Can we do better than Agrobacterium ?

Các phương pháp để đưa gene mới vào tế bào thực vật có thể chia làm 2 loại: phương pháp vật lý như bắn gen hay điện biến nạp (electroporation) và phương pháp tự nhiên, sử dụngAgrobaterium. Phát kiến về việc Agrobaterium tumefaciens có khả năng chuyển gene vào thực vật đã biến loài này trở thành một trong những công cụ quan trong nhất của Công nghệ sinh học thực vật.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Can we do better than Agrobacterium ? Can we do better than Agrobacterium ? Các phương pháp để đưa gene mới vào tế bào thực vật có thể chia làm 2 loại: phương pháp vật lý như bắngen hay điện biến nạp(electroporation) và phương pháptự nhiên, sử dụngAgrobaterium.Phát kiến về việc Agrobateriumtumefaciens có khả năng chuyểngene vào thực vật đã biến loài nàytrở thành một trong những công cụquan trong nhất của Công nghệsinh học thực vật.A. tumefaciens là loài vi khuẩn đất cókhả năng chèn gene của mình vàothực vật và sau đó sử dụng bộ máythực vật để biểu hiện các gene nàydưới dạng hợp chất dinh dưỡng chochúng. A. tumefaciens sẽ tạo ra cáckhối u thực vật gần điểm tiếp nối giữarễ và thân, gây ra những nốt sần ở cây(bệnh mụn cây-crown gall disease).Thập kỷ 70 là thời gian của hàng loạtnghiên cứu quan trọng về A.tumefaciens, tạo cơ sở cho phát minhvề chuyển gene thực vật sau này.Người ta phát hiện ra bộ gene của cáctế bào khối u ở thực vật có gắn 1 đoạnDNA từ vi khuẩn. Hơn thế, các DNAđược chuyển vào tế bào thực vật này(gọi là T-DNA: tranferred DNA) là 1phần của một phân tử DNA nhỏ nằmngoài NST của vi khuẩn. Phân tửDNA vi khuẩn này được gọilà Ti (tumor-inducing) plasmid (1,2).Thực vật bị thương sẽ ứa ra các hợpchất phenol, kích thích sự biểu hiệncủa gene vir(virulence gene) nằm trênTi-plasmid (3).Gene vir mã hóa chocác protein thực hiện việc cắt, chuyểnvà gắn T-DNA vào genome thựcvật. Một số gene nằm trên vùng T-DNA có khả năng điều khiển sự tổnghợp các hormone sinh trưởng nhưauxin, cytokinin và phytohormones,dẫn đến sự phân bào nhanh chóng ởcác tế bào chuyển gene (4), đây chínhlà lý do tế bào phát triển thành khối u(hay nốt sần).Đầu thập kỷ 80 có thể coi là thời đạihoàng kim của chuyển genbằng Agrobacterium khi người ta pháthiện ra rằng:- T-DNA, 1 đoạn của Ti plasmid, sẽtạo ra khối u thực vật và sự phát triểncủa khối u này sau đó không phụthuộc vào sự có mặt của agrobacterianữa.- T-DNA được xác định bởi 2 đầukhoảng 25 bp gọi là vùng biên (T-DNA borders), phần còn lại ngoàivùng biên sẽ không có chức năng gìtrong quá trình chuyển gene. Nhờ vậy,có thể loại bỏ khả năng gây hại của T-DNA bằng cách thay các gen tạo khốiu (oncogenes) nằm trong 2 đầu vùngbiên bằng các gene mong muốn. Khicác o ncogene bị loại bỏ, tế bào hoặcmô thực vật chuyển gene sẽ phát triểnbình thường và trong hầu hết cáctrường hợp, cho cây hữu thụ (5,6).- Các nghiên cứu về việc vận chuyểnT-DNA vào tế bào thực vật trở nên dễdàng hơn nhiều nhờ việc sử dụng cácmarker có thể chọn lọc và kiểm trađược cho quá trình xác định tế bàochuyển gen.Các nghiên cứu về Agrobactrium vàkhả năng tự nhiên của chúng trongviệc biến đổi vật chất sinh học của cáctế bào thực vật bị nhiễm đã giúp cácnhà khoa học thiết kế được nhữngphân tử giúp chuyển gene mong muốnvào tế bào thực vật. Các phân tử DNAkỹ thuật di truyền này được gọi chunglà các vector. Một hệ thống chuyểngen bằng Agrobacterium thuờng baogồm:- Một chủng Agrobacterium mangvùng vir và một T-DNA có chứa genmuốn chuyển. Vùng vir và T-DNA cóthể nằm trên cùng 1 vector hoặc trêncác vector riêng biệt.- T-DNA được chuyển vào tế bàohoặc mô thực vật và sau đó được gắnvào genome thực vật.- Gene chuyển biểu hiện trong tế bàothực vật.- Các tế bào hoặc mô chuyển gene táisinh thành cây hoàn chỉnh.Agrobacterium vẫn được coi là giốngvi khuẩn duy nhất có khả năng chuyểngene vào thực vật cho tới khi côngtrình của Broothaerts và cộng sự đượccông bố trên Nature tháng 2 năm2005 (7). Trong thời gian làm việc tạiViện CNSH, công việc hàng ngày củatôi là chuyển gen, chuyển gen vàchuyển gen .Thêm nữa hầu hết cácvector sử dụng đềucủa CAMBIA (Center for theApplication of Molecular Biology toInternational Agriculture), vì vậy khỏiphải nói tôi đã hứng thú thế nào khicó cơ hội tham dự buổi seminar củaRichard A. Jefferson, trưởng nhómnghiên cứu trên của CAMBIA, hỏihan và trao đổi thêm với ông nhữngngày sau đó.Trước đây, người ta đã từng chuyểnTi-plasmid vào các vi khuẩn khác đểxem thử nó có khả năng tạo khối uhay không. Khi được đưa vàoE.coli hay Pseudomonas aeruginosa,Ti-plasmid không có khả năng tạokhối u ở thực vật, nhưng khi đượcchuyển vào các vi khuẩn có quan hệrất gần với Agrobacterium như họRhizobiaceae, Ti-plasmid vẫn mangkhả năng này (8). Tương tự như cáckết quả đó, hệ thống chuyển gene nhờvi khuẩn hoạt động tốt nhất khi sửdụng các vi khuẩn gần gũivới Agrobaterium.Nhóm tác giả đã tạo ra được 1 hệthống chuyển gen ổn định cho 3 loàithực vật: thuốc lá, lúavà Arabidopsis khi sử dụng 3 chủngvi khuẩn thuộc 2 họ, Rhizobium sp.NGR234, Sinorhizobiummeliloti và Mesorhizobium loti. Họthu được rất nhiều cây thuốc lá, 1 câylúa và một vài cây A. thaliana chuyểngene. Kỹ thuật lai Southern cho thấyT-DNA đã được gắn vào genome câythuốc lá khi sử dụng cả 3chủng,A.thaliana và lúa khi sửdụng Sinor ...