Seminar 4.1 Cây trồng GMO – Thành tựu và thách thức
Cây trồng GMO – Những thành tựu
PP chọn giống truyền thống (Traditional Breeding)
~25.000 gien ~45.000 gien
• không cần KT cao, • Chỉ giới hạn trong phạm vi cùng loài, • Tất cả gien/ttrạng được khảo sát chung
Chọn giống cây trồng
Từ rất lâu, nông dân đã tiến hành ‘chọn giống’ một cách vô thức (không cần biết PP và cơ chế) bằng cách chọn lại các cây tốt trên đồng ruộng để làm giống cho những vụ kế tiếp.
Nhận diện các đặc tính tốt và đưa các đặc tính này vào thế hệ sau (cid:1) nguyên tắc cơ bản, quan trọng của việc chọn giống cây trồng.
Thành tựu của CNSH trên thực vật cho phép nhận diện và thay đổi các gien để có được tính trạng mong muốn.
Ngày nay, các nhà KH có thể chuyển gien từ loài này sang loài khác (cid:1) tạo ra các sản phNm chuyển gien (Genetically Modified Organism).
Các thực phNm mang các sản phNm chuyển gien được gọi là ‘Thực phNm chuyển gien’ (GM food)
Genetically Modified Organisms
các dạng GMOs ?
N guồn tác động
- Chọn lọc nhân tạo và chọn giống truyền thống,
Humans (~30.000 năm) - Các dạng chuyển gien,
- Các PP khác, Humans (~30 năm) Bacteria (eons) - ĐB gien định hướng (targeted mutagenesis), Humans (~15 năm) Bacteria (eons)
Lịch sử phát triển của cây trồng chuyển gien
Cây trồng chuyển gien được tạo ra đầu tiên từ những năm 1980 bởi 3 nhóm nghiên cứu. Đây là những cây trồng kháng với chất kháng sinh và thuốc trị ung thư (cid:1) cho thấy tiềm năng ứng dụng của cây chuyển gien. các nghiên cứu tiếp theo ạo ra được các cây trồng kháng thuốc trừ cỏ, kháng côn trùng, kháng víu và đã được thương mại hóa.
Delay-ripening tomato Commercialized in the US
First field tests 6/92
First transgenic plant
Herbicide resistant, insect resistant plants commercialized
First Bt corn plants 6/90
‘83 ‘84 ‘85 ‘86 ‘87 ‘88 ‘89 ‘90 ‘91 ‘92 ‘93 ’94 ‘95 ’96 ’97 ’98 ’99 ‘00 ’01 ‘02
GM maize approved by EU
Rotting resistant tomato approved by FDA
- ‘gene introgression’, - ?
Tại sao phải tạo ra các SP chuyển gien ?
Đứng về khía cạnh kinh tế và nông nghiệp, cây trồng cần phải có N S cao, phNm chất tốt, kháng sâu bệnh, thích nghi tốt với các hoàn cảnh khắc nghiệt.
Để đạt được những đặc tính này, PP cải thiện về mặt di truyền tỏ ra là một giải pháp hiệu quả.
PP lai tạo truyền thống để tập họp những gien tốt mong muốn thường được sử dụng. Tuy nhiên, PP này tốn nhiều thời gian, công sức và chỉ áp dụng được trong phạm vi cùng loài, hoặc giữa các loài rất gần nhau trong hệ thống phân loại.
KT chuyển gien cho phép khác phục được nhược điểm này, vượt qua giới hạn của loài, với PP tương đối đơn giản.
Các đặc tính thường được quan tâm trên TV
• N ăng suất cao, chất lượng tốt, giàu dinh dưỡng...
• Kháng sâu bệnh, cỏ dại, các đk bất lợi của môi trường (nước, ddưỡng...)
• Khả năng chịu đựng được những điều kiện giới hạn của môi trường (cid:1) khả năng thích nghi rộng
• Cho lợi nhuận cao
Ưu điểm của sản phNm chuyển gien
Tăng năng suất, VD: tăng kích thước và số lượng hạt
Cải thiện phNm chất, VD: mùi vị, cấu trúc, hàm lượng các chất dinh dưỡng trong sản phNm
Tăng khả năng chống chịu đối với các đk bất lợi của môi trường, VD; lạnh, nóng, khô hạn, sâu bệnh...
Giảm các thành phần bất lợi trong sản phNm, VD, các chất gây dị ứng...
Theo dự báo của các cơ quan nghiên cứu của Mỹ, dân số thê giới sẽ đạt 7,15 tỉ người vào 2015, trong đó 575 triệu người sẽ đối mặt với nạn đói và thiếu dinh dưỡng. Với tác dụng giúp gia tăng sản lượng cây trồng và chất lượng dinh dưỡng, các sản phNm GM là giải pháp tiềm năng để giải quyết khó khăn này.
PP chọn giống truyền thống
Giống mới
Giống ưu tú (giống nhận)
Giống địa phương (giống cho)
=
X
Gien cần chuyển
Gien cần chuyển
(nhiều gien khác cùng được chuyển)
Công nghệ di truyền Giống ưu tú
Giống mới
Gien cần chuyển
=
(chuyển gien)
Gien cần chuyển
(Chỉ có gien cần chuyển được chuyển vào)
Cây trồng chuyển gien
Sản phNm chuyển gien được tạo ra như thế nào ?
• Được tạo ra dựa trên KT ADN tái tổ hợp, • Chỉ 1 gien/ttrạng được chuyển, • KT không bị giới hạn trong cùng loài.
sử dụng các KT di truyền:
chuyển gien vào TV
…bằng PP vật lý hay bằng Agrobacterium tumefaceins
VD: KT di truyền sử dụng VK, virus
Một vài ví dụ về cây trồng chuyển gien hiện nay
Roundup Ready™ Soybeans + Cỏ dại là vấn đề quan trọng trong nông nghiệp (cid:1) ảnh hưởng đến N S + Thuốc trừ cỏ RoundupTM và Liberty LinkTM có khả năng diệt được rất nhiều loại cỏ + Gióng cây trồng kháng thuốc trừ cỏ (cid:1) rất cần thiết
+ Hấp thu N tốt hơn + ↑ hấp thu Oxygen + ↑ hiệu quả sử dụng P + ↑ quang hợp
Lúa mì chuyển gien
Lúa mì đối chứng
Tăng N S
Gien Cry từ VK Bacillus thuringiensis (Bt) tổng hợp protein Cry (cid:1) tác động độc đối với nhiều loại côn trùng
(cid:2)sản phNm chuyển gien Bt
Bắp lai mang gien Bt
Bắp lai không mang Bt (bị tấn công ởi sâu đục trái)
Kháng côn trùng
Giống bí đỏ Freedom II chuyển gien, kháng được virus khảm vàng của mướp và virus khảm II của dưa hấu. Các nhà KH đang cố gắng ta\jo ra giống kháng được cùng lúc 5 loại virus
Kháng virus Đu đủ chuyển gien (cid:1) kháng ringspot virus
Chống chịu mặn
Cà chua không chuyển gien Cà chua chuyển gien
Chống chịu điều kiện hạn hán
Bắp không chuyển gien
Bắp chuyển gien
Golden Rice
N ormal rice
Bằng KT di truyền, có thể tạo ra giống lúa có hàm lượng beta-carotene cao. Trong cơ thể người, beta-carotene chuyển hóa thành vitamin A.
> 120 triệu trẻ em trên thế giới bị thiếu vitamin A (cid:1) Golden Rice là giải pháp tiềm năng giúp 1-2 triệu người/năm thoát chết vì thiếu vitamine A.
“Golden” rice
SX dược phNm trong cây trồng
Cây trồng chuyển gien = “bioreactors” (cid:2) SX các loại protein (> thập kỷ) Gần đây, các nhà KH dự kiến tạo vaccine ‘ăn được’.
Vaccine ‘ăn được’ (Edible vaccine) = vaccine do cây trồng tạo ra, hấp thụ vào cơ thể qau đường miệng (cid:2) rẽ tiền, dễ SX với số lượng lớn, dễ sử dụng, hiệu quả cho nước nghèo
Vaccine ‘ăn được’
Dự kiến hiện nay là tạo vaccine chống viêm gan siêu vi B trên cây thuốc lá và cây khoai tây. N goài ra, vaccine chống độc tố của E.coli, virus viêm phổi, virus gây bệnh sởi và N orwalk virus cũng đã thành công. Các kết quả nghiên cứu cho thấy triển vọng to lớn của ứng dụng này để phòng ngừa bệnh.
Dự kiến tương lai là tạo vaccine trên chuối, loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thến giới, đặc biệt là các nước đang phát triển.
Vol. 19, No. 3 Feb. 1, 1999
Thử nghiệm đàu tiên vào 1997, Vaccine chống lại độc tố của VK E.coli tạo ra trên cây khoai tây. Kết quả cho hiệu quả tốt và không có ảnh hưởng phụ
Diện tích trồng GM trên thế giới
Diện tích trồng GM
1996
2005
2006
2007
1.7
102
114
90
Tổng cộng (triệu ha)
56 34
61 41
65 49
N ước ↑ N ước đang ↑
Cây trồng GMO – N hững thách thức
Tóm tắt lịch sử phát triển của các SV chuyển gien
• VK chuyển gien (E. coli),
– không cho thấy nguy hiểm, – Cho thấy lợi điểm (có thể).
•
Virus chuyển gien, – không cho thấy nguy hiểm, – Cho thấy lợi điểm (có thể).
• Transgenic plants,
– cho thấy nguy hiểm (chưa có), – Cho thấy lợi điểm.
N hững vấn đề liên quan đến sản phNm GM
Phát tán do lai xa với các loài khác (cid:1) sinh thái Tạo ra các loài kháng thuốc cỏ và thuốc trừ sâu trong tự nhiên (cid:1) sinh thái Thay đổi cân bằng sinh thái do tạo ra các SV chưa từng có (cid:1) sinh thái Vấn đề về tín ngưỡng do chuyển gien giữa ĐV và TV (cid:1) tín ngưỡng
Vấn đề về tín ngưỡng, 1 số người không ăn TV chứa gien ĐV (cid:1) tín ngưỡng Sự phát triển KT quá nhanh, chưa hiểu biết hết về hệ quả của nó (cid:1) sức khỏe
Để bảo đảm an toàn, trước khi bất kỳ SP GM nào được thương mại hóa, cần được khảo sát thận trọng về độ an toàn (cid:1) sức khỏe
Các nguy cơ tiềm năng
• (cid:24)guy cơ xâm lấn (cỏ dại).
• Ảnh hưởng trực tiếp đến các SV khác
• Ảnh hưởng gián tiếp đến các SV khác.
• Tạo ra các loại virus mới gây bệnh.
• (cid:24)hiều kết quả không mong đợi khác
Các nguy cơ tiềm Nn ((cid:24)guy cơ xâm lấn)
Ở Mỹ, đã có 50.000 tác nhân xâm lấn (theo con đường truyền thống) – do các giống cây trồng vụ trước còn sót lại,
– do lai tạp với các giống hoang dại tại chỗ
Tác động trực tiếp (lên các SV khác)
• (cid:24)guy cơ đối với các SV khác,
– Côn trùng thụ phấn, – Côn trùng ghé qua,
• Hệ sinh thái trong đất,
– Tốc đọ phân hủy, – chu trình carbon, – chu trình (cid:24).
Tác động gián tiếp (lên các SV khác)
• Diệt cỏ dại = Diiejt những loài sống nhờ vào cỏ dại,
• Tác động tích lũy,
– Các SV ăn tàn dư TV, tích lũy độc tố,
– Khi các ccon trùng này bị các côn trùng khác ăn, độc tố được chuyển sang SV khác, – Tích lũy và truyền độc tố qua dây chuyền thức ăn. Bee on Red Clover.
Tạo ra các loại virus mới gây bệnh
• Cây trồng kháng virus (cid:1) áp lực hcojn lọc tạo virus mới,
– do đột biến, – do tái tổ hợp,
• Lai xa (heteroencapsulation),
– virus làm di chuyển gien từ
SV này sang SV khác, – thể hiện nguy cơ tiềm Qn.
Các nguy cơ tiềm Nn khác
• Tính độc quyền về kinh tế của các quốc gia và các công ty SX hạt giống GM
• Thay đổi tập quán canh tác của nông dân,
• Khả năng gây dị ứng của các SP GM,
• Ảnh hưởng dđén việc bảo quản nguồn vật liệu di truyền tự nhiên,
The Precautionary Principle
• Chưa đánh giá hết được các mức độ ảnh hưởng đến môi trường
