo đảm, và bây giờ một vài biến đổi trong hệ gen nghiên cứu sẽ dẫn đến một sự thay đổi trong cấu trúc quần thể ở vùng bị xâm lấn. vì nguy cơ có thể xảy ra khi trồng cây chuyển gen, vào năm 2007, ở Mĩ đã có quy định là “bắt buộc những thử nghiệm GM trong tương lai ở Mĩ phải trải qua nhiều đánh giá môi  trường nghiêm ngặt, cho dù gene flow có hoặc không có ý nghĩa là nhân tố tiến hóa trên cỏ dại đều phải được kiểm tra cẩn thận. một vài nghiên cứu ngay lập tức chứng minh được hiện tượng giao lưu gen từ cây trồng sang cây dại trên đồng ruộng al. 2002; Tuyết et al. 2003). (Linder & Schmit năm 1995; Linder et al. Năm 1998; Bartsch et al. Năm 1999; Spencer & Snow năm 2001; Gueritaine et Gueritaine et al. 2002; Snow et al. 2003).  /%0 Thế hệ cây trồng chuyển gen thứ nhất: Là những cây trồng chuyển gene có khả năng kháng sâu bệnh (Bt) và chịu thuốc diệt cỏ (glyphosate và gluphosinate) giúp giảm chi phí sản xuất, tăng sản lượng, tăng lợi nhuận nông nghiệp. Những cây trồng biến đổi gene thế hệ thứ nhất đã thương mại hóa như: • Cây ngô kháng sâu: Gen sử dụng: gen Bt. • Cây đậu tương kháng sâu • Cây ngô kháng thuốc diệt cỏ • Cây đậu tương kháng thuốc diệt cỏ • Cây ngô kháng sâu + kháng thuốc diệt cỏ • Cây đậu tương kháng sâu + kháng thuốc diệt cỏ • Cây cải dầu kháng sâu, kháng thuốc diệt cỏ • Bông kháng sâu, kháng thuốc diệt cỏ Ví dụ : ngô (Bt corn) mang gen Bt (chống sâu hại) được gieo trồng rất rộng rãi và thu được hiệu quả kinh tế cao hơn rõ rệt. Ngô kháng thuốc trừ cỏ có hiệu quả hết sức rõ rệt Ngày nay các nhà khoa học đang hướng đến việc tạo ra những cây chuyển gene “thế hệ thứ hai” nhằm tăng 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 vào người tiêu dùng:  [...]... sinh trưởng cho cây 12 5 Chiến lược phát triển cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ thế hệ mới 5.1 Tình hình thương mại hoá cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ: Hiện nay, các cây trồng GM được thương mại hoá chủ yếu là đậu tương, ngô, bông và cải dầu Tập trung chuyển gen nhiều nhất là kháng thuốc diệt cỏ và kháng côn trùng Theo ISAAA năm 2011:diện tích cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ là... thuốc trừ cỏ chọn lọc sẽ được phát triển: Ví dụ phát triển đặc tính chống chịu với thuốc trừ cỏ 2,4-D - Thế hệ cây trồng mới với công nghệ chịu thuốc trừ cỏ HPPD sẽ được phát triển 15 - Phát triển cây trồng chịu được thuốc diệt cỏ đa gene a Các đặc tính kháng với phổ rộng các thuốc trừ cỏ chọn lọc: Hiện nay sức đề kháng của cỏ dại và khả năng chống chịu glyphosate đã bắt đầu là một vấn đề lớn Các công... lượng thuốc trừ cỏ có thể tác động nhờ đó quá trình sinh tổng hợp các hợp chất của cây vẫn được thực hiện bình thường ngay cả khi có mặt thuốc trừ cỏ  Hướng đi sắp tới của cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ: Đặc tính chống chịu thuốc trừ cỏ tiếp tục được áp dụng cho phổ rộng hơn các loại cây trồng và khả năng chống chịu với nhiều loại thuốc trừ cỏ khác nhau - Các đặc tính kháng với phổ rộng các thuốc. .. định, có loại chỉ diệt cỏ lá rộng không diệt cỏ lá hẹp và ngược lại Ngay đối với họ hòa bản, các loại thuốc trừ cỏ loại này phải chừa cây lúa ra Việc sử dụng thuốc cỏ chọn lọc gặp trở ngại hiệu quả không cao, phun nhiều lần, kết hợp nhiều loại thuốc trừ cỏ khác nhau và đôi khi ảnh hưởng dưới cây trồng Một số các cải biến sinh học khác nhau có thể làm cho cây trồng trở nên kháng thuốc diệt cỏ có thể... (Monsanto), và Liberty Link (Dow), vừa kháng được côn trùng ở trên thân cây, vừa kháng côn trùng ở trong đất, vừa kháng được nhiều loại thuốc diệt cỏ Được như vậy, bắp SmartStax (và các hoa màu SmartStax khác như bông vải, đậu nành) có tới 8 gen được chuyển vào Thông thường, các giống-biến-đổi -gen chỉ có 1 hay tối đa 3 gen được chuyển vào hệ -gen Ví dụ: Cây thuốc lá vừa kháng sâu hại vừa kháng thuốc diệt cỏ. .. bằng công nghệ này có thể chịu được hơn 20 loại thuốc trừ cỏ đang được sử dụng phổ biến trên thị trường Đậu nành chống chịu HPPD được xem là đang trong giai đoạn phát triển và dự đoán sẽ được thương mại hoá trong 5 năm tới c Phát triển cây trồng chịu được thuốc diệt cỏ đa gene Các cây trồng phát triển theo hướng này có khả năng chịu được cả thuốc diệt cỏ chọn lọc và không chọn lọc bằng cách chuyển cùng... với các chương trình nghiên cứu công nghệ sinh học đã nhìn thấy giá trị của phát triển cây trồng kháng thuốc trừ cỏ chọn lọc Điều quan trọng là khả năng chống chịu của cây trồng để những loại thuốc diệt cỏ chọn lọc kiểm soát cỏ dại có dấu hiệu chịu glyphosate Ví dụ khả năng kháng thuốc diệt cỏ glyphosate ở cây cỏ phấn hương khổng lồ, ở bang Nebraska nước Mỹ Đối với Jeremy Leech - một nông dân trồng. .. tính kháng sâu hại và kháng thuốc cỏ glyphosate d Cây trồng kháng thuốc trừ cỏ thế hệ mới :Gene kháng Dicamba Cây trồng chuyển gene thế hệ cũ chủ yếu dựa trên gene kháng Glyphosate (bar gene) đã được ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên trên thực tế , người nông dân xử lý thuốc gốc Glyphophosate trên những cánh đồng không canh tác thấy rõ biến dị kháng thuốc xuất hiện khá nhanh với tỷ lệ cao Điều này cũng có. .. Những cây cỏ dại có khả năng kháng các loại thuốc diệt cỏ mạnh nhất đang tung hoành trên đồng ruộng của họ  Thuốc diệt cỏ chứa 2,4-D được cho là có hiệu quả trong giải quyết vấn đề này Thuốc trừ cỏ có chứa 2,4-D là loại thuốc được sử dụng phổ biến nhất để diệt cây cỏ 2 lá mầm, và cây một lá mầm thì không mẫn cảm, 2,4-D là thuốc diệt cỏ rất hiệu quả, chi phí thấp Do đó khi chuyển gen kháng 2,4-D sẽ có. .. chiếm 59% Trong đó 4 cây trồng chính là: Cây trồng Diện tích (triệu ha) Tỷ lệ % Đậu 75,4 80,1 Ngô 7,8 8,3 Bông 1,8 1,9 Cải dầu 8,2 8,7 13 5.2 Các chiến lược phát triển cây trồng chuyển gen mang đặc tính chịu thuốc trừ cỏ Trong thời gian tới đăc tính chống chịu thuốc trừ cỏ vẫn sẽ là xu hướng phát triển chính trong công nghệ sinh học bởi vì các nguyên nhân sau: - Tạo ra thực vật biến đổi gen kiểu này tương . về phát tán gene (gene flow) 2. Minh chứng về sự phát tán gen từ cây trồng chuyển gen. 3. Các thế hệ cây trồng chuyển gen. 4. Các gene được sử dụng để tạo cây trồng kháng thuốc trừ cỏ 5. Chiến. trưởng cho cây. 3 5. Chiến lược phát triển cây trồng chuyển gene kháng thuốc trừ cỏ thế hệ m<i. 5.1.Tình hình thương mại hoá cây trồng chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ: Hiện nay, các cây trồng. cây trồng chuyển gene, và hướng đi mới của các công ty cây trồng CNSH để phát triển cây trồng kháng thuốc trừ cỏ thế hệ mới  II. Nội Dung 1. Khái quát chung về phát tán gene (gene flow) 