Xem mẫu
- Plastid là gì? Và tại sao hữu ích khi chuyển
chúng?
Cập nhật: 31/07/2007
Plastid phát triển từ những proplastid là những bào
quan nhỏ trong tế bào thực vật. Có nhiều loại plastid
như lục lạp (chloroplasts), sắc lạp (chromoplasts), vô
sắc lạp (leucoplasts) phát triển từ proplastid và mỗi
loại có chức năng khác nhau. Plastid phổ biến nhất
được tìm thấy trong tế bào là lục lạp. Có thể có hàng
trăm lục lạp trong một tế bào.
Lục lạp ‘bẫy’ năng lượng mặt trời
Chức năng chính của lục lạp sử dụng năng lượng của
ánh sáng mặt trời để biến CO2 và nước thành đường
để thực vật sử dụng hay dự trữ. Quá trình này gọi là
quang tổng hợp. Phần lớn các chức năng của lục lạp
do các gen ở trong nhân điều khiển. Bản thân lục lạp
có chứa một phân tử DNA dạng vòng mã hóa cho các
gen của quá trình quang hợp và các hoạt động khác
của lục lạp.
Hạt phấn không mang DNA lục lạp
Một đặc điểm nổi bật của plastid là genome của nó
(DNA dạng vòng) được di truyền theo dòng mẹ ở
phần lớn thực vật. Điều này có nghĩa là các hạt phấn
(tế bào sinh sản đực) mang những thông tin di truyền
- chứa trong nhân mà không chứa trong lục lạp. Hiện
tượng này có thể được khai thác trong vấn đề chuyển
gen ở thực vật. Một trong những mối quan tâm chính
của những người phản đối công nghệ chuyển gen là
sự nhiễm những gen được chuyển trong những cây
chuyển gen. Người ta cho rằng khó kiểm soát được
sự phóng thích các gen mới qua sự phát tán của hạt
phấn. Tuy nhiên nếu sử dụng công nghệ chuyển gen
vào lục lạp, gen mới này sẽ được chứa trong lục lạp,
hạt phấn sẽ được giữ không biến đổi và như thế sẽ
không có nguy cơ lan truyền các gen mới qua sự phát
tán của hạt phấn.
Chuyển gen bằng plastid
a/ Hạt phấn không có gen ngoại
Trong các cây chuyển gen, gen mới thường được gắn
vào DNA của nhân tế bào. Nhưng cũng có những
phần khác của tế bào thực vật chẳng hạn như plastid
có chứa các gen có khả năng tạo protein. Ở phần lớn
các thực vật có hoa plastid không hiện diện trong tế
bào hạt phấn. Bằng cách sử dụng các plastid như các
thể mang những gen mới có thể giúp cho việc giữ lại
thông tin di truyền mới trong cây trồng.
Plastid có lẽ có nguồn gốc từ những sinh vật giống
như vi khuẩn sống tự do trước đây đã được tế bào
thực vật lấy vào trong thời nguyên thủy. Mối quan hệ
- là có lợi lẫn nhau: Thí dụ như lục lạp là một nhóm
plastid đặc biệt được thực vật sử dụng để biến đổi
năng lượng mặt trời. Về phần chúng, tổ tiên của các
plastid tìm thấy môi trường bảo vệ trong tế bào thực
vật. Chúng vẫn còn giữ lại bộ gen cho chính mình,
trong khi những gen của những bào quan khác theo
thời gian hợp nhất vào trong nhân của tế bào thực vật.
DNA không chỉ hiện diện trong
nhân của tế bào thực vật mà còn
trong plastid. Nó có hệ thống
riêng để chuyển DNA của nó
thành protein. DNA trong plastid
được biết như là “plastome”
Lục lạp là 1 nhóm
của plastid. Đây là Về nguyên tắc, DNA lạ có thể
nơi diễn ra quá được hợp nhất vào plastome. Để
trình quang hợp làm như thế, gen mục tiêu được
gắn vào một trình tự gen của
plastid. Sử dụng quá trình tái tổ
hợp tương đồng, DNA được
chuyển sẽ hợp nhất vào
plastome. Quá trình này xảy ra
Chồi chuyển gen một cách tự nhiên không giống
bằng lục lạp được với quá trình xảy ra trong bộ gen
của nhân thực vật. Những thực
tái sinh
vật được biến đổi theo kiểu
chuyển gen vào plastid được gọi
- là transplastomic. Nói chung, các
tế bào hạt phấn của thực vật có
hoa không chứa plastid. Nếu một
gen ngoại chỉ hiện diện trong
plastome thì nó sẽ không bị
truyền đi trong quá trình nhân
giống.
Ngoài vấn đề an toàn, với mong
muốn giữ các gen ngoại trong
cây chuyển gen, hoạt tính của
gen ngoại trong cây chuyển gen
được gia tăng cũng là điều rất
thú vị. Lý do là số lượng của
chúng: có khoảng 100 plastid
trong mỗi tế bào, mỗi plastid
mang 100 bản copy vật liệu di
truyền. Cây chuyển gen mang
gen mới trên mỗi copy trong tất
cả các plastid. Điều này có nghĩa
là sau khi chuyển thành công
một gen ngoại lai thì hầu như
phân nửa lượng protein trong tế
bào là do gen này tạo ra. Mức độ
sản xuất này không thể đạt được
nếu sử dụng các phương pháp
truyền thống. Tuy nhiên việc
thực hiện phương pháp này đang
- chứng minh là một sự thách thức
về mặt công nghệ
b/ Sự tái tổ hợp tương đồng của DNA ngoại lai vào
plastome
Bước 1: DNA ngoại lai
(màu đỏ) được gắn vào
một trình tự của plastome
(gen cấu trúc)
Bước 2: Trình tự
plastome của gen cấu trúc
được đưa vào nhờ những
trình tự DNA tương đồng
trong plastid
Bước 3: DNA ngoại lai
hợp nhất vào plastome
c/ Chuyển gen ngoại lai vào plastid: các bước đầu
tiên
Có nhiều cách được sử dụng để đưa gen ngoại lai vào
trong tế bào/plastid như chuyển gen sử dụng
Agrobacteria, súng bắn gen hoặc vi tiêm. Điều quan
trọng là mô được sử dụng phải được chuyển và tái
sinh dễ dàng và có chứa plastid, thí dụ như lục lạp.
- Mô thích hợp nhất thường được sử dụng là lá, tiểu
bào tử (hạt phấn còn non với vách tế bào còn chưa
hình thành), phôi non, trụ hạ diệp của cây con.
Việc chuyển gen vào các plastid phức tạp hơn chuyển
gen vào nhân nhiều vì có đến 10.000 bộ gen của
plastid trong mỗi tế bào. Các dòng chuyển gen qua
plastid thường bền vững về di truyền chỉ khi tất cả
bản sao của plastid đều được biến đổi theo cùng một
cách giống nhau. Điều này đạt được qua sự tái sinh
được lặp lại ở những điều kiện chọn lọc nào đó.
Chuyển gen bằng plastid đã được thực hiện thành
công trên cây thuốc lá, khoai tây, cây cải dầu, lúa,
Arabidopsis thaliana và Lesquerella fendleri (một
loại đậu)…
Việc chuyển gen vào Plastid để tạo ra các cây chuyển
gen có những thuận lợi và bất lợi như sau:
Việc chuyển gen vào plastid làm giảm đi khả
năng phát tán các gen chuyển qua hạt phấn, vì
các plastid thường di truyền theo các cây mẹ hơn
là theo hạt phấn.
Việc chuyển gen và tái sinh cây của những cây
được chuyển gen vào plastid phức tạp về mặt
công nghệ. Hiệu suất chuyển gen thấp. Mức độ
biểu hiện cao bị giới hạn ở mô lá.
nguon tai.lieu . vn