1
Tiểu luận:
CÔNG NGHỆ TẾ BÀO
Đề tài:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÀ CHUA CHÍN
CHẬM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN GEN
GVGD: TS. LÊ THỊ THỦY TIÊN
SVTH: Lê Văn Nhật – 60801468
Nguyễn Duy Quang – 60801670
2
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................................... 2
I. Tổng quan tài liệu .................................................................................................................... 4
1. Thực vật chuyển gen ............................................................................................................ 4
2. Lịch sử hình thành và phát triển .......................................................................................... 5
3. Các hướng nghiên cứu ......................................................................................................... 6
a. Cây trồng chuyển gen kháng các nấm gây bệnh .............................................................. 6
b. Cây trồng chuyển gen kháng các vi khuẩn gây bệnh ....................................................... 6
c. Cây trồng chuyển gen kháng virut gây bệnh .................................................................... 7
d. Cây trồng chuyển gen kháng côn trùng phá hoại ............................................................ 7
e. Cây trồng chuyển gen cải tiến các protein hạt................................................................. 7
f. Cây trồng chuyển gen tạo nhưng loại protein mới .......................................................... 7
g. Cây trồng chuyển gen mang tính bất dục đực .................................................................. 8
h. Thực vật biến đổi gen để sản xuất các acid béo thiết yếu ................................................ 8
i. Phát hiện hệ thống marker chọn lọc ................................................................................ 8
j. Làm sạch đất ô nhiễm....................................................................................................... 9
k. Làm thức ăn chăn nuôi ..................................................................................................... 9
4. Thành tựu đạt được ............................................................................................................ 10
a. Các cây trồng đã được phát triển .................................................................................. 10
b. Các cây trồng đang được phát triển .............................................................................. 12
II. Một số nguyên tắc của phương pháp chuyển gen .................................................................. 13
1. Một số nguyên tắc sinh học ................................................................................................ 13
2. Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển gen ................................................................. 14
3. Các bước cơ bản của chuyển gen ...................................................................................... 15
III. Phương pháp chuyển gen tạo cà chua chín chậm ............................................................. 16
1. Cơ sở của việc chuyển gen tạo cà chua chín chậm............................................................ 16
a. Trái cà chua ................................................................................................................... 16
b. Quá trình chín của trái cà chua ..................................................................................... 18
c. Công nghệ đối bản để hạn chế PQ enzyme .................................................................... 19
2. Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium Tumefaciens ......................................... 20
a. Hoạt động của A. Tumefaciens ...................................................................................... 21
3
b. Đặc điểm cấu trúc của A. Tumefaciens Ti-plasmid ....................................................... 21
c. Đặc điểm cấu trúc của Ti-plasmid cải tiến .................................................................... 24
d. Kỹ thuật đĩa lá (Leaf disk technique) ............................................................................. 24
3. Chuyển gen điều khiển sự tổng hợp ethylene ..................................................................... 25
a. Quá trình tổng hợp ethylene trong thực vật ................................................................... 26
b. Điều khiển sự chín chậm thông qua ức chế sự tổng hợp ethylene qua chuyển gen ....... 26
4. Chọn lọc cây chuyển gen nhờ NPT II gene ........................................................................ 27
IV. Kết quả thu được ................................................................................................................ 27
1. So sánh lợi ích mang lại ..................................................................................................... 27
2. An toàn của cà chua chuyển gen ........................................................................................ 28
3. An toàn của cà chua biến đổi gen ...................................................................................... 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................... 29
4
I. Tổng quan tài liệu
1. Thực vật chuyển gen
Muốn tạo một sinh vật biến đổi gen (genetically modified organism-GMO) cần phải có
phương pháp thích hợp để đưa DNA ngoại lai (foreign DNA) vào trong tế bào của chúng. Ở vi
khuẩn, tế bào được xử lý bằng dung dịch muối calcium chloride. Ở tế bào nấm men, sự tiếp nhận
DNA tăng lên khi tế bào tiếp xúc với lithium chloride hoặc lithium acetate. Tuy nhiên, đối với
phần lớn sinh vật bậc cao cần phải có các phương pháp khác tinh vi hơn.
Chuyển gen ở thực vật đã phát triển cùng với sự phát triển của các kỹ thuật nuôi cấy mô và tế
bào thực vật. Nó đã trở thành phương tiện quan trọng để nghiên cứu cơ bản trong sinh học thực
vật. Ngoài việc mở ra triển vọng chuyển các gen có ý nghĩa kinh tế vào cây trồng, các kỹ thuật
này còn cho phép nghiên cứu cấu trúc và điều khiển hoạt động của gen.
Quá trình đưa một DNA ngoại lai vào genome (hệ gen) của một sinh vật được gọi là quá trình
biến nạp (transformation). Những cây được biến nạp được gọi là cây biến đổi gen (genetically
modified plant-GMP). Ứng dụng công nghệ gen trong công tác giống cây trồng hiện đại có rất
nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:
Bằng việc biến nạp một hoặc một số gen có thể thu được cây mang một đặc tính mới xác
định.
Rào cản về loài không còn có tác dụng, vì không chỉ các gen từ thực vật mà còn từ vi
khuẩn, nấm, động vật hoặc con người được chuyển thành công vào thực vật. Về nguyên tắc chỉ
thay đổi vùng điều khiển gen, promoter ( gen khởi động quá trình phiên mã) và terminator (gen
kết thúc quá trình phiên mã). Tuy nhiên, trong một số trường hợp đòi hỏi những thay đổi tiếp
theo như sự phù hợp codon.
Những đặc điểm không mong muốn của thực vật. Chẳng hạn, sự tổng hợp các chất độc
hoặc chất gây dị ứng có thể được loại trừ bằng công nghệ gen.
Thực vật biến đổi gen có thể là lò phản ứng sinh học (bioreactor) sản xuất hiệu quả các
protein và các chất cần thiết dùng trong dược phẩm và thực phẩm.
Mở ra khả năng nghiên cứu chức năng của gen trong quá trình phát triển của thực vật và
các quá trình sinh học khác. Vì vậy,thực vật biến đổi gen có ý nghĩa trong nghiên cứu cơ bản.
Trong lai tạo giống hiện đại, công nghệ gen giúp làm giảm sự mâu thuẫn giữa kinh tế và
môi trường sinh thái. Bằng việc sử dụng cây trồng kháng thuốc diệt cỏ có thể giảm được lượng
thuốc bảo vệ thực vật.
Mục đích của nông nghiệp hiện đại không chỉ là tăng năng suất mà còn hướng đến những
lĩnh vực quan trọng sau:
Duy trì và mở rộng đa dạng sinh học (biodiversity).
Tăng khả năng kháng (sức khỏe cây trồng và chống chịu các điều kiện bất lợi).
Nâng cao chất lượng sản phẩm.
Cải thiện khả năng tích lũy dinh dưỡng.
Tăng cường tổng hợp các hợp chất có hoạt tính sinh học.
Tạo ra sản phẩm không gây hại môi trường.
5
2. Lịch sử hình thành và phát triển
Lịch sử phát triển công nghệ gen của thực vật chắc chắn có rất nhiều sự kiện quan trọng. Ở
đây chỉ nêu lên những mốc có ý nghĩa đặc biệt nhằm làm rõ sự phát triển rất nhanh của lĩnh vực
này:
Trước hết, vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens được sử dụng làm phương tiện vận
chuyển DNA. Bình thường vi khuẩn này tạo nên khối u ở thực vật. Một phần nhỏ của Ti-plasmid
có trong vi khuẩn này, được gọi là T-DNA, được vận chuyển từ Agrobacterium vào cây hai lá
mầm. Năm 1980, lần đầu tiên DNA ngoại lai (transposon Tn7) được chuyển vào thực vật nhờ A.
tumefaciens, tuy nhiên T-DNA vẫn chưa được thay đổi. Năm 1983, nhiều nhóm nghiên cứu đã
biến đổi T-DNA và đưa DNA ngoại lai vào, tạo ra tính kháng một số chất kháng sinh. Ngoài ra,
các gen tạo khối u được cắt ra. DNA ngoại lai cùng với phần còn lại được chuyển vào thực vật
và được biến nạp. Thành công này nhờ nghiên cứu chính xác con đường lây nhiễm của A.
tumefaciens trước đó và khả năng của hệ thống chọn lọc đối với thực vật.
Từ kết quả thành công đầu tiên này số lượng các loài được biến nạp ngày càng tăng. Lúc này
có thêm nhiều phương pháp khác để biến đổi gen:
Năm 1984, biến nạp bằng tế bào trần (protoplast) ở ngô được thực hiện. Ở đây thành tế
bào được phân giải bằng enzyme, xuất hiện tế bào trần. Nhờ polyethylene glycol (PEG) hoặc
xung điện (electroporation) mà DNA được đưa vào tế bào trần.
Năm 1985, lần đầu tiên cây biến đổi gen được mô tả có tính kháng thuốc diệt cỏ. Một
năm sau, người ta đã thành công trong việc tạo ra thực vật kháng virus. Năm 1996, các thí
nghiệm về cây biến đổi gen đã được phép đưa ra đồng ruộng.
Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học được sử dụng. Ở đây tế bào thực vật được
bắn phá bằng các hạt vàng hoặc wolfram bọc DNA ngoại lai. Nhờ phương pháp này mà sự biến
nạp đã thành công đã ở các cây một lá mầm quan trọng như lúa (1988), ngô (1990) và lúa mỳ
(1992). Cũng trong năm 1987, cà chua và thuốc lá kháng côn trùng đã làm cho công nghệ gen
đạt được một bước phát triển quan trọng hơn. Một thành công quan trọng khác là đã điều khiển
được quá trình chín ở cà chua, sau này có tên là FlavrSaver.
Năm 1994, lần đầu tiên cà chua biến đổi gen được bán trên thị trường.
Năm 1989, không những đã thành công trong việc chuyển các gen mã hóa các kháng thể
vào thực vật, mà người ta còn tạo nên các sản phẩm gen này như mong muốn. Kết quả này đã
mở ra một khả năng hoàn toàn mới mẽ cho việc sản xuất vaccine và cả khả năng chống bệnh ở
thực vật.
Năm 1990, thành công trong việc tạo ra cây biến đổi gen bất dục đực, không có khả năng
tạo hạt phấn. Loại cây trồng này có ý nghĩa lớn trong việc sản xuất hạt giống.
Từ năm 1991, thành phần carbohydrate của thực vật được biến đổi và năm 1992 là các
acid béo. Cùng năm đó, lần đầu tiên thành phần alkaloid ở một loại cà được cải thiện, là một
bước quan trọng đối với thực vật trong việc tổng hợp nhóm hợp chất này.
Những thực vật này có ý nghĩa lớn đối với việc thu nhận dược liệu. Sau khi thực vật biến đổi gen
này xuất hiện, chất nhân tạo phân giải sinh học được tổng hợp. Điều này cho phép chúng ta hy