Tạo hoa hồng xanh bằng kỹ thuật RNAi

Vừa rồi hội nghị hoa hồng thế giới 2006 được tổ chức tại thành phố Osaka từ ngày 11-17/5/2006. Trong hội nghị ban tổ chức đưa ra triển lãm nhiều giống hoa hồng mới rất đẹp và ấn tượng. Tuy nhiên nổi trội nhất trong hộinghị lần này chính là hoa hồng xanh được tạo ra bằng kỹ thuật RNAi do sự hợp tác giữa các nhà khoa học của hai công ty Florigene và Suntory dưới sự trợ giúp về mắt kỹ thuật của Viện Khoa Học Kỹ Thuật Úc Châu (CSIRO). ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạo hoa hồng xanh bằng kỹ thuật RNAi Tạo hoa hồng xanh bằng kỹ thuật RNAi Vừa rồi hội nghị hoa hồng thế giới 2006 được tổ chức tại thành phố Osaka từ ngày 11-17/5/2006.Trong hội nghị ban tổ chức đưara triển lãm nhiều giống hoahồng mới rất đẹp và ấn tượng.Tuy nhiên nổi trội nhất trong hộinghị lần này chính là hoa hồngxanh được tạo ra bằng kỹ thuậtRNAi do sự hợp tác giữa các nhàkhoa học của hai công tyFlorigene và Suntory dưới sự trợgiúp về mắt kỹ thuật của ViệnKhoa Học Kỹ Thuật Úc Châu(CSIRO).Hoa hồng xanh có thể được coi làchén thánh (Holy Grail) của nhữngnhà lai tạo hoa hồng kể từ năm1840. Khi đó hiệp hội làm vườncủa Anh và Bỉ đã treo giải thưởng500.000 francs cho người đầu tiêntạo được hoa hồng màu xanh.Các nhà di truyền học phân tử củacông ty Florigene và Suntory đãđoạt được giải thưởng này, một giảithưởng đã từng làm nhụt chí biếtbao nhà lai tạo hoa hồng truyềnthống bằng cách kết hợp một ít yếutố cũ, một ít yếu tố mới, một ít yếutố vai mượn và cuối cùng là một ítyếu tố tạo ra màu xanh. Yếu tố tạora màu xanh trên hoa hồng chính làgen delphinidin mà các nhà ditruyền của công ty Florigene đãclone từ loài hoa păng-xê (Viola xwittrockiana) để tổng hợp trực tiếpmàu xanh trên cây hoa hồng. Yếutố vai mượn chính là gen iris nhằmtạo ra enzyme DFR (thedihydroflavonol reductase),enzyme này sẽ hoàn thành chu trìnhphản ứng tổng hợp delphinidin trênhoa hồng. Yếu tố mới chính là mộtgen nhân tạo. Gen này được tạo rabởi nhóm các nhà di truyền học củacông ty Suntory bằng một kỹ thuậtmới là RNA interference, viết tắtlà RNAi. Kỹ thuật này được tư vấnbởi viện CSIRO nhằm mục đích tắtsự hoạt động của gen hình thànhmàu đỏ trong hoa hồng. Chính gennày đã đánh bại những nổ lực củanhóm nghiên cứu Florigene nhằmlàm hoạt hóa chu trình delphinidintrong hoa hồng gần cả một thập kỷnay. Chính vì thế mà các nhà khoahọc của Suntory đã tạo ra một gen“câm lặng” để vượt qua sự khókhăn này bằng kỹ thuật RNAi. Kỹthuật RNAi là một hướng rất mớitrong nghiên cứu y sinh khoảng 25năm trở lại đây.Đội ngũ nghiên cứu của TS. PeterWaterhouse ở Viện CSIRO,Canberra, Úc đã đi tiên phongtrong việc sử dụng kỹ thuật RNAicho việc khám phá và ứng dụng cácchức năng của gen trong cây trồng.Mặc dù lúc đầu hình thái của hoahồng có màu hoa cà nhạt nhưng nólà hoa hồng đầu tiên trên thế giớicó khả năng di truyền tạo ra nhữnghoa hồng xanh thực sự làm cầu nốicho việc hình thành phổ màu trênhoa hồng từ màu xanh tái chuyểnsang màu xanh vùng Địa Trung Hảihay thậm chí là màu xanh nướcbiển. Như vậy có thể nói rằng đâylà loài hoa mang tình thương mạiđầu tiên trên thế giới được hìnhthành bằng kỹ thuật RNAi. Hoahồng xanh của Florigene là sự báotrước một tương lai tươi sáng chocác nhà nhân giống cây trồng trongthế kỷ 21.Hoa hồng xanh được tạo ra nhưthế nào?Trong cây trồng có một loại phântử được gọi là anthocyanin đượccoi là sắc tố chủ đạo trên hoa, tráivà các mô tế bào khác. Thôngthường các màu chính của hoa bắtnguồn từ anthocyanin với sự có mặtcủa một ít các chất carotenoidmàu vàng. Ngoài ra anthocyanindihydrokaempferol (DHK) lại làmột enzyme chi phối cho cả 3 chutrình hình thành sắc tố trên câytrồng bao gồm: cyanidin,pelargonidin và delphinidin. Gencyanidin mã hóa một enzyme làmthay đổi enzyme DHK nhằm hìnhthành chu trình cyanidin dẫn đếnbiểu hiện các màu đỏ, hồng haymàu tím hoa cà. Trong khi đó gendelphinidin không hiện diện trongcây hoa hồng sẽ mã hóa mộtenzyme khá tương đồng cho việcthay đổi enzyme DHK nhằm hìnhthành sự tổng hợp màu theo chutrình delphinidin. Một loại enzymekhác có tến gọi là dihydroflavinolreductase (DFR) sẽ hỗ trợ các màuchỉ chị trong cả ba chu trình trên(hình 1). Enzyme này rất quantrọng vì không có nó sẽ không thểtạo màu trên các cánh hoa. Chính vìvậy mà các đột biến gen DFR đềucho ra những hoa có màu trắng.Trong hoa hồng không có gendelphinidin để hình thành màu theochu trình của nó. Chu trìnhdelphinidin có thể hình thành màuđỏ hoặc xanh trên hoa dưới sự tácđộng của DRF và pH.Hình 1: Sơ đồ chu trình tổng hợpanthocyanin chỉ ra vai trò củadihydrokaempferol và ba nhánhchu trình hình thành nên các màukhác nhau. Khung màu đỏ là chutrình delphinidin góp phần hìnhthành màu xanh trên hoa hồng.Nguồn hình từ công ty Florigene(http://www.florigene.com/research/research.php)Trong suốt thế kỷ 20, các nhà laitạo hoa hồng đã tạo ra một loạt màuhoa lạ như hoa hồng màu lilac hayhoa hồng xám được coi là bướcđệm để tạo ra hoa hồng xanh. Tuynhiên chúng là những biến thể hiếmtừ chu trình cyanidin. Bơi vậychúng ta có thể hiểu rằng tại saoviệc lai tạo truyền thống không thểtạo ra hoa hồng xanh như mongmuốn bởi vì hoa hồng về mặt ditruyền không có gen để tạo ra chutrình delphinidin. Chính vì thế cácnhà khoa học Florigene đã đi mộtbước rất dài bằng việc clone gendelphinidin từ loài hoa dã yến thảovào năm 1991. Vào khoảng giữathập niên 1990 các nhà khoa học đãcó những kỹ thuật hoàn hảo choviệc lai tạo hoa hồng và tạo hoa từcác dòng tế bào nuôi cấy mô. Cũngtrong khoảng thời này, công tyFlorigene đã có giống hoa hồng đỏthẩm đầu tiên được làm từ gendelphinidin có tên gọi là“Cardinal”. Việc kết hợp gencyanidin và gen delphinidin đã tạora một giống hoa hồng màu đỏ tíarất ấn tượng. Dĩ nhiên nó khôngphải màu xanh nhưng về mặt kỹthuật đó là một bước tiến rất lớn.Chính vì thế để tạo ra một bônghồng màu xanh, các nhà nghiên cứuFlorigene cần một loại bông hồngtrắng trong đó gene DFR đã bị bấthoạt. Các nhà nghiên cứu của côngty Florigene thường hay tư vấn vớinhóm nghiên cứu của TS. PeterWaterhouse ở Viện CSIRO, ÚcChâu. Vào năm 2001TS.Waterhouse đã thảo luận việcsử dụng kỹ thuật RNAi nhằm ứcchế một gen mong muốn để sau đócó thể thay thế bằng một gen khác.Do đó các nhà khoa học của côngty Florigene ngay lập tức nhận rađược lợi ích của việc dùng kỹ thuậtRNAi nhằm ức chế hoạt đ ...