Nuôi cấy mô và tế bào

Nuôi cấy mô và tế bào Đầu thế kỷ 20, Haberlandt đã nhấn mạnh tính toàn năng của tế bào soma ở thực vật và chỉ ra khả năng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôi cấy mô và tế bào. Tuy nhiên, đến 50 năm sau việc tái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào đơn hoặc tế bào trần (protoplast) mới trở thành hiện thực. Nuôi cấy mô và tế bào là kỹ thuật nuôi cấy tế bào thực vật phân lập hay mảnh mô thực vật tách rời trên môi trường dinh dưỡng trong điều...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nuôi cấy mô và tế bào Nuôi cấy mô và tế bàoĐầu thế kỷ 20, Haberlandt đã nhấn mạnh tính toànnăng của tế bào soma ở thực vật và chỉ ra khảnăng tạo ra cây hoàn chỉnh bằng con đường nuôicấy mô và tế bào. Tuy nhiên, đến 50 năm sau việctái sinh cây hoàn chỉnh từ tế bào đơn hoặc tế bàotrần (protoplast) mới trở thành hiện thực.Nuôi cấy mô và tế bào là kỹ thuật nuôi cấy tế bàothực vật phân lập hay mảnh mô thực vật tách rờitrên môi trường dinh dưỡng trong điều kiện vôtrùng. Sau đó, các mô cấy được cho tái sinh thànhcây hoàn chỉnh. Người ta đã xây dựng được cácquy trình tương đối hoàn chỉnh để tái sinh cây chomột số loài như thuốc lá, khoai tây, mía, hoa lan,một số cây ăn quả v.v. Đối với phần lớn cây trồngtrên đồng ruộng, như bông và đậu lấy hạt thì việcthiết lập các quy trình để áp dụng rộng rãi khó hơnnhiều. Ở những loài cây này tần số tái sinh thấp vàkết quả tái sinh từ nuôi cấy không chỉ thay đổi theoloài mà còn phụ thuộc vào kiểu gene trong một loài,nguồn mô cấy, tuổi và sức khoẻ của mô cấy, môitrường dinh dưỡng và nhiều yếu tố khác. Nhìnchung, công nghệ nuôi cấy mô và tế bào cho phépnhân nhanh những kiểu gene có giá trị hay vật liệuchọn giống trong một môi trường có kiểm soát. Mộtsố khả năng ứng dụng của nhân nhanh đối với câytrồng là: Nhân quy mô lớn kiểu gene dị hợp tử,nhân kiểu gene tự bất hợp, nhân bố mẹ bất dụctrong chương trình chọn giống lai, nhân vật liệusạch bệnh, bảo quản và trao đổi nguồn gene quốctế...Ở đây chỉ giới thiệu sơ lược một số kỹ thuật nuôicấy in vitro liên quan trực tiếp tới quá trình chọngiống.(1) Nuôi cấy phôi, noãn và thụ phấn in vitroCác nhà chọn giống chủ yếu đã và đang tận dụngbiến dị di truyền hiện có trong nguồn gene trồng trọtbằng cách sử dụng nhiều sơ đồ lai và chọn lọckhác nhau. Tuy nhiên với thâm canh và độc canh,một ít kiểu gene chọn lọc về những tính trạng có ýnghĩa kinh tế biến dị di truyền ngày một giảm trongnguồn gene trồng trọt. Thậm chí trong một sốtrường hợp, nguồn biến dị đối với một số tính trạngcó ý nghĩa kinh tế không đủ thoả mãn, ví dụ: tínhkháng bệnh vàng lụi, sâu đục thân, chịu mặn ởlúa...Để khắc phục những vấn đề nghiêm trọng ảnhhưởng đến năng suất, nhà chọn giống cần cónguồn gene kháng sâu bệnh từ các loài hoang dạithân thuộc hoặc không thân thuộc. Một khó khănlớn khi sử dụng các loài hoang dại để lai với câytrồng là tính bất hợp khi lai. Trong một số trườnghợp, các phôi lai từ các tổ hợp lai giữa các loài cóquan hệ xa nhau thường yếu và không có khả năngsống do sự cung cấp dinh dưỡng từ nội nhũ khôngđầy đủ và chúng thường bị chết trong một thời gianngắn sau khi hình thành hợp tử và không thể pháttriển thành hạt có khả năng sống. Vì vậy, nuôi cấyphôi hay cứu phôi là một phương pháp để khắcphục hàng rào bất hợp, bảo đảm để phôi non sinhtrưởng, nảy mần, và phát triển thành cây con.Thông qua sử dụng phương pháp này người ta đãtạo ra nhiều con lai khác loài ở nhiều loại cây trồngnhư lúa mì, lúa nước, đại mạch, bông, đậu, đỗ, cácloài cây ăn quả, cây cảnh và nhờ vậy nhiều gene cóích đã được chuyển vào cây trồng.Noãn đã thụ tinh đôi khi được nuôi cấy để cứu phôitừ các tổ hợp lai xa mà không cần tách phôi ra khỏinoãn. Noãn chứa phôi lai non được tách ngay saukhi thụ tinh trong điều kiện vô trùng rồi nuôi cấy trênmôi trường dinh dưỡng. Bằng con đường nuôi cấynoãn phôi có thể nuôi cấy ở giai đoạn sớm hơn sovới nuôi cấy phôi tách rời. Hơn nữa, phôi phát triểntrong noãn có môi trường hoá học và lý học thuậnlợi hơn phôi nuôi cấy bên ngoài noãn.Thụ phấn và thụ tinh in vitro gồm việc thu nhậpnoãn chưa thụ tinh, cấy noãn trên môi trường dinhdưỡng trong điều kiện vô trùng, và thụ phấn chonoãn với các hạt phấn tươi. Ống phấn xuyên quathành noãn và túi phôi sẽ thụ tinh cho tế bào trứng.Phương pháp này đã được áp dụng để tạo con laigiữa các loài mà ống phấn không thể sinh trưởngvà xuyên vào noãn bình thường sau khi thụ phấn.(2) Nuôi cấy bao phấn và sản xuất cây đơn bội:Trong phần lớn các chương trình chọn giống việctạo giống mới cải tiến bao gồm việc gieo trồng quầnthể F2 lớn và chọn lọc các dòng mong muốn trongcác thế hệ phân ly từ F2 đến F7 để cuối cùng tạo racác dòng đồng hợp tử. Nuôi cấy bao phấn hay hạtphấn là một kỹ thuật hữu hiệu để tạo ra các dòngđồng hợp tử ngay từ thế hệ đầu tiên (dòng đơn bộikép), do đó tiết kiệm nguồn lực và rút ngắn thờigian cần thiết để tạo ra giống mới.Nuôi cấy bao phấn là kỹ thuật nuôi cấy in vitro cácbao phấn chứa tiểu bào tử hay hạt phấn chưathành thục trên môi trường dinh dưỡng để tạo racây đơn bội. Số nhiễm sắc thể của cây đơn bộiđược nhân đôi để tạo ra cây lưỡng bội đồng hợp tửhoàn toàn, gọi là thể đơn bội kép. Việc nuôi cấy baophấn rất có ích đối với nhà chọn giống vì thế đơnbội kép có thể được sử dụng để làm các dòngthuần ở cả cây tự thụ phấn và cây giao phấn. Thờigian cần thiết để tạo ra một giống hay một dòng tựphối bằng phương pháp đơn bội kép được rút ngắnnhiều thế hệ so với phương pháp truyền thống. Cácdòng đơn bội kép tạo ra cơ hội duy nhất để cảithiện hiệu quả chọn lọc đối với nhiều tính trạng vìtrong quần thể không có phương sai trội, đồng thờigene lặn cũng biểu hiện ra kiểu hình. Kỹ thuật nàyđã được áp dụng thành công ở Trung Quốc trongviệc tạo ra giống lúa và lúa mì. Tuy nhiên, hạn chếtrong việc áp dụng rộng rãi phương pháp này là khảnăng nuôi cấy khó và tính đặc thù cao của kiểugene. Ví dụ, các nhà chọn giống lúa Indica khôngthể sử dụng kỹ thuật này có hiệu quả bằng các nhàchọn giống lúa Japonica do các kiểu gene Indicakhó nuôi cấy hạt phấn còn bị ảnh hưởng bởi giaiđoạn phát triển của bao phấn, điều kiện sinh lý củacây cho phấn, điều kiện xử lý trước khi nuôi cấy,môi trường dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy và hiệuquả lưỡng bội hoá bằng colchicine.(3) Biến dị dòng soma và chọn lọc dòng tế bào:Ban đầu nuôi cấy mô được sử dụng làm kỹ thuậtmới để tạo sinh khối và phương pháp nhân giống lýtưởng để sản xuất hàng loạt cây dồng nhất và nhưbố mẹ ban đầu củ ...