ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO I. Phương pháp tạo giống công nghệ tế bào 1. Khái niệm chung về công nghệ tế bào - Công nghệ tế bào là một ngành kỹ thuật có quy trình xác định trong việc ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc mô tế bào trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra những mô, cơ quan hoặc cơ thể hoàn chỉnh đầy đủ tính trạng của cơ thể gốc. 2. Các giai đoạn của công nghệ tế bào - Bước 1: Tác tế bào từ cơ thể thực vật hay động vật.
- Bước 2: Nuôi cấy tế bào trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo thích hợp để tạo thành mô non hay mô sẹo.
- Bước 3: Dùng hoocmon sinh trưởng để kích thích mô sẹo phân hóa thành cơ quan hay cơ thể hoàn chỉnh.
3. Các phương pháp tạo giống mới bằng công nghệ tế bào ở động vật và thực vật 4. Cơ sở di truyền - Cơ sở khoa học của phương pháp nhân giống bằng công nghệ tế bào là tính toàn năng của của tế bào sinh vật - Mỗi tế bào trong cơ thể sinh vật dều được phát sinh từ hợp tử thông qua quá trình phân bào nguyên nhiễm. Điều đó có nghĩa là bất kì tế bào nào của thực vật như rễ, thân, lá… ở thực vật đều chứa thông tin di truyền cần thiết của một cơ thể hoàn chỉnh và các tế bào đều có khả năng sinh sản vô tính để tạo thành cây trưởng thành. II. Tạo giống bằng công nghệ tế bào ở thực vật 1. Công nghệ nuối cấy hạt phấn - Nguyên liệu: Hạt phấn (1n) - Cách tiến hành: - Nuôi các hạt phấn trên môi trường nhân tạo hình thành dòng tế bào đơn bội.
- Chọn lọc các dòng đơn bội có biểu hiện tính trạng mong muốn khác nhau (tất cả các alen (trội, lặn) đều được biểu hiện ra kiểu hình.
- Lưỡng bội hóa các dòng đơn bội thành các dòng lưỡng bội. Các cây lưỡng bội được phát triển từ các dòng này sẽ có kiểu gen đồng hợp tử về tất cả các gen.
- Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra các dòng thuần chủng; tính trạng chọn lọc được sẽ rất ổn định. - Ứng dụng: dùng khi chọn các cây có đặc tính tốt: kháng thuốc diệt cỏ, chịu lạnh, chịu mặn,...; hoặc đẻ tạo ra các dòng thuần chủng, tính trạng được chọn lọc sẽ rất ổn định. 2. Nuôi cấy tế bào thực vật in vitro tạo mô sẹo - Nguyên liệu: Tế bào (2n) - Cách tiến hành: - Nuôi các tế bào 2n trên môi trường nhân tạo hình thành mô sẹo.
- Bổ sung hoocmon kích thich sinh trưởng cho phát triển thành cây trưởng thành.
- Ưu điểm của phương pháp này là nhân nhanh giống cây trồng quý - hiếm và sạch bệnh, tạo ra nhiều cá thể mới có kiểu gen giống với cá thể ban đầu . - Ứng dụng: Nhân nhanh các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, thích nghi với điều kiện sống và duy trì ưu thế lai, bảo tồn các nguồn gen quý hiếm. 3. Dung hợp tế bào trần - Nguyên liệu: Hai dòng tế bào có bộ NST lưỡng bội (2n) của 2 loài khác nhau. - Cách tiến hành: - Tạo tế bào trần: loại bỏ vách xenlulo của tế bào thực vật tạo ra tế bào trần (chỉ còn màng sinh chất bao bọc ngoài).
- Dung hợp 2 khối nhân và tế bào chất thành một.
- Nuôi trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo cho phát triển thành cây lai song nhị bội.
- Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra các cây lai khác loài mang đặc điểm của cả 2 loài nhưng không cần phải trải qua sinh sản hữu tính, tránh hiện tượng bất thụ của con lai. - Ứng dụng: Đây là một hình thức lai xa, lai khác loài, không qua sinh sản hữu tính nên khắc phụ được hiện tượng bất thụ của con lai, con lai có bộ NST song nhị bội nên có thể sinh sản hữu tính bình thường. Có thể áp dụng để tạo ra các giống cây trồng mới, mang đặc điểm của cả hai loài mà bằng cách lai tạo giống thông thường không thể tạo ra được. - Thành tựu tạo ra giống mới từ phương pháp dung hợp tế bào trần 4. Chọn dòng tế bào xô ma có biến dị - Nguyên liệu: Tế bào xôma (2n) - Cách tiến hành: - Nuôi các tế bào xôma 2n trên môi trường nhân tạo và theo dõi sự hình thành các dòng tế bào phát sinh biến dị.
- Chọn lọc các dòng tế bào có biến dị khác nhau.
- Ưu điểm là tạo các giống cây trồng mới, có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu. Phương pháp này tạo ra các giống mới dựa vào hiện tượng đột biến gen và biến dị số lượng NST tạo thể lệch bội khác nhau. - Ứng dụng: Tạo ra các giống cây trồng mới, có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu. III. TẠO GIỐNG BẰNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO ĐỘNG VẬT 1. Cấy truyền phôi - Quy trình: - Lấy phôi từ động vật cho phôi.
- Tác động vào phôi theo một trong các cách:
- Tách phôi thành 2 hay nhiều phần, mỗi phần sau đó sẽ phát triển thành một phôi riêng biệt. Áp dụng đối với thú quý hiếm hoặc các vật nuôi sinh sản chậm và ít; Tăng sinh sản ở động vật nhằm sản xuất nhiều con giống có phẩm chất giống nhau từ một hợp tử ban đầu, cho năng suất sản phẩm đồng đều trong cùng một điều kiện nuôi dưỡng
- Phối hợp 2 hay nhiều phôi thành một thể khảm, mở ra hướng tạo vật nuôi khác loài.
- Làm biến đổi các thành phần trong tế bào của phôi khi mới phát triển theo hướng có lợi cho con người.
- Cấy các phôi đã chịu tác động vào động vật nhận.
2. Nhân bản vô tính ở động vật - Quy trình: - Tách tế bào 2n của động vật cho nhân và nuôi trong môi trường nhân tạo.
- Tách tế bào trứng của một động vật khác, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng này.
- Chuyển nhân của tế bào cho vào tế bào trứng đã bị loại bỏ nhân.
- Nuôi cấy trên môi trường nhân tạo cho trứng phát triển thành phôi.
- Chuyển phôi vào tử cung của động vật khác để nó mang thai và sinh ra con giống với động vật cho nhân.
- Ứng dụng: - Nhân giống vật nuôi quý hiếm với số lượng cá thể ít (đặc biệt là trường hợp không có cá thể đực).
- Tạo động vật mang gen người ứng dụng trong y học.
- Ví dụ về quy trình tạo cừu Dolly: Nội dung video bài giảng Tạo giống bằng công nghệ gen dưới đây sẽ giới thiệu đến các em một cách chi tiết về quá trình tạo giống mới bằng công nghệ gen và các ứng dụng của công nghệ gen trong việc tạo ra các giống sinh vật biến đổi gen . Mời các em cùng theo dõi. Hôm nay chúng ta sẽ tiếp tục chuyên đề Di truyền học ứng dụng, bài 4: Tạo giống bằng công nghệ gen. 1. Khái niệm - Công nghệ gen là quy trình tạo ra tế bào hoặc sinh vật có hệ gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới.
- Kỹ thuật chuyển gen (kỹ thuật tạo ADN tái tổ hợp) đóng vai trò trung tâm của công nghệ gen.
2. Quy trình chuyển gen - Bước 1: Tạo ADN tái tổ hợp.
- Bước 2: Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận.
- Bước 3: Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp.
2.1. Tạo ADN tái tổ hợp - Bước 1: Cắt gen cần chuyển và plasmit của vi khuẩn bằng enzim cắt (restrictaza).
- Bước 2: Nối gen cần chuyển và plasmit bằng enzim nối ligaza → ADN tái tổ hợp.
* Lưu ý: - Gen cần chuyển là gen cần chuyển từ sinh vật này sang sinh vật khác.
- Plasmit là phân tử ADN dạng vòng, có trong tế bào chất của vi khuẩn, có khả năng nhân đôi độc lập với ADN của vi khuẩn.
- Thể truyền là vật thể truyền gen từ sinh vật này sang sinh vật khác, có thể là plasmit, phagơ hoặc NST nhân tạo... Đặc điểm của thể truyền: Có khả năng nhân đôi độc lập hoặc có khả năng gắn vào hệ gen của tế bào nhận.
- Enzim cắt (restrictaza) cắt các phân tử ADN và tạo thành các đầu dính.
2.2. Chuyển ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận - Trong trường hợp gen cần chuyển được sử dụng để tạo ra lượng lớn sản phẩm thì người ta thường dùng E.Coli làm tế bào nhận.
- Ưu điểm: Dễ nuôi cấy, sinh sản nhanh, đẽ phân lập.
- Phương pháp biến nạp: sử dụng muối CaCl2 và xung điện cao áp khoảng 5000V làm giãn màng sinh chất của tế bào nhận.
- Phương pháp tải nạp: Sử dụng phagơ, xâm nhập vào tế bào vi khuẩn.
- Ngoài ra còn sử dụng súng bắn gen, vi kim tiêm...
2.3. Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp Thường sử dụng thể truyền có gen đánh dấu (gen phát sáng, gen kháng sinh...) 3. Thành tựu của công nghệ gen - Thành tựu nổi bật:
- Giúp tái tổ hợp vật chất di truyền của các loài rất xa nhau trong bậc thang tiến hóa.
- Tạo ra sinh vật biến đổi gen.
- Sinh vật biến đổi gen là sinh vật được con người làm biến đổi hệ gen đê phục vụ cho mục đích của con người.
- Phương pháp:
- Làm biến đổi một gen có sẵn trong hệ gen
- Làm cho sinh cật có thêm gen mới
- Làm bất hoạt một gen
3.1. Tạo giống động vật chuyển gen a. Mục đích - Tạo ra các giống động vật có năng suất và chất lượng cao hơn.
- Tạo ra các giống động vật có thể cho sản phẩm dùng để chữa bệnh cho con người hoặc phục vụ cho nhu cầu của con người.
b. Phương pháp - Phương pháp phổ biến là sử dụng vi kim tiêm để đưa gen cần chuyển vào hợp tử ở giai đoạn nhân non. (đây là giai đoạn nhân của trứng và nhân của tinh trùng chưa hòa hợp thành một
- Phương pháp khác: Đưa gen cần chuyển vào tinh trùng ở động vật sau đó cho thụ tinh trong ống nghiệm tạo thành hợp tử.
c. Một số thành tựu - Tạo ra giống cừu sản xuất sữa có huyết thanh của con người và tách chiết huyết thanh để điều trị bệnh.
- Tạo ra giống bò sản xuất sữa có r - protein để sản xuất protein C dùng để chữa bệnh máu vón cục gây tắc mạch.
3.2. Một số thành tựu trong qua trình tạo giống thực vật chuyển gen a. Mục đích - Tạo ra các giống cây trồng có năng suất về hàm lượng tinh bột, đường... cao hơn.
- Tạo ra các giống cây trồng cho sản phẩm phục vụ lợi ích của con người như kháng thể, chất dẻo...
- Rút ngắn thời gian tạo giống.
b. Phương pháp chuyển gen - Chuyển gen bằng plasmit, bằng virut như virut khảm thuốc lá.
- Sử dụng vi kim tiêm đối với tế bào trần.
- Sử dụng biện pháp chuyển gen vào ống phấn...
c. Một số thành tựu - Tạo giống cà chua có gen tạo etylen bị bất hoạt.
- Tạo giống lúa gạo vàng có mang gen tổng hợp ß - caroten.
- Tạo giống cà chua tím có mang gen tổng hợp Anto cianin là chất làm chậm quá trình ung thư.
- Tạo giống đu đủ kháng virut...
4. Tạo giống vi sinh vật chuyển gen 4.1. Mục đích Tạo ra các giống vi sinh vật có khả năng sản xuất ra các sản phẩm phục vụ lợi ích con người. 4.2. Phương pháp - Đối với vi khuẩn: Sử dụng plasmit làm thể truyền.
- Đối với sinh vật nhân thực có thể sử dụng NST nhân tạo.
4.3. Một số thành tựu - Tạo chủng vi khuẩn E.Coli có mang gen tổng hợp insulin ở người.
- Tạo ra chủng vi khuẩn E.Coli có mang gen tổng hợp somatostatin.
| 
