Từ khi được đưa vào trồng từ cuối thế kỷ thứ 19, cây cao su Heave đã đạt được nhiều tiến bộ trong khai thác sản lượng so với nhiều loại cây trồng khác. Năng suất hiện nay của cao su đã được nhân lên gấp 4 lần so với các giống cây có nguồn gốc từ bộ sưu tập của Wickham.

Trước hết, gỗ là một giá trị thiên phú từ cây cao su mà các nhà trồng cao su ban đầu không thể dự đoán được. Tuy nhiên, sau 130 năm trồng cao su, hiện nay người ta ngày càng khó đưa ra được các biện pháp để cải tiến cây cao su hơn nữa. Để có thể cạnh tranh với các loại cây trồng khác, những người làm cao su cần tự cải thiện không chỉ ở mức độ vườn cây hay nông nghiệp. Đó là các nghiên cứu khoa học tiến bộ ở góc độ vi mô của cây cao su. Các nghiên cứu mới đây trong lĩnh vực biến đổi gen cây cao su sẽ tạo ra nhiều khía cạnh mới về sản lượng mà ngành cao su thiên nhiên cần xem xét.

Thay đổi các đặc tính của cây thông qua biến đổi gen

Một trong các ứng dụng nhiều nhất của ngành công nghệ sinh học thực vật hiện đại là biến đổi gen, trong đó các gen chọn lọc đã được đưa vào thể tạng gen của cây. Các gen có liên quan thông thường là các gen can thiệp vào các đặc tính nông học như kháng bệnh hoặc kháng côn trùng. Trong khi điều này không khác nhiều so với lai tạo giống truyền thống, không tránh khỏi việc rất nhiều gen bị xáo trộn trong quá trình lai tạo. Do đó hệ con cháu từ lai tạo hữu tính sẽ có thể có đặc điểm mong muốn, cũng có thể trong cùng lúc thừa hưởng các đặc tính xấu hoặc mất đi một số đặc điểm tốt của bố mẹ chúng.

Mặt khác, biến đổi gen là cấy vào cây đặc điểm đặc trưng gen có kiểm soát, để lại cho cây các đặc điểm khác mà thường không bị xáo trộn. Biến đổi gen cũng có thể được xem như là một hình thức “cắt và dán” ở mức độ gen của cơ quan.

Một khác biệt chủ yếu giữa giữa lai tạo giống truyền thống và biến đổi gen cây trồng là đầu tiên đưa một số gen mới giới hạn vào các gen từ chính các giống hoặc từ các giống có  liên quan gần gũi. Với biến đổi gen, thường các trở ngại của giống được vượt qua. Do đó, gen từ các vi khuẩn, cây trồng có thể được cấy vào cây thông qua thủ thuật gen. Vì vậy cây biến đổi gen cũng có thể được biết như là cây trao đổi gen.

Ngày nay nhiều phương pháp đã được triển khai về biến đổi gen cho cây trồng. Phương pháp  được áp dụng thông thường là chuyển gen mong muốn vào cây thông qua điều chỉnh vi khuẩn trong đất. Trong kỹ thuật này, AND đánh dấu các thành phần gen mong muốn trước tiên được cấy vào vi khuẩn , sau đó cho phép nhiễm vào mô của cây chủ. Biến đổi gen của cây cao su đã được tiến hành thành công tại Malaysia, An Độ, Pháp và Trung Quốc.

Biến đổi gen giúp cải tiến nông học cây cao su

Biến  đổi gen đã cho kết quả đáng kể qua việc gia tăng cải tiến các đặc tính nông học của cây cao su. Cũng như các cây trao đổi gen khác trong nông nghiệp, mục tiêu trước hết là cải thiện sản lượng cây trồng. Ngoài ra các lợi ích khác mà cây cao su được hưởng từ biến đổi gen là rất nhiều. Một số mục tiêu công nghệ gen từ cây cao su có thể được biến đổi theo yêu cầu đặc trưng của khu vực, ví dụ chịu được lạnh để trồng ở vùng cận nhiệt đới có vĩ độ cao hơn. Tuy nhiên, đối với cây cao su thì mục tiêu đầu tiên là sản lượng. Vì các sản phẩm kinh tế chính từ cây cao su là mủ và gỗ, mục tiêu chính là gen có thể làm gia tăng sản lượng cao su và gia tăng vanh thân cây.

Gia tăng tiềm năng mủ cao su

Lai tạo truyền thống cao su Heave đã đạt được các bước quan trọng tiến tới cải thiện năng suất sản lượng mủ cao su và có khả năng các nỗ lực hiện nay trong nghiên cứu lai tạo giống và thu hoạch mủ sẽ đưa lại cải tiến xa hơn. Yếu tố duy nhất quan trọng xác định năng suất mủ cao su từ cây là khối lượng mủ lấy được khi cạo, mà điều này phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mủ chảy. Tuy nhiên gia tăng khối lượng mủ và kéo dài thời gian chảy mủ không là mục tiêu đương nhiên trong biến đổi gen. Vì các vấn đề này đã đạt được thông qua các hình thức kích thích sản lượng khác nhau.

Do đó các phương pháp gốc etylen về kích thích mủ chảy có kết quả không thay đổi  là làm giảm hàm lượng cao su trong mủ nước. Bù lại, thúc đẩy sinh tổng hợp cao su, là mục tiêu logic của các nhà phân tử học cần nghiên cứu để gia tăng tiềm năng sản lượng cây cao su. Tỷ lệ sinh tổng hợp cao su trong cây cao su sẽ phải kết hợp với thời gian chảy mủ kéo dài để tạo điều kiện thuận lợi thu được mủ nước với hàm lượng cao.

Một mục tiêu trong nghiên cứu cải tiến sinh tổng hợp là enzym mủ nước được xem là thành phần giới hạn tốc độ của con đường sinh tổng hợp cao su.

Một đối tượng tiềm năng khác trong biến đổi gen cây cao su Heave là elF – 5A, một protein trong mủ đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm là để kích thích sinh tổng hợp cao su. Hiện nay người ta đang tiến hành nghiên cứu về biến đổi gen Heave bao gồm các gen của protein trong mủ.

Một phương pháp khác để gia tăng năng suất mủ  là đẩy mạnh sự hình thành các mạch mủ (tế  bào có mạch mủ) vì mật độ tế  bào có mủ trong vỏ là một trong các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất mủ. Giai đoạn ban đầu hình thành tế bào mủ có nhu cầu về axit jasmonic, sinh tổng hợp của chúng bao gồm enzyme AOS. Ghép phân tử AOS của Heave đã được thực hiện thành công và do đó điều này là mục tiêu cho biến đổi gen cây cao su.

Gia tăng tốc độ tăng vanh để cạo sớm và cung cấp gỗ

Thông thường phải cần khoảng từ 5 hoặc 6 năm để cây cao su trưởng thành và đạt vòng vanh cần thiết trước khi bắt  đầu khai thác mủ. Biến đổi gen được can thiệp vào để tăng nhanh tốc độ sinh trưởng của cây, do đó có thể xem xét việc mở miệng cạo khai thác sớm. Đương nhiên việc gia tăng vanh thân cây sẽ làm tăng giá trị gỗ khi thanh lý. Sự tương đối ít được biết đến trong điều hòa phân tử gỗ của cây. Mặc dù có nhiều gen hứa hẹn gia tăng vanh cây, nhưng không có loại nào được thử nghiệm đầy đủ để chứng minh khối lượng gỗ gia tăng đạt được bao nhiêu trong cây trưởng thành. Tuy nhiên các nghiên cứu này phải tiếp tục được theo đuổi vì tầm quan trọng cao trong sức sống của cây. Ví dụ như cây dương lá rung cho thấy có sự gia tăng rõ nét nhất trong tốc độ sinh trưởng và sản sinh sinh khối khi chuyển đổi với gen ga oxidasee. Gen này, cùng với các gen liên quan khác phối hợp với sản xuất gibberellin, một lớp của chất điều hòa sinh trưởng cây, là ứng viên cho biến đổi gen Heave để gia tăng tốc độ tăng vanh.

Tăng trưởng vanh có thể được hữu hiệu với một số giống cây cao su năng suất cao mặc dù chúng thiếu sức mạnh sinh trưởng. Ví dụ như giống RRIM 600, một giống lỗi thời và còn được trồng rộng rãi trong nhiều vùng cao su, nhưng bù lại giống này có mật độ cao các mạch mủ trong vỏ và khả năng sản sinh mủ trong chế độ cạo bền vững. Người ta chỉ có thể ví dụ một giống như RRIM 600 có thể mạnh mẽ hơn thông qua biến đổi gen, mật độ mạch mủ cao cùng với tốc độ tăng vanh nhanh để trở thành một giống tiêu biểu.

Làm tăng sự kháng bệnh của cây cao su

Cây cao su có tiềm năng gen cao về sản lượng có thể sẽ không được ưa chuộng nếu mẫn cảm với các tấn công hoặc rối loạn của nhiều loại bệnh khác nhau. Các thay đổi gen nhằm hội tụ nhiều tính năng kháng bệnh sẽ là yếu tố quan trọng để người ta hướng đến nhằm gia tăng sản lượng.

Bệnh khô mặt cạo, hậu quả trong hiện tượng miệng cạo bị khô, là sự rối loạn sinh lý thường thấy trong các cây cao su khai thác với cường độ cao và khi sử dụng chất kích thích. Trong các cây khô mủ, sự phóng thích quá độ của các gốc tự do ( super oxide) được cho rằng đã làm tổn hại các màng cơ quan tế bào trong mủ, đưa đến sự mất ổn định trong mủ, và cuối cùng làm ngưng dòng mủ. Superoxide dismutase là enzym mủ hỗ trợ cho giữ sự toàn vẹn của màng tế bào bằng cách quét sạch các gốc tự do, sẽ cung ứng sự bảo vệ chống tổn hại cho màng tế bào. Các nhà nghiên cứu Aán Độ đã triển khai cây cao su trao đổi gen có chưá các gen SOD được cấy vào với mục đích phát triển giống cao su chống chịu được bệnh khô miệng cạo. Các nghiên cứu hóa sinh đã cho thấy rằng các cây biến đổi bằng gen SOD đã thể hiện sự vượt bậc của hoạt động SOD trong các mức độ stress khác nhau.

Một loại bệnh khác trên vườn cây mà các nhà trồng cao su phải đối mặt là bệnh lá Corynespora. Tác động của nhiễm nấm trong bệnh này trầm trọng hơn nhiều so với các loại bệnh lá nhẹ như Odiium hay Colletotrichum chỉ tấn công các lá non. Do đó cây mẫn cảm với Odiium và Colletotrichum chỉ phải chống chịu trong giai đoạn ngắn khi cây thay lá. Trong khi đó, Corynespora tấn công cả lá non và lá trưởng thành. Mọi cố gắng chữa trị bằng hóa chất sẽ rất tốn kém và phải thực hiện suốt trong năm. Biến đổi gen cao su sẽ xử lý vấn đề nhiễm Corynespora ở mức phân tử qua việc sử dụng các kháng thể.

Động vật có xương sống kiểm soát sự nhiễm do các vi sinh vật gây ra thông qua việc phát tán các kháng thể trong hệ miễn dịch của chúng. Đương nhiên cây không thể sản sinh tự nhiên các kháng thể. Trong nghiên cứu phối hợp của các nhà khoa học tại Malaysia và Pháp, các kháng thể nhân tạo đã được tổng hợp nhằm trang bị cho cây cao su biến đổi gen với sự bảo vệ kháng thể thông qua biến đổi gen. Mục đích là để các kháng thể tổng hợp này trong mô lá, trung hòa độc tố của nấm, chất cassiicolin, được sản sinh trong quá trình nhiễm Corynespora.

Bên cạnh việc gia tăng sản lượng cây trồng, kỹ thuật biến đổi gen còn hứa hẹn cho một ứng dụng quan trọng và tương đối độc đáo khác. Các gen bao gồm các ADN như là các mật mã để tổng hợp các protein khác nhau. Sản phẩm tức thời của hoạt động gen là protein mà gen mã hóa.

Dược phẩm sinh học: sản xuất protein dược phẩm trong mủ

Do đó gen kiểm soát sự tổng hợp protein – ngay cả loại khác lạ với cây trồng như protein dược phẩm- có thể cung cấp nguyên liệu để chế tạo protein lạ này trong tế bào. Nếu các ADN này được cấy thành công vào cây cao su, nó có thể trở thành nhà máy sống sản xuất các dược phẩm gốc protein có giá trị thương mại. Các protein lạ này được gọi là protein tái tổ hợp  vì chúng chuyển hóa từ sự tái tổ hợp của các vật liệu gen từ các nguồn khác nhau chứ không xảy ra một cách tự nhiên.

Sản xuất các protein giá trị trong cây cao su biến đổi gen, các cây trồng và con vật trao đổi gen khác

Cao su biến đổi gen không phải là cây trồng duy nhất  có khả năng biểu thị protein lạ trong mô của mình, nhiều loại cây trồng khác cũng có khả năng tương tự. Tuy nhiên vấn đề quan trọng trong sản xuất protein dược phẩm trong các cây trồng trao đổi gen là việc thu hoạch protein. Điều này có nghĩa phải hủy hoại toàn bộ hoặc một phần cây, vì protein nằm trong hạt, lá, tược hoặc mô cây. Sau mỗi lần thu hoạch, cần có thời gian cho sinh trưởng mới trước khi thu hoạch đợt mới, hoặc có thể phải trồng lại hoàn toàn. Do đó việc thu hồi protein sẽ được thực hiện theo từng đợt thay vì quy trình liên tục.

Điểm khác của cây cao su trao đổi gen so với cây trồng trao đổi gen khác là khả năng cạo mủ. Cạo mủ là phương pháp thu hoạch không hủy diệt chỉ cây cao su mới có. Do vậy nếu protein dược phẩm có trong mủ, ta có thể thu hoạch liên tục theo phương thức không hủy hoại là cạo mủ. Với mục tiêu này, các cây cao su trao đổi gen sản xuất protein người –anbumin serum người đã được triển khai ở Malaysia.

Sản xuất liên tục protein lạ, trong khi duy nhất cho cây Hevea trao đổi gen, cũng đã hoàn thành được trong vật nuôi trao đổi gen. Công nghệ ADN trong súc vật đã hình thành protein lạ, thường là protein điều trị trong sữa súc vật như cừu, dê và bò. Tuy nhiên cây cao su có nhiều điểm lợi hơn so với gia súc. Trước hết, trồng cây rẻ hơn nuôi gia súc. Một lợi điểm khác của mủ cao su so với sữa súc vật là mủ cao su tiệt trùng, không có virus và các sinh vật truyền nhiễm lây bệnh khác như gây nguồn bệnh AIDS, viêm gan, prion gây bệnh bò điên. Ngoài ra khai thác cao su biến đổi gen không gây nên các vấn đề về quy tắc sinh học gây tranh cãi về quyền khi sử dụng súc vật trong công nghiệp.

Ngoài các yếu tố trên, lợi ích chủ yếu của cây cao su trao đổi gen vượt trội hơn so với vật nuôi trao đổi gen là dễ dàng tăng quy mô. Sản xuất denovo súc vật trao đổi gen thì đắt tiền trong khi ghép súc vật cực kỳ phức tạp. Do đó gia tăng quần thể súc vật trao đổi gen không đơn giản. Điều này khác nhiều so với cây cao su nhân giống bằng ghép chồi. Bất kỳ số lượng giống nào có gen tương tự đều có thể được nhân lên từ một cây được tuyển chọn. Hiển thị gen lạ trong cây trao đổi gen ghép chồi đã được nghiên cứu trong 4 thế hệ vô tính, chứng minh rằng hiển thị protein lạ trong mủ cây mẹ được sản sinh lại đáng tin cậy trong các giống vô tính của chúng.

Nhà máy dược phẩm sống: vi sinh vật so với cây cao su

Trong khi việc triển khai thực vật và động vật trao đổi gen để sản xuất dược phẩm protein tương đối mới, thì việc sử dụng các sinh vật trao đổi gen trong sản xuất dược phẩm thì không mới. Nhiều loại thuốc thông thường được ghi trong toa điều trị bệnh như các hooc mon, chất làm đông máu, các chất chủng ngừa được bào chế qua sử dụng  cấy vi sinh vật trao đổi gen (thông thường là vi khuẩn và men) trong các thùng gây men cũng được gọi là lò phản ứng sinh học. Các quy trình công nghệ liên quan đến vấn đề này có quan hệ tốt với công nghiệp.

Trong sản xuất protein dược phẩm, lợi thế của cao su trao đổi gen so với thùng gây men nằm trong tiết kiệm chi phí tiềm năng. Cây cao su trao đổi gen tự duy trì sự sống. Không giống như các nhà máy gạch và vữa, cây cao su không đòi hỏi sự chăm sóc đặc biệt. Sử dụng cây cao su trao đổi gen như là nhà máy sống có thể hiệu quả khi so với các hệ thống phản ứng sinh học truyền thống. Hơn nữa, nó còn là một nhà máy thân thiện với môi trường. Đây là quy trình tự nhiên nên bền vững và không ô nhiễm.

Một lợi thế khác so với vi sinh vật được nuôi trồng trong lò phản ứng sinh học là vi khuẩn và men không thể làm protein có một số loại đường chủ yếu kết nối với chúng. Sự kết nối protein- đường có thể xảy ra trong cây cao su trao đổi gen, do đó có tiềm năng tổng hợp chuỗi rộng hơn các dược phẩm protein.

Theo caosuvietnam.