Giáo án công nghệ chuyển gen

165 1.1K 6
Giáo án công nghệ chuyển gen

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Giáo án công nghệ chuyển gen

TRẦN QUỐC DUNG (Chủ biên) NGUYỄN HOÀNG LỘC-TRẦN THỊ LỆ CÔNG NGHỆ CHUYỂN GEN (ÐỘNG VẬT, THỰC VẬT) Huế, 2006 Mở đầu Mục đích cơng tác chọn giống nhân giống cải tiến tiềm di truyền trồng, vật nuôi nhằm nâng cao suất, hiệu sản xuất nông nghiệp Trong công tác cải tạo giống cổ truyền chủ yếu sử dụng phương pháp lai tạo chọn lọc để cải tạo nguồn gen sinh vật Tuy nhiên, trình lai tạo tự nhiên, lai thu qua lai tạo chọn lọc cịn mang ln gen khơng mong muốn tổ hợp hai nhiễm sắc thể đơn bội giao tử đực giao tử Một hạn chế việc lai tạo tự nhiên thực cá thể loài Lai xa, lai khác lồi gặp nhiều khó khăn, lai thường bất thụ sai khác nhiễm sắc thể số lượng lẫn hình thái bố mẹ, cấu tạo quan sinh dục, tập tính sinh học lồi khơng phù hợp với Gần đây, nhờ thành tựu lĩnh vực DNA tái tổ hợp, công nghệ chuyển gen đời cho phép khắc phục trở ngại nói Nó cho phép đưa gen mong muốn vào động vật, thực vật để tạo giống vật nuôi, trồng , kể việc đưa gen từ giống sang giống khác, đưa gen loài vào loài khác Bằng kỹ thuật tiên tiến nêu công nghệ sinh học đại, vào năm 1982 Palmiter cộng chuyển gen hormone sinh trưởng chuột cống vào chuột nhắt, tạo chuột nhắt “khổng lồ“ Từ đến hàng loạt động vật nuôi chuyển gen tạo thỏ, lợn, cừu, dê, bò, gà, cá Trong hướng nhà nghiên cứu tập trung vào mục tiêu: tạo động vật chuyên sản xuất protein quí phục vụ y học; tạo động vật có sức chống chịu tốt (chống chịu bệnh tật, thay đổi điều kiện môi trường ); tạo vật ni có tốc độ lớn nhanh, hiệu suất sử dụng thức ăn cao, cho suất cao chất lượng sản phẩm tốt Ðộng vật chuyển gen cịn sử dụng làm mơ hình thí nghiệm nghiên cứu bệnh người để nhanh chóng tìm giải pháp chẩn đoán điều trị bệnh hiểm nghèo ung thư, AIDS, thần kinh, tim mạch Những bước phát triển công nghệ chuyển gen vào thực vật bắt nguồn từ thành công công nghệ chuyển gen vào động vật Kể từ năm 1984, lúc người ta bắt đầu tạo trồng chuyển gen đến có bước tiến lớn Nhiều trồng quan trọng chuyển gen đời lúa, ngơ, lúa mì, đậu tương, bơng, khoai tây, cà chua, cải dầu, đậu Hà Lan, bắp cải Các gen chuyển gen kháng vi sinh vật, virus gây bệnh, kháng côn trùng phá hại, gen cải tiến protein hạt, gen có khả sản xuất loại protein mới, gen chịu hạn, gen bất thụ đực, gen kháng thuốc diệt cỏ Triển vọng công nghệ chuyển gen lớn, cho phép tạo giống vật nuôi, trồng mang đặc tính di truyền hồn tồn mới, có lợi cho người mà chọn giống thông thường phải trông chờ vào đột biến tự nhiên, luôn có Ðối với phát triển cơng nghệ sinh học kỷ XXI cơng nghệ chuyển gen có vị trí đặc biệt quan trọng Có thể nói cơng nghệ chuyển gen hướng công nghệ cao công nghệ sinh học đại phục vụ sản xuất đời sống I Một số khái niệm Chuyển gen Chuyển gen (transgenesis) đưa đoạn DNA ngoại lai vào genome thể đa bào, sau đoạn DNA ngoại lai có mặt hầu hết tế bào truyền lại cho hệ sau Vì khái niệm chuyển gen sử dụng cho thực vật động vật Nấm men, vi khuẩn tế bào nuôi cấy mang đoạn DNA ngoại lai gọi tế bào tái tổ hợp (recombinant cell) tế bào biến nạp (transformed cell) Chuyển gen khác với liệu pháp gen (gene therapy) Có trường hợp tế bào mầm không mang DNA ngoại lai Thuật ngữ liệu pháp gen mầm (germinal gene therapy) sử dụng Liệu pháp gen mầm chưa thử nghiệm người Các tế bào mầm mang DNA ngoại lai truyền lại cho hệ sau Về mặt lịch sử, thuật ngữ GMO (genetically modified organism)-sinh vật biến đổi gen, sử dụng chủ yếu để thực vật chuyển gen gieo trồng để cung cấp lương thực, thực phẩm cho người động vật Logic xác hơn, GMO đề cập tới tất thể sống biến đổi di truyền, bao gồm vi sinh vật Thuật ngữ GMP (genetically modified plant)thực vật biến đổi gen GMA (genetically modified animal)- động vật biến đổi gen sử dụng Trong thực tế, đoạn DNA ngoại lai sử dụng để tạo sinh vật chuyển gen hầu hết gen ln có sẵn trình tự phù hợp với promoter làm cho biểu thành RNA, nói tổng quát protein Sản phẩm phiên mã gen RNA không dịch mã thành protein Ðây trường hợp RNA ngược hướng (antisense RNA), rybozyme gen phiên mã RNA polymerase I III Không thiết DNA ngoại lai luôn hợp vào genome sinh vật chuyển gen DNA ngoại lai tồn thể mà khơng hợp vào genome Một đoạn DNA tự nhanh chóng bị loại trừ chu trình tế bào khơng có khả tái truyền lại cho tế bào Tuy nhiên lý thuyết trì đoạn DNA ngoại lai nhiễm sắc thể nhỏ (minichromosome) có khả tự tái có mặt tế bào Một số genome virus có đặc tính này, ví dụ virus herpes Một vài đoạn nhiễm sắc thể thường tìm thấy tế bào khối u, nhiễm sắc thể tồn thời gian ngắn, mang yếu tố tái truyền cho tế bào Ðộng vật (Thực vật) chuyển gen Ðộng vật (Thực vật) chuyển gen động vật (thực vật) có gen ngoại lai (gen chuyển) xen vào DNA genome Gen ngoại lai phải truyền lại cho tất tế bào, kể tế bào sinh sản mầm Nếu dòng tế bào mầm bị biến đổi, tính trạng bị biến đổi truyền cho hệ thông qua q trình sinh sản bình thường Nếu có dịng tế bào sinh dưỡng bị biến đổi, có thể mang tế bào sinh dưỡng bị ảnh hưởng không di truyền lại cho hệ sau Việc chuyển gen ngoại lai vào động vật (thực vật) thành công gen di truyền lại cho hệ sau Cho đến nay, giới người ta thành công việc tạo nhiều thực vật, động vật chuyển gen Ở động vật, không động vật mơ hình (chuột), vật ni (bò, lợn, dê, cừu, thỏ, gà, cá ) mà loài động vật khác khỉ, muỗi số côn trùng Gen chuyển Gen chuyển (transgene) gen ngoại lai chuyển từ thể sang thể kỹ thuật di truyền Các gen chuyển sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc từ loài sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi sinh vật người Ví dụ: gen người đưa vào chuột vật nuôi khác lợn, bị, cừu, chim II Mục đích chuyển gen Nói chung, mục đích chuyển gen thêm thông tin di truyền ngoại lai vào genome, để ức chế gen nội sinh Trong số trường hợp, thay gen hoạt động chức gen hoạt động chức khác cần thiết Gen ngoại lai thể đột biến gen nội sinh gen hồn tồn khác Sự thêm gen thực để cung cấp sinh vật mang protein Sự thêm gen sử dụng để nghiên cứu chế hoạt động promoter toàn thể Sự kết hợp gen reporter với promoter nguyên tắc chung phương pháp Sự thay gen sử dụng chủ yếu để làm bất hoạt gen biết Trên thực tế, bao gồm thay gen nội sinh thể đột biến bất hoạt Phương pháp dùng thông tin chức sinh học gen trường hợp thêm gen Thực thêm gen bất hoạt gen gây biến đổi sinh vật chuyển gen, mà biến đổi quan sát đánh giá Các thể đột biến gen thay cung cấp thông tin cách thức tinh vi Sự thay gen gen có chức khác hồn tồn khó thực để đưa marker gen chọn lọc vào genome Vị trí hợp vào genome chọn lọc khả chứa để biểu gen ngoại lai cách chắn III Nguyên tắc việc tạo động (thực vật) chuyển gen Nguyên tắc việc tạo động vật (thực vật) chuyển gen đưa vài gen ngoại lai vào động vật (thực vật) (do người chủ động tạo ra) Các gen ngoại lai phải truyền thông qua dịng mầm tế bào kể tế bào mầm sinh sản động vật (thực vật) chứa vật chất di truyền sửa đổi IV Cơ chế hợp DNA ngoại lai vào genome Trong tất trường hợp, hợp đoạn DNA ngoại lai vào genome thực với tham gia chế sửa sai DNA tế bào Các protein liên quan với chế nhận cấu trúc DNA khơng bình thường, ghép đơi không tương ứng hai sợi đơn DNA, vùng sợi đơn vị trí mà DNA ngoại lai liên kết với DNA chủ Khi DNA ngoại lai trình tự chung với genome chủ, nhận biết hai DNA bao gồm trình tự DNA ngắn tương đồng nhiều Sự nhận biết cần thiết cho chế sửa sai hoạt động Sau DNA ngoại lai hợp vào genome nhờ q trình tái tổ hợp khơng tương đồng (Hình 1) Sự kiện xảy vị trí khác genome Khi DNA ngoại lai đóng góp trình tự dài tương đồng với genome chủ trình tự nhận biết cách xác Các chế sửa sai gây tái tổ hợp tương đồng nghiêm ngặt làm thay gen nội sinh đích DNA ngoại lai Nếu gen sau bị đột biến gen nội sinh thay gen đột biến (Hình 2) Trong điều kiện tốt nhất, tái tổ hợp tương đồng xảy 100 lần so với tái tổ hợp không tương đồng Sở dĩ số vị trí nhận biết khơng thức lớn nhiều so với nhận biết tương đồng Thông thường nhận biết tương đồng genome đơn bội DNA ngoại lai phải đến nhân tế bào để hợp vào genome Số phận DNA ngoại lai khơng giống phụ thuộc vào việc xâm nhập vào tế bào chất vào nhân cách trực tiếp DNA biến nạp vào tế bào ni cấy nói chung dạng plasmid vòng Plasmid vòng bị phân cắt DNAse tế bào chất vị trí ngẫu nhiên Phần lớn DNA bị phân hủy tế bào chất Một phần nhỏ đến nhân phiên mã Ở dạng này, DNA ngoại lai không ổn định bị loại trừ tế bào phân chia Một tỉ lệ nhỏ DNA ngoại lai hợp vào genome Trong trình di chuyển từ tế bào chất đến nhân, đoạn DNA ngoại lai liên kết với để tạo dạng polymer gọi đoạn trùng lặp (concatemer) Trong tế bào chất, liên kết đồng hóa trị xảy cách ngẫu nhiên đoạn DNA ngoại lai làm cho gen xếp lại dạng nối tiếp Khi DNA xâm nhập vào nhân cách trực tiếp, đoạn DNA tạo thành đoạn trùng lặp thơng qua q trình tái tổ hợp tương đồng DNA ngoại lai bị phân cắt cách ngẫu nhiên, tạo đoạn trùm gối lên tái kết hợp tạo đoạn trùng lặp mà gen xây dựng lại tốt Sau khác đoạn DNA ngoại lai cấu tạo chủ yếu dạng nối tiếp Khi đoạn DNA khác xâm nhập đồng thời vào tế bào, chúng tạo thành đoạn trùng lặp chứa vài đoạn Các đoạn trùng lặp lai (hybrid concatemers) hợp vào genome Vì đến bốn gen khác chuyển đồng thời vào tế bào Nói chung, DNA ngoại lai hợp dạng đoạn trùng lặp có kích thước khoảng 100kb, thường chứa từ đến mười đoạn DNA gốc Ðiều thú vị đoạn DNA lớn chuyển vào, đoạn trùng lặp hợp vào thường chứa số kích thước tối ưu để hợp vào genome vào khoảng 100kb DNA tiêm vào cắt cách ngẫu nhiên Các đoạn DNA lệ thuộc vào trình tái tổ hợp tương đồng tạo polymer (các đoạn trùng lặp) gen tiêm vào xếp nối tiếp Các đầu đoạn trùng lặp bị phân hủy DNAse, tạo vùng sợi đơn ngắn nhận biết vị trí bổ sung genome Trong trình tái DNA, chế sửa sai hợp DNA ngoại lai DNA nhận biết trình tự tương đồng genome cách xác Cơ chế sửa sai tế bào gây thay đặc hiệu vùng genome đích đoạn DNA ngoại lai Trình tự định vị hai vùng tương đồng hợp trình tự nằm bên vùng tương đồng lại bị loại DNA vi tiêm vào nhân hay tế bào chất dạng thẳng cách cắt plasmid vị trí chọn trước Ðiều làm giảm hội cắt plasmid vị trí ngẫu nhiên dẫn đến tạo thành đoạn trùng lặp chứa gen bị cắt xén bớt Các đoạn DNA sử dụng cho chuyển gen làm thẳng lý khác Cách làm cho loại bỏ trình tự plasmid (giàu GC) mà phá hủy gen chuyển (transgenes) Mặt khác, DNA vòng tiêm vào nhân hợp với tần số thấp nhiều so với DNA thẳng Vì nguy DNA ngoại lai giống chúng chuyển vào tế bào chất vi tiêm (microinjection), chuyển nhiễm (transfection) với tác nhân hóa học biến nạp xung điện (electroporation) Tiêm DNA vào nhân khó kết tần số hợp cao nhiều tình trạng nguyên vẹn DNA ngoại lai trì tốt Tiêm DNA vào nhân phơi khơng phải ln ln thực hiện, đặc biệt lồi khơng phải thú Tất phân tích cho thấy: - Một gen ngoại lai tách chiết sửa đổi kỹ thuật di truyền - Gen ngoại lai có mặt tế bào thể bao gồm tế bào mầm sinh sản truyền lại cho hệ sau 10 ... công nghệ chuyển gen vào thực vật bắt nguồn từ thành công công nghệ chuyển gen vào động vật Kể từ năm 1984, lúc người ta bắt đầu tạo trồng chuyển gen đến có bước tiến lớn Nhiều trồng quan trọng chuyển. .. ln ln có Ðối với phát triển công nghệ sinh học kỷ XXI cơng nghệ chuyển gen có vị trí đặc biệt quan trọng Có thể nói cơng nghệ chuyển gen hướng cơng nghệ cao công nghệ sinh học đại phục vụ sản... khỉ, muỗi số côn trùng Gen chuyển Gen chuyển (transgene) gen ngoại lai chuyển từ thể sang thể kỹ thuật di truyền Các gen chuyển sử dụng để tạo động vật, thực vật chuyển gen có nguồn gốc từ lồi

Ngày đăng: 15/09/2012, 15:31

Hình ảnh liên quan

Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc cắt ngang của retrovirus - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.4.

Sơ đồ cấu trúc cắt ngang của retrovirus Xem tại trang 18 của tài liệu.
Hình 1.6: Virus nguyên vẹn có khả năng tái bản và vector retrovirus không có khả năng tái bản - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.6.

Virus nguyên vẹn có khả năng tái bản và vector retrovirus không có khả năng tái bản Xem tại trang 20 của tài liệu.
Hình 1.7: Quá trình đóng gói tạo hạt retrovirus - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.7.

Quá trình đóng gói tạo hạt retrovirus Xem tại trang 22 của tài liệu.
Hình 1.8: Cơ chế hoạt động của vector retrovirus - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.8.

Cơ chế hoạt động của vector retrovirus Xem tại trang 22 của tài liệu.
Hình 1.9: Sử dụng vector retrovirus để tạo động vật chuyển gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.9.

Sử dụng vector retrovirus để tạo động vật chuyển gen Xem tại trang 24 của tài liệu.
Hình 1.10: Adenovirus - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.10.

Adenovirus Xem tại trang 26 của tài liệu.
Hình 1.13: Cấu trúc của vector YAC - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.13.

Cấu trúc của vector YAC Xem tại trang 31 của tài liệu.
Hình 1.21: Cấu trúc và sự biểu hiện của Ti-plasmid kiểu octopine và nopaline - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.21.

Cấu trúc và sự biểu hiện của Ti-plasmid kiểu octopine và nopaline Xem tại trang 43 của tài liệu.
Hình 1.2 5: Cấu trúc và sự sử dụng vector nhị thể pBin19 - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 1.2.

5: Cấu trúc và sự sử dụng vector nhị thể pBin19 Xem tại trang 51 của tài liệu.
Hình 2.5: Phức hợp liposome-DNA - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.5.

Phức hợp liposome-DNA Xem tại trang 58 của tài liệu.
Bảng 2.1: Hiệu quả vi tiê mở một số loài động vật - Giáo án công nghệ chuyển gen

Bảng 2.1.

Hiệu quả vi tiê mở một số loài động vật Xem tại trang 63 của tài liệu.
Hình 2.14: Sơ đồ màng phospholipid kép - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.14.

Sơ đồ màng phospholipid kép Xem tại trang 69 của tài liệu.
Hình 2.15: Cuvette nhựa có điện cực - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.15.

Cuvette nhựa có điện cực Xem tại trang 70 của tài liệu.
Hình 2.16: Máy xung gen (Gene pulser) (Hãng Biorad) - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.16.

Máy xung gen (Gene pulser) (Hãng Biorad) Xem tại trang 70 của tài liệu.
Hình 2.17: Sơ đồ bố trí mạch cơ bản của máy xung điện - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.17.

Sơ đồ bố trí mạch cơ bản của máy xung điện Xem tại trang 71 của tài liệu.
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của súng bắn gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.21.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của súng bắn gen Xem tại trang 76 của tài liệu.
Hình 2.22: Chuyển gen bằng súng bắn gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.22.

Chuyển gen bằng súng bắn gen Xem tại trang 77 của tài liệu.
Hình 2.23: Tạo thực vật chuyển gen bằng phương pháp chuyển gen gián tiếp nhờ - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.23.

Tạo thực vật chuyển gen bằng phương pháp chuyển gen gián tiếp nhờ Xem tại trang 79 của tài liệu.
Hình 2.25: Sử dụng các tế bào tiền thể của tinh trùng để chuyển gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.25.

Sử dụng các tế bào tiền thể của tinh trùng để chuyển gen Xem tại trang 83 của tài liệu.
Hình 2.27: Sơ đồ cơ chế hoạt động của viên gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 2.27.

Sơ đồ cơ chế hoạt động của viên gen Xem tại trang 85 của tài liệu.
Hình 3.2: Sơ đồ mô tả phương pháp Northern blot - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 3.2.

Sơ đồ mô tả phương pháp Northern blot Xem tại trang 90 của tài liệu.
Hình 3.4: Ðĩa plastic sử dụng để tiến hành xét nghiệm ELISA - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 3.4.

Ðĩa plastic sử dụng để tiến hành xét nghiệm ELISA Xem tại trang 93 của tài liệu.
Hình 3.8: Ba giai đoạn trong một chu kỳ của phản ứng PCR - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 3.8.

Ba giai đoạn trong một chu kỳ của phản ứng PCR Xem tại trang 98 của tài liệu.
Hình 3.9: Ðồ thị biễu diễn mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ trong một chu kày của phản ứng PCR - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 3.9.

Ðồ thị biễu diễn mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt độ trong một chu kày của phản ứng PCR Xem tại trang 98 của tài liệu.
Bảng 3.2: Số bản sao của 1 phân tử DNA mẫu tạo thành qua các chu kỳ của phản ứng PCR - Giáo án công nghệ chuyển gen

Bảng 3.2.

Số bản sao của 1 phân tử DNA mẫu tạo thành qua các chu kỳ của phản ứng PCR Xem tại trang 99 của tài liệu.
Hình 4.1: Sơ đồ tạo động vật chuyển gen - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 4.1.

Sơ đồ tạo động vật chuyển gen Xem tại trang 103 của tài liệu.
Hình 4.3: Trứng cá chạch (Misgurnus anguillicaudatus) trước và sau khi khử màng thứ cấp (chorion) - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 4.3.

Trứng cá chạch (Misgurnus anguillicaudatus) trước và sau khi khử màng thứ cấp (chorion) Xem tại trang 107 của tài liệu.
Bảng 4.3: Mức độ biểu hiện của một số protein trong sữa động vật chuyển gen (g/l) - Giáo án công nghệ chuyển gen

Bảng 4.3.

Mức độ biểu hiện của một số protein trong sữa động vật chuyển gen (g/l) Xem tại trang 112 của tài liệu.
Hình 4.15: Cá trê Châu Phi (Channel catfish) chuyển gen hormone sinh trưởng - Giáo án công nghệ chuyển gen

Hình 4.15.

Cá trê Châu Phi (Channel catfish) chuyển gen hormone sinh trưởng Xem tại trang 135 của tài liệu.
Bảng 5.1. Một số loại cây trồng chuyển gen quan trọng hiện nay - Giáo án công nghệ chuyển gen

Bảng 5.1..

Một số loại cây trồng chuyển gen quan trọng hiện nay Xem tại trang 152 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan