Đề tài Công nghệ sinh học hiện đại và ứng dụng trong cải tạo giống cây trồng

1. MỞ ĐẦU Công nghệ sinh học phát triển mạnh mẽ ở các nước công nghiệp vào những năm đầu của thập niên 80, còn ở các nước đang phát triển thì chủ yếu từ những năm 90 trở lại đây. Có thể nói, hiện nay công nghệ sinh học được coi là lĩnh vực ưu tiên đầu tư ở hầu hết các nước trên thế giới. Thành tựu của công nghệ sinh học trong những năm gần đây đã làm thay đổi hẳn quan niệm của con người về khả năng tác động lên cơ thể sống để làm ra những sản phẩm cần thiết cho cuộc sống. Trong 50 năm qua, chọn giống thực vật truyền thống kết hợp với công nghệ sinh học hiện đại đã góp phần lớn trong việc cải tạo cây trồng và sẽ tiếp tục mang lại nhiều lợi ích trong tương lai. Theo dự đoán, dân số thế giới sẽ đạt 8 tỷ người vào năm 2010, để nuôi được thêm ba tỷ người trong vòng hai mươi năm tới đòi hỏi có sự tăng vượt bậc về sản lượng nông nghiệp, một nhiệm vụ cực kỳ lớn. Công nghệ sinh học thực vật tiếp tục mục tiêu cải tạo cây trồng với những phương pháp chính xác hơn, cho phép chuyển các gen với những chức năng đã được thiết kế vào cây trồng. Kỹ thuật di truyền cũng đã được kết hợp với các phương pháp chọn giống truyền thống trong cải tạo cây trồng. Việc chuyển các gen từ các loài dị dưỡng đã cung cấp các công cụ đưa các đặc tính mới, chọn lọc vào cây trồng và mở rộng nguồn gen, vượt xa những gì mà chọn giống truyền thống có thể làm được. Vì thế, các kỹ thuật công nghệ sinh học mới cùng với chọn giống truyền thống là đòi hỏi cần thiết để nâng cao sản lượng cây trồng, đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Những khả năng có được đối với chuyển gen giữa các cơ thể sinh vật không cần quá trình lai hữu tính đã mang lại cho các nhà chọn giống nhiều cơ hội mới để cải thiện hiệu quả sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng của cây trồng. Thực vật với những đặc tính mới, chẳng hạn như kháng thuốc diệt cỏ, kháng côn trùng, kháng virus đã được tạo ra bằng việc sử dụng các gen của các sinh vật khác loài. Tuy nhiên, cũng cần nhấn mạnh rằng công nghệ sinh học hiện đại không thay thế chọn giống truyền thống, chỉ có thể cải thiện các phương pháp cũ, truyền thống. Sự khác biệt giữa chọn giống truyền thống và công nghệ sinh học hiện đại không phải là mục tiêu hay quá trình, mà là tốc độ, sự chính xác, độ tin cậy và phạm vi áp dụng (Sharma & CS., 2005). Mặc dù công nghệ sinh học hiện đại chủ chốt là kỹ thuật di truyền, tức ADN tái tổ hợp, nó vẫn bao hàm các kỹ thuật khác nhau như nuôi cấy mô tế bào, vi nhân giống ... Công nghệ sinh học ngày nay kết hợp chặt chẽ với các phương pháp cổ điển và kỹ thuật phân tử, đã có mọi cơ hội trở thành một ngành công nghiệp lớn, năng động, đem lại hiệu quả kinh tế cao trong nhiều ngành kinh tế quốc dân ở nhiều nước trên thế giới (Sharma & CS., 2005). Trong những năm gần đây, công nghệ gen đã đạt được nhiều thành tựu rực rỡ, tạo ra các cây trồng biến đổi di truyền với nhiều đặc tính quý như kháng côn trùng, nấm bệnh, sâu bệnh, năng suất cao, giàu dinh dưỡng ... đem lại nhiều lợi ích cơ bản và lâu dài, tạo lợi nhuận đáng kể cho nông dân và người tiêu dùng, bảo vệ môi trường và hệ sinh thái bền vững (James, 2005).   Trong khuôn khổ chuyên đề này chúng tôi tập trung thảo luận về các ứng dụng và thành tựu quan trọng của công nghệ sinh học hiện đại trong cải thiện các giống cây trồng. 2. C«ng nghÖ sinh häc hiÖn ®¹i vµ øng dông trong c¶i t¹o gièng c©y trång 2. 1. C¸c lo¹i gen sö dông trong c¶i tiÕn gièng c©y trång b»ng kü thuËt di truyÒn C¸c gen quy ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh cã gi¸ trÞ ®Ó biÕn n¹p vµo thùc vËt th­êng cã nguån gèc tõ vi khuÈn, ®éng vËt vµ thùc vËt. Gen tæng hîp ho¸ häc còng ®­îc biÕn n¹p vµo c©y trång (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). §iÒu ®ã chøng tá c«ng nghÖ gen cã nhiÒu triÓn väng, v­ît xa ph­¬ng ph¸p truyÒn thèng vÒ ph­¬ng diÖn chuyÓn gen. Gen ngo¹i lai ®­îc chuyÓn vµo thùc vËt nh»m nghiªn cøu c¸c qu¸ tr×nh c¬ b¶n nh­ ®iÒu khiÓn sinh tr­ëng vµ ph¸t triÓn, cÊu tróc vµ chøc n¨ng cña ®o¹n ®iÒu khiÓn, vµ ®¸ng chó ý h¬n c¶ lµ c¶i thiÖn c¸c ®Æc tÝnh n«ng häc cña c©y trång. Trªn c¬ së c¸c gen ®­îc chuyÓn n¹p, c©y trång chuyÓn gen ®­îc nghiªn cøu theo c¸c ®Æc tÝnh sau: - Kh¸ng bÖnh - Kh¸ng thuèc diÖt cá - C¶i thiÖn chÊt l­îng s¶n phÈm - Chèng chÞu c¸c ®iÒu kiÖn bÊt lîi cña m«i tr­êng (l¹nh, nãng, h¹n, chÞu muèi mÆn…) - T¨ng c­êng kh¶ n¨ng miÔn dÞch, s¶n xuÊt mét sè d­îc phÈm vµ vaccin phßng chèng bÖnh ë ng­êi. 2.1.1. Gen kh¸ng bÖnh h¹i c©y trång - Gen kh¸ng virus: BÖnh virus g©y h¹i c©y trång rÊt nghiªm träng vµ lµ lo¹i bÖnh kh«ng ch÷a ®­îc b»ng viÖc ¸p dông c¸c chÊt ho¸ häc . Do vËy, viÖc t¹o ra c©y trång kh¸ng virus lµ rÊt quan träng. Cã nhiÒu ph­¬ng thøc t¹o c©y kh¸ng bÖnh virus b»ng kü thuËt chuyÓn gen: chuyÓn gen m· hãa protein vá, chuyÓn gen t¹o c¸c ribosyme (enzyme ph©n gi¶i virus), chuyÓn c¸c gen ®èi b¶n (antisens) víi RNA cña virus. C¸c ®èi b¶n nµy sÏ kho¸ l¹i sù sao chÐp vµ phiªn m· cña RNA virus. Trong ®ã, viÖc chuyÓn gen m· hãa protein vá virus t­¬ng ®èi phæ biÕn. Virus cã cÊu t¹o gåm phÇn lâi lµ c¸c axit nucleic (DNA, RNA) vµ phÇn vá lµ protein. Khi cã mÆt gen m· hãa protein vá trong tÕ bµo sÏ g©y hiÖu øng k×m h·m sù nh©n lªn cña virus nhiÔm vµo. Ng­êi ta cho r»ng protein vá cña virus ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh ®èi víi tÝnh kh¸ng chÐo, tuy nhiªn c¬ chÕ cña b¶o vÖ chÐo cßn ch­a ®­îc gi¶i thÝch ®Çy ®ñ (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). - Gen kh¸ng nÊm g©y bÖnh: NhiÒu loµi thùc vËt, ®éng vËt, vi sinh vËt sinh ra nh÷ng protein ®éc ®èi víi nÊm. Gen m· ho¸ cho mét sè lo¹i prtein nµy ®­îc ph©n lËp víi môc ®Ých t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chèng nÊm vµ c«n trïng. VÝ dô, mét lo¹i protein cña h¹t lóa m¹ch cã kh¶ n¨ng lµm mÊt ho¹t tÝnh cña ribosome. Khi biÓu hiÖn gen nµy ë c©y thuèc l¸ th× protein cña gen biÕn n¹p g©y ®éc ®èi víi nÊm bÖnh Rhizoctonia solani. §©y lµ lo¹i nÊm g©y bÖnh b¹c l¸ ë lóa. - Gen kh¸ng vi khuÈn g©y bÖnh: Ng­êi ta ®· ph©n lËp ®­îc c¸c gen kh¸ng bÖnh vi khuÈn tù nhiªn ®Ó dïng cho c«ng nghÖ gen. §iÓn h×nh nhÊt lµ gen Xa21, ®­îc ph©n lËp tõ c©y lóa d¹i Oryza longisminata cã tÝnh kh¸ng tù nhiªn. Gen Xa21 m· ho¸ protein kinase cã chøc n¨ng lµm thay ®æi ho¹t tÝnh protein cña vi khuÈn g©y bÖnh (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). 2.1.2. Gen kh¸ng s©u h¹i C«ng nghÖ sinh häc ngµy nay ®ang ph¸t triÓn mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó chèng l¹i c«n trïng g©y bÖnh. §ã lµ viÖc chuyÓn c¸c gen ®­îc ph©n lËp tõ vi khuÈn Bacillus thuringiensis (Bt) vµo c©y trång. C©y trång ®­îc chuyÓn gen Bt sÏ cã kh¶ n¨ng tù t¹o ra ®­îc c¸c protein trong c©y ®Ó chèng l¹i s©u bÖnh. Protein ®éc cña Bt cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau nh­ng chóng cã c¬ chÕ t¸c ®éng g©y ®éc chung víi c«n trïng (Lª ThÞ Thu HiÒn, 2003;). Cã rÊt nhiÒu lo¹i gen m· hãa cho c¸c protein cã ho¹t tÝnh diÖt c«n trïng cña Bt, chñ yÕu lµ c¸c gen cry. Ng­êi ta ®· ph©n tÝch tr×nh tù cña 50 gen m· hãa cho protein tinh thÓ ®éc vµ thÊy r»ng mét sè gen gièng nhau hoµn toµn, mét sè kh¸c gÇn gièng nhau, ®¹i diÖn cho cïng mét gen hoÆc nhiÒu gen hoÆc lµ biÕn d¹ng tõ 1 gen. C¸c gen cry ®­îc chia thµnh n¨m nhãm chÝnh: - Gen cryI (A,B,C) m· hãa protein ®éc 130 - 160 kDa, c¸c protein nµy cã t¸c dông g©y ®éc víi c«n trïng thuéc Bé C¸nh v¶y; - C¸c gen Cry II m· hãa protein ®éc 68-71 kDa, ho¹t ®éng chèng l¹i c«n trïng thuéc c¶ hai Bé C¸nh v¶y vµ Hai c¸nh; - C¸c gen cryIII, cry IV m· hãa protein 73 kDa, cã t¸c dông g©y ®éc víi Êu trïng thuéc bé Hai c¸nh; - Nhãm gen cryV ®ang ®­îc nghiªn cøu s©u h¬n vÒ cÊu tróc vµ chøc n¨ng, cã ®éc tÝnh víi c«n trïng thuéc bé C¸nh cøng vµ C¸nh v¶y (Francis & CS, 1996).; Ngoµi c¸c gen cry t¹o ®éc tè trong pha sinh bµo tö cña vi khuÈn Bt, cßn cã nhiÒu h­íng nghiªn cøu míi vÒ gen vip. Gen vip m· ho¸ c¸c protein trong pha sinh d­ìng trong chu tr×nh ph¸t triÓn cña vi khuÈn Bt vµ Bc cã ho¹t lùc diÖt c«n trïng, cã phæ t¸c dông m¹nh h¬n c¸c protein ®éc do gen cry m· hãa (Estruch & CS, 1996). Mét sè gen vip nh­ vip1, vip2, vip3 ®· ®­îc nghiªn cøu s©u vÒ mÆt ph©n tö vµ kh¶ n¨ng biÓu hiÖn protein ®éc tè ë nhiÒu chñng kh¸c nhau vµ ®· nh©n dßng thµnh c«ng c¸c gen ®ã b»ng kü thuËt PCR (Loguercio & CS, 2002). Theo nghiªn cøu cña Doss vµ céng sù (2002), protein Vip3 cã kÝch th­íc kho¶ng 88,6 kDa vµ cã ho¹t tÝnh kh¸ng s©u x¸m (Agrotis ypsilon) cao gÊp 260 lÇn so víi protein Cry1A vµ cã phæ ho¹t ®éng réng, kh¸ng mét sè loµi c«n trïng Bé C¸nh v¶y nh­ s©u x¸m, s©u c¾n chåi thuèc l¸ (Heliothis virescens) vµ s©u xanh h¹i ng« (Helicoverpa zea). Trong khi ®ã, nghiªn cøu cña Selvapandiyan vµ céng sù (2001), ®· xö lý ®ét biÕn mÊt ®o¹n ®Çu C vµ N cña protein Vip ®Ó më réng phæ ho¹t ®éng diÖt c«n trïng kh¸ng l¹i nhiÒu loµi s©u kh¸c nh­ s©u ®ôc cñ khoai t©y (Phthrimea opercullelar), s©u ®ôc th©n ng« (Chilo partellus), s©u khoang (Spodoptera litura), s©u t¬ h¹i c¶i b¾p (Plutella xylostella). GÇn ®©y, ®· cã c¸c nghiªn cøu s©u h¬n vÒ c¬ chÕ t¸c ®éng, ho¹t lùc diÖt c«n trïng, phæ t¸c dông cña gen vip ®Ó tiÕn tíi ph©n lËp vµ thiÕt kÕ t¹o vector chuyÓn gen vµo thùc vËt. ViÖc t×m ra c¸c gen vip cã ho¹t tÝnh diÖt c«n trïng m¹nh vµ øng dông ®Ó t¹o ra c©y chuyÓn gen cã tÝnh kh¸ng s©u vµ phæ t¸c ®éng réng h¬n lµ vÊn ®Ò ®ang ®­îc nhiÒu phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ giíi quan t©m (Lª ThÞ Thu HiÒn, 2003). KÕt qu¶ t­¬ng tù còng nhËn ®­îc khi sö dông gen m· ho¸ chÊt øc chÕ proteinase. §Ó cã hiÖu qu¶, c¸c gen nµy cÇn ®­îc biÓu hiÖn trong bé phËn cña c©y mµ c«n trïng thÝch ¨n. Cã nh÷ng lo¹i gen kh¸c còng lµm t¨ng kh¶ n¨ng chèng c«n trïng, nh­ gen m· ho¸ chÊt øc chÕ α-amylase, m· ho¸ lectin vµ chitinase (b¶ng 1) (Schuler & CS., 1998). Trong tù nhiªn, c¸c chÊt øc chÕ proteinase vµ α-amylase th­êng ®­îc t¹o ra ë c¸c vÕt th­¬ng nh­ mét ph¶n øng tù vÖ cña c©y chèng l¹i c«n trïng (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). Maqbool vµ Christou (1999) ®· thiÕt kÕ gen gna, kh¸ng dÖp vµ c«n trïng bé c¸nh gièng, cïng víi gen cry 1 Ac & cry2A. Gen Rag1 ®­îc ph©n lËp tõ gièng ®Ëu t­¬ng Dowling, cã kh¶ n¨ng kh¸ng rÖp ®Ëu t­¬ng, mét lo¹i s©u bÖnh g©y h¹i cho c©y trång (Hill & CS, 2006). B¶ng 1. Mét sè chÊt øc chÕ proteinase ®· ®­îc chuyÓn vµo c©y trång th«ng qua biÕn n¹p gen (Schuler & CS., 1998) ChÊt øc chÕ proteinase  Gen m· ho¸  C©y trång ®­îc chuyÓn gen   Serine proteinase  C-II; PI-IV  §Ëu t­¬ng   Trypsin  CpTI  §Ëu ®òa   Cysteine proteinase  OC-1  Lóa   Proteinase I, II  Pot PTI, Pot PTII  Cµ chua, Khoai t©y   Kunitz trypsin  Kti3 / SKTI  §Ëu t­¬ng   2.1.3. Gen kh¸ng chÊt diÖt cá NÒn n«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, c«ng nghiÖp hãa g¾n liÒn víi viÖc sö dông thuèc trõ cá. VÊn ®Ò ®Æt ra lµ khi phun thuèc trõ cá sÏ chØ diÖt cá mµ kh«ng diÖt c©y trång. Muèn vËy, ng­êi ta ph¶i t¹o ra c¸c gièng c©y trång cã ®Æc tÝnh kh¸ng thuèc trõ cá. §Ó lµm viÖc nµy, hiÖu qu¶ nhÊt lµ sö dông kü thuËt chuyÓn gen ®Ó chuyÓn c¸c gen kh¸ng thuèc trõ cá vµo c©y trång. Nguyªn t¾c chung lµ ph¶i t×m ®­îc gen kh¸ng l¹i c¬ chÕ g©y h¹i cña thuèc trõ cá, b»ng mét trong c¸c c¸ch sau: - N©ng cao ho¹t tÝnh cña c¸c enzyme bÞ h¹i do thuèc trõ cá - T¹o ra c¸c enzyme ®ét biÕn kh«ng bÞ ¶nh h­ëng cña thuèc trõ cá - T¹o c¸c enzyme lµm mÊt tÝnh ®éc cña thuèc trõ cá Glyphosate g©y øc chÕ enzym thùc vËt tæng hîp axit 5-enolpyruvyl-3-phosphoshikimic (EPSPS). Enzym nµy liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh sinh tæng hîp c¸c axit bÐo th¬m, vitamin, vµ c¸c chÊt trao ®æi thø cÊp ë thùc vËt vµ vi sinh vËt. §Ó t¹o ra c¸c c©y chuyÓn gen kh¸ng glyphosate, c¸c gen m· ho¸ cho enzym EPPS cã ¸i lùc víi glyphosate gi¶m hoÆc c¸c gen m· ho¸ cho c¸c enzym ph©n huû glyphosate ®· ®­îc chuyÓn vµo c©y trång. HiÖn nay, c¸c c©y chuyÓn gen kh¸ng glyphosate th­êng mang 1 hoÆc vµi gen d­íi ®©y: - gen EPSPS ph©n lËp tõ vi khuÈn Agrobacterium chñng CP4 m· ho¸ cho enzym kh«ng mÉn c¶m víi glyphosate CP4 EPSPS. - gen EPSPS c¶i biªn ph©n lËp tõ ng« m· ho¸ cho enzym EPSPS; - gen ph©n lËp tõ vi khuÈn ®Êt Achromobacter chñng LBAA m· ho¸ cho enzym glyphosate oxyreductase (GOX) (Mannerlof & CS., 1997). Gluphosinate cã t¸c dông øc chÕ enzym tæng hîp glutamin, enzym quan träng ®èi víi sù ®ång ho¸ amonium. Sù øc chÕ nµy t¹o ra møc ®é nhiÔm ®éc amonium trong m« thùc vËt. Gen pat/bar m· ho¸ cho enzym phosphinothricin acetyl transferase (PAT). Gen pat ®­îc ph©n lËp tõ Streptomyces viridochromogenes, gen bar ®­îc t¸ch tõ S. hygroscopicus. PAT xóc t¸c cho ph¶n øng acetyl ho¸ l-phosphinothricin trong N-acetyl-glufosinate kh«ng cã ho¹t tÝnh diÖt cá. PAT lµ enzym rÊt ®Æc hiÖu, cã ¸i lùc rÊt thÊp ®èi víi c¸c c¬ chÊt so víi glufosinate (Vinnemeier & CS., 1995). 2.1.4. Gen bÊt dôc ®ùc C©y bÊt dôc ®ùc cã ý nghÜa rÊt quan träng trong c«ng t¸c t¹o gièng lai. Tuy nhiªn, ®Ó t¹o dßng bÊt dôc ®ùc ph¶i tèn nhiÒu thêi gian, søc lùc vµ c«ng viÖc phøc t¹p. NhiÒu nhµ chän gièng ®Ò nghÞ mét ph­¬ng ph¸p míi ®Ó lµm mÊt chøc n¨ng cña h¹t phÊn qua ®ã t¹o ra ®­îc dßng bÊt dôc ®ùc. B»ng c«ng nghÖ gen, ng­êi ta ®ang hy väng t¹o ra ®­îc hÖ thèng nh©n t¹o ®iÒu khiÓn tÝnh bÊt dôc ®ùc thuËn nghÞch do nh©n tÕ bµo chi phèi. Gen barnase m· hãa enyzme ph©n gi¶i RNA ®­îc ph©n lËp tõ vi khuÈn Bacillus amyloliquefaciens. Promoter TA29 chØ ho¹t ®éng ë vïng h¹t phÊn. Do vËy, khi gen nµy ®­îc g¾n víi promoter TA29 vµ ®­îc chuyÓn vµo c©y th× toµn bé c¸c vËt chÊt th«ng tin di truyÒn ë h¹t phÊn sÏ bÞ ph¸ hñy trong khi ®ã ë c¸c vïng ngoµi h¹t phÊn kh«ng bÞ ¶nh h­ëng. KÕt qu¶ lµ t¹o ®­îc c¸c dßng bÊt dôc ®ùc. C¸c dßng bÊt dôc ®ùc nµy sÏ ®­îc sö dông lµm mÑ trong tæ hîp t¹o h¹t lai F1. §Ó kh¾c phôc hiÖn t­îng bÊt dôc sÏ x¶y ra ë h¹t F1 (kh«i phôc tÝnh h÷u thô) ng­êi ta l¹i ph¶i chuyÓn gen barstar g©y øc chÕ vµ ®iÒu hoµ ho¹t ®éng cña barnase vµo c©y bè trong tæ hîp t¹o h¹t lai F1. Gen barstar còng ®­îc g¾n víi promoter TA29, kÕt qu¶ h¹t lai F1 sÏ h÷u thô (Kempken, 2000; Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). 2.1.5. Gen chèng chÝn nhòn vµ lµm chÝn chËm, t¹o s¾c tè hoa Ph¶n gen (antisense) më ra mét h­íng míi cho viÖc c¶i tiÕn gièng c©y trång, ®Æc biÖt trong viÖc t¨ng c­êng kh¶ n¨ng chèng chÝn nhòn ë qu¶. Qu¸ tr×nh chÝn cña qu¶ t¹o ra sù thay ®æi vÒ mµu s¾c, kÕt cÊu vá vµ mïi vÞ cña qu¶. NhiÒu gen liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh chÝn cña qu¶ ®· ®­îc x¸c ®Þnh. Gen m· ho¸ cho enzym polygalacturonase (PG), liªn quan ®Õn sù ph©n huû thµnh phÇn cña thµnh tÕ bµo, lµ gen ®­îc ph©n lËp ®Çu tiªn ë cµ chua. ChuyÓn c¸c cÊu tróc sense hoÆc antisense cña c¸c gen nµy vµo hÖ gen cña cµ chua ®· cã biÓu hiÖn lµm gi¶m ho¹t tÝnh enzym PG vµ lµm cho qu¶ chÝn chËm l¹i (Perlak & CS., 1995). Mét sè gen kh¸c, liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh sinh tæng hîp ethylen (1-amino-cyclopropane-1-carboxylate-ACC) vµ carotenoid còng ®· ®­îc ph©n lËp. ACC xóc t¸c cho b­íc cuèi cïng cña qu¸ tr×nh sinh tæng hîp ethylen. Ph¶n gen cña ACC ®· lo¹i bá ®­îc sù h×nh thµnh ethylen ë qu¶ d­a, lµm cho thêi gian gi÷ qu¶ trªn c©y dµi h¬n, dÉn ®Õn sù ®ång ho¸ hµm l­îng ®­êng trong qu¶ cao h¬n (Ayub & CS., 1996). Cho ®Õn nay, c¸c nghiªn cøu c¬ b¶n ®· x¸c ®Þnh ®­îc hÖ thèng enzyme biÕn ®æi c¸c s¾c tè cña hoa. Trªn c¬ së ®ã, cã thÓ chuyÓn c¸c gen m· hãa c¸c enzyme g©y øc chÕ hoÆc ho¹t hãa c¸c kh©u cña hÖ thèng biÕn ®æi s¾c tè mµ t¹o nªn c¸c gièng hoa cã mÇu s¾c míi. Ng­êi ta còng cã thÓ ph©n lËp c¸c gen tæng hîp s¾c tè tõ c¸c vi sinh vËt ®Ó chuyÓn vµo hoa, g©y t¹o gièng míi. Chalcone synthase (CHS) lµ enzym trong qu¸ tr×nh sinh tæng hîp flavonoid vµ rÊt cÇn cho qu¸ tr×nh t¹o s¾c tè hoa. Ph¶n gen cña CHS ®­îc dïng ®Ó h¹n chÕ ho¹t tÝnh cña CHS vµ lµm thay ®æi mµu hoa ë c©y Petunia vµ c©y thuèc l¸ (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). 2.1.6. Gen c¶i thiÖn chÊt l­îng dinh d­ìng cña protein thùc vËt, hµm l­îng tinh bét Sun vµ céng sù (1993) ®· x¸c ®Þnh vµ ph©n lËp thµnh c«ng gen WBLRP m· ho¸ cho protein giµu Lysin (Lys) tõ h¹t ®Ëu. Gen S-VSPa vµ S-VSPb m· ho¸ cho c¸c protein dù tr÷ cã hµm l­îng Lys cao còng ®· ®­îc ph©n lËp tõ h¹t ®Ëu (Staswich, 1994). C¸c gen m· ho¸ cho protein giµu Lys (LRP) hay protein giµu Methionine (Met) ®· ®­îc ph©n lËp tõ ®Ëu t­¬ng (Kho & deLumen, 1998) hoÆc tõ h¹t cña c¸c c©y ngò cèc cã hµm l­îng Lys thÊp vµ ®· ®­îc chuyÓn vµo c©y trång nh»m c¶i thiÖn protein cña thùc vËt (Singh & CS., 2000). C¸c gen m· ho¸ cho hai enzym ch×a kho¸ trong con ®­êng sinh tæng hîp Lys lµ aspartokinase (AK) vµ dihydrodipicolinate synthase (DHPS), ®­îc ph©n lËp tõ vi khuÈn E. coli (Shaul & Galili, 1992) hoÆc thùc vËt, ®· biÓu hiÖn tèt ë c¸c c©y mét l¸ mÇm vµ hai l¸ mÇm chuyÓn gen. T­¬ng tù, gen m· ho¸ cho enzym trong con ®­êng sinh tæng hîp Tryptophan (Trp) lµ anthranilate synthase (AS) ®· ph©n lËp ®­îc tõ mét sè loµi thùc vËt (Mazur & CS., 1999; Galili & Hoefgen, 2002; Galili & CS., 2002). C¸c gen sinh tæng hîp beta-carotene: psy (phytoene synthase) vµ lyc (lycopene cyclase) ®­îc ph©n lËp tõ c©y hoa thuû tiªn (Narcissus pseudonarcissus); gen crt1 ®­îc ph©n lËp tõ vi khuÈn ®Êt Erwinia uredovora ®· ®­îc chuyÓn vµo hÖ gen nh©n cña lóa d­íi sù ®iÒu khiÓn cña promoter ®Æc hiÖu néi nhò, v× thÕ chØ biÓu hiÖn ë néi nhò (Hirschberg, 2001). S¶n phÈm cuèi cïng cña qu¸ tr×nh nµy lµ lycopene. C¸c enzym néi bµo cña thùc vËt ®· xóc t¸c cho qu¸ tr×nh biÕn ®æi lycopene trong néi nhò thµnh beta-carotene, lµm cho h¹t lóa chuyÓn gen cã mµu vµng (Schaub & CS., 2005). 2.1.7. Gen t¨ng c­êng kh¶ n¨ng miÔn dÞch, s¶n xuÊt protein ®éng vËt vµ c¸c chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc Mét trong nh÷ng ph¸t triÓn ®Çy høa hÑn cña c«ng nghÖ sinh häc thùc vËt lµ sö dông c©y chuyÓn gen ®Ó s¶n xuÊt c¸c chÊt cã ho¹t tÝnh sinh häc nh­: vitamin, c¸c hîp chÊt ch÷a bÖnh, c¸c ho¸ chÊt sö dông trong c«ng nghiÖp, trong y tÕ nh­: kh¸ng nguyªn, kh¸ng thÓ, interferon, vaccine.... NhiÒu lo¹i vaccine thó y còng ®­îc quan t©m nghiªn cøu. VÝ dô: Gen VP2 tæng hîp protein vá cña virus Gumboro ®· ®­îc chuyÓn vµo A. thailiana. DÞch chiÕt cña c©y A. thailiana chuyÓn gen ®­îc sö dông ®Ó g©y miÔn dÞch cho gµ qua ®­êng miÖng, kÕt qu¶ cho thÊy hiÖu qu¶ g©y miÔn dÞch b»ng c¸ch nµy còng gièng nh­ g©y miÔn dÞch theo ph­¬ng thøc truyÒn thèng (dïng vaccin th­¬ng m¹i) (Wu & CS., 2004). Protein CD14 miÔn dÞch cña ng­êi ®· ®­îc biÓu hiÖn trong tÕ bµo c©y thuèc l¸. Protein nµy tham gia vµo ph¶n øng miÔn dÞch cña ng­êi b»ng c¸ch ph¸t hiÖn ra nh÷ng t¸c nh©n g©y bÖnh. CD14 ho¹t ®éng nh­ nh÷ng “thÓ tiÕp nhËn”, cïng víi c¸c tÕ bµo miÔn dÞch ®Ó tiªu diÖt c¸c mÇm bÖnh. CD14 cã ë bÒ mÆt mµng nhÇy vµ chÊt bµi tiÕt (n­íc m¾t, s÷a mÑ, n­íc bät), rÊt quan träng trong viÖc phßng chèng c¸c bÖnh l©y truyÒn bëi vi khuÈn Gram ©m (Blais & Altosaarm 2006). 2.1.8. Gen liªn quan ®Õn tÝnh chèng chÞu c¸c ®iÒu kiÖn bÊt lîi Sù ph¸t triÓn vµ s¶n l­îng c©y trång phô thuéc rÊt nhiÒu vµo kh¶ n¨ng ph¶n øng l¹i cña chóng víi c¸c ®iÒu kiÖn cña m«i tr­êng, nh­ ®é mÆn cao, thiÕu n­íc... Mét sè c©y trång cã thÓ t¹o ra c¸c ph©n tö, c¸c ho¹t ®éng víi sù tham gia cña rÊt nhiÒu gen ®Ó chèng chÞu ®­îc nh÷ng ®iÒu kiÖn nµy. Do mét sè loµi c©y trång cã kh¶ n¨ng chèng chÞu tèt h¬n nh÷ng lo¹i kh¸c, nªn ®· cã rÊt nhiÒu nghiªn cøu nh»m t¹o ra c©y trång chèng chÞu ®iÒu kiÖn m«i tr­êng, b»ng c¶ ph­¬ng ph¸p lai gièng vµ kü thuËt di truyÒn. 2.1.8.1. Gen liªn quan ®Õn tÝnh chÞu l¹nh Khi tiÕp xóc víi nhiÖt ®é thÊp, mét sè gen ®­îc ho¹t ho¸ sinh tæng hîp ra nh÷ng protein míi. HiÖn t­îng nµy ®­îc ph¸t hiÖn trªn hµng lo¹t ®èi t­îng kh¸c nhau, vÝ dô nh­ c©y m¹ non 3 l¸, lóa m¹ch, cá ba l¸ D. glomerata, c¶i dÇu, t¶o lôc, ®Ëu t­¬ng. Tuy nhiªn, cho ®Õn nay míi ph©n lËp ®­îc hai nhãm gen cor tõ c©y vµ cas tõ c©y cá ba l¸. HÇu hÕt c¸c gen nµy ®Òu ®­îc chøng minh lµ liªn quan ®Õn tÝnh chÞu b¨ng gi¸ (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003). 2.1.8.2. Gen liªn quan ®Õn chÞu h¹n ViÖc t×m kiÕm gen chÞu h¹n ®­îc c¸c phßng thÝ nghiÖm chó ý trªn nhiÒu ®èi t­îng kh¸c nhau (cá ba l¸, lóa mú, lóa m¹ch, ng«, Arabidopsis, lóa n­íc). NhiÒu gen ®· ®­îc b¸o c¸o lµ ®· cã biÓu hiÖn ë c¸c m« sinh d­ìng cña thùc vËt trong ®iÒu kiÖn bÊt lîi. Hai nhãm gen ®­îc m« t¶ chi tiÕt lµ nhãm LEA cña c©y lóa m¹ch vµ nhãm RAB cña c©y lóa n­íc. §©y lµ hai nhãm gen cã triÓn väng nhÊt ®ang ®­îc sö dông trong c«ng nghÖ gen. Nhãm LEA (Late Embryogenesis Abundant), m· ho¸ nh÷ng protein xuÊt hiÖn vµo thêi kú muén cña qu¸ tr×nh h×nh thµnh ph«i sau khi thô phÊn vµ ®ã lµ nh÷ng protein gãp phÇn b¶o vÖ ph«i trong qu¸ tr×nh ngñ vµ chÞu h¹n cña ph«i trong h¹t kh« (Lª TrÇn B×nh & CS., 2003; Kim & CS., 2003). Nhãm thø hai, RAB liªn quan ®Õn t¸c ®éng øc chÕ sinh tr­ëng tÕ bµo cña ABA khi thùc vËt gÆp ®iÒu kiÖn bÊt lîi. Tron