Trang chủChỉnh sửa gen là việc thực hiện các thay đổi có chủ đích trong bộ gen của một sinh vật, bao gồm chèn, xóa, biến đổi hoặc thay thế các trình tự gen. Trong trường hợp chèn và thay thế, trình tự/đoạn gen đó có thể đến từ cùng một loài (cis) hoặc khác loài (trans). Việc chỉnh sửa gen được thực hiện bằng cách sử dụng các endonuclease đặc hiệu và chủ yếu thuộc bốn nhóm sau: Meganuclease, Nuclease ngón tay kẽm (ZFN), Nuclease giống tác nhân hoạt hóa phiên mã (TALEN) và hệ thống CRISPR/Cas9.
Nuclease định hướng điểm (SDN) tận dụng cơ chế sửa chữa tự nhiên của tế bào để chỉnh sửa gen. Các loại chỉnh sửa bao gồm SDN1 – sửa chữa tự phát đứt gãy sợi đôi dẫn đến lượng chèn/xóa nhỏ (indels); SDN2 – sửa chữa đứt gãy sợi đôi sử dụng một mẫu nucleotide nhỏ khớp với trình tự xung quanh điểm đứt gãy; SDN3 – sửa chữa vùng đứt gãy sử dụng một trình tự mẫu, qua đó tích hợp vật liệu di truyền mới. SDN-1 và SDN-2 thường không dẫn đến việc chèn ADN ngoại lai. Trong khi đó, SDN3 có thể bao gồm việc chèn ADN cùng hoặc khác loài tại điểm đích, tương tự như quá trình chuyển gen cùng lợi thế chèn vật liệu di truyền tại điểm đích. Khác với cách nhân giống cây trồng truyền thống và tạo đột biến ngẫu nhiên, những cải tiến trong nhân giống cây trồng đảm bảo quá trình nhân giống nhanh chóng, chính xác và không phát sinh các đặc tính không mong muốn.
Nguồn dữ liệu khổng lồ về trình tự gen của nhiều giống và loài cây trồng khác nhau đã được tạo ra và có thể sử dụng trong chỉnh sửa các gen với chủ đích tăng cường hoặc chỉnh sửa chức năng của chúng, từ đó cải tiến giống cây trồng. Những cải tiến dựa trên chỉnh sửa gen có thể làm lợi cho người nông dân (năng suất, khả năng kháng bệnh, chống chịu thuốc diệt cỏ, chống chịu các stress phi sinh học, ra hoa và chín trái), giúp nâng cao giá trị thương mại (tăng sinh khối, các tính trạng tốt cho chế biến hoặc tính bất dục trong sản xuất giống lai) và cải tiến các tính trạng tiêu dùng (tăng hàm lượng dinh dưỡng, giảm độc tố và các chất gây dị ứng).
Cây trồng chỉnh sửa gen đầu tiên được thương mại hóa là đậu nành nhằm mục đích giảm chất béo bão hòa và loại bỏ chất béo chuyển hóa, khởi đầu cho một loạt các cây lương thực chỉnh sửa gen khác dự kiến sẽ ra mắt thị trường trong tương lai gần như ngô nếp, lúa chống chịu stress, lúa mì kháng bệnh, cà chua quả nhỏ ra hoa nhanh, lúa và sắn kháng thuốc diệt cỏ cũng như khoai tây và lúa mì có hàm lượng gluten thấp với các đặc điểm phù hợp cho chế biến. Những ví dụ trên cùng các nghiên cứu đã và đang tiến hành cho thấy chỉnh sửa gen là một công cụ phù hợp để vượt qua các rào cản trong quá trình nhân giống bằng cách khai thác hiệu quả nguồn giống đa dạng. Chỉnh sửa gen cũng có thể mở ra các phương án khả thi giúp bảo tồn đa dạng sinh học. Các quốc gia trong khu vực châu Á – Thái Bình Dương đang trong quá trình xây dựng và ban hành các chính sách, quy định chính thức về sinh vật và sản phẩm chỉnh sửa gen. Với chi phí thấp và yêu cầu hạ tầng cơ bản, chỉnh sửa gen là phương án lý tưởng giúp cải tiến các giống cây trồng ngách với diện tích trồng nhỏ, từ đó làm lợi cho các hộ trồng nhỏ tại những quốc gia này. Nhanh chóng ứng dụng công nghệ có thể là câu trả lời cho hai vấn đề thường gặp ở khu vực châu Á – Thái Bình Dương: biến đổi khí hậu và tăng trưởng kinh tế – xã hội.
Các công nghệ chỉnh sửa gen hiện được sử dụng rộng rãi nhất chỉ đòi hỏi một khoản đầu tư nhỏ, có thể dễ dàng ứng dụng trong một loạt các thí nghiệm, tương thích với các kỹ thuật thí nghiệm hiện có và mang đến kết quả nhanh hơn nhiều so với các kỹ thuật khác như nhân giống chọn lọc hay tạo đột biến.
Trong bối cảnh dân số ngày càng tăng nhanh, biến đổi khí hậu khó lường và xuất hiện những bệnh dịch mới, tất cả các yếu tố này đe dọa tới nền an ninh lương thực toàn cầu. Chính vì vậy, cả xã hội đều quan tâm tới những lĩnh vực khoa học, sáng tạo công nghệ mang đến sự thay đổi quan trọng trong cuộc sống của con người và tạo ra sự phát triển bền vững cho tương lai. Công nghệ chỉnh sửa gen là một thành tựu mang tính đột phá của khoa học, đóng góp rất lớn cho các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong những năm qua. Nhờ vậy, giải Nobel về Hóa học đã được trao tặng hai nhà khoa học nữ đặt nền móng cho việc ứng dụng thành công hệ thống CRISPR/Cas trong nghiên cứu chỉnh sửa hệ gen vào năm 2020. Hiện nay, công nghệ này được xem là phương pháp hiệu quả nhất sử dụng trong cải tạo giống cây trồng bởi nó cho phép tạo ra các đột biến theo định hướng, có thể tác động tới nhiều gen cùng một lúc và đặc biệt là các đột biến không mang theo bất cứ trình tự DNA ngoại lai trong hệ gen. Kể từ khi được khám phá vào năm 1987, CRISPR/Cas đang được ứng dụng rộng rãi trên nhiều đối tượng nghiên cứu khác nhau như vi sinh vật, thực vật, động vật và cả trên tế bào người.
Sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen, giúp giảm hàm lượng asparagin (hoạt chất có thể chống ung thư – PV) trong lúa mì, thế hệ lúa mì cải tiến sẽ mang lại lợi ích cho người tiêu dùng khi có thể giảm bớt nguy cơ tiếp xúc của họ với với acrylamide (acrylamide được coi là chất gây ung thư nghề nghiệp tiềm tàng của các cơ quan chính phủ Hoa Kỳ và được IARC xếp vào nhóm chất gây ung thư 2A) từ chế độ ăn uống.
Đồng thời, cây trồng mới này cũng giúp các cơ sở kinh doanh thực phẩm dễ dàng hơn trong việc tuân thủ các quy định liên quan tới hàm lượng của acrylamide cũng như vấn đề dinh dưỡng trong sản phẩm khi đưa ra thị trường.
Lợi ích của chỉnh sửa gen trong ngành nông nghiệp:
– Tăng giá trị cho các khoản đầu tư nghiên cứu và phát triển;
– Phá bỏ di truyền tính trạng không mong muốn;
– Kết quả sản lượng tương đương với biến dị di truyền tự nhiên hoặc phương pháp nhân giống truyền thống;
– Kiểm tra các bệnh di truyền và bệnh do vector truyền bệnh;
– Đa dạng hóa cây trồng;
– Giảm diện tích đất dùng trong nông nghiệp;
– Tăng tính đa dạng không chỉ giới hạn những gì giảm phân, tái tổ hợp có thể mang lại;
– Có thể bổ sung các tính trạng đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng;
– Tạo ra các giống cây trồng thích ứng với môi trường thay đổi (giống cây thích ứng với khí hậu);
– Tăng năng suất;
– Cho phép phát triển cây lâu niên.
Nhân giống cây trồng đã và đang giúp nâng cao sản lượng, khả năng kháng sâu bệnh hại cũng như khả năng chống chịu hạn và biến đổi khí hậu, đồng thời cải thiện mùa màng. Chỉnh sửa gen có thể giúp cải thiện hiệu quả và tính chính xác trong nhân giống, có tiềm năng làm lợi cho người nông dân, tăng cường các tính trạng mang lại giá trị thương mại và giá trị cho người tiêu dùng, có tác động tích cực to lớn đối với ngành trồng trọt./.
NBCA