Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen để cải tạo tính trạng mùi thơm và kháng bạc lá trên một số giống lúa chủ lực của Việt Nam
Lúa gạo (Oryza sativa L.) là cây lương thực chính và là mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Việt Nam cũng là quốc gia có sản lượng gạo xuất khẩu lớn thứ 2 thế giới, chỉ sau Thái Lan. Sản xuất lúa gạo có ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống của trên 70% dân số làm nông nghiệp ở Việt Nam, có vai trò rất lớn tới nền kinh tế và an ninh lương thực của đất nước. Tuy nhiên, sản xuất lúa gạo ở Việt Nam đang chịu những thiệt hại rất lớn bởi các yếu tố môi trường bất lợi và dịch bệnh do hậu quả của biến đổi khí hậu toàn cầu những năm gần đây
Ở miền Bắc, giống lúa Bắc thơm 7 (BT7) là một trong những giống chủ lực có rất nhiều ưu điểm như chất lượng gạo thơm, ngon, năng suất cao nhưng lại rất mẫn cảm với bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra, dẫn đến năng suất bị ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt là trong vụ Mùa. Vì vậy, nghiên cứu chọn tạo giống lúa BT7 kháng bệnh bạc lá là yêu cầu rất cấp thiết, giúp đảm bảo tính bền vững và hiệu quả của sản xuất lúa gạo khu vực phía Bắc.
Vài năm gần đây, chọn giống chính xác (precision plant breeding) đã trở thành một xu hướng mới trong nghiên cứu chọn giống cây trồng. Một trong những công cụ quan trọng nhất của công nghệ chọn giống chính xác là kĩ thuật gây đột biến chính xác bằng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Công nghệ CRISPR/Cas9 cho phép tạo đột biến có lợi ở bất cứ vị trí mong muốn nào trong hệ gen, từ đó cải tiến tính trạng nông sinh học quý trên các giống cây trồng, bao gồm cả lúa gạo. Chính vì vậy, công nghệ chỉnh sửa hệ gen CRISPR/Cas9 hiện đang được xem là một bước phát triển mang tính đột phá trong việc cải tiến các tính trạng nông sinh học trong khoa học chọn giống cây trồng.
Từ các thực tế nêu trên, nhóm nghiên cứu của TS. Cao Lệ Quyên tại Viện di truyền nông nghiệp đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen để cải tạo tính trạng mùi thơm và kháng bạc lá trên một số giống lúa chủ lực của Việt Nam” trong thời gian từ năm 2017 đến năm 2020.
Mục tiêu chung của đề tài là ứng dụng thành công công nghệ chỉnh sửa gen để tạo tính trạng kháng bạc lá phổ rộng và cải tiến mùi thơm của một số giống lúa chủ lực của Việt Nam.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã đạt được, đề tài đã rút ra một số kết luận như sau:
- Đã xây dựng thành công quy trình chuyển gen vào lúa BT7 và giống lúa OM5451 thông qua vi khuẩn A. tumefaciens, sử dụng phôi trưởng thành. Quy trình chuyển gen tối ưu có hiệu suất chuyển gen đạt 22,53% (đối với giống BT7) và 1,46% (đối với giống OM54541).
- Đã thiết kế thành công 01 bộ vector chuẩn phục vụ chỉnh sửa gen trên lúa, bao gồm vector “cho” mang cấu trúc biểu hiện sgRNA điều khiển bởi promoter OsU6 và vector “nhận” mang cấu trúc biểu hiện Cas9 được điều khiển bởi promoter Ubiquitin. Đã thiết kế thành công 07 vector chuyển gen mang cấu trúc biểu hiện phức hệ protein-RNA chỉnh sửa SW14-BT của giống lúa BT7 (pCas9/gRNA-SW14) và chỉnh sửa OsBADH2 của giống lúa OM5451 (pHUbi-Cas9-7/b2.1, pH-Ubi-Cas9-7/b2.2, pH-Ubi-Cas9-7/b2.3, pH-Ubi-Cas9- 7/b2.4, 130 pH-Ubi-Cas9-7/b2.5 và pH-Ubi-Cas9-7/b2.6).
- Đã tạo được 3 dòng lúa BT7 (1.12.07, 1.15.21, 3.01.19) chỉnh sửa gen mang đột biến SW14-BT dạng đồng hợp, không chứa cấu trúc T-DNA trên hệ gen. Ba dòng lúa (1.12.07, 1.15.21, 3.01.19) kháng hoàn toàn (điểm 1-2) với isolate Xoo VXO_11, hai dòng lúa (1.12.07 và 3.01.19) kháng nhẹ với isolate VXO_96. Các dòng lúa chỉnh sửa gen có một số đặc điểm nông học về năng suất và chất lượng tương đương giống lúa BT7 đối chứng không chỉnh sửa gen.
- Đã tạo được 2 dòng lúa OM5451 (b2.6-3-5-2-2 và b2.2-3-7-2-3) chỉnh sửa gen mang đột biến OsBDAH2 dạng đồng hợp, không chứa cấu trúc T-DNA trên hệ gen, có mùi thơm được cải tiến và tương đương với giống đối chứng OM6162 (điểm 1). Các dòng lúa chỉnh sửa gen có một số đặc điểm nông học về năng suất và chất lượng tương đương giống lúa OM5451 đối chứng không chỉnh sửa gen.
Công nghệ chỉnh sửa hệ gen CRISPR/CAS9 làm một công nghệ rất mới đối với cả Việt Nam và thế giới, đặc biệt trong lĩnh vực sinh học nông nghiệp. Việc ứng dụng thành công công nghệ này vào cải tạo giống cây trồng trong sản xuất để tạo ra tính trạng mong muốn là một bước đột phá về mặt khoa học ở Việt Nam. Nghiên cứu sử dụng công nghệ mới, được thực hiện một các bài bản trên cơ sở những nghiên cứu cơ bản, theo hướng ứng dụng cao sẽ góp phần nâng cao kinh nghiệm nghiên cứu trong nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng có năng suất, chất lượng cao, kháng bệnh phổ rộng, từ đó giúp nâng tầm khoa học trong nước đối với bạn bè quốc tế
Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18650/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
