Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
MỞ ĐẦU
Vấn đề sâu hại là một khó khăn lớn trong sản xuất nông nghiệp. Tổn thất
do sâu gây ra rất nghiêm trọng, hàng năm gây thiệt hại 29,7 tỷ USD, khoảng
13,8% mùa màng - cao nhất so với các loài dịch hại khác. Để phòng trừ sâu hại,
ngoài các biện pháp truyền thống như canh tác, hóa học, cơ giới, vật lý ..., sử
dụng giống kháng sâu là một biện pháp mới và hiệu quả. Trước đây, muốn tạo
ra giống có đặc tính mới này, người ta phải lai tạo trong thời gian dài. Tuy
nhiên, công nghệ gen ra đời đã giải quyết được nhược điểm đó. Nhiều giống
cây trồng chuyển gen có khả năng kháng sâu như: bông, ngô, lúa, đậu tương...
đã có mặt trên thị trường nhờ phương pháp chuyển gen và khẳng định ưu thế
vượt trội.
Trên thế giới, các nước Âu - Mỹ đã nghiên cứu thành công những thành
tựu này và ứng dụng đại trà để phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nhằm mang
lại hiệu quả kinh tế, giảm chi phí cho người sản xuất và tạo ra sản phẩm an toàn
cho người tiêu dùng và bảo vệ môi trường. Đầu tiên, ở Bỉ đã nghiên cứu thành
công trên cây thuốc lá chuyển gen kháng sâu vào năm 1985. Từ năm 1995 đến
năm 1996, ở Mỹ cũng nghiên cứu và ứng dụng đại trà các loại cây trồng chuyển
gen kháng sâu như: bắp, khoai tây, bông vải. Còn đối với châu Á, cũng có nhiều
quốc gia đã đạt được những thành tựu đáng kể như Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật
Bản, Thái Lan… Đặc biệt, Philippine là một trong những nước đi đầu đã nghiên
cứu và sử dụng cây trồng chuyển đổi gen kháng sâu trên bắp, đậu tương, bông
vải, cải dầu..., trong đó cây bắp đứng thứ hai sau cây lúa. Riêng đối với Việt
Nam, các viện, trường, các Trung tâm Công nghệ sinh học cũng bước đầu
nghiên cứu và khảo nghiệm sử dụng các giống cây trồng có gen kháng một số
loài sâu hại trên rau màu như việc chuyển gen kháng sâu xanh da láng, sâu đục
trái trên cây đậu tương. Hiện nay, trên thế giới đã có hơn 150 triệu ha trồng các
loại cây chuyển gen, đây là dấu hiệu đáng mừng cho các nhà sản xuất nông
nghiệp trên toàn thế giới

Tài liệu được chia sẻ tại:1 wWw.SinhHoc.edu.vn

Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
CHƯƠNG 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN GEN Ở THỰC VẬT
1.1. Định nghĩa các khái niệm chính
•

•

•

•

Chuyển gen (transgenesis) là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào genome
của một cơ thể đa bào, sau đó đoạn DNA ngoại lai này sẽ có mặt ở hầu
hết các tế bào và được truyền lại cho thế hệ sau. Khái niệm này chỉ sử
dụng cho thực vật và động vật. Nấm men, vi khuẩn và tế bào nuôi cấy
mang một đoạn DNA ngoại lai được gọi là các tế bào tái tổ hợp
(recombinant cell) hoặc tế bào biến nạp (transformed cell).
Quá trình biến nạp (transformation) là quá trình đưa một DNA ngoại lai
vào genome (hệ gen) của một sinh vật.
Gen chuyển (transgene) là gen ngoại lai được chuyển từ một cơ thể sang
một cơ thể mới bằng kỹ thuật di truyền. Gen chuyển có thể được phân lập
từ những loài thực vật có quan hệ họ hàng hoặc từ những loài khác biệt
hoàn toàn.
Cây trồng chuyển gen (transgenic crops) hay còn gọi là cây trồng biến
đổi gen (genetically modified crops) là một thực vật mang một hoặc
nhiều gen được đưa vào nhân tạo thay vì thông qua lai tạo. Nói cách khác,
thực vật chuyển gen là thực vật có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào trong
DNA genome của nó. Gen ngoại lai này phải được truyền lại cho tất cả

mọi tế bào, kể cả các tế bào sinh sản mầm.

1.2. Mục đích chuyển gen

Tài liệu được chia sẻ tại:2 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Hình 1.1. Tỷ lệ phân bố các mục tiêu công nghệ gen thực hiện trên cây trồng ở
Mỹ (thống kê năm 2004).
Nói chung, mục đích của chuyển gen là thêm một thông tin di truyền ngoại
lai vào genome, cũng như để ức chế một gen nội sinh. Trong một số trường
hợp, sự thay thế một gen hoạt động chức năng bằng một gen hoạt động chức
năng khác là cần thiết. Gen ngoại lai có thể là một thể đột biến của gen nội sinh
hoặc một gen hoàn toàn khác.
Sự thêm gen có thể được thực hiện để cung cấp sinh vật mang protein mới.
Sự thêm gen cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu cơ chế hoạt động của một
promoter trong toàn cơ thể. Sự kết hợp của gen reporter với promoter là nguyên
tắc chung của phương pháp này.
Sự thay thế gen được sử dụng chủ yếu để làm bất hoạt một gen đã biết.
Trên thực tế, nó bao gồm sự thay thế gen nội sinh bằng một thể đột biến bất
hoạt. Phương pháp này được dùng để cho thông tin về chức năng sinh học của
gen như ở trường hợp thêm gen. Thực vậy cả thêm gen và bất hoạt gen có thể
gây ra các biến đổi ở sinh vật chuyển gen, mà các biến đổi này có thể được quan
sát hoặc đánh giá. Các thể đột biến của gen thay thế có thể cung cấp thông tin
bằng một cách thức tinh vi hơn.
Sự thay thế một gen bằng một gen có chức năng khác nhau hoàn toàn là
khó hơn nhưng có thể thực hiện để đưa một marker hoặc một gen chọn lọc vào
genome. Vị trí hợp nhất vào genome có thể được chọn lọc đối với khả năng
chứa của nó để biểu hiện gen ngoại lai bằng một cách chắc chắn [4].

1.3. Nguyên tắc cơ bản của việc chuyển gen
1.3.1. Một số nguyên tắc sinh học
Khi đặt ra mục đích và thực hiện thí nghiệm chuyển gen cần chú ý một số
vấn đề sinh học ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen như sau:
- Không phải toàn bộ tế bào đều thể hiện tính toàn năng (totipotency).

Tài liệu được chia sẻ tại:3 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Các cây khác nhau có phản ứng không giống nhau với sự xâm nhập của
một gen ngoại lai.
- Cây biến nạp chỉ có thể tái sinh từ các tế bào có khả năng tái sinh và khả
năng thu nhận gen biến nạp vào genome.
- Mô thực vật là hỗn hợp các quần thể tế bào có khả năng khác nhau. Cần
xem xét một số vấn đề như: chỉ có một số ít tế bào có khả năng biến nạp và tái
sinh cây. Ở các tế bào khác có hai trường hợp có thể xảy ra: một số tế bào nếu
được tạo điều kiện phù hợp thì trở nên có khả năng, một số khác hoàn toàn
không có khả năng biến nạp và tái sinh cây.
- Thành phần của các quần thể tế bào được xác định bởi loài, kiểu gen,
từng cơ quan, từng giai đoạn phát triển của mô và cơ quan.
- Thành tế bào ngăn cản sự xâm nhập của DNA ngoại lai. Vì thế, cho đến
nay chỉ có thể chuyển gen vào tế bào có thành cellulose thông qua Agrobacterium,
virus và bắn gen hoặc phải phá bỏ thành tế bào để chuyển gen bằng phương
pháp xung điện, siêu âm và vi tiêm.
- Khả năng xâm nhập ổn định của gen vào genome không tỷ lệ với sự biểu
hiện tạm thời của gen.
- Các DNA (trừ virus) khi xâm nhập vào genome của tế bào vật chủ chưa
đảm bảo là đã liên kết ổn định với genome.
- Các DNA (trừ virus) không chuyển từ tế bào này sang tế bào kia, nó chỉ ở

nơi mà nó được đưa vào.
- Trong khi đó, DNA của virus khi xâm nhập vào genom cây chủ lại không
liên kết với genome mà chuyển từ tế bào này sang tế bào khác ngoại trừ mô
phân sinh (meristem) [2].
1.3.2. Phản ứng của tế bào với quá trình chuyển gen
Mục đích chính của chuyển gen là đưa một đoạn DNA ngoại lai vào
genome của tế bào vật chủ có khả năng tái sinh cây và biểu hiện ổn định tính

Tài liệu được chia sẻ tại:4 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
trạng mới. Nếu quá trình biến nạp xảy ra mà tế bào không tái sinh được thành
cây, hoặc sự tái sinh diễn ra mà không kèm theo sự biến nạp thì thí nghiệm
biến nạp chưa thành công. Ở rất nhiều loài thực vật, điều khó khăn là phải xác
định cho được kiểu tế bào nào trong cây có khả năng tiếp nhận sự biến nạp. Hạt
phấn hay tế bào noãn sau khi được biến nạp có thể được dùng để tạo ra cây biến
nạp hoàn toàn, thông qua quá trình thụ tinh bình thường. Hạt phấn thường được
coi là nguyên liệu lý tưởng để gây biến nạp. Trong khi đó, việc biến nạp gen
vào hợp tử in vivo hay in vitro lại gặp nhiều khó khăn. Trong trường hợp này,
người ta thường phải kết hợp với kỹ thuật cứu phôi. Việc biến nạp gen đối với
các tế bào đơn của các mô phức tạp như phôi hay mô phân sinh thường cho ra
những cây khảm.
Từ nhiều thập kỷ qua người ta đã biết rằng, tính toàn thể của tế bào thực
vật đã tạo điều kiện cho sự tái sinh cây hoàn chỉnh in vitro qua quá trình phát
sinh cơ quan (hình thành chồi) hay phát sinh phôi. Các chồi bất định hay phôi
được hình thành từ các tế bào đơn được hoạt hóa là những bộ phận dễ dàng tiếp
nhận sự biến nạp và có khả năng cho những cây biến nạp hoàn chỉnh (không có
tính khảm) [2].
1.3.3. Các bước cơ bản của chuyển gen

Kỹ thuật chuyển gen thực vật là sự chuyển một đoạn DNA lạ, thường là
một gene có chức năng mã hoá cho một thông tin hay đặc điểm có lợi nhất định
vào tế bào thực vật như khả năng kháng sâu hại, kháng virus hay kháng thuốc
trừ cỏ. Cây tái sinh từ tế bào chuyển nạp có gene lạ được lồng vào genome, biểu
hiện ra kiểu hình va di truyền ổn định được gọi là cây chuyển gene. Gene lạ có
thể có nguồn gốc từ vi sinh vật thực vật, động vật, thậm chí gene tổng hợp. Quá
trình chuyển gene bao gồm nhiều bước: xác định và phân lập gene có ích, nhân
gene, chuyển gene vào tế bào thực vật, tái sinh tế bào chuyển nạp thành cây
hoàn chỉnh và đánh giá sự biểu hiện của gene.

Tài liệu được chia sẻ tại:5 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Trong các bước trên, kỹ thuật chuyển gene đóng một vai trò quyết định
đối với kết quả chuyển gene. Chuyển gene vào tế bào thực vật có thể thực hiện
gián tiếp thông qua vector hay trực tiếp. Sau đây là ví dụ về sự chuyển qua
thông qua Ti-plasmid của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.
A. tumefaciens là vi khuẩn gây khối u ở cây hai lá mầm và phản ứng hình
thành khối u là kết quả của sự kiện chuyển gene tự nhiên. Mấu chốt của sự hình
thành khối u là Ti-plastmid (Ti: tumor inducing) của vi khuẩn chứa các gene mã
hoá sinh tổng hợp các horrmon (auxin và cytokinin) chịu trách nhiệm cho sự
hình thành khối u. Các gene này nằm trong vùng T-DNA (transfered DNA) của
plasmid. Khi plasmid xâm nhập vào tế bào của cây, cùng T-DNA được chuyển
vào genome. Đoạn T-DNA là yếu tố di truyền vận động trong quá trình chuyển
gene.
Ý nghĩa của Agrobacterium trong kỹ thuật di truyền là khả năng chuyển
đoạn DNA vào tế bào thực vật. Lợi dụng phương thức chuyển gene tự nhiên các
nhà khoa học thực vật dựa vào kỹ thuật phân tử điều khiển T-DNA để thiết kế
hệ vector bằng cách lồng đoạn DNA cần chuyển gắn vào cùng T-DNA của vi

khuẩn, sau đó cho cây nhiễm các vi khuẩn chứa plasmid đã biến đổi. Để lây
nhiễm người ta nuôi cấy tế bào trần thực vật, tế bào đơn trong trong môi trường
lỏng, hoặc đặt mô cấy trong dung dịch huyền phù chứa vi khuẩn có plasmid
biến

đổi trong một thời gian nhất định. Quá trình chuyển nạp thông qua

Agrobacterium gồm các bước sau đây:
- Phân lập gene có ích từ thể cho (DNA lạ) và nhân gene
- Loại bỏ T-DNA khỏi Ti-plasmid của các dong vi khuẩn đã chọn lọc
- Chuyền DNA lạ vào Ti-plasmid cùng với promotor và một gene chỉ thị
có khả năng chọn lọc dễ dàng (ví dụ gene uidA của vi khuẩn mã hoá βglucuronidaza thường gọi là gene GUS, hay gene kháng kháng sinh).
- Đưa plasmid đã biến đổi vào tế bào thực vật
- Chọn tế bào được chuyển gene

Tài liệu được chia sẻ tại:6 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Tái sinh tế bào được chuyển gene
- Chọn cây biểu hiện được chuyển (cấy chuyển gene)

Hình 1.2. Tạo giống lúa Bt bằng phương pháp súng bắn gene
(particle bombardment method).
Ở một số loài cây dễ nuôi cấy như khoai tây và cà chua, các mẫu lá cắt rời
được nhúng vào dung dịch chứa vi khuẩn trong một thời gian ngắn. Sau đó các
mẫu lá được đưa vào môi trường dinh dưỡng. Trong khoảng thời gian đó vi
khuẩn tiếp tục sinh trưởng và xâm nhập vào các tế bào lá rồi tạo ra một số tế
bào chuyển gene. Vì chỉ một phần nhỏ tế bào được chuyển gene nên cần phải
tiến hành chọn lọc. Việc chọn lọc thông thường dựa vào gene chọn lọc, đó là

gene kháng kháng sinh hay kháng thuốc trừ cỏ. Sau đó các mẫu lá được chuyển
vào môi trường khác chứa một chất kháng sinh để diệt Agrobacterium còn sót
lại và một chất kháng sinh khác hay thuốc trừ cỏ để loại trừ các tế bào không

Tài liệu được chia sẻ tại:7 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
chuyển gene. Các tế bào được chọn được chuyển sang một loạt các môi trường
dinh để tái sinh cây. Kết quả tái sinh và tạo cây chuyển gene phụ thuộc vào loài
cây. Phương pháp chuyển gene thông qua Agrobacterium được áp dụng rất
thành công ở nhiều loài cây hai lá mầm như thuốc lá, khoai tây và cà chua [2].
1.4. Lịch sử phát triển, tiềm năng và hạn chế của kỹ thuật gen
* Lịch sử phát triển:
Lịch sử phát triển công nghệ gen của thực vật chắc chắn có rất nhiều sự
kiện quan trọng. Ở đây chỉ nêu lên những mốc có ý nghĩa đặc biệt nhằm làm rõ
sự phát triển rất nhanh của lĩnh vực này:
- Trước hết, vi khuẩn đất Agrobacterium tumefaciens được sử dụng làm
phương tiện vận chuyển DNA. Bình thường vi khuẩn này tạo nên khối u ở thực
vật. Một phần nhỏ của Ti-plasmid có trong vi khuẩn này, được gọi là T-DNA,
được vận chuyển từ Agrobacterium vào cây hai lá mầm. Năm 1980, lần đầu tiên
DNA ngoại lai (transposon Tn7) được chuyển vào thực vật nhờ A. tumefaciens,
tuy nhiên T-DNA vẫn chưa được thay đổi. Năm 1983, nhiều nhóm nghiên cứu
đã biến đổi T-DNA và đưa DNA ngoại lai vào, tạo ra tính kháng một số chất
kháng sinh. Ngoài ra, các gen tạo khối u được cắt ra. DNA ngoại lai cùng với
phần còn lại được chuyển vào thực vật và được biến nạp. Thành công này nhờ
nghiên cứu chính xác con đường lây nhiễm của A. tumefaciens trước đó và khả
năng của hệ thống chọn lọc đối với thực vật. Từ kết quả thành công đầu tiên này
số lượng các loài được biến nạp ngày càng tăng. Lúc này có thêm nhiều phương
pháp khác để biến đổi gen:

- Năm 1984, biến nạp bằng tế bào trần (protoplast) ở ngô được thực hiện.
Ở đây thành tế bào được phân giải bằng enzyme, xuất hiện tế bào trần. Nhờ
polyethylene glycol (PEG) hoặc xung điện (electroporation) mà DNA được đưa
vào tế bào trần.

Tài liệu được chia sẻ tại:8 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Năm 1985, lần đầu tiên cây biến đổi gen được mô tả có tính kháng thuốc
diệt cỏ. Một năm sau, người ta đã thành công trong việc tạo ra thực vật kháng
virus. Năm 1996, các thí nghiệm về cây biến đổi gen đã được phép đưa ra đồng
ruộng.
- Năm 1987, phương pháp biến nạp phi sinh học được sử dụng. Ở đây tế
bào thực vật được bắn phá bằng các hạt vàng hoặc wolfram bọc DNA ngoại lai.
Nhờ phương pháp này mà sự biến nạp đã thành công đã ở các cây một lá mầm
quan trọng như lúa (1988), ngô (1990) và lúa mỳ (1992). Cũng trong năm 1987,
cà chua và thuốc lá kháng côn trùng đã làm cho công nghệ gen đạt được một
bước phát triển quan trọng hơn. Một thành công quan trọng khác là đã điều
khiển được quá trình chín ở cà chua, sau này có tên là FlavrSaver. Năm 1994,
lần đầu tiên cà chua biến đổi gen được bán trên thị trường.
- Năm 1989, không những đã thành công trong việc chuyển các gen mã
hóa các kháng thể vào thực vật, mà người ta còn tạo nên các sản phẩm gen này
như mong muốn. Kết quả này đã mở ra một khả năng hoàn toàn mới mẽ cho
việc sản xuất vaccine và cả khả năng chống bệnh ở thực vật.
- Năm 1990, thành công trong việc tạo ra cây biến đổi gen bất dục đực,
không có khả năng tạo hạt phấn. Loại cây trồng này có ý nghĩa lớn trong việc
sản xuất hạt giống.
- Từ năm 1991, thành phần carbohydrate của thực vật được biến đổi và
năm 1992 là các acid béo. Cùng năm đó, lần đầu tiên thành phần alkaloid ở một

loại cà được cải thiện, là một bước quan trọng đối với thực vật trong việc tổng
hợp nhóm hợp chất này. Những thực vật này có ý nghĩa lớn đối với việc thu
nhận dược liệu.
Sau khi thực vật biến đổi gen này xuất hiện, chất nhân tạo phân giải sinh
học được tổng hợp. Điều này cho phép chúng ta hy vọng rằng, trong tương lai

Tài liệu được chia sẻ tại:9 wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
sẽ có những thực vật có đặc tính mới, được sử dụng như là các bioreactor thực
vật để sản xuất “nguyên liệu tái sinh”.
- Năm 1994, cà chua Flavr SavrR là cây trồng đầu tiên biến đổi gen và quả
của nó được đưa ra thị trường. Năm 1998, trên thế giới đã có 48 giống cây trồng
biến đổi gen và sản phẩm được thị trường hóa. Năm 1999, cây lúa biến đổi gen
được đưa ra với 7 gen được biến nạp.
Đến đầu năm 1999, trên thế giới đã có khoảng 9.000 thí nghiệm đồng
ruộng cho phép, trong đó khoảng 1.360 là ở EU.
Cuối cùng, là một số nhận xét về việc thị trường hóa cây biến đổi gen
trong nông nghiệp. Cho đến năm 1999, diện tích gieo trồng trên thế giới đạt hơn
40 triệu ha. Trong đó 20% là ngô, 50% là đậu tương và 1/3 diện tích bông là ở
Mỹ. Ngoài ra có hơn 70% diện tích cải dầu ở Canada được trồng với giống biến
đổi gen. Khoảng 90% thực vật biến đổi gen chống chịu thuốc diệt cỏ hoặc sâu
bệnh hại. Cần chú ý rằng, ở Mỹ sản phẩm đậu tương có trong hơn 20.000 loại
thực phẩm khác nhau. Điều này cho thấy rằng, công nghệ gen đã ảnh hưởng đến
sản xuất thực phẩm của chúng ta [1].
* Tiềm năng:
- Kỹ thuật chuyển gen cho phép đưa vào cây trồng một gen lạ được phân
lập từ một giống khác có quan hệ họ hàng với nó hoặc từ một cơ thể thực vật
bất kỳ khác, thậm chí từ động vật hoặc vi sinh vật. Vì vậy, lúc đó nó làm xuất

hiện những tính trạng hoàn toàn mới, thậm chí chưa có trong tự nhiên.
- Nhờ kỹ thuật chuyển gen người ta có thể tạo ra nhũng giống cây trồng
chứa những hợp chất đặc biệt, như các chất hữu cơ dùng trong công nghiệp,
thực phẩm, y tế ... Ví dụ như cây cải dầu được chuyển gen có khả năng phòng
chống bệnh tim mạch.

10
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Từ một góc độ nhất định mà xem xét thì, nhiều cây trồng được chuyển
gen kháng sâu bệnh có hiệu quả tích cực để phòng chống ô nhiễm môi trường
do việc sử dụng các hóa chất độc hại trong nông nghiệp.
- Sử dụng kỹ thuật gen là con đường gây tạo ra những giống cây trồng có
những tính trạng mong muốn chỉ với một thời gian ngắn và trong một phạm vi
nghiên cứu hẹp [3].
* Hạn chế của kỹ thuật gen:
- Cho đến nay, số lượng các gen kiểm soát các tính trạng nông - sinh học
quý, đặc biệt là các tính trạng số lượng còn chưa nhiều.
- Các quy trình chuyển gen chưa thật hoàn thiện.
- Kiến thức cũng như các phương pháp nghiên cứu về sự biểu hiện của gen
sau khi được biến nạp còn chưa hoàn chỉnh.
- Kỹ thuật nuôi cấy mô - tế bào và tái sinh các cây được chuyển gen để cho
chúng có độ hữu thụ cao vẫn còn nhiều hạn chế [3].
.

11
Tài liệu được chia sẻ tại:

wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT CHUYỂN GEN TẠO CÁC CÂY TRỒNG
KHÁNG SÂU
2.1. Cơ sở của kỹ thuật chuyển gen tạo các cây trồng kháng sâu
2.1.1. Những thiệt hại do sâu và côn trùng gây ra
Sâu và côn trùng có thể được chia làm hai loại dựa trên phương thức sử
dụng thức ăn của chúng:
- Côn trùng chích hút: bọ rầy, rệp, bọ xít.
- Côn trùng ăn các bộ phận khác nhau của thực vật: đục thân, đục rễ,
cuốn lá, đục quả, ăn lá.
Tất cả các loại này đều làm giảm năng suất và chất lượng sản phẩm. Sự
mất mát về chất lượng thường xuyên hơn và ở mức độ cao hơn sự mất mát về
sản lượng. Một giống nhiễm sâu thường đưa đến các hậu quả sau:
- Giảm sự phát triển của cây trồng
- Phá hủy lá, thân, cành, nụ hoa, hoa, chồi vô tính, quả và hạt, …
- Làm gãy cây
Mức độ thiệt hại trước hết phụ thuộc vào cường độ tấn công của côn trùng
và mức độ nhiễm của ký chủ. Côn trùng còn có thể gây tác hại gián tiếp, rất
nhiều loại côn trùng là vật truyền bệnh virus. Sự chấn thương do côn trùng gây
ra tạo điều kiện cho nấm và vi khuẩn phát triển [2].
2.1.2. Cơ chế của tính kháng sâu
Tính kháng sâu được chia làm 4 nhóm: Không ưa thích, Kháng sinh,
Chống chịu, Cơ chế tránh.
* Cơ chế không ưa thích:
12
Tài liệu được chia sẻ tại:

wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Ký chủ tạo ra sự không hấp dẫn cho sâu và côn trùng, chính là sự không
thích ứng cho việc tạo vùng sống và vùng đẻ trứng. Kiểu kháng này hạn chế khả
năng tấn công của sâu hại hoặc sự không chấp nhận tấn công. Sự không chấp
nhận xuất hiện khi côn trùng không dùng thức ăn của ký chủ hoặc ký chủ không
có thức ăn phù hợp cho côn trùng. Cơ chế không ưa này có liên quan đến nhiều
thuộc tính hình thái sinh lý hoặc sinh hóa của cây chủ.
* Cơ chế kháng sinh:
Các chất kháng sinh có tác dụng kháng lại sự ăn cây chủ của sâu để bảo
tồn sự phát triển và tái sinh của cây trồng. Trong một số trường hợp, côn trùng
bị tiêu diệt khi chúng tàn phá cây trồng. Chất kháng sinh có liên quan đến:
Thuộc tính hình thái, đặc tính sinh lý, đặc tính hóa sinh, có thể là tổng hợp của 3
đặc tính trên.
* Cơ chế tránh:
Cây trồng tránh sâu cũng như tránh bệnh, đó không phải là tính kháng
thực. Tuy vậy nó có ảnh hưởng như là tính kháng thực trong việc bảo vệ cây
trồng khỏi sự phá hoại của côn trùng và sâu hại. Tất cả các trường hợp tránh sâu
thực chất là hiện tượng cây chủ không ở trong giai đoạn khi côn trùng đang ở
đỉnh cao phát triển. Ví dụ: giống bông ngắn ngày có thể tránh được sự phá hại
của sâu phá hoại vào cuối vụ trồng. Có trường hợp, sự phát triển trong điều kiện
không phù hợp cho sự phát triển của sâu và côn trùng. Ví dụ: sản xuất khoai tây
hạt là để tránh sự phá hại của rệp [2].
* Cơ chế chống chịu:
Tính chống chịu sâu cũng như tính chống chịu bệnh. Giống chống chịu sâu
cũng bị tấn công ở mức độ giống như giống nhiễm nhưng giống kháng vẫn cho
năng suất cao hơn. Trong một số trường hợp, giống kháng phục hồi nhanh hơn
sau khi bị côn trùng tàn phá.


13
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
Tính kháng côn trùng thể hiện liên quan đến các thuộc tính hình thái, sinh
lý hoặc hóa sinh của ký chủ.
2.1.3. Bản chất di truyền
Tính kháng sâu có thể do đơn gene điều khiển với một số lượng lớn các cá
thể có hiệu lực, có thể do nhiều gene điều khiển có tác dụng cộng tính hoặc do
gene tế bào chất. Dựa trên cơ sở này, người ta đã sử dụng kỹ thuật tách DNA,
tách các gene kháng sâu quý hiếm và thực hiện biến nạp các gene này vào các
giống cây trồng bằng phương pháp lai tế bào trần, phương pháp xung điện hoặc
súng bắn gene ... để tạo ra các cây trồng có khả năng kháng sâu. Đây chính là cơ
sở khoa học của phương pháp chuyển gen tạo ra các cây trồng kháng sâu.
2.1.4. Những khó khăn của việc tạo giống kháng sâu
+ Trong một số trường hợp chọn được giống kháng sâu này lại bị các sâu
khác gây hại. Điều này có thể do thuộc tính của cây chủ, gene kháng trội một
loại sâu này có thể liên kết với gene không kháng loại sâu khác.
+ Trong một số trường hợp chọn tạo giống kháng sâu làm giảm chất lượng
sản phẩm, thậm chí không thể sử dụng được
+ Trong trường hợp gene kháng sâu chỉ có ở các loài hoang dại. Việc
chuyển gene bằng phương pháp lai giữa các loài là rất khó khăn và thường có
sự liên kết giữa gene kháng với các gene bất lợi khác. Thường giống hoang dại
mang gene kháng lại cho năng suất thấp và chất lượng kém.
+ Sàng lọc tính kháng sâu là một khâu vô cùng khó khăn trong công tác
tạo giống. Đòi hỏi phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà tạo giống với các
nhà côn trùng học, các nhà bệnh học, hóa sinh, sinh lý.

+ Chọn tạo giống kháng sâu là một chương trình dài hạn cần phải được
đầu tư thích đáng về tài chính và các mặt khác [2].
2.2. Các gen được chuyển vào cây để tạo cây trồng kháng sâu
14
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
2.2.1. Các nguồn gene kháng sâu
Nguồn gene kháng sâu có thể tìm thấy ở:
+ Các giống cây trồng
+ Nguồn tài nguyên di truyền của các loài
+ các loài hoang dại có quan hệ huyết thống với cây trồng
2.2.2. Một số gen kháng sâu đã được chuyển vào cây trồng
Hiện nay, để tạo các cây trồng có khả năng kháng sâu, gen được các nhà
nghiên cứu tập chung chính là gen Bt của vi khuẩn Bacillus thuringiensis. Vi
khuẩn này sản xuất ra các protein kết tinh rất độc đối với ấu trùng của côn trùng
nhưng không gây độc đối với động vật có xương sống. Tinh thể protein độc tố
của vi khuẩn này khi vào một côn trùng sẽ bị các enzym protease phân giải
thành các đoạn peptit, trong đó có đoạn khối lượng khoảng 68.000 dalton chứa
khoảng 1200 axit amin làm hỏng ruột côn trùng. Các gen mã hóa độc tố này
nằm trên plasmid của vi khuẩn, được gọi chung là Cry (crystal).
Năm 1911, nhà nghiên cứu Đức, Ernst Berliner phát hiện ra một vi khuẩn
có độc tính đối với sâu nhậy và đặt tên là Bacillus thuringiensis (Bt). Năm 1981,
sau khi các nhà nghiên cứu Mỹ tách được gen đầu tiên lập mã cho một độc tố
của Bt, người ta đã biết tách từng gen Bt để đưa vào bộ gen đơn bội của tế bào
thực vật, nhằm tạo ra cây từ tế bào này, bằng cách đó thu được những loại cây
chuyển gen thế hệ 1, tiết độc tố chống từng loại côn trùng. Từ đó, một số phòng
thí nghiệm đã tạo ra các giống chứa gene Bt (cry1Ab, 1Ac 1Aa, 2A, 1B, hay

kết hợp các gene này) để kháng lại các côn trùng thuộc bộ cánh vảy. Năm 1978,
cây thuốc lá và cà chua chuyển gen Bt ra đời, năm 1990 là ngô và năm 1993 là
lúa chuyển gen Bt ... Cho đến nay, trên thế giới hiện có tới 50 triệu hécta trồng
cây chuyển gen loại này, giúp làm giảm thuốc trừ sâu một cách đáng kể.

15
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

Hình 2.1. Vi khuẩn BT và Gen độc tố Bt
2.3. Các phương pháp chuyển gen
Có hai hình thức chuyển gen chủ yếu là chuyển gen trực tiếp và chuyển
gen gián tiếp.
2.3.1. Các phương pháp chuyển gen gián tiếp
2.3.1.1. Chuyển gen gián tiếp nhờ Agrobacterium tumefaciens
* Nguyên lý chung:
Sử dụng vi sinh vật đất Agrobacterium (là vi khuẩn Gram âm) để chuyển
gen ở thực vật là phương pháp hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay nhờ vào khả
năng gắn gen ngoại lai vào hệ gen thực vật một cách chính xác và ổn định. Sự
chuyển gen ở thực vật dùng A. tumefaciens dựa trên nguyên lý như hình sau:

16
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

Hình 2.2. Sự chuyển gen ở thực vật dùng A. tumefaciens
Theo đó, Agrobacterium mang plasmid gây khối u ở thực vật (tumour
inducing plasmid- Ti plasmid), plasmid này chứa các gen vir và vùng gen cần
chuyển (T DNA). Gen quan tâm được chèn vào vùng T-DNA. Các tế bào tổn
thương thực vật tiết ra hợp chất bảo vệ, hợp chất này kích thích sự biểu hiện gen
vir ở Agrobacterium. Vir protein tạo ra T-strand từ vùng T-DNA trên Tiplasmid. Sau đó vi khuẩn gắn vào tế bào thực vật, T-strand và một số protein vir
chuyển vào tế bào thực vật qua kênh vận chuyển. Trong tế bào thực vật, các
protein vir tương tác với T-strand tạo ra phức hệ (T- complex). Phức hệ này vào
nhân tế bào thực vật, T-DNA chèn vào bộ gen thực vật và biểu hiện gen quan
tâm
Cụ thể như sau: Phương pháp này sử dụng Ti plasmid của A.tumefaciens
hoặc Ti plasmid của Arhizogenes làm vectơ đưa ADN vào tế bào. Ti plamid
gồm hai thành phần: T- DNA và vùng Vir. T- DNA có thể chuyển từ
Agrobacterium vào tế bào thực vật, chính nhờ vậy mà có thể gắn gen muốn
chuyển vào T- DNA để đưa vào tế bào. T- DNA chứa gen điều hoà sinh trưởng
cục bộ (auxin, cytokinie), gen tổng hợp các chất Opine và gen gây khối u. Đoạn
cuối có 25 cặp bazơ lặp lại, bất kì đoạn nào trong vùng này cũng có thể xâm
nhập vào phân tử ADN thực vật.
Trong plasmid vị trí của T- DNA được giới hạn bởi bờ trái và bờ phải.
Vùng Vir phụ trách khả năng lây nhiễm. Chúng gồm 6 nhóm từ VirA đến VirG
và VirE có tác dụng làm tăng tần số biến nạp. Để thiết kế vector dùng trong
biến nạp: trước hết là cắt bộ gen điều hòa sinh trưởng cục bộ, sau đó gắn thêm
gen chỉ thị (kháng thuốc hoặc chất diệt cỏ) cùng với đoạn điều khiển phù hợp để
chọn các thể biến nạp và cuối cùng gắn gen cần biến nạp.
Các plasmid của Agrobacterium được sử dụng trong công nghệ gen thực
vật gồm có 2 loại: vector liên hợp và vector nhị thể.
17
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn



Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
- Vector liên hợp (Cointegrated vector): Vector liên hợp dựa trên sự tái tổ
hợp của 2 plasmid. Một vector liên hợp gồm có: vị trí để ghép các gen quan
tâm, thường vị trí này có nguồn gốc từ plasmid của vi khuẩn E.coli. Gen chỉ thị
kháng sinh giúp cho chọn lọc trong vi khuẩn E.coli, Agrobacterium và gen chọn
lọc hoạt động được ở tế bào thực vật. Như vậy vector liên hợp được hình thành
từ một plasmid mang trình tự ADN mong muốn và plasmid kia có chứa vùng
vir gen và vùng bờ lặp lại của T-ADN. Sau tái tổ hợp, một vector liên hợp được
tạo ra và dùng cho chuyển gen vào thực vật.
- Vector nhị thể (Binary vector): Vector nhị thể là hệ thống dùng 2 plasmid
riêng biệt: một cung cấp T-ADN đã mất độc tính gây khối u, plasmid kia là Ti
plasmid có khả năng thâm nhập vào tế bào thực vật (mang các gen vir). Plasmid
thứ nhất mang gen chọn lọc ở thực vật và gen sẽ được ghép vào bộ gen thực
vật. Khi plasmid này được đưa vào chủng Agrobacterium có chứa Ti plasmid,
những sản phẩm mang gen vir có thể đưa T-AND vào tế bào thực vật, mặc dù
T-ADN nằm trên phân tử ADN khác [1].
* Ưu điểm
- Gen ít bị đào thải Kỹ thuật chuyển gen thực vật & ứng dụng
- Số lượng bản sao ít hơn. Do đó tránh được hiện tượng ức chế lẫn nhau và
câm lặng lẫn nhau.
- Tồn tại bền vững trong cơ thể thực vật do sự phụ thuộc chặt chẽ vào hệ
thống protein Vir, còn ở những phương pháp khác gen mục tiêu được tái tổ hợp
chuyên biệt nhờ hai trình tự IS hai đầu nhưng dễ dàng bị tách ra ngay sau đó.
* Nhược điểm
- Có phổ tấn công giới hạn
- Gây khối u cho cả cây khỏa tự và cây hai lá mầm nhưng lại không gây
khối u cho cây một lá mầm (do cây một lá mầm là cây thuộc nhóm tiến hoá
nhất, nó tích lũy nhiều cơ chế kháng bệnh hơn cây hai lá mầm như khi bị
18

Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
thương các tế bào có xu hướng hóa gỗ chứ không phân chia mạnh để tái tạo
hoặc tiếp hợp chất phenol như cây hai lá mầm...)
2.3.1.2. Chuyển gen gián tiếp nhờ virus
Ngoài việc sử dụng vi khuẩn, người ta còn sử dụng virus làm vector
chuyển gen vào cây trồng. Chuyển gen nhờ virus có thể thuận lợi do virus dễ
xâm nhập và lây lan trong cơ thể thực vật và động vật đồng thời virus có thể
mang đoạn ADN lớn hơn nhiều so với khả năng của plasmid. Tuy nhiên, virus
làm vector chuyển gen cần phải có các tiêu chuẩn sau:
- Hệ gen của virus phải là ADN
- Virus có khả năng di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các lỗ ở
vách tế bào
- Có khả năng mang được đoạn ADN (gen) mới, sau đó chuyển gen này
vào tế bào thực vật
- Có phổ ký chủ rộng (trên nhiều loài cây)
- Không gây tác hại đáng kể cho thực vật
Đối chiếu các tiêu chuẩn trên, hiện nay có hai loại virus được sử dụng làm
vector chuyển gen là caulimovirus và geminivirus. Tuy nhiên, việc sử dụng
virus để chuyển gen ở thực vật còn ít được sử dụng vì ADN virus khó ghép nối
với hệ gen của thực vật.
2.3.2. Các phương pháp chuyển gen trực tiếp
2.3.2.1. Chuyển gen bằng súng bắn gen (gene gun)

19
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn



Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

Hình 2.3. Súng bắn gen và sơ đồ nguyên lý hoạt động của súng bắn gen
* Nguyên lý
Ngâm những viên đạn nhỏ (vi đạn) bằng vàng hoặc tungsten có kích thước
cực nhỏ, đường kính khoảng 0,5 - 1,5 μm với dung dịch có chứa đoạn ADN
ngoại lai cần chuyển vào tế bào thực vật. Các vi đạn này được làm khô trên một
đĩa kim loại mỏng có kích thước 0,5 - 0,9 cm. Đĩa kim loại này được gắn vào
đầu một viên đạn lớn (macroprojectile) bằng nhựa, hoặc vật liệu nhẹ. Viên đạn
lớn có kích thước vừa khít đầu nòng súng bắn gen. Khi bắn, áp suất hơi sẽ đẩy
viên đạn đi với tốc độ cao. Tới đầu nòng súng, viên đạn lớn sẽ bị cản lại bởi
một lưới thép mịn, còn các viên đạn nhỏ (vi đạn) vẫn tiếp tục di chuyển với tốc
độ lớn tới 1300 m/giây đến đối tượng bắn rồi rồi xuyên vào tế bào. Sau khi bắn,
tách các mô, tế bào và nuôi cấy invitro để tái sinh cây. Các gen cần chuyển có
thể tái tổ hợp vào hệ gen của cây, từ đó tạo thành cây chuyển gen. Chỉ có một tỷ
lệ nào đó của tế bào mang gen chuyển do vậy cần phải chọn lọc. Người ta
thường dùng khí nén là helium áp lực cao để bắn gen.
20
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
* Ưu điểm:
- Thao tác dễ dàng, bắn một lần được nhiều tế bào
- Nguyên liệu để bắn đa dạng (hạt phấn, tế bào nuôi cấy, tế bào mô
hóa và mô phân sinh)
* Nhược điểm:

Tần số biến nạp ổn định thấp vì thế theo Potrykus thì ưu việt của phương
pháp này là nghiên cứu các gen tạm thời. Tuy nhiên, những năm gần đây
phương pháp này đã thành công trên lúa, mía, đu đủ, bông đã khẳng định tính
ưu việt của phương pháp này.
2.3.2.2. Chuyển gen bằng xung điện (electroporation)
* Nguyên lý:
Trong công nghệ di truyền thực vật, người ta sử dụng phương pháp xung
điện để chuyển gen vào protoplast thực vật. Ở điện thế cao, trong thời gian ngắn
có thể tạo ra các lỗ trên màng tế bào trần (protoplast) làm cho ADN bên ngoài
môi trường có thể xâm nhập vào bên trong tế bào. Người ta chuẩn bị protoplast
với các plasmid tái tổ hợp đã mang gen mong muốn cần chuyển vào thực vật.
Dùng thiết bị xung điện tạo điện thế cao (200 – 400 V/cm) trong khoảng
thời gian 4 - 5 phần nghìn giây. Kết quả làm màng tế bào trần xuất hiện các lỗ
thủng tạm thời giúp cho plasmid có thể xâm nhập và gắn vào hệ gen của thực
vật. Quá trình được thực hiện trong cuvett chuyên dụng. Sau quá trình xung
điện, đem protoplast nuôi trong môi trường nuôi cấy thích hợp, môi trường
chọn lọc để tách các protoplast đã được biến nạp. Tiếp theo là nuôi cấy invitro,
tái sinh cây và chọn lọc cây chuyển gen.
Đối với protoplast phương pháp xung điện đã có kết quả khích lệ nhưng
chưa chứng minh chắc chắn cho sự biến nạp. Hơn nữa, việc nuôi cấy protoplast
ở một số loài cây vẫn còn gặp khó khăn [1].
21
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
2.3.2.3. Chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Phương pháp này sử dụng vi kim tiêm và kính hiển vi để đưa ADN những
tế bào nhất định, nhằm tạo ra các dòng biến nạp từ protoplast và cây biến nạp

khảm từ phôi phát triển từ hạt phấn.
* Ưu điểm:
- Có thể tối ưu lượng ADN đưa vào tế bào
- Quyết định được đưa ADN vào loại tế bào nào
- Có thể đưa một cách chính xác thậm chí vào tận nhân và có thể quan sát
được
- Các tế bào có cấu trúc nhỏ như hạt phấn và tế bào tiền phôi mặc dù hạn
chế về số lượng cũng có thể tiêm chính xác
- Có thể nuôi riêng lẻ các tế bào vi tiêm và biến nạp được vào mọi giống cây
* Nhược điểm:
- Mỗi lần tiêm chỉ được một phát tiêm và chỉ với một tế bào
- Thao tác trong khi làm đòi hỏi độ chính xác cao
2.3.2.4. Chuyển gen nhờ kỹ thuật siêu âm
Kỹ thuật siêu âm dùng để chuyển gen vào tế bào trần protoplast. Sau khi
tạo protoplast, tiến hành trộn protoplast với plasmid tái tổ hợp mang gen mong
muốn để tạo hỗn hợp dạng huyền phù. Cắm đầu siêu âm của máy phát siêu âm
ngập trong hỗn hợp huyền phù sâu khoảng 3mm. Cho máy phát siêu âm với tần
số 20KHz theo từng nhịp ngắn, mỗi nhịp khoảng 100 mili giây. Số nhịp khoảng
từ 6 - 9 nhịp với tổng thời gian tác động từ 600 - 900 mili giây.
Sau khi siêu âm, đem protoplast nuôi trong các môi trường thích hợp, chọn
lọc để tách các protoplast đã được chuyển gen. Nuôi cấy invitro để tái sinh cây.
Chọn lọc cây và đưa ra trồng ở môi trường ngoài [1].
2.3.2.5. Chuyển gen bằng phương pháp hóa học

22
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

Chuyển gen bằng phương pháp hóa học là phương pháp chuyển gen vào tế
bào protoplast nhờ các chất hóa học như polyethylen glycol (PEG). Khi có mặt
PEG, màng của protoplast bị thay đổi và protoplast có thể thu nhận ADN ngoại
lai vào bên trong tế bào.Phương pháp chuyển gen bằng hóa chất có thể áp dụng
với nhiều loài thực vật nhưng khả năng chuyển gen với tần số chuyển gen rất
thấp. Tuy nhiên, với khả năng tạo ra số lượng lớn protoplast, do vậy khắc phục
được hạn chế của phương pháp này [1].
2.3.2.6. Chuyển gen trực tiếp qua ống phấn (pollen tube)
Phương pháp chuyển gen qua ống phấn là phương pháp chuyển gen không
qua nuôi cấy mô invitro.
Nguyên tắc của phương pháp này là ADN ngoại lai chuyển vào cây theo
đầu ống phấn, chui vào bầu nhụy cái. Thời gian chuyển gen vào lúc hạt phấn
mọc qua vòi nhụy và lúc bắt đầu đưa tinh tử vào thụ tinh, tốt nhất là sự chuyển
gen xảy ra đúng khi quá trình thụ tinh ở noãn và cho tế bào hợp tử chưa phân
chia. Như vậy, sự chuyển gen chỉ xảy ra ở một tế bào sinh dục cái duy nhất và
khi tái sinh cây sẽ không hình thành thể khảm.
- Sau thời gian hoa nở 1- 2 giờ, cắt 2/3 hoặc 3/4 phần trên của hoa lúa
- Sau khi cắt hoa, dùng ống mao quản nhỏ có đường kính 0,2mm đưa dung
dịch ADN tái tổ hợp mang gen mong muốn vào đầu ống nhụy đã bị cắt (nồng
độ ADN tái tổ hợp khoảng 50 μg/ml)
- Bao bông lúa lại, chờ lúa chín thu hái.
- Phân tích và xác định kết quả chuyển gen ở thế hệ sau.
2.4. Thành tựu tạo các cây trồng kháng sâu bằng kỹ thuật chuyển gen
Hiện nay, trên thế giới có tới 50 triệu hécta trồng cây chuyển gen kháng
sâu, Các phòng thí nghiệm đã tạo ra nhiều giống chứa gene Bt (cry1Ab, 1Ac
1Aa, 2A, 1B, hay kết hợp các gene này) để kháng lại các côn trùng thuộc bộ
cánh vảy, giúp làm giảm thuốc trừ sâu một cách đáng kể. Các cây trồng quan
23
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn



Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn
trọng nhất đã được chuyển gen Bt ở Mỹ là bông (46% số thí nghiệm), đậu nành
(17%), cà chua (16%), khoai tây (9%), ngô (8%), thuốc lá (4%). Các thành tựu
tiêu biểu trong lĩnh vực này có thể kể đến như:
* Chuyển gen cry1Ab vào cây bông vải
G.A. Khan và ctv. thuộc Viện nghiên cứu bông vải của Pakistan, đã chèn
thành công gen cry1Ab từ vi khuẩn sống trong đất vào giống bông vải MNH-93
của Pakistan thông qua kỹ thuật bắn gen. Transgene đã hợp nhất vào trong
genome và thể hiện qua xét nghiệm PCR và phân tích Dot blot. Số lượng Bt
protein cũng đã được khẳng định, chúng biến thiên từ 0 đến 1,35% protein tổng
số. Transgenic plants được trồng trong nhà kính an toàn sinh học và trên đồng
ruộng để đánh giá tác động trên đồng, và kết quả cho thấy các dòng transgenic
thể hiện mức độ tính kháng sâu bộ cánh vảy từ 40 đến 60%. Dùng các giống
bông chuyển gen Bt để kiểm soát hoàn toàn sâu đục quả (bollworm) và
Spodoptera, có thể tiết kiệm được 1.161 triệu USD tiền thuốc sâu [7].

Hình 2.5. Bông chuyển gen Bt và quả đối chứng.
* Ngô chuyển gen Bt:
Ngô chuyển gen hiện đang được con người canh tác có tên là ngô Bt có thể
tự nó tạo ra các protein diệt vi khuẩn có trong đất có tên là Bacillus theringiesis,
và triệt tiêu các loại sâu đục bắp

24
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn


Tài liệu được chia sẻ tại: wWw.SinhHoc.edu.vn

Ở Mỹ, năm 1996 giống ngô chuyển gen Bt với đặc tính kháng sâu cắn gié
đã được trồng trên diện tích 2 triệu ha ở nhiều bang. Cùng với ngô, cơ quan
giám sát an toàn sinh học APHIS thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ cũng đã cho phép
đưa vào sản xuất các giống cà chua, bông, đậu nành, dưa, đu đủ... chuyển gen
kháng sâu. Lợi ích thu được do tiết kiệm thuốc trừ sâu đối với cây ngô chuyển
gen Bt được xác định khoảng 1094 triệu USD.

Hình 2.6. Cây Ngô chuyển gen Bt và giống đối chứng
* Chuyển gen tạo lúa có khả năng kháng sâu:
Một số phòng thí nghiệm đã tạo ra các giống chứa gene Bt (cry1Ab, 1Ac
1Aa, 2A, 1B, hay kết hợp các gene này) để kháng lại các côn trùng thuộc bộ
cánh vãy. Các thử nghiệm đầu tiên trên đồng ruộng về giống lúa Bt do Trung
Quốc thực hiện vào năm 1998. Tuy nhiên chưa có giống lúa Bt nào được đưa ra
thương mại hóa cho đến nay. Cuối năm 2009 Trung Quốc làm thủ tục để công
nhận cho phóng thích 2 giống lúa Bt Huahui No.1 và Bt Shanyou 63 để đưa ra
đại trà vào 2012.

25
Tài liệu được chia sẻ tại:
wWw.SinhHoc.edu.vn