Các nhà nghiên cứu chuyển những tính trạng có giá trị vào thực vật mà không tạo ra các loài thực vật chuyển gen

Stanton Gelvin (trái), giáo sư sinh học tại Edwin Umbarger Distinguished và Lan-Ying Lee, nhà nghiên cứu khoa học ở Bộ môn Khoa học Sinh học – Đại học Khoa học Purdue đã phát triển và đang chờ cấp bằng sáng chế cho chủng Agrobacterium chuyển T-DNA cho thực vật mà không hợp nhất DNA với bộ gen của thực vật. Nguồn: Alisha Referda.

Các nhà nghiên cứu và các công ty trong lĩnh vực công nghệ sinh học nông nghiệp sẽ có thể được sử dụng một cải tiến sinh học đang chờ cấp bằng sáng chế của đại học Purdue để có thể chuyển các tính trạng có giá trị vào thực vật mà không hợp nhất DNA mới vào bộ gen của thực vật.

Các chủng Agrobacterium truyền thống phân phối các DNA chuyển hay T-DNA vào thực vật, bao gồm cả cây trồng và hợp nhất nó vào bộ gen của thực vật. Điều này có thể tạo ra một cây trồng biểu hiện nhiều tính trạng như cải thiện khả năng chịu hạn hay có hàm lượng dinh dưỡng tốt hơn, được đánh giá cao và có thể có ích cho ngành công nghiệp. Tuy nhiên, T-DNA được hợp nhất vĩnh viễn vào bộ gen thực vật, tạo ra các cây trồng chuyển gen. Thực vật chuyển gen có thể bị kiểm soát chặt chẽ.

Các nhà sinh vật học ở đại học Purdue đã phát hiện ra chủng Agrobacterium có thể chuyển T-DNA vì thế thực vật có thể vẫn biểu hiện các tính trạng bổ sung có giá trị nhưng vẫn không bị gọi là chuyển gen. Điều này có nghĩa là các phương pháp truyền thống để chuyển T-DNA là không cần thiết. Các chủng Agrobacterium được tạo bởi Stanton Gelvin và Lan-Ying Lee.

Gelvin cho biết các chủng Agrobacterium đột biến VirD2 có thể mang T-DNA để phân phối và biểu hiện các chất phản ứng kỹ thuật gen như CRISPR-Cas. Mặc dù bộ gen thực vật có thể bị thay đổi nhưng không có cây chuyển gen được tạo thành.

“T-DNA được chuyển bởi các chủng Agrobacterium do Purdue tạo ra sẽ biến mất khỏi nhân thực vật do bị phá hủy bởi các enzyme nuclease - các enzyme tự nhiên làm phân hủy DNA hoặc T-DNA sẽ được “pha loãng” khỏi nhân thực vật khi tế bào phân chia”, Gelvin nói.

Phương pháp truyền thống để loại bỏ T-DNA khỏi thực vật chuyển gen là lai hữu tính giữa thực vật chuyển gen và thực vật không chuyển gen. Gelvin nói phương pháp này có những hạn chế.

Gelvin cho biết: “Việc lai tạo tốn nhiều thời gian và chi phí, thường cần nhiều thế hệ thực vật. Điều này là không khả thi đối với các loài thực vật có thời gian thế hệ dài chẳng hạn như các loài cây lấy quả hay lấy gỗ hoặc các loại cây trồng thường được nhân giống sinh dưỡng như khoai tây, khoai lang và chuối. Các chủng Agrobacterium do Purdue tạo ra có thể tránh được những hạn chế này”.

Gelvin và Lee đã sử dụng thành công các chủng của họ dùng trong công nghệ gen sơ khởi trên các thực vật mô hình. Các chủng Agrobacterium của họ đã gây đột biến một gen đích ở cây thuốc lá, gen này mã hóa cho một enzyme liên quan đến quá trình tổng hợp diệp lục tố, ở mức 50-80% các lá bị đột biến, so với các chủng Agrobacterium thông thường, nhưng không tạo ra cây chuyển gen.

“Có rất nhiều tính trạng mà các nhà khoa học cũng như các công ty muốn giới thiệu nhưng có lẽ các chủng của chúng tôi được sử dụng tốt nhất cho kỹ thuật di truyền của bất kỳ gen nào”, Gelvin nói. “Lan -Ying và tôi tiếp tục tiến hành thêm các thí nghiệm, chúng tôi cố gắng làm cho các chủng này dễ sử dụng hơn trong điều kiện phòng thí nghiệm  cũng như trong môi trường công nghiệp”.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo phys.org