Bài 22. Chọn giống vật nuôi và cây trồng

Các vấn đề mới và khó
Chương 4
ứng dụng di truyền học

GV CHU VĂN MẫN
Bài 22 và 23. chọn giống vật nuôi
và cây trồng
GV giới thiệu khái quát quy trình chọn giống:
- Tạo nguồn nguyên liệu
-Chọn lọc, đánh giá chất lượng giống
- Đưa giống tốt ra sản xuất đại trà.

Một sơ đồ lai ví dụ
cơ sở khoa học của việc gây đột biến
để tạo giống mới
Mỗi một kiểu gen nhất định của giống chỉ cho một năng suất nhất định.
Mỗi giống cụ thể sẽ cho một năng suất tối đa nhất định trong điều kiện canh tác hoàn thiện nhất. Mỗi giống có một mức trần về năng suất.
- Để có năng suất cao hơn mức trần hiện có của giống, cần gây đột biến bằng việc sử dụng các tác nhân vật lí và hoá học, làm thay đổi vật liệu di truyền của sinh vật, chọn lọc từ các thể đột biến những cá thể có đặc tính mong muốn.
nội dung của quy trình tạo

giống mới bằng phương pháp gây đột biến
Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến
cần lựa chọn tác nhân gây đột biến thích hợp,
tìm hiểu liều lượng và xác định thời gian xử lí tối ưu
b) Chọn lọc các thể đột biến tạo nguyên liệu cho chọn giống
Phân tích ví dụ trong SGK
c) Tạo dòng thuần chủng
xem mục 2.1
Bài 24. Công nghệ tế bào
Nuôi cấy hạt phấn
Hạt phấn có thể "mọc" trên môi trường nuôi nhân tạo thành dòng tế bào đơn bội.
Sự đa dạng của các giao tử do giảm phân tạo ra cho phép chọn lọc được các dòng tế bào có bộ gen đơn bội khác nhau dựa vào sự biểu hiện thành kiểu hình của các alen lặn.
Để có giống cây trồng cho s?n xu?t thì cần lưỡng bội hoá các dòng đơn bội này dựa vào gây đột biến đa bội các thể đơn bội thành thể lưỡng bội.
ưu điểm nổi bật của phương pháp là các giống cây trồng nhận được đều thuần chủng
Ví dụ tạo giống lúa chiêm chịu lạnh người ta trực tiếp nuôi hạt phấn ở môi trường lạnh. Khả năng chịu lạnh của hạt phấn có thể do gen đột biến, do tổ hợp gen mới.

Nuôi cấy tế bào

Dựa vào khả năng tạo mô sẹo là mô gồm nhiều tế bào chưa biệt hoá, có khả năng sinh trưởng mạnh từ đó điều khiển cho tế bào biệt hoá thành các mô khác nhau (rễ, thân, lá...) và tái sinh thành cây trưởng thành.
Dựa vào việc tìm ra môi trường nuôi cấy chuẩn kết hợp với việc sử dụng các chất hoocmôn sinh trưởng như auxin, giberilin, xitokinin...
Kĩ thuật này cho phép nhân nhanh các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, thích nghi với điều kiện sinh thái nhất định, chống chịu bệnh tật ...
Chọn dòng tế bào xôma có biến dị
Nuôi cấy tế bào có 2n NST trên môi trường nhân tạo
Dựa vào biến dị số lượng nhiễm sắc thể kiểu dị bội, chúng sinh sản thành nhiều dòng tế bào có các tổ hợp nhiễm sắc thể khác nhau, với biến dị cao hơn mức bình thường.
ý nghĩa đặc biệt quan trọng của phương pháp là tạo ra các giống cây trồng mới có các kiểu gen khác nhau của cùng một giống ban đầu
Dung hợp tế bào trần
Hai tế bào của 2 loài khác nhau đã loại vỏ xenlulôzơ có khả năng dung hợp.
Tế bào chất và 2 khối nhân đều hợp nhất thành một.
Lai tế bào xôma đặc biệt có ý nghĩa vì giống mới mang đặc điểm của cả hai loài mà bằng cách lai hữu tính không thể thực hiện được.
Nhân bản vô tính
bằng kĩ thuật chuyển nhân

Vớ d? t?o c?u Doly
Thành công này chứng tỏ, trong thực nghiệm, động vật có vú có thể được nhân bản từ tế bào xôma, không cần có sự tham gia của nhân tế bào sinh dục, chỉ cần chất tế bào của một noãn bào.
Nhằm nhân nhanh giống vật nuôi quý hiếm hoặc tăng năng suất trong chăn nuôi.
Kĩ thuật này còn cho phép tạo ra các giống động vật mang gen người, nhằm cung cấp cơ quan nội tạng của người cho việc thay thế, ghép nội tạng cho người mà không bị hệ miễn dịch của người loại thải.
Bài 25 và 26 Tạo giống
bằng công nghệ gen
Công nghệ gen:
Bao gồm các kĩ thuật thao tác trên vật liệu di truyền (hoặc gen) để điều chỉnh, sửa chữa, tạo gen mới, từ đó có thể tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới.
Sơ đồ chuyển gen bằng plasmit
Các restrictaza- enzim giới hạn

Các restrictaza có tính chất chung là cắt cầu diestephosphat nối các nucleotit cạnh nhau trong ADN và ARN.
Đặc điểm nổi bật là mỗi loại enzim nhận ra và cắt ADN ở những nucleotit xác định nên gọi là các enzim giới hạn.
Enzim cắt thu được từ vi khuẩn
Phân tử ADN của plasmit và đoạn gen cần cấy vào bị cắt ra từ pt ADN cho do cùng một loại enzim cắt, vì vậy chúng tạo ra những đầu so le giống nhau, khi trộn hai sản phẩm này với nhau, chúng sẽ liên kết bổ sung cho nhau để tạo thành phân tử ADN tái tổ hợp.
Các ligaza
Các enzim ligaza có sẵn trong tất cả các loại tế bào và có vai trò quan trọng trong quá trình nhân đôi của ADN
Xúc tác phản ứng nối (ligation) bằng cách hình thành cầu diestephosphat nối các nucleotit liên tiếp nhau
Đang dùng phổ biến là enzim ADN-ligaza của E. coli và của phage T4
Vectơ chuyển gen

Công cụ chuyển gen có hướng
Vectơ chuyển gen phải là phân tử ADN có khả năng tự nhân đôi, tồn tại độc lập trong tế bào vật chủ và mang được gen cần chuyển.
tách dòng gen

Chọn thể truyền có các dấu chuẩn hoặc các gen đánh dấu để nhận biết sự có mặt của ADN tái tổ hợp trong tế bào thể nhận.
Ví dụ trong SGK
VI SINH VậT
Tạo được các chủng vi khuẩn cho sản phẩm mong muốn không có trong tự nhiên.
Các ví dụ được trình bày:
+Khái niệm về sản phẩm sinh học
+Nguyên tắc của phương pháp
+Kết quả của phương pháp.
ví dụ
Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin của người
. Insulin là hoocmôn tuyến tuỵ, có chức năng điều hoà glucôzơ trong máu. Trường hợp insulin do cơ thể sản xuất ra không đủ hoặc mất chức năng sẽ bị bệnh đái tháo đường, glucôzơ bị thải ra qua nước tiểu.

Gen tổng hợp insulin được tách ra từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E.coli bằng vectơ là plasmit .

Sản xuất ở�quy mô công nghiệp, tổng hợp ra insulin giống như trong cơ thể người với số lượng lớn hơn rất nhiều, đáp ứng được nhu cầu thuốc chữa bệnh của con�người.
Thực VậT
Sản xuất các chất bột đường với năng suất cao, sản xuất các loại prôtêin trị liệu, các kháng thể và chất dẻo. Thời gian tạo giống mới rút ngắn đáng kể.
Chuyển gen bằng virut, chuyển gen trực tiếp qua ống phấn, vi tiêm, dùng súng bắn gen ...
Các ví dụ được trình bày: tính trạng được chuyển gen; những cây trồng được chuyển gen
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Cây cà chua chuyển gen
Gen kéo dài thời gian chín
Làm chậm quá trình chín nhũn quả
Tăng cường chất lượng quả và kéo dài thời gian bảo quản sau thu hoạch
Gen kháng bệnh virút
Kháng với virút CMV
Góp phần giảm lượng thuốc trừ sâu sử dụng trong quá trình trồng trọt
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Giống lúa được chuyển gen tổng hợp ?-carotene (giống lúa vàng). Sau quá trình tiêu hoá, ?-carotene được chuyển hoá thành vitamin A.
Khoảng 120 triệu trẻ em trên thế giới bị các rối loạn do thiếu vitamin A. Giống lúa vàng mang lại "niềm hy vọng" trong việc bảo vệ khoảng 1 đến 2 triệu bệnh nhân bị các rối loạn do thiếu vitamin A.
Gạo bình thường
Gạo hạt vàng
động VậT

Tạo được những giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn về sản phẩm.
Đặc biệt tạo được các giống mới sản xuất ra thuốc chữa bệnh cho con người dưới dạng thực phẩm.
Kĩ thuật vi tiêm, sử dụng tế bào gốc, dùng tinh trùng như vectơ mang gen.
Hai phương pháp chuyển gen ở bò
Cảm ơn
sự quan tâm theo dõi
của quý vị
Phụ lục
Một số tư liệu về công nghệ gen:
Phương pháp
Thành tựu
Giới thiệu về gen chỉ thị (reporter gene)
Các gen chỉ thị là các gen có trách nhiêm thông báo là gen cần biến nạp đã gắn vào hệ gen mô thực vật và bắt đầu hoạt động hay chưa. Các gen chỉ thị thường được dùng bao gồm:
+ ? - galactosidaza *
+ ? - glucuronidaza (GUS) *
+ Neomycin-phosphataza (NPT)
+ Chloramphenicol-acetyl transferaza (CAT)
+ Alkaline phosphataza
+ Luciferaza *
+ Prôtêin phát huỳnh quang xanh lục GFP *
(green fluorescence protein) và các dẫn xuất của nó.
+ Protêin chuyển trạng thái năng lượng cộng hưởng phát huỳnh quang FRET (fluorescent resonance energy transfer)
? - galactosidaza & ? - glucuronidaza
Sử dụng gen chỉ thị GUS (? - glucuronidaza)
Nguyên tắc
Sử dụng gen chỉ thị Luciferaza
Nguyên tắc
Luciferaza là một loại prôtêin có trọng lượng 62 kDa phát ra ánh sáng ở bước sóng 562 nm (màu vàng-xanh lục).
Là gen được phát hiện và tách ra từ loài côn trùng Photynis pyralis.
Sử dụng gen chỉ thị Luciferaza
Sử dụng gen chỉ thị GFP (green fluorescene protein)
GFP là một loại prôtêin có trọng lượng 32 kDa phát ra ánh sáng ở bước sóng 509 nm (màu xanh lụcsáng).
Là gen được phát hiện và tách ra từ loài sứa Aequorea victoria.
Sử dụng gen chỉ thị GFP (green fluorescene protein)
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở động vật
Focus on
Applications
Phương pháp chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Phương pháp chuyển gen nhờ vi tiêm là phương pháp sử dụng các thiết bị hiển vi và máy vi nhu động để chuyển gen trực tiếp vào tế bào. Đến nay, các tế bào đã được sử dụng phương pháp này để chuyển gen gồm các tế bào protoplast (Chnorf và cs., 1991), các tế bào tiền phôi của hợp tử hay hạt phấn (Neuhaus, 1987).
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở động vật
Focus on
Applications
Phương pháp chuyển gen bằng vi tiêm (microinjection)
Sơ đồ súng bắn gen
ở thực vật
súng bắn gen ở thực vật
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Cây đậu tương chuyển gen
Kháng sâu (Bt)
Kháng sâu bệnh (insect resistance)
Góp phần làm giảm lượng thuốc trừ sâu cần sử dụng (bảo vệ môi trường và giảm chi phí sản xuất)
Thay đổi thành phần axít béo
Làm thay đổi thành phần và giá trị dinh dưỡng
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Cây ngô chuyển gen
Kháng bệnh
Kháng sâu bệnh (Bt)
Kháng mọt sau thu hoạch (CMx, serpin)
Chín sớm
Rút ngắn thời gian trồng trọt
Kháng thuốc diệt cỏ
.
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Cây bông chuyển gen kháng sâu Bt
Mang gen kháng sâu Bt
Góp phần hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu
Bông chuyển gen Bt kháng sâu bệnh (phải) và bông không chuyển gen mẫn cảm với sâu bệnh (trái)
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Một số thành tựu biến nạp gen ở Thực vật
Cây đu đủ (Carica papaya L.) được chuyển gen kháng bệnh virút (trái) và cây đối chứng (phải)
Có khả năng khang virút CMV
Được đánh giá là góp phần vào việc phục hồi nền công nghiệp sản xuất đu đủ ở Hawaii.
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Focus on
Applications
- Quá trình biến nạp gen thực hiện trong phòng thí nghiệm, không phụ thuộc nhiều vào thời gian, không gian, mùa vụ, thời tiết, v.v...
- Các gen được chuyển có tính đặc thù cao hơn nhiều. Các gen tương ứng chính xác với các tính trạng mong muốn được lựa chọn dùng cho quá trình biến nạp, loại bỏ được các tính trạng không mong muốn.
- Quá trình chuyển một gen mong muốn vào một cá thể diễn ra nhanh hơn nhiều. Chỉ cần sau một thế hệ, tính trạng mong muốn được biểu hiện và thu nhận, trong khi các phương pháp truyền thống thường cần nhiều thế hệ.
- Mức độ "linh động" của các gen được chuyển lớn hơn nhiều. Nhiều gen của loài này có thể được chuyển vào loài khác và biểu hiện thành các tính trạng hoàn toàn mới. Điều này không thể thực hiện được khi sử dụng các phương pháp tạo giống truyền thống.
Biến nạp gen và ứng dụng trong chọn giống ở thực vật
Focus on
Applications
- Tăng năng suất nông nghiệp và giảm chi phí sản xuất. Điều này đặc biệt đúng khi các gen được dùng cho biến nạp vào thực vật thường là các gen làm tăng năng suất, giảm thời gian trồng trọt, tăng khả năng trao đổi chất, kháng các loại sâu bệnh. Nhờ vậy, thời gian, công lao động, vật tư hoá chất cần cho quá trình sản xuất nông nghiệp sẽ được giảm đi nhiều dẫn đến sự giảm chi phí sản xuất và hạn chế ô nhiễm môi trường.
Ví dụ chuyển gen ở cá
Các vấn đề mới và khó
Chương 4
ứng dụng di truyền học
GV chu văn mẫn