Viện Nghiên cứu Ngô nghiên cứu thành công chuyển gen chịu hạn vào cây ngô

Sau hơn 2 năm triển khai đề tài “Nghiên cứu chuyển gen nâng cao tính chịu hạn vào một số dòng ngô bố mẹ đang được áp dụng trong SX”, Viện Nghiên cứu Ngô đã nghiên cứu thành công và làm chủ được nguồn vật liệu phục vụ chuyển gen; hệ thống môi trường thực hiện việc chuyển gen; xây dựng và hoàn thiện quy trình biến nạp thông qua vi khuẩn Agrobacterium, cũng như đã có các kết quả cụ thể về ngô chuyển gen được SX trên đồng ruộng.

Hiện tại, Viện Nghiên cứu Ngô đã xây dựng được quy trình tái sinh và xác định được 4 dòng ngô thuần có khả năng tái sinh cây rất cao phục vụ cho các thí nghiệm chuyển gen. Đây là những dòng ngô bố, mẹ đang tham gia vào một số giống ngô triển vọng tại Việt Nam.

Quan trọng nhất, Viện đã chuyển thành công ba gen chịu hạn bằng phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn vào ba nguồn vật liệu ngô của Việt Nam. Ba gen chịu hạn này gồm DREB2A, HVA1 và CspB, được Viện phân lập thành công từ các nguồn tự nhiên tại Việt Nam. Trong ba gen trên, DREB2A và HVA1 là các gen có khả năng chịu hạn và chịu mặn, còn CspB là gen có khả năng chịu nóng, cải thiện khả năng thụ phấn của ngô trong điều kiện nhiệt độ cao.

Đối với vật liệu nhận gen, trong quá trình nghiên cứu đã gặp khó khăn lớn bởi tỉ lệ tái sinh thông qua nuôi cấy phôi non của ngô thường rất thấp. Tuy nhiên, qua quá trình dày công chọn tạo và thí nghiệm đối với trên 1.300 dòng ngô trong nước, Viện đã tìm ra được 8 dòng ngô có khả năng tái sinh rất tốt thông qua nuôi cấy phôi non, trong đó 4 dòng có tỉ lệ tái sinh rất cao. Đây đều là các dòng ngô thuần là bố mẹ của các giống ngô lai của Viện Nghiên cứu Ngô.

Cụ thể đối với 8 dòng ngô triển khai nuôi cấy phôi non, tỉ lệ tạo mô sẹo (callus) đạt trung bình gần 32%, cao nhất đạt trên 70%; tỉ lệ cây tái sinh đạt trên 21%, cao nhất đạt trên 30%; tỉ lệ tạo cây hoàn chỉnh đạt gần 25%, cao nhất đạt gần 70%. Trong quá trình nghiên cứu chọn lọc dòng nuôi cấy phôi, Viện cũng đã nghiên cứu thành công hệ thống môi trường và điều kiện nuôi cấy…

Sau khi có các nguồn vật liệu gen cho và xác định được 4 dòng ngô có tỉ lệ tái sinh cao nhất, phôi non của các dòng này được thu hoạch sau thụ phấn 12 ngày, sau đó nuôi cấy trong môi trường thêm 7 ngày để tạo mô sẹo nhằm sử dụng làm mô đích để lây nhiễm với vi khuẩn Agrobacterium (các chủngAgrobacterium tái tổ hợp mang các vector pCAMBIA1300 biểu hiện thực vật chứa các cấu trúc gen Act1+HVA1, Ubi+DREB2A và 35S+modiCspB).

Kết quả quá trình biến nạp của 3 gen chịu hạn vào vật liệu là mô sẹo nhận gen thông qua vi khuẩn Agrobacteriumđã cho kết quả khả quan. Cụ thể: Tỉ lệ mô tái sinh thành cây ngô thế hệ T0 đối với gen ZmDREB2A đạt trung bình trên 12%; gen Gene HVA1 đạt trung bình 13,6% và gen CspB đạt 10,7%.

Kiểm tra bằng phương pháp PCR (giải trình tự gen) đối với ngô ở thế hệ T0 đã cho thấy kết quả bất ngờ khi tỉ lệ cây thế hệ T0 mang các gen chịu hạn rất cao, đạt từ 70% đến xấp xỉ 80%. Trong số các cây thế hệ T0 mang gen chịu hạn, đã có từ 5 – 7% số cây mang hữu thụ (tự thụ phấn thành công khi trưởng thành). Như vậy tính trung bình, hệ số biến nạp đối với các gen chịu hạn ở thế hệ T0 đã đạt 0,67% (trung bình 1.000 cây mang các gen chịu hạn, có 6,7 cây hữu thụ).

Kết quả này chứng tỏ, Viện Nghiên cứu Ngô đã chuyển thành công 3 gen chịu hạn DREB2A, HVA1 và CspB vào các nguồn vật liệu ngô tại Việt Nam, với tần số chuyển gen của các nguồn vật liệu đạt từ 0.28-1.27%.

Nguồn cây chuyển gen thế hệ T0 đã được gieo trồng và đánh giá thêm tính ổn định của các gen ở thế hệ T1, T2 và T3. Kết quả cho thấy, gen được cấy vào ngô đã hoạt động tốt và càng ngày càng có tính ổn định. Cụ thể ở thế hệ T1, tỉ lệ cây mang gen chuyển chịu hạn đạt trung bình từ 75-80%; đến thế hệ T2 và T3, tỉ lệ này đã nâng lên đạt trung bình từ 99,1% đến 99,7%. Theo Viện nghiên cứu Ngô, tỉ lệ này cho thấy ngô được chuyển gen chịu hạn ở thế hệ thứ 2 đã đạt độ ổn định theo các yêu cầu và tiêu chuẩn quốc tế hiện nay.

Cũng theo thông tin từ Viện Nghiên cứu ngô, từ nguồn cây đã chuyển gen thành công, Viện Nghiên cứu Ngô hiện đã tiến hành lai thử nghiệm 21 cặp lai có thành phần bố/mẹ mang gen chuyển. Kết quả đánh giá 15 cặp ở giai đoạn sinh trưởng phát triển trước trỗ cho thấy có 9 cặp có khác biệt so với đối chứng về một số tính trạng đặc trưng theo hướng tốt hơn như: Chiều cao cây cao hơn đối chứng; diện tích lá trước trỗ lớn hơn đối chứng; thời gian sinh trưởng dự đoán sớm hơn; đường kính thân to hơn đối chứng…

Đồng thời, không phát hiện cặp nào có tính trạng xấu hơn so với đối chứng. Điều này cho thấy, ngô được chuyển gen không làm mất đi tính trạng ban đầu, mà còn khiến một số tính trạng tốt hơn.

Với những kết quả như trên, đến thời điểm này có thể khẳng định công nghệ chuyển gen chịu hạn vào ngô đã được Viện Nghiên cứu Ngô tiến hành thành công. Được biết thời gian tới, Viện Nghiên cứu Ngô sẽ tiếp tục hoàn thiện những phần còn lại để hoàn tất công nghệ chuyển gen như: Tiến hành đánh giá khả năng chịu hạn của các dòng chuyển gen bằng phương pháp gây nhân tạo; kiểm tra khả năng tổng hợp protein của tế bào…

Theo Phòng Quản lý nguồn gen và an toàn sinh học,

Cục Bảo tồn đa dạng sinh học