Bài giảng Chương 4: Công nghệ sinh học thực vật

3/3/2015

Lịch sử phát triển

• 1902 – 1930: Thử nghiệm ban đầu

• 1934 – 1954:

- Nuôi thành công tế bào cà rốt (Gautheret, 1937)

- Phát hiện vitamine, auxin và cytokinin

Chương IV CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC VẬT

• 1957 – 1992:

- Tách và nuôi tế bào đơn

- Vai trò auxin/cytokinin

- Tạo protoplast và tái sinh cây

Nguyễn Vũ Phong

- Tạo cây đơn bội từ từ nuôi cấy túi phấn

• Sản xuất quy mô lớn và trên diện rộng

Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào

Micropropagation

Chọn giống in vitro

- Hệ số nhân giống cao, chủ động - Giữ nguyên đặc tính cây mẹ

- Rút ngắn thời gian - Chọn các đặc tính quý

Những ưu thế của nuôi cấy mô và tế bào

Vai trò CNSH TV trong tương lai

Khai thác các hợp chất

• Tăng sản lượng lương thực gấp đôi , giảm nhập lượng

- Chọn giống: chống chịu thời tiết khắc nghiệt, phẩm chất tốt, năng

- Chất quý, cấu trúc phức tạp, không tổng hợp được bằng phương pháp hóa học - Giảm giá thành

suất cao, có khả năng sản xuất hóa chất, protein phục vụ

- Biện pháp chống sâu bệnh, cỏ dại.

- Giảm thuốc trừ sâu, diệt cỏ, phân bón

• Phát triển bền vững

- Hệ thống canh tác

- Sản xuất sạch và xanh

1 3/3/2015

Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật

• Tính toàn thế (totipotency) • Môi trường nuôi cấy Tế bào sống qua nuôi cấy sẽ tăng trưởng thành cây tạo hoa quả.

- Nguyên tố đa lượng: N , P, K, S, Ca, Mg - Nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn, Br, Cu, Co, Mo - Vitamine: B1, nicotinic acid, biotin,.. - Nguồn carbone: surcrose hoặc glucose - Chất điều hòa tăng trưởng : auxine và cytokinine, GA, ABA - Các chất phụ trợ khác

Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật

• Mẫu dùng trong nuôi cấy

- Tế bào đang phát triển mạnh chiếm tỉ lệ lớn

- Cây mẹ có phẩm chất tốt, năng suất cao và không có triệu chứng

bệnh

- Được vô trùng trước khi nuôi cấy trên môi trường dinh dưỡng

• Chất điều hòa sinh trưởng

[cytokinin] 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 mg/L [auxin] 0 0.1 0.3 1.0 3.0 mg/L

Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật

• Nuôi cấy mô phân sinh và cơ quan

Khử trùng

Mẫu

Nuôi cấy trên môi trường

Root of carrot plant

Auxine

Plantlet

Cytokinine

Cell division in culture

Single cell

Duy trì

Tạo cụm chồi

Adult plant

Nhân giống

Nuôi dòng tế bào đơn

Duy trì

Root cells in growth medium

Figure 11.5

2 3/3/2015

Nuôi cấy mô và cơ quan thực vật

QuáQuá trình

trình vi vi nhân

giống nhân giống

• Nuôi

cấy bao

phấn (anther) và

hạt

phấn

(pollen)

Tạo cây đơn bội

trong chọn giống

Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Nhân giống vô tính quy mô lớn

Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Củ bi và hạt giống nhân tạo (artificial seeds)

- Dễ dàng bảo quản và vận chuyển

- Hệ số nhân giống lớn

- Sự đồng đều của cây giống ảnh hưởng đến năng suất và chất

- Cung cấp giống số lượng lớn

lượng sản phẩm

- Rút ngắn thời kỳ sinh trưởng và sử dụng ưu thế lai

Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Lập ngân hàng gene thực vật

Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh

3 3/3/2015

Nuôi cấy tế bào thực vật

Ứng dụng nuôi cấy mô và cơ quan thực vật • Sản xuất cây giống sạch mầm bệnh

Nuôi cấy tế bào thực vật

• Tế bào trần (Protoplast)

Biến đổi di truyền thực vật Cải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh,

sâu bệnh sâu bệnh

4 3/3/2015

Biến đổi di truyền thực vật

Biến đổi di truyền thực vật Cải thiện giống cây trồng: kháng thuốc diệt cỏ, kháng bệnh,

Tạo giống chống chịu điều kiện khí hậu bất lợi, già hóa sâu bệnh

Biến đổi di truyền thực vật

Tạo sắc tố ở các thực vật chuyển gene Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng

Biến đổi di truyền thực vật

Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng Biến đổi chất lượng thực phẩm cây trồng

5 3/3/2015

Biến đổi di truyền thực vật

Thực vật sản xuất vaccine, proteine trị liệu Sản xuất dầu nhờn công nghiệp Sản xuất plastid

Chương V CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỘNG VẬT

Nguyễn Vũ Phong

Đặc điểm

Những khó khăn

• Kỹ thuật phức tạp khó thực hiện • Không có tính toàn thế (totipotency)

• Phục vụ cho phòng và chữa bệnh • Phát sinh số bội thể trong quá trình nuôi cấy

• Dễ ứng dụng cho con người, nhạy cảm đối với vấn đề • Chết theo chương trình (apotosis) xã hội

• Nhiều ứng dụng trong chăn nuôi

Môi trường dinh dưỡng

Thiết bị nuôi

• Môi trường tự nhiên: máu, huyết tương, nước ối , dịch chiết của phôi... • Bình Broux • Bioreactor • Môi trường tổng hợp: cần có huyết tương (serum) + dung dịch sinh lý (các loại muối) • Thành phần cơ bản

– Ion vô cơ căn bản (Na, Ca, K,...) – Áp suất thẩm thấu phải chính xác – pH chính xác (7-7,3) – Nguồn năng lượng từ glucose – Có phenol để theo dõi pH – Huyết tương: 5-10% – Chất kháng khuẩn và kháng nấm

6 3/3/2015

Ứng dụng

Hybridoma và kháng thể đơn dòng

• Kháng thể đơn dòng: đặc

hiệu chống lại kháng nguyên

bào

bình

• Tế

bạch

cầu

thường: sinh kháng thể, chết

sau 1 thời gian

• Vaccine virus: bại liệt, viêm gan B, quai bị, sởi, bại liệt, lở mồm long móng gia súc...

• Myeloma (TB bạch cầu ung

• Protein: interferon, kháng thể, hormon

thư): sinh sản vô hạn nhưng

không sinh kháng thể

• Protein trị liệu:

• Protein tái tổ hợp

Hybridoma= tế bào bạch

• Hormone

bình

thường

+

cầu • Virus diệt côn trùng

myeloma

Ứng dụng của kháng thể đơn dòng

Nhân bản vô tính động vật

- Tăng độ nhạy trong xét nghiệm: thử kháng nguyên, nhóm

máu, tinh trùng, phát hiện thai, yếu tố đông máu

- Chẩn đoán: bệnh ung thư, bệnh truyền qua đường tình dục

- Trị liệu

- Thuốc hướng mục tiêu: gắn độc tố lên kháng thể đơn dòng

để chúng hướng đúng đến tế bào ung thư

- Kháng thể gắn các chất đồng vị phóng xạ

- Nghiên cứu

- Tinh sạch sản phẩm: enzyme, protein,...

• Tạo dòng vô tính cừu Dolly

Nhân bản vô tính động vật

• Nhân bản các động vật khác • Nhân bản các động vật khác • Các ứng dụng • Các ứng dụng

7 3/3/2015

Tế bào gốc

• Tế bào phôi và tế bào gốc soma

• Tế bào gốc là những tế bào có khả năng tự tái sinh vô hạn và có

thể tạo ra ít nhất một kiểu tế bào hậu duệ được biệt hóa ở mức

độ cao.

Khả năng ứng dụng của tế bào gốc

Tái tổ hợp DNA và tạo động vật chuyển gene

• Nuôi cấy tế bào động vật: tránh chết theo chương trình

• Đáp ứng chính xác đặc hiệu miễn dịch của từng cá thể. Liệu pháp tế bào

• Dễ dàng tạo kháng thể đơn dòng

• Nhân bản vô tính

• Thay thế hay ghép cơ quan người

Tính trạng chuyển gene ở vật nuôi

Động vật chuyển gene -

- -

Động vật mang gene người làm mô hình thí nghiệm (bệnh di truyền, ung thư,, thoái hóa cơ, viêm khớp,…) Sản xuất protein tái tổ hợp Chăn nuôi gene (gene farming)

• Năng suất

• Hormone tăng trưởng

• Kích thích sự tăng trưởng cơ

• Tăng năng suất tạo lông ở cừu

8 3/3/2015

CNSH TP.HCM

Lĩnh vục

Phương pháp

Sản phẩm

Động vật chuyển gene -

Nông nghiệp Canh tác theo hướng

Rau mầm, rau ăn lá, hoa , cây kiểng

hữu cơ sinh học

Nhân giống

- -

Động vật mang gene người làm mô hình thí nghiệm (bệnh di truyền, ung thư,, thoái hóa cơ, viêm khớp,…) Sản xuất protein tái tổ hợp Chăn nuôi gene (gene farming)

Phong lan Dâu tây sạch bệnh Chuối sạch bệnh Sinh sản nhân tạo cá lăng nha, ..

Chuyển gene

Tăng tuổi thọ hoa cúc Bt Kháng thuốc diệt cỏ Cá ngựa vằn phát sáng

Dinh dưỡng

Thức ăn tôm sú Thịt an toàn

Y tế

Sinh học phân tử Di truyền ngược

Kít phát hiện virus HPV, HCV, HBV Virus H5N1 giảm độc lực Huyết thanh kháng độc tố rắn hổ chúa

Nuôi cấy tế bào

Cấy ghép giác mạc