Genome của giống khoai lang có phân tử Agrobacterium T-dnas biểu hiện các gen đích: một ví dụ chuyển gen thành công trên giống cây lương thực

Tác giả thông báo kết quả quan sát đáng chú ý về 291 mẫu giống khoai lang khảo nghiệm, tất cả có một hoặc nhiều trình tự của transfer DNA (T-DNA). Những trình tự này, biểu hiện trong một dòng khoai lang vô tính (giống khoai lang “Huachano”).

Giống này được phân tích chi tiết cho thấy sự lây nhiễm của vi khuẩn Agrobacterium xảy ra trong những thời điểm có tính chất tiến hóa. Một trong những phân tử T-DNAs tạm thời xuất hiện trong tất cả các dòng vô tính  của giống khoai lang trồng trọt, nhưng không có quan hệ với các loài hoang dại gần gủi, cho thấy rằng phân tử T-DNA điều khiển một tính trạng nào đó hoặc nhiều tính trạng đã được chọn lựa trong quá trình thuần hóa. Phát hiện này gây sự chú ý đặc biệt về tầm quan trọng của tương tác giữa cây trồng và vi khuẩn.

Phát hiện còn cho thấy khoai lang là loài cây trồng làm nguồn lương thực cho hàng triệu người, nó có thể thay đổi hệ biến hóa (paradigm) của nó để kiểm soát trạng thái “unnatural” (không có tính chất tự nhiên) của loài cây trồng transgenic.

Agrobacterium rhizogenes và Agrobacterium tumefaciens là những vi khuẩn ký sinh thực vật có khả năng làm vector chuyển các đoạn phân tử DNA [transfer DNA (T-DNA)] mang các gen có chức năng mong muốn vào genome cây chủ. Cơ chế xảy ra một cách tự nhiên như vậy được các nhà công nghệ sinh học cây trồng  phát triển ra các giống cây trồng biến đổi gen hiện nay được trồng khoảng 10% diện tích đất canh tác của thế giới, cho dù việc sử dụng này có thể có kết quả trái chiều.

Trong khi ấy người ta sử dụng các đoạn phân tử nhỏ mang tính chất can thiệp có thuật ngữ “small interfering RNAs”, hoặc siRNAs, của cây khoai lang phục vụ phân tích theo kỹ thuật metagenomic, tính chất đồng dạng theo trình tự gen đối với trình tự của T-DNA Agrobacterium spp. đã được khám phá. Kỹ thuật “simple and quantitative PCR”, phân tích Southern, thực hiện “genome walking”, và sử dụng thư viện BAC (bacterial artificial chromosome library) được áp dụng trong thanh lọc và giải trình tự một cách rõ ràng. Kết quả chứng minh rằng hai vùng T-DNA khác nhau (IbT-DNA1và IbT-DNA2) đều thể hiện trong genome của giống khoai lang trồng trọt (Ipomoea batatas [L.] Lam.). Những gen ngoại lai (foreign genes) này thể hiện ở mức độ có thể phát hiện được (detectable) trong các mô khác nhau của khoai lang. IbT-DNA1 được tìm thấy có tất cả bốn khung đọc mã giống nhau (ORFs: open reading frames) đối với các gen tryptophan-2-monooxygenase (iaaM), indole-3-acetamide hydrolase (iaaH), C-protein (C-prot), và agrocinopine synthase (Acs) của vi khuẩn Agrobacterium spp.

IbT-DNA1 được tìm thấy trong tất cả 291 giống khoai lang trồng trọt khảo nghiệm, nhưng không gần với các loài hoang dại. IbT-DNA2 có chứa ít nhất năm ORFs với sự đồng dạng có ý nghĩa (homology) đối với ORF14, ORF17n, locus qui định tạo rễ (Rol)B/RolC, ORF13, và ORF18/ORF17n của vi khuẩn A. rhizogenes. IbT-DNA2 được tìm thấy ở 45 giống trong số 217 mẫu giống khoai lang khảo nghiệm và loài khoai lang hoang dại. Theo đó, khoai lang đã được chuyển gen có tính chất tự nhiên; trong khi nó là loài lương thực nuôi sống hàng triệu người, nó có thể gây ảnh hưởng đến người tiêu dùng hôm nay, không nghi ngờ gì nữa về sự an toàn của cây trồng transgenic.

Xem chi tiết: http://www.pnas.org/content/112/18/5844.abstract