TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC TIỂU LUẬN AN TOÀN SINH HỌC CHUYÊN ĐỀ 3: Mô tả kiện chuyển gen chịu thuốc trừ cỏ đậu tương nêu nội dung đánh giá an toàn sinh học thực quốc gia cấp phép trồng trọt thương mại hóa giống đậu tương chuyển gen GV hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phương Thảo Nhóm sinh viên thực hiện: Đặng Thị Thanh Bình 560778 Mai Đăng Hùng 560809 Nguyễn Văn Hùng 560810 An Hoàng Kim 560815 Đinh Thị Lan 560816 A ĐẶT VẤN ĐỀ Đậu tương loại trồng lâu đời trồng Trung Quốc từ năm 3.000 trước công nguyên.Đây loại chứa dầu đem lại lợi ích kinh tế to lớn giới Hạt đậu tương có chứa tỷ lệ amino acid không thay nhiều thịt, đậu tương loại trồng lương thực quan trọng giới Các loài trồng chuyển gen có khả chống chịu thuốc diệt cỏ, kháng trùng, thay đổi hàm lượng dầu kháng virus phê chuẩn sử dụng làm thức ăn gia súc Nhiều loại protein biểu trồng biến đổi gen có lịch sử sử dụng an toàn giống với loại protein tồn tự nhiên Ví dụ, trồng biến đổi gen kháng trùng biểu loại protein có nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus thuringensis (Bt), loại vi khuẩn đất phổ biến người nông dân khắp giới sử dụng làm thuốc trừ sâu vi sinh vật.Protein (CP ÉPP) biểu trồng biến đổi gen có khả kháng thuốc diệt cỏ glyphosate giống với protein EPSPS nội sinh có loại thực phẩm (Mackenrie cs, 2002) B NỘI DUNG DÒNG ĐẬU TƯƠNG MON89788 I Sơ lược MON89788 Đậu tương chuyển gen MON89788 mang gen mã hóa cho enzyme CP4 enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase(CP4EPSPS) có nguồn gốc từ vi khuẩn Agrobacterium CP4 Sinh vật chủ: Glycine max L Tính trạng cải biến: chịu thuốc trừ cỏ glyphosate Mục đích sử dụng: làm thức ăn cho động vật (đậu nành khử chất béo cán mỏng) tiêu thụ cho người (chủ yếu dầu, tiểu phần protein chất xơ) Phương pháp chuyển gen: chuyển qua trung gian vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens  Mô tả hệ thống biến nạp MON89788 tạo thông qua Agrobacterium – trung gian chuyển đổi mô phân sinh đậu tương cách sử dụng bờ trái bờ phải, nhị phân vector PV-GMGOX20.Agrobacterium tumufaciens chủng ABI có chứa Ti-plasmid khơng có khả hình thành khối u việc loại bỏ gen phytohormone ban đầu diện plasmid Agrobacterium Vector PVGMGOX20 chứa trình tự bờ trái bờ phải tạo điều kiện cho việc biến nạp Hình Circular Map of Plasmid PV-GMGOX20 Biểu gen EPSPS CP4 quy định promotor thể khảm kết hợp với trình tự tăng cường từ promoter 35S virus khảm Figwort promoter từ gen Tsf1 Arabidopsis thaliana, mã hóa cho yếu tố kéo dài, EF-1 alpha Một peptide xuyên lục lạp (CTP2) mã hóa trình tự từ gen ShkG A thaliana tạo thuận lợi cho việc chuyển EPSPS vào lục lạp, vị trí sinh tổng hợp amino axit thơm vị trí hoạt động glyphosate Quy trình tạo dòng đậu tương MON89788 MONSANTO: Lắp ghép Agrobacterium plasmid vector PVGMGOX20 chuyển vào Agrobacterium tumufaciens ↓ Chuyển vector PV-GMGOX20 Agrobacterium tumufaciens vào dịng đậu tương thơng thường A3244 ↓ Lựa chọn biến nạp chồi mọc lên từ mô phân sinh chuyển gen ↓ Đánh giá chống chịu với glyphosate ↓ Chọn đồng hợp tử ↓ Đánh giá biến nạp thành cơng có khả chịu glyphosate ↓ ↓ Xác định MON89788 hệ “cha mẹ” tiếp tục đánh giá hệ cháu phòng thí nghiệm hiệu suất nơng học Tiến hành nghiên cứu đặc điểm tính an tồn ↓ So sánh MON89788 với dịng đậu tương thơng thường kiến nghị thương mại hóa Cơ chế kháng thuốc trừ cỏ glyphosate MON89788 Dòng đậu tương chuyển gen MON89788 kháng lại thuốc diệt cỏ Glyphsate cách chuyển vào giống đậu tương thông thường A3244 gen mã hóa cho enzyme EPSPS đột biến thơng qua vi khuẩn Agrobacterium dịng CP4 Hình Cơ chế kháng glyphosate Cơ chế: Enzyme EPSP dạng bình thường gen SHKG quy định, tổng hợp tế bào chất, sau di chuyển vào lục lạp xúc tác cho trình tổng hợp acid amin thơm (phenylalanine, tryptophan, tyrosin) Khi phun thuốc trừ cỏ glyphosate, số glyphosate kết hợp với EPSP tế bào chất làm cho enzyme khơng có khả di chuyển vào lục lạp để xúc tác sinh tổng hợp acid amin.Một số glyphosate khác từ tế bào chất vận chuyển vào lục lạp enzyme EPSP Tại đây, chúng kết hợp vào enzyme EPSP dạng thường làm bất hoạt enzyme này, khiến không tổng hợp acid amin thơm, số vitamin hợp chất có nguồn gốc thứ cấp, dẫn đến chết Ở đậu tương chuyển gen, gen kháng shkG + chuyển vào Gen quy định tổng hợp enzyme EPSP+ dạng đột biến, làm cho glyphosate khơng có khả kết hợp vào enzyme này, q trình sinh tổng hợp acid amin thơm không bị ngưng trệ, nên sinh trưởng phát triển bình thường Biểu gen ESPSP CP4 quy định promotor thể khảm kết hợp với trình tự tăng cường từ promoter 35S virus khảm Figwort promoter từ gen Tsf1 Arabidopsis thaliana, mã hóa cho yếu tố kéo dài, EF-1 alpha Một peptide xuyên lục lạp (CTP2) mã hóa trình tự từ gen ShkG A thaliana tạo thuận lợi cho việc chuyển ESPSP vào lục lạp, vị trí sinh tổng hợp amino axit thơm vị trí hoạt động glyphosate  Đậu tương chuyển gen MON89788 hồn tồn giống với dịng đậu tương thông thường đặc điểm nông sinh học dinh dưỡng, có điểm khác biệt có thêm khả chống chịu với thuốc trừ cỏ glyphosate Thông qua chế kháng thuốc trừ cỏ nêu trên, ta khẳng định tính an tồn dịng đậu tương II ĐÁNH GIÁ AN TỒN SINH HỌC MON89788 TẠI HOA KỲ Ngày 26/05/2006, cơng ty MONSANTO gửi đơn đệ trình tới Cục quản lý Thực phẩm Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đề nghị xác định tính an tồn MON89788 Ngày 27/06/2006, Cơ quan kiểm dịch động thực vật Hoa Kỳ (APHIS) nhận đơn đề nghị từ công ty MONSANTO việc đánh giá MON89788 Các quan chức có thẩm quyền tiến hành nghiên cứu, đánh giá an toàn sinh học MON89788 II.a) Đánh giá an toàn sinh học đậu tương chuyển gen MON89788 Lịch sử sử dụng an toàn protein CP4 EPSPS Các phân tích sử dụng cơng cụ tin sinh học để so sánh tương đồng trình tự axit amin cho thấy protein khơng tương đồng với chất gây dị ứng hay chất độc biết Protein CP4 EPSPS sản sinh tham gia vào sinh tổng hợp axit amin thơm loài thực vật, vi sinh vật chúng lại khơng có mặt người động vật có vú động vật có vú khơng có máy đồng hóa để tổng hợp axit amin có vịng thơm Điều giải thích đặc tính hoạt động chọn lọc thực vật, vi sinh vật mà không gây độc đến động vật protein CP4 EPSPS Các test in vitro khả tiêu hóa tiến hành protein CP4 EPSPS cho thấy enzim phân hủy nhanh chóng phản ứng kiểm tra hệ tiêu hóa Đánh giá độc cấp tính: khơng có tác hại phát nên khơng cần tiến hành thêm phân tích bổ sung Tuy nhiên nghiên cứu tính độc cấp tính tiến hành để cung cấp thêm chứng tính an tồn sản phẩm trồng mang gen CP4EPSPS Thực nghiệm đánh giá tính độc cấp tính CP4EPSPS cho thấy chuột khơng có biểu nhiễm độc cấp tính cho ăn liều lượng cao protein CP4EPSPS (>572mg/kg trọng lượng thể) Trên thực tế, kể từ thươg mại hóa sản phẩm trồng mang gen CP4EPSPS đến nay, cho có chứng ảnh hưởng bất lợi trồng mang gen mã hóa cho protein môi trường sức khỏe ngườ Đánh giá an tồn mơi trường II.1 Khả phát tán gen Đậu tương tự thụ phấn nhân giống chủ yếu hạt.Tỷ lệ giao phấn đậu tương thường đạt nhỏ 1% Các kết nghiên cứu cho thấy khả phát tán gen chuyển đậu tương chuyển gen không đáng kể 2.2 Khả trở thành cỏ dại xâm lấn với môi trường tự nhiên Đậu tương hàng năm Một số hạt đậu tương bị sót lại q trình thu hoạch, sống nảy mầm vụ trồng năm sau khơng có chứng cho thấy có khả tự hình thành quần thể 2.3 Khả gây tác động bất lợi đến sinh vật không chủ đích Đậu tương chuyển gen chịu thuốc trừ cỏ xem khơng có tác động độc hại trực tiếp đến sinh vật khơng chủ đích, enzim chống chịu thuốc trừ cỏ thơng thường có mặt thực vật chưa phát chúng có thuộc tính gây độc Đánh giá mức độ an toàn sức khỏe Trong nghiên cứu, an toàn protein biểu sản phẩm gen mã hóa CP4 EPSPS xác định chuột Không phát tác dụng phụ động vật cho ăn với protein CP4 EPSPS với liều lượng lên đến 52mg/kg trọng lượng thể Các thực nghiệm thức ăn chăn nuôi thực với chuột, gà, cá da trơn, bò sữa cho kết khơng có khác biệt có ý nghĩa dòng bố mẹ dòng đậu tương chuyển gen 10 Tác động đậu tương chuyển gen không chuyển gen đến hệ thống miễn dịch chuột BN B10A nghiên cứu cho thấy khác biệt động vật ăn đậu tương chuyển gen truyền thống khơng chuyển gen Khơng có hoạt động độc tính miễn dịch tìm thấy Các nghiên cứu Brake Evenson đậu tương chuyển gen không gây tác động tiêu cực lên thai, chuột sau sinh, tuổi dậy thì, phát triển tinh hoàn, tăng trưởng thể Zhu cộng khơng tìm thấy tác dụng phụ đậu tương chuyển gen chống chịu glyphosate cho chuột ăn với chế độ lên tới 90% đậu tương chuyển gen Đối với nghiên cứu thành phần đậu tương chuyển gen, nhiều nghiên cứu cho thấy thành phần giá trị dinh dưỡng MON89788 tương đương với đậu tương thông thường Theo Kim cộng tính gây dị ứng dịch chiết đậu tương truyền thống đậu tương chuyển gen giống người trưởng thành II.b) Kết đánh giá Đặc tính phân tử: EPSPS CP4 tích hợp locus hệ gen Đặc tính sinh hóa protein EPSPS CP4 MON89788 tương tự protein EPSPS CP4 có nguồn gốc từ thơng thường, cụ thể đậu tương truyền thống 40-3-2 Đánh giá tiềm độc tính khả gây dị ứng cho thấy EPSPS CP4 an toàn 11 Đánh giá thành phần dinh dưỡng tác động môi trường: + đậu tương MON89788 chứng minh có thành phần tương tự đậu tương thông thường + nghiên cứu khẳng định gà thịt cho ăn MON89788 an toàn lành mạnh cho tiêu dung + đánh giá phạm vi rộng đặc điểm kiểu hình, tương tác sinh thái cho thấy MON89788 khơng có khả gây hại cho sinh vật cho môi trường Phạm vi ứng dụng đậu tương MON89788: sử dụng làm thực phẩm thức ăn chăn nuôi Sau nhiều khảo nghiệm, đánh giá trưng cầu ý kiến, ngày 23/07/2007, FDA định thức cấp phép thương mại hóa dịng đậu tương chuyển gen MON89788 III ƯU ĐIỂM CỦA MON89788 Lợi ích mà MON89788 mang lại - Kiểm soát cỏ dại cách hiệu tăng suất trồng - Linh hoạt - kiểm sốt cỏ dại sau trồng phát triển - Giảm số lần phun thuốc diệt cỏ sử dụng vụ gieo trồng; - Giảm nhiên liệu cần sử dụng (vì cần phun thuốc hơn) - Sử dụng thành phần độc tố thấp khơng để lại chất kích hoạt đất - Không cần sử dụng hệ thống làm đất (cày bừa) hay cách làm đất truyền thống, có lợi cho cấu trúc đất trồng vi sinh vật đất Một nghiên cứu Hiệp hội đậu tương Mỹ tiến hành thường xuyên cày xới cánh đồng trồng đậu tương cho thấy số lượng đáng kể người trồng áp dụng tập quán không cày xới hay giảm bớt việc cày xới sau trồng giống đậu tương chịu thuốc diệt cỏ Biện pháp kiểm soát cỏ dại đơn giản tiết kiệm 234 galon xăng dầu giúp không đào bới 247 triệu đất bề mặt Tình hình sản xuất đậu tương chuyển gen 12 Trên 90% giống đậu nành Mỹ chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ Đến năm 2008, có 80 triệu kháng thuốc trừ cỏ mà chủ yếu kháng thuốc trừ cỏ glyphosate Theo thống kê năm 2010 Mỹ diện tích trồng chuyển đổi gen lớn, đậu tương chuyển gen đề kháng với thuốc trừ cỏ chiếm tới 93% diện tích Theo tài liệu thống kê gần Ủy ban Khoa học Công nghệ Nông nghiệp kết luận việc canh tác trồng kháng thuốc diệt cỏ (HT) đem lại lợi ích định cho mơi trường Ở Hoa Kỳ, từ có hướng dẫn trồng HT, diện tích trồng đậu tương HT tăng lên 35% Hiện nay, MON89788 thương mại hóa nhiều quốc gia Ơxtraylia, Canada, Trung Quốc, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, Philippine, Nam Phi, Thụy Sĩ,… C KẾT LUẬN Dòng đậu tương chuyển gen MON89788 hoàn toàn giống với giống đậu tương an tồn khác đặc điểm nơng sinh học MON89788 khơng có tác động xấu tới mơi trường sinh vật khơng chủ đích khác, MON89788 an tồn người vật nuôi Tuy nhiên, với đặc tính cải biến chống chịu thuốc trừ cỏ, MON89788 mang lại nhiều ích lợi so với giống đậu tương không chuyển gen Hoa Kỳ nước có nơng nghiệp đại, dẫn đầu việc ứng dụng trồng công nghệ sinh học vào sản xuất.Việt Nam nên cởi mở với trồng chuyển gen, tiến tới thương mại hóa Quan điểm: với đặc tính tốt giống Việt Nam cần có dự án phát triển khuyến khích dự án trồng biến đổi gen có lợi khác nhằm nâng cao suất chất lượng Bên cạnh đó, việc kết hợp đậu tương truyền thống với đậu tương biến đổi gen khắc phục tình trạng thiếu nguồn nguyên liệu 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cây trồng công nghệ công nghệ sinh học, Nguyễn Phương Thảo, Nguyễn Thùy Linh, 2011 U.S Department of Agriculture, Animal and Plant Health Inspection Service Federal Register/ Vol 72, No 148 / Thursday, August 2, 2007 / Notices Giáo trình Cơng nghệ gen nơng nghiệp, Trần Thị Lệ, Nguyễn Hoàng Lộc, Trần Quốc Dung, 2006 http://www.aphis.usda.gov/brs/aphisdocs/06_17801p.pdf http://cera-gmc.org/docs/decdocs/07-138-001.pdf http://cera-gmc.org/docs/decdocs/07-191-001.pdf http://cera-gmc.org/docs/decdocs/07-110-001.pdf 14 ... dịng đậu tương thơng thường kiến nghị thương mại hóa Cơ chế kháng thuốc trừ cỏ glyphosate MON89788 Dòng đậu tương chuyển gen MON89788 kháng lại thuốc diệt cỏ Glyphsate cách chuyển vào giống đậu tương. .. đánh giá an toàn sinh học MON89788 II.a) Đánh giá an toàn sinh học đậu tương chuyển gen MON89788 Lịch sử sử dụng an tồn protein CP4 EPSPS Các phân tích sử dụng công cụ tin sinh học để so sánh tương. .. Tình hình sản xuất đậu tương chuyển gen 12 Trên 90% giống đậu nành Mỹ chuyển gen kháng thuốc trừ cỏ Đến năm 2008, có 80 triệu kháng thuốc trừ cỏ mà chủ yếu kháng thuốc trừ cỏ glyphosate Theo