Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen phát triển giống cây đậu tương

TMO - Chỉnh sửa gen là một ứng dụng nổi bật của công nghệ sinh học trong nông nghiệp. Do đó, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ sinh học đã nghiên cứu và làm chủ công nghệ chỉnh sửa hệ gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas, từ đó giảm đường khó tiêu trong hạt của giống đậu tương Việt Nam.

Cụ thể, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Sinh học (trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene giúp giảm 50% lượng đường khó tiêu trong đậu tương. Từ phương pháp chọn giống dựa trên kỹ thuật gây đột biến truyền thống đến chuyển gen, hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã áp dụng hệ thống CRISPR/Cas.

Phương pháp này cho phép họ thêm hay xóa một đoạn gen, tùy chỉnh mức độ biểu hiện của gen đích, hay thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể… theo chủ đích, với độ chính xác cao. Hệ thống CRISPR/Cas đang được xem là công cụ hiệu quả và chính xác nhất trong công tác cải tạo giống cây trồng.  Đại diện Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ sinh học (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) cũng là đại diện nhóm nhà khoa học đã phát triển và ứng dụng thành công các hệ thống CRISPR/Cas trong nghiên cứu cơ bản.

Các kết quả nghiên cứu được xuất bản trên nhiều tạp chí quốc tế uy tín, đã khẳng định thành công của nhóm. Một số kết quả nghiên cứu đã được đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ và có tiềm năng ứng dụng trong thực tế sản xuất. Trong định hướng nghiên cứu cơ bản, các nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ sinh học đã phát triển các hệ thống đánh giá nhanh hiệu quả hoạt động của cấu trúc chỉnh sửa gen.

Kết hợp với nhóm nghiên cứu tại Đại học Việt Pháp (USTH), các nhà nghiên cứu của hai đơn vị đã ứng dụng thành công hệ thống CRISPR/Cas9 trong nghiên cứu chức năng gen liên quan tới hình thành lông hút trên rễ cây dưa chuột, gen có vai trò tới phát triển bộ rễ, khả năng hấp thụ lân trên cây lúa…Với định hướng ứng dụng, các nhà nghiên cứu công nghệ sinh học đã hợp tác với chuyên gia tại Đại học Missouri (Hoa Kỳ), Viện nghiên cứu IPK (Đức) để ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 và tạo đột biến định hướng gen liên quan tới sinh tổng hợp đường khó tiêu trên cây đậu tương, từ đó làm giảm đường khó tiêu trong hạt của giống đậu tương Việt Nam.

Việc giảm hàm lượng đường khó tiêu giúp nâng cao hiệu suất tiêu hóa, tăng cường giá trị dinh dưỡng từ các sản phẩm đậu tương. Kết quả nghiên cứu này đã được cấp bằng sáng chế bởi Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học - Công nghệ).  Cụ thể, ứng dụng chỉnh sửa gen, gây đột biến trên giống đậu tương ĐT26, cho ra đời giống đậu mới có hàm lượng đường khó tiêu giảm từ 30 - 50%.

Các nhà khoa học đã ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene giúp giảm 50% lượng đường khó tiêu trong đậu tương. (Ảnh minh hoạ).

Giống đậu này đang được khảo nghiệm trong nhà lưới qua các vụ để đánh giá tính ổn định gen di truyền. Thời gian tới, các nhà khoa học sẽ khảo nghiệm giống đậu mới trên đồng ruộng có kiểm soát. Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu do Bộ NN&PTNT hỗ trợ, nhóm nghiên cứu công nghệ sinh học kết hợp với các thành viên từ Viện Di truyền nông nghiệp đã phát triển các dòng đậu tương đột biến hàm lượng dinh dưỡng Omega-9 (oleic axit) tăng vọt trên 80%, so với giống gốc chỉ 20%.

Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các kết quả nghiên cứu trước đây của giống đậu tương chỉnh sửa gen của Mỹ và Trung Quốc đã được thương mại hóa gần đây. Tiếp nối thành công đó, nhóm nghiên cứu tiếp tục ứng dụng công nghệ này để tạo đột biến đa gen trên giống đậu tương ĐT26, tạo ra các dòng cây kháng bệnh phấn trắng. Cũng trong định hướng nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp, nhóm nghiên cứu đã thành công tạo đột biến định hướng gen bZIP1 trên cây cà chua.

Kết quả cho thấy, các dòng cà chua đột biến có hàm lượng đường trong quả cao hơn giống gốc, đặc biệt hàm lượng amino axit tăng mạnh trong quả. Đại diện nhóm nghiên cứu khẳng định, điều quan trọng nhất là nhóm đã quan sát, tính trạng nông - sinh học vốn có của cây đậu tương vẫn duy trì qua nhiều thế hệ, không bị thay đổi. Đồng thời kỳ vọng những giống cây này sẽ sớm được phục vụ sản xuất thực tiễn cho bà con nông dân.

Những thành công này mở ra cơ hội hợp tác hơn nữa giữa các nhà khoa học tại Viện Công nghệ sinh học với các đối tác trong lĩnh vực nghiên cứu, phát triển công nghệ và phát triển sản phẩm trong thời gian tới. Bên cạnh đó, một số sản phẩm tiềm năng đã được tạo ra làm nguyên liệu cho các nghiên cứu tiếp theo cũng như có thể ứng dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất.

Với sự hợp tác rộng rãi với các nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ sinh học đã phát triển và làm chủ công nghệ chỉnh sửa hệ gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas.

Việt Nam là quốc gia có nền nông nghiệp phát triển mạnh mẽ nhưng cũng đang đối mặt với những thách thức lớn từ biến đổi khí hậu và môi trường. Tuy nhiên, sự tiến bộ của công nghệ sinh học, đặc biệt là công nghệ chỉnh sửa gen nói chung và chỉnh sửa gen trên cây đậu tương nói riêng đã góp phần giúp ngành nông nghiệp Việt Nam mở ra những cơ hội mới để tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Việc ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen trong nông nghiệp chắc chắn là xu hướng đáng chú ý của nông nghiệp Việt Nam trong tương lai.

Khánh Chi