Ứng dụng công nghệ gene trong nông nghiệp

Họ và Tên: Nguyễn Thị Trang Lớp : K33c-Sinh-KTNN Trường : Đại học sư phạm Hà Nội 2 Bài tiểu luận: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GENE TRONG NÔNG NGHIỆP Công nghệ gene là công nghệ cốt lõi của công nghệ sinh học hiện đại. Nó bao gồm các kĩ thật thực hiện trên axit nucleic nhằm nghiên cứu cấu trúc của gene, điều chỉnh và biến đổi gene, nhằm tách, tổng hợp và chuyển các gene mong muốn vào các tế bào vật chủ mới để tạo ra cơ thể sinh vật mới mang những đặc tính mới, cũng như tạo ra các sản phẩm mới. Công nghệ gene đã được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp và đã đạt được những thành tựu to lớn. 1.Trong chăn nuôi * Tạo vác xin tái tổ hợp chống lại nhiều loại bệnh ở gia súc, gia cầm: lở mồm long móng, bệnh Marek, bệnh Gumboro, bệnh bạch cầu ở bò, bệnh lở chân ở Cừu,… * Tạo động vật chuyển gene nhằm tạo ra các dòng vật nuôi mới có những đặc tính quý mong muốn một cách nhanh chóng khắc phục được những trở ngại trong lai tự nhiên như việc lai xa giữa hai loài khác nhau. - Các hướng nghiên cứu và khả năng ứng dụng của động vật chuyển gene là: + Tăng tốc độ sinh trưởng của vật nuôi nhờ chuyển gene hoocmon sinh trưởng: Ví dụ: . Ở Trung Quốc: khi chuyển gene hoocmon sinh trưởng của người vào cá chép làm cho tốc độ lớn nhanh( có kích thước lớn hơn 22% so với đối chứng) và hiệu suất sử dụng thức ăn cao. . Chuyển gene hoocmon sinh trưởng của chuột cống (rGH) hoặc của ngưòi (hGH) vào chuột nhắt tạo ra dòng chuột lớn gấp hai làn đối chứng. + Tăng khả năng kháng bệnh cho vật nuôi: Ví dụ: .Tạo cá chuyển gene có khả năng kháng được virus gây bệnh như virus IHNV. . Chuyển gene interferon và gene chống influenza của chuột vào cừu làm tăng cường sức chống bệnh cho cừu. . Chuyển gene beta – glactosidase của vi khuẩn vào gà đã tạo ra được gà chuyển gene kháng được bệnh do virus. + Cải tiến chất lượng, thành phẩm sản phẩm: Ví dụ: . Chuyển gene tổng hợp protein vào bò để làm tăng chất lượng sữa như hàm lượng cazein, canxi, axit béo cũng như hàm lượng lactose sữa. . Chuyển gene của 2 enzim vi khuẩn cải biến serin thành sistein nhằm tăng sức sản xuất len của cừu. . Tăng sản lượng thịt, trứng ở gà chuyển gene. + Tạo các sản phẩm vật nuôi như các chất dược liệu hoặc để tạo ra các nội tạng thay thế cho người. 2. Trong trồng trọt - Sản phẩm của công nghệ di truyền thực vật là: + Các cây trồng được tạo ra từ mô hoặc tế bào của cây. + Các cây trồng chuyển gene có những tính trạng mới phù hợp với lợi ích của con người. - Công nghệ di truyền thực vật gồm 2 lĩnh vực chính là: + Công nghệ nuôi cấy mô và tế bào thực vật. + Kĩ thuật chuyển gene vào thực vật. a. Công nghệ nuôi cấy mô và tế bào thực vật: đạt được nhiều thành tựu to lớn: - Nhân nhanh giống cây trồng: Ví dụ: . Hoalan, hoa cẩm chướng, hoa đồng tiền, hoa cúc, hoa lily,… . Cây lương thực, thực phẩm: khoai tây, mía, cà phê, củ cải, … . Cây ăn quả: chuối, dứa, cam, chanh,… . Cây lâm nghiệp: bạch đàn, lao lá chàm, keo tai tượng, … . Cây cảnh: si, sung, đa, lộc vừng,… - Tạo cây sạch bệnh virus và phục tráng giống qua nuôi cấy mô phân sinh đỉnh. Nhiều cây lương thực, thực phẩm,hoa, cây ăn quả( mận, táo, đào,..) đã được phục tráng giống cho hiệu quả kinh tế cao. - Chọn tạo giống cây trồng có giá trị kinh tế cao. Nhờ công nghệ nuôi cấy mô invitro, người ta đã tạo ra các cây đơn bội, tạo dòng thuần chủng, lai tế bào soma và chọn lọc các biến dị soma để cải tiến giống cây trồng: + Tạo cây đơn bội là nguyên liệu quý để chọn tạo giống cây trồng: Ví dụ: cà độc dược, cà chua, khoai tây, lúa mì, lúa gạo, đại mạch, lúa mạch đen, thuốc lá,… + Tạo ra nhiều giống mới như khoai tây, cà chua chống virus, chống rệp, hoặc thuốc lá chống nấm, virus,… nhờ công nghệ tế bào trần. + Cải tiến các giống cây trồng đã được nhân giống vô tính qua hàng nghìn năm và có nền di truyền rất hẹp, ít đa dạng bằng phương pháp chọn lọc biến dị dòng sôma: Ví dụ: Chuối rất ít khi sản sinh ra hạt có khả năng sinh sản. Việc chọn giống chuối chủ yếu bằng con đuờng vô tính.Do vậy nuôi cấy mô, tế bào kết hợp với tác động của các điều kiện chon lọc là phương thức tốt nhất để chọn tạo giống chuối. + Chọn lọc được những tính trạng quý như kháng bệnh (nấm, khuẩn, virus) và các tính trạng chống chịu điều kiện bất lợi ( hạn, lạnh, mặn, chịu phèn…) bằng phương pháp chọn lọc biến dị soma. Từ những dòng này tạo cây khang bệnh tương ứng. + Phát hiện các biến dị soma trong nuôi cấy mô từ đó chọn lọc các biến dị tốt trong thời gian ngắn: Ví dụ: chọn lọc được các cây ăn quả như cam, quýt, xoài, nho có khả năng kháng bệnh do nấm gây nên. - Nuôi cấy phôi invitro nhằm cứu phôi khi lai khác loài như lai lúa mì với đại mạch, hoặc lai đại mạch với lúa mạch đen và tạo ra lúa lai xa hữu thụ nổi tiếng với tên gọi là giống lúa Hordoscale. - Bảo quản được nguồn gene thực vật bằng công nghệ tế bào. Trên thế giới hiện nay có những kho bảo quản hạt giống rất lớn, gồm hầu hết các hạt giống cơ bản trên thế giới. Nhìn chung phương thức bảo quản invitro có vai trò rất lớn vì chủ yếu cần một khoảng không gian nhỏ hẹp, có thể lưu giữ một số lượng lớn cá thể để chủ động trong công tác trồng trọt. Nhiều loài cây trồng đã được đưa vào bảo quản invitro như: cây cà phê, cây cao su, khoai lang, khoai tây, sắn, cây chuối, đu đủ, cây dừa, cây nho, cây có múi ( cam, chanh,…), các cây họ gừng riềng ( gừng, nghệ, riềng…), mía, mít và một số loài cây trồng khác. b. Chuyển gene vào thực vật. - Những thành tựu và triển vọng chủ yếu: + Năm 1980: Lần đầu tiên thực hiện chuyển ADN ngoại lai vào cây nhờ A.grobacterium. + Năm 1983: Tạo ra các marker chọn lọc như chỉ thị màu sắc. Thiết kế lại plasmid Ti ( loại bỏ gen gây khối u, cài các gene mong muốn vào plasmid Ti). + Năm 1984: Thực hiện chuyển gene trực tiếp và gián tiếp vào tế bào protoblast. + Năm 1985: Tạo ra các giống cây trồng kháng virus, đưa cây chuyển gene ra đồng ruộng. + Năm 1987: Chuyển gene kháng sâu bằng súng bắn gene. + Năm 1988: Tạo khoai tây chống nấm, cà chua chín chậm. + Năm 1990: Chuyển gene bất dục đực cho ngô vào phôi nuôi cấy vô tính. + Năm 1992: Chuyển gene cho lúa mì + Năm 1994: Thương mại hoá cà chua chuyển gene. Đây là sản phẩm chuyển gene đầu tiên được thương mại hoá. + Năm 1998: Toàn thế gới có 48 giống cây trồng chuyển gene được thương mại hoá. + Năm 1999: Chuyển gene tạo giống lúa có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng vitamin A cao. + Từ năm 2000 đến nay, cây trồng chuyển gene không ngừng phát triển, đến năm 2003 toàn thế giới có 67,6 triệu ha trồng cây chuyển gen. + Các cây chuyển gene chính là đậu tương, ngô,bông, đu đủ. + Các gene chính được chuyển là gene kháng thuốc diệt cỏ, gene kháng sâu. - Các hướng nghiên cứu chính trong tạo giống cây trồng chuyển gene: + Chuyển gene kháng thuốc diệt cỏ: Ví dụ: chuyển gene mã hoá EPSPS từ vi sinh vật và từ những cây chịu được thuốc diệt cỏ glyphosat vào cây trồng tạo ra cây có hàm lượng của enzim EPSPS cao gấp 4 lần so với cây trồng bình thường và cây hoàn toàn chống chịu được với thuốc diệt cỏ glyphosat.Nhờ phương pháp này đã tạo ra được nhiều laọi cây trồng kháng thuốc trừ cỏ như đậu tương, ngô, bông… + Chuyển gene kháng sâu vào cây trồng như bông, ngô, đậu tương, lúa,.. + Chuyển gene tạo cây kháng virus gây bệnh: Ví dụ: . Đu đủ kháng với virus gây bệnh đốm vòng. . Cây thuốc lá kháng với virus khảm dưa chuột. . Cây thuốc lá kháng với virus khảm alfa. . Khoai tây kháng với virus X, virus Y, virus xoăn lá. . Cây cam, quýt kháng bệnh virú gây tàn lụi tristeza…. + Chuyển gene tạo cây sản xuất protein động vật: Ví dụ: .chuyển gene tổng hợp lactoferrin có trong sữa người vào lúa đã tạo ra được giống lúa có thể đạt hàm lượng tới 5 gam lactoferrin trong 1kg gạo và khá ổn định qua các thế hệ. Một hướng quan trọng khác là sản xuất “ thực phẩm chức năng”. Điều đó có nghĩa là cần chuyển nhiều gene tổng hợp ra các protein có tác dụng như là các kháng nguyên vào các đối tượng cây trồng như rau, đậu, cây ăn quả. Do vậy các cây này tạo ra các vacxin. Nhờ đó ta có thể ăn rau, đâu, hoa quả của cây trồng được chuyển gene tạo vacxin này để thay thế cho việc tiêm vacxin phòng bệnh. + Chuyển gene thay đổi hàm lượng và chất lượng các chất dinh dưỡng của cây: Ví dụ: Tạo giống lúa có khả năng tổng hợp chất β-caroten ( tiền thân của VTM A ) giải quyết vấn đề thiếu VTM A cho con người. + Chuyển gene tạo giống hoa có nhiều màu sắc mới: hoa hồng xanh,… Như vậy công nghệ gene đã và đang ngày càng phát triển, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, vi sinh, y học đặc biệt là trong nông nghiệp. Công nghê gene đã góp phần tạo ra các giống cây trông , vật nuôi có giá trị kinh tế cao phục vụ cho cuộc sống của người dân và sự phát triển kinh tế- xã hội nước ta trong thời kì công nghiệp hoá, hiện đại hoá như ngày nay. .