|
Trang chủ >> Thông tin cập nhật >> Công nghệ chuyển gen cây trồng
Thư viện ảnh
Thống kê truy cập
 Đang trực tuyến :
31 |
|
 Số lượt truy cập :
33276846 |
|
|
|
|
|
Công nghệ chuyển gen cây trồng
Thứ bảy, 17-06-2017 | 04:24:42
|
|
Để vượt qua hạn chế đối với các biến thể di truyền tự nhiên và dẫn xuất của cây trồng, các nhà khoa học đã phát triển công nghệ chuyển gen, trong đó những đặc điểm của các loài thực vật hay sinh vật được đưa vào một bộ gen cây trồng. Kháng thuốc diệt cỏ và kháng sâu bệnh là các sản phẩm hạt giống thương mại của công nghệ chuyển gen thực vật được sử dụng phổ biến. Một gen từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) sản sinh độc tố giết côn trùng gây hại đã được chèn bằng công nghệ tái tổ hợp ADN vào hệ gen của ngô, bông, khoai tây, dẫn đến sản lượng cao hơn và sử dụng ít thuốc trừ sâu hóa học hơn. Bằng cách chèn một gen từ vi khuẩn Agrobacterium sản xuất enzyme kháng glyphosate, một loại thuốc diệt cỏ thông thường, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ tái tổ hợp ADN để phát triển cây trồng kháng thuốc trừ cỏ, làm cho việc kiểm soát cỏ dại hiệu quả hơn. Đậu tương, ngô, cải dầu, củ cải đường và bông kháng thuốc diệt cỏ đều được thương mại hóa và lúa mì kháng thuốc diệt cỏ và cỏ linh lăng đang được nghiên cứu phát triển. Quá trình phát triển chuyển gen đòi hỏi cây trồng phải đi qua bảy bước trước khi dạng biến đổi của nó có thể được thương mại hóa: - Lấy ADN từ một sinh vật mong muốn. - Nhân bản gen bằng cách tách các gen quan tâm đơn lẻ từ ADN trên và sử dụng công nghệ Phản ứng chuỗi Polymerase (PCR) để tạo ra nhiều bản sao của gen đó. - Thiết kế gen bằng cách thay đổi gen này để hoạt động trong các tế bào cây trồng sử dụng các trình tự thúc đẩy và chấm dứt mới và bổ sung thêm gen marker kháng kháng sinh. - Chèn gen vào nhân tế bào của mô sẹo của cây trồng bằng agrobacterium, sử dụng súng bắn gen hoặc công nghệ microporation. - Chuyển cây vào nuôi cấy mô trong môi trường có chứa một loại kháng sinh để chỉ những mô sẹo chuyển đổi gen có thể phát triển thành cây. - Nuôi lớn các cây chuyển gen trong nhà kính và lấy hạt giống. - Tạo giống hồi giao kết để kết hợp các tính trạng mong muốn của cha mẹ (gốc) với cây biến đổi gen để tạo ra dòng đơn nhất với các cây con giao kết trở lại với dòng cha mẹ ưu tú cho tới khi tạo ra một dòng biến đổi gen năng suất cao. Cần khoảng 6-15 năm để các dòng chuyển gen được thương mại hóa. Đến nay, chúng ta đã biết hàng trăm gen chuyển có thể ảnh hưởng đến các đặc điểm của cây trồng, nhưng mới chỉ có ít gen được thương mại hóa. Khi có thêm nhiều kiến thức cơ bản về gen thực vật và hoạt động của các tế bào thực vật, thì những gen chuyển có ảnh hưởng đến năng suất cây trồng sẽ được áp dụng. Các nhà nghiên cứu đang phát triển các công nghệ có thể tinh chỉnh quá trình áp dụng các gen chuyển vào các vấn đề nông học: - Sự phát triển trực tiếp của gen. Các kỹ thuật phòng thí nghiệm đã được phát triển để xê dịch các vùng gen hay để tạo ra những đột biến ngẫu nhiên trong các trình tự gen có thể làm thay đổi các enzyme hoặc protein được mã hóa bởi các gen này. Cách tiếp cận này đã được sử dụng để thay đổi Rubisco, một loại enzyme trong thực vật có thể chuyển đổi carbon dioxide thành các phân tử sinh học và nâng cao trình quang hợp và sự phát triển của cây. Cách tiếp cận này cũng đã được đề xuất để thay đổi Bt cung cấp độc tố trong thực vật đối với một số loại sâu bệnh cụ thể. - Tắt gen (Gene Silencing). Sự phát hiện ra các phân tử ARN nhỏ hoạt động trong phát triển của cây và khả năng chống lại sự ức chế đã dẫn đến công nghệ can thiệp ARN (RNAi). Mặc dù còn ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu, nhưng các nhà nghiên cứu có thể thiết kế và tăng biểu hiện (tăng cường các chức năng) các gen mã hóa RNA nhằm mục tiêu vào sâu bệnh hoặc các mầm bệnh. Tương tự như vậy, các nhà nghiên cứu có thể làm im lặng các gen đặc thù cho các sâu bệnh hoặc các mầm bệnh và kết quả là các loài gây hại và mầm bệnh không thể tồn tại. Công nghệ này đã chỉ ra một số hứa hẹn trong kiểm soát sâu đục quả bông. - Sửa đổi quá trình trao đổi chất. Khi sự hiểu biết về các quá trình trao đổi chất trong thực vật tăng lên, các đặc điểm được tạo ra bằng chuyển gen sẽ trở nên phổ biến hơn. Một ví dụ của công nghệ này hiện đang diễn ra là "Gạo vàng", loại gạo này có chứa carotene như phương tiện để sản xuất thực phẩm bổ sung cho các khu vực thiếu các thực phẩm có chứa vitamin A. Công nghệ này gồm ba gen-một từ vi khuẩn, một từ ngô, và một từ thủy tiên. Sự kết hợp của các gen này cung cấp một quá trình trao đổi chất sản sinh ra beta-carotene (tiền thân của vitamin A). - Chèn gen ở vị trí cụ thể. Thao tác biến đổi gen hiện nay là chèn các gen vào một nhiễm sắc thể thực vật ngẫu nhiên, dẫn đến những thay đổi rộng lớn trong biểu hiện của các tính trạng và cần phải sàng lọc hàng trăm cây chuyển gen để xác định chèn tối ưu. Nếu một alen có thể được thay thế bởi alen khác tại một địa điểm cụ thể trong tái tổ hợp tương đồng, thì quá trình cải tiến cây trồng sẽ được nâng cao lên rất nhiều bởi có thể nghiên cứu các chức năng của các gen cụ thể. Tái tổ hợp tương đồng đòi hỏi phá vỡ chuỗi kép trong nhiễm sắc thể. Công nghệ Zinc Finger nuclease (ZFN) cho phép phá vỡ các chuỗi kép chính xác trong các nhiễm sắc thể cho tái tổ hợp tương đồng của một alen. Các ZFN khác nhau có thể được thiết kế đặc biệt để phá vỡ một gen cụ thể. Ngoài công nghệ ZNF, các enzym khác có thể được sử dụng để tạo khả năng tái hợp hai chuỗi cụ thể giống hệt nhau. Công nghệ này có thể được sử dụng để xếp chồng nhiều gen ở một địa điểm để tạo ra một số đặc điểm mới cho cây trồng. Việc chèn gen đơn đã được thực hiện ở gạo, lúa mì và ngô. - Các nhiễm sắc thể nhân tạo. Sự cải tiến cây trồng cuối cùng đòi hỏi phải chồng các alen tốt nhất cho các gen quan trọng vào một loại cây duy nhất tại một locus đơn để các gen chuyển không tách ra ở các thế hệ sau. Mặc dù các công nghệ tái tổ hợp tương đồng và chèn gen ở địa điểm cụ thể cung cấp khả năng này, nhưng các nhiễm sắc thể nhân tạo có thể là một phương pháp hiệu quả hơn. Quá trình này bao gồm tổng hợp một nhiễm sắc thể mini bằng cách liên kết các gen quan tâm và tạo thành một vòng ADN đơn nhất. Các nhiễm sắc thể nhân tạo sau đó được đưa vào các tế bào thực vật bằng cách bắn phá hạt. Trong thí nghiệm với ngô, các nhiễm sắc thể nhân tạo ở các cây sau này thường thừa hưởng đến 93% sau ba thế hệ. Công nghệ này có khả năng xếp chồng lên đến 10 gen. Do có khoảng 20 gen có liên quan đến cố định đạm, công nghệ nhiễm sắc thể nhân tạo có thể là một hướng để thiết lập khả năng cố định đạm trong cây trồng không phải họ đậu, như gạo, lúa mì và ngô. - Tiếp hợp vô tính (Apomixis). Do hạt giống lai đắt hơn so với hạt giống được giữ lại từ vụ thu hoạch trước, nên nông dân có thể không sử dụng chúng, mặc dù chúng có năng suất cao và kháng sâu bệnh tốt hơn. Nếu hiệu suất của giống lai có thể được duy trì sang vụ sau, thì chi phí hạt giống sẽ giảm đáng kể. Ở một số loài thực vật hoang dã, một kiểu gen lai được bảo tồn qua Tiếp hợp vô tính, là một quá trình mà hạt giống thế hệ con cháu được sản xuất ở cây trồng không cần thụ phấn. Các nghiên cứu đang được tiến hành để xem liệu các gen chuyển có thể được thiết kế để thay đổi phương thức sản xuất hạt giống cây trồng từ thụ phấn sang tiếp hợp vô tính. - Các tín hiệu ức chế thực vật. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các gen chuyển có thể được thiết kế và chèn vào một cây để ứng phó với sự ức chế và cung cấp tín hiệu có thể quan sát được cho thấy những thiếu hụt trong đất hay nước hoặc bệnh ở giai đoạn sớm. Một tín hiệu chẳng hạn như sự thay đổi sắc tố được cây tạo ra ở giai đoạn đầu phát triển của nó có thể cung cấp người nông dân thời điểm phải có hành động khắc phục để bảo toàn năng suất của cây trồng.
NASATI, theo Global Food Security. |
Trở lại
In
Số lần xem: 1052
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
