Sinh học - Công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cà chua chín chậm

Nội dung text: Sinh học - Công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cà chua chín chậm

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Gv hướng dẫn: PGS.TS Ngô Xuân Mạnh Nhóm thực hiện: Nông Thị Quỳnh Anh Lê Thị Cẩm Lê Nguyễn Thị Tân Phan Thị Thanh Nguyễn Phương Thảo Nguyễn Thị Tuyết Phạm Thu Trang
2. Mục lục I. What are transgenic plants? II. How are Transgenic Plants made? III. Cơ sở của việc chuyển gen cà chua chín chậm IV. Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens V. Chuyển gene điều khiển tổng hợp ethylene VI. Chọn lọc cây chuyển gen nhờ nptII gene VII. Những lợi ích của cà chua chuyển gen VIII. An toàn của cà chua biến đổi gen
3. I. What are transgenic plants? • Transgenic plants result from the insertion of genetic material from another organism so that the plant will exhibit a desired trait. Recombinant DNA techniques (DNA formed by combining segments of DNA from different organisms) are usually used. • Cây trồng chuyển gen là cây trồng ngoài vật chất di truyền sẵn có của nó còn được chuyển thêm vật liệu di truyền từ các sinh vật khác để tạo ra các tính trạng mong muốn bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tổ hợp ADN.
4. II. How are Transgenic Plants made? Transgenic plants are made by introducing new or foreign DNA into the genome of the plant by using recombinant techniques. Fours steps are involved in developing transgenic plants. Construction of the recombinant molecule. Transformation techniques. Selection and testing. Backcross and gene stability. Cây trồng chuyển gen được tạo ra bằng cách đưa đoạn ADN ngoại vào bộ genome của cây trồng nhờ sử dụng kỹ thuật di truyền. Cây trồng chuyển gen được tạo ra thông qua 4 bước: Thiết kế vector tái tổ hợp Kỹ thuật biến nạp di truyền Chọn lọc và đánh giá Lai lại và tạo tính ổn định di truyền
5. Diệp lục Enzyme PG Lycopene Hô hấp Tinh bột Ethylene 0 5 10 15 20 Thời gian (ngày) Các diễn biến xảy ra khi quả cà chua chín
6. III. CƠ SỞ CỦA SỰ CHUYỂN GENE CÀ CHUA CHÍN CHẬM
7. 1. Quá trình chín của cà chua • What are Pectins? Pectin là một lớp polysaccharide phức tạp, nó chiếm 35% trong cấu trúc thành tế bào thực vật. Pectin tạo nên kết cấu đặc trưng của thành tế bào là độ vững chắc. Nó được tạo thành chủ yếu từ các chuỗi acid galacturonic dài.
8. • Lúc bắt đầu chín, hormone sản sinh ethylene sẽ hoạt hóa cho một số phản ứng hóa sinh. • Một trong số các phản ứng đó sẽ tạo thành một loại protein được gọi là polygalacturonase (PG). • Enzyme này xúc tác cho phản ứng thủy phân phá vỡ liên kết (1,4)-glycosidic giữa các acid galacturonic của phân tử pectin.
9. Quá trình trên đã phân giải pectin tạo thành các đơn phân. Sự suy biến này của pectin đã gây ra quá trình mềm thành tế bào của thực phẩm như là cà chua.
10. Sự thay đổi sắc tố khi quả cà chua chín (Mature green) days days days Break
11. Khi quả chín lớp vỏ quả mềm là do quá trình phân giải pectin do enzyme tế bào sinh ra Pectin làm cho tế bào cứng rắn PG Polygalacturonase enzyme
12. Sự mềm của quá là nhờ vào quá trình phá hủy cấu trúc của pectin Pectin làm cho tế bào cứng rắn PG Polygalacturonase
13. 2. Công nghệ đối bản sử dụng để hạn chế PG enzyme SENSE ANTISENSE P TATATACGAAGGCAC TACGAAGGCAC TATA ATATATGCTTCCGTG ATGCTTCCGTG ATAT P AUGCUUCCGUG UACGAAGGCAC AUGCUUCCGUG UACGAAGGCAC Sợi kép ARN không thể phiên mã do đó không tạo ra enzyme PG
14. IV. Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
15. Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
16. Cấu tạo Ti-Plasmid của Agrobacterium tumefaciens
17. Chuyển gen tạo cà chua FLAVR SAVRTM Đối tượng tiến hành chuyển gen là cà chua. Tính trạng chuyển: hãm quá trình mềm của quả thông qua việc ức chế sự hoạt động của enzyme PG (Polygalacturonase) Chuyển gen thông qua vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens Mục đích sử dụng cho tiêu dùng hoặc chế biến sản phẩm đã được thương mại hóa Sản phẩm rất an toàn cho người sử dụng
18. Công nghệ ARN ngược nghĩa Antisense Technology Cà chua chuyển gen đối bản PG giảm thiểu tới 95% PG enzyme. Cà chua Flavr-Savr chín ngay trên cánh đồng nhưng quả vẫn rắn chắc trong một thời gian dài. mRNA sẽ bắt cặp bổ sung với sợi đối bản với nó dẫn đến khôngti ến hành dịch mã được. Do đó enzyme PG không được tạo ra, kết quả là pectin không bị phân hủy.
19. Sơ đồ quá trình chuyển gen vào cà chua thông qua vi khuẩn Agrobacterium
20. Antisense Technology translation transcription mRNA PG gene translation Antisense mRNA transcription mRNA PG gene
21. Thay đổi quá trình chín của quả nhờ antisense RNA Wild-type Enzyme PG sinh ra sẽ fruit phá vỡ cấu trúc pectin ở thành tếb ào làm cho quả chuyển trạng thái mềm. PG activity PG Antisense PG fruit Cà chua chuyển gen đối bản PG sẽ 0 2 4 6 8 10 tạo ra lượng PG ít hơn, thành tế Days from 1st colour change bào sẽ mềm chậm hơn.
22. Flavr Savr Traditional The Flavr Savr tomato ripens The traditional tomato must be on the vine – resulting in fuller harvested while it is still green flavour. It is modified so that it and firm so that it is not crushed remains firm after harvesting. on the way to the supermarket. The traditional tomato is sprayed with ethylene after shipping to induce ripening. Ripe and Increased Flavour. Ripe but decreased Flavour.
23. FLAVOR SAVR Cà chua Cà chua truyền thống Thời gian thu hoạch khi Thu hoạch ở giai đoạn chín quả chuyển màu sắc chín thương phẩm, quả vẫn còn đỏ tích lũy đầy đủ các chất xanh, khi thu về vẫn còn hiện tượng hô hấp chín Không cần phải xử lý quả tiếp (cà chua thuộc loại quả chín bằng ethylene, để cho hô hấp đột biến) làm giảm quả chín trực tiếp trên hàm lượng các chất trong đồng ruộng quả Quả cứng rắn, thành quả Xử lý quả chín bằng bị phân hủy từ từ làm cho ethylene chất lượng quả ổn định và có thể dự trữ trong kho Quả nhanh bị thối, dập nát trong một khoảng thời gian do vỏ quả mềm dài
24. Bảo quản cà chua truyền thống
25. Bảo quản cà chua Flavr Savr trên đồng ruộng
26. Thành phần dinh dưỡng của cà chua FLAVR SAVR so với cà chua thường
27. Sản phẩm cà chua chuyển gen được bầy bán trong siêu thị
28. Sản phẩm được thương mại hóa và sản xuất thành đồ hộp
29. V. Chuyển gene điều khiển tổng hợp ethylene • Khí ethylen • Ethylene có công thức hóa học là C2H4, trong cấu trúc phân tử có một liên kết đôi. Đây là một chất khí không màu, không vị, không gây độc • Một đặc tính quan trọng của khí ethylene là tác dụng kích thích quá trình chín của các loại quả có hô hấp đột biến (climacteric) hay còn gọi là các loại quả có quá trình chín sau thu hoạch, nghĩa là kể cả khi quả đã được thu hoạch thì quá trình chín của chúng vẫn được duy trì như chuối, xoài, đu đủ, hồng, cà chua
30. 1. Quá trình tổng hợp ethylene trong thực vật
31. Sơ đồ quá trình tổng hợp ethylene ở thực vật
32. MTR-1-P KMBA ATP MTR kinase transaminase Yang Cycle MTR L-Methionine Adenin MTA nudosidase SAM SAM synthetase MTA ACC synthetase MACC ACC GACC Malonyl CoA O2 ACC oxidase HCN CO2 Ethylene
33. 2. Đường hướng tác động ức chế sự tổng hợp ethylene
34. 3. Điều khiển sự chín chậm thông qua ức chế sự tổng hợp ethylene qua chuyển gen 3.1. Ức chế sự biểu hiện của gen ACC synthase. ACC (1-aminocyclopropane-1- carbonxylic acid) synthase là enzyme chịu trách nhiệm chuyển hóa S- adenosylmethiomine (SAM) thành ACC. • Từ bước thứ hai tới bước cuối cùng trong quá trình sinh tổng hợp ethylene. Sự biểu hiện của enzyme bị cản trở khi một antisense hoặc một đoạn của bản sao gen synthase được chuyển vào trong genome của thực vật.
35. 3.2. Chuyển gen ACC deaminase. Gen mã hóa cho enzyme này nhận được từ một vi khuẩn đất (Pseudomonas chlororaphis) không gây bệnh. Vi khuẩn này có khả năng chuyển hóa ACC thành một phân tử khác, nhờ vậy làm giảm lượng ACC có thể nhận được để tạo ethylene.
36. 3.3. Chuyển gen SAM hydrolase. Phương pháp này cũng tương tự như ACC diaminase, bằng cách giảm tiền chất của ethylene. Trong trường hợp này, SAM được chuyển hóa thành homoserine. Gen mã hóa cho enzyme này được phân lập từ thể thực khuẩn E. Coli T3.
37. 3.4. Ức chế sự biểu hiện của gen ACC oxidase. ACC oxidase là enzyme xúc tác cho sự oxi hóa ACC thành ethylene, bước cuối cùng trong con đường sinh tổng hợp ethylene. Thông qua công nghệ anti- sense, giảm sự điều khiển gen ACC oxidase dẫn đến ức chế sự hình thành ethylene. Do đó làm chậm sự chín của quả.
38. Sơ đồ vector chuyển gen ACC deaminase
39. VI. Chọn lọc cây chuyển gen nhờ nptII gene Protein NPTII xúc tác cho quá trình chuyển nhóm phosphate từ adenosine 5’- triphosphate (ATP) tới chất khánag kháng sinh có nhóm adenosineglycoside do đó làm bất hoạt các chất kháng sinh. Sự có mặt của gen NPTII cho phép chúng ta có thể chọn được các cây cà chua chuyển gen thông qua môi trường có chứa chất kháng sinh kanamycine.
40. Hóa chất và hướng dẫn sử dụng gen nptII marker
41. Cà chua chuyển gen chín chậm
42. VII. Những lợi ích của cà chua chuyển gen Thời hạn sử dụng sản phẩm tăng lên mang lại lợi ích cho cả người sản xuất và người tiêu dùng. Bảo đảm về chất lượng rau quả trên thị trường. Giờ đây, nông dân có thể chờ rau quả trưởng thành đầy đủ mới thu hoạch. Người tiêu dùng có thể mua được hàng hóa tốt với giá tiền phù hợp.
43. Nông dân yên tâm khi vận chuyển sản phẩm của mình trong một khoảng thời gian dài mà không cần phải bảo quản lạnh. Giảm thiệt hại sau thu hoạch. Quả có độ cứng cao hơn quả thông thường do đó nó không bị bầm dập trong quá trình vận chuyển và thời gian lưu thông trên thị trường lâu hơn. Kéo dài thời hạn sử dụng nhưng rau quả vẫn tươi ngon
44. VIII. An toàn của cà chua biến đổi gen ➢ 1994, thực phẩm chuyển gen đầu tiên, cây cà chua mang tính trạng chín chậm đã được trồng và tiêu thụ ở một nước phát triển. Từ đó, ngày càng nhiều các thực phẩm có nguồn gốc từ cây trồng chuyển gen được thương mại hoá và sử dụng trên toàn thế giới. ➢ Việc đưa các thực phẩm mới này vào bữa ăn hàng ngày đang làm tăng lên những băn khoăn chính đáng về độ an toàn của chúng đối với sức khỏe con người.
45. ➢ Sau khi tiến hành nghiên cứu công nghệ chín chậm và các sản phẩm của nó, các cơ quan quản lý của Hoa Kỳ đã kết luận rằng công nghệ chín chậm là an toàn, cà chua tạo ra nhờ công nghệ này có thành phần dinh dưỡng giống như cà chua thông thường và không có sự sai khác về mức độ dị ứng cũng như độc tố so với quả bình thường. ➢ Ngoài ra, các thử nghiệm đồng ruộng cho thấy cà chua chín chậm không gây ra bất kỳ một sự đe dọa nào tới những thực vật và những sinh vật có ích khác.
46. ➢Vừa qua, Bộ NN&PTNT đã lên tiếng khẳng định cây trồng và sản phẩm biến đổi gen không có hại cho sức khỏe và môi trường. ➢ Do vậy áp dụng công nghệ này có thể làm tăng đáng kể hàm lượng dinh dưỡng của quả khi đến tay người tiêu dùng và cải thiện được cuộc sống của nông dân nghèo trong vùng.
47. • Tuy nhiên không phải quốc gia nào cũng có quan điểm như vậy? Bởi sự đánh giá bây giờ không ảnh hưởng nhưng không có nghĩa sau này không ảnh hưởng. • Người ta đã nghiên cứu các cây trồng chuyển gene và thấy có hiện tượng di chuyển của gene chuyển từ cây vào mao mạch đất. Từ cây lúa này sang cây lúa khác khi chuyển gene chống hạn. Nhưng hiện tại trên cây cà chua chưa tìm thấy có sự thay đổi nào khi chuyển gene chín chậm vào.
48. • Hiện nay ở châu Âu không cho sử dụng các sản phẩm chuyển gene. • Mỹ các nước đang phát triển vẫn cho sử dụng rộng rãi có ghi đầy đủ các thông tin. • Vấn đề này hiện nay vẫn đang được tranh cãi trên thế giới. Trong giới hạn bài tiểu luận này chúng tôi chỉ xin đưa ra một số vấn đề thảo luận mở như trên . Mong mọi người cùng thảo luận.
49. Tài liệu tham khảo 1. Giáo trình bảo quản chế biến nông sản Nguyễn Mạnh Khải (Chủ biên) NXBNN 2005 2. Giáo trình sinh lý thực vật – Nguyễn Quang Sáng (Chủ biên) NXBNN 2005 3. Tomato with a Delayed Ripening Gene 4. Transgenic Crops 5. 6. www.agbios.com/dbase.php?action=Submi t&evidx=69 7. Một số tài liệu khác