Đề tài Các ứng dụng và thành tựu quan trọng của công nghệ sinh học hiện đại trong cải thiện các giống cây trồng

2. CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIỆN ĐẠI VÀ ỨNG DỤNG TRONG CẢI TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG

2. 1. Các loại gen sử dụng trong cải tiến giống cây trồng bằng kỹ thuật di truyền

Các gen quy định các đặc tính có giá trị để biến nạp vào thực vật thường có nguồn gốc từ vi khuẩn, động vật và thực vật. Gen tổng hợp hoá học cũng được biến nạp vào cây trồng (Lê Trần Bình & CS., 2003). Điều đó chứng tỏ công nghệ gen có nhiều triển vọng, vượt xa phương pháp truyền thống về phương diện chuyển gen. Gen ngoại lai được chuyển vào thực vật nhằm nghiên cứu các quá trình cơ bản như điều khiển sinh trưởng và phát triển, cấu trúc và chức năng của đoạn điều khiển, và đáng chú ý hơn cả là cải thiện các đặc tính nông học của cây trồng. Trên cơ sở các gen được chuyển nạp, cây trồng chuyển gen được nghiên cứu theo các đặc tính sau:

- Kháng bệnh

- Kháng thuốc diệt cỏ

- Cải thiện chất lượng sản phẩm

- Chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường (lạnh, nóng, hạn, chịu muối mặn )

- Tăng cường khả năng miễn dịch, sản xuất một số dược phẩm và vaccin phòng chống bệnh ở người.

2.1.1. Gen kháng bệnh hại cây trồng

- Gen kháng virus: Bệnh virus gây hại cây trồng rất nghiêm trọng và là loại bệnh không chữa được bằng việc áp dụng các chất hoá học . Do vậy, việc tạo ra cây trồng kháng virus là rất quan trọng. Có nhiều phương thức tạo cây kháng bệnh virus bằng kỹ thuật chuyển gen: chuyển gen mã hóa protein vỏ, chuyển gen tạo các ribosyme (enzyme phân giải virus), chuyển các gen đối bản (antisens) với RNA của virus. Các đối bản này sẽ khoá lại sự sao chép và phiên mã của RNA virus. Trong đó, việc chuyển gen mã hóa protein vỏ virus tương đối phổ biến. Virus có cấu tạo gồm phần lõi là các axit nucleic (DNA, RNA) và phần vỏ là protein. Khi có mặt gen mã hóa protein vỏ trong tế bào sẽ gây hiệu ứng kìm hãm sự nhân lên của virus nhiễm vào. Người ta cho rằng protein vỏ của virus đóng vai trò quyết định đối với tính kháng chéo, tuy nhiên cơ chế của bảo vệ chéo còn chưa được giải thích đầy đủ (Lê Trần Bình & CS., 2003).

- Gen kháng nấm gây bệnh: Nhiều loài thực vật, động vật, vi sinh vật sinh ra những protein độc đối với nấm. Gen mã hoá cho một số loại prtein này được phân lập với mục đích tăng cường khả năng chống nấm và côn trùng. Ví dụ, một loại protein của hạt lúa mạch có khả năng làm mất hoạt tính của ribosome. Khi biểu hiện gen này ở cây thuốc lá thì protein của gen biến nạp gây độc đối với nấm bệnh Rhizoctonia solani. Đây là loại nấm gây bệnh bạc lá ở lúa.

- Gen kháng vi khuẩn gây bệnh: Người ta đã phân lập được các gen kháng bệnh vi khuẩn tự nhiên để dùng cho công nghệ gen. Điển hình nhất là gen Xa21, được phân lập từ cây lúa dại Oryza longisminata có tính kháng tự nhiên. Gen Xa21 mã hoá protein kinase có chức năng làm thay đổi hoạt tính protein của vi khuẩn gây bệnh (Lê Trần Bình & CS., 2003).

2.1.2. Gen kháng sâu hại

Công nghệ sinh học ngày nay đang phát triển một phương pháp mới để chống lại côn trùng gây bệnh. Đó là việc chuyển các gen được phân lập từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) vào cây trồng. Cây trồng được chuyển gen Bt sẽ có khả năng tự tạo ra được các protein trong cây để chống lại sâu bệnh. Protein độc của Bt có nhiều loại khác nhau nhưng chúng có cơ chế tác động gây độc chung với côn trùng (Lê Thị Thu Hiền, 2003;).