Tạo giống bằng công nghệ tế bào

I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Cơ sở của công nghệ tế bào:

Dựa vào tính toàn năng của tế bào: bất kì tế bào hoặc mô nào của cơ thể thực vật như thân, rễ, lá đều chứa bộ gen quy định kiểu gen của toàn cơ thể. Chúng đều có khả năng sinh sản vô tính để tạo thành cây trưởng thành.

2. Khả năng về công nghệ tế bào.

- Là 1 ngành kĩ thuật có quy trình xác định cho việc ứng dụng phương pháp nuôi cấy tế bào hoặc nuôi cấy mô trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra những mô, những cơ quan, cơ thể hoàn chỉnh với đầy đủ tính trạng của cơ thể gốc.

- Công nghệ tế bào 1 quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào có kiểu nhân mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới hoặc hình thành những cơ thể không bằng sinh sản hữu tĩnh mà thông qua sự phát triển của tế bào sinh dưỡng nhằm nhân nhanh các giống vật nuôi, cây trồng.

- Các giai đoạn chủ yếu của công nghệ tế bào: gồm 3 bước:

+ Bước 1: Tiến hành tách tế bào từ cơ thể thực vật hay động vật.

+ Bước 2: Nuôi cấy tế bào trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo thích hợp để tế bào phát triển thành mô sẹo (mô non).

+ Bước 3: Dùng hormon sinh trưởng để kích thích mô sẹo phân hóa thành cơ quan, cơ thể hoàn chỉnh.

3. Công nghệ tế bào trong chọn giống thực vật.

Giúp nhân giống vô tính các loài thực vật quý hiếm hoặc tạo ra giống cây lai khác loài thông qua kĩ thuật:

3.1. Nuôi cấy hạt phấn:

- Nguyên liệu: Hạt phấn (n)

- Cách tiến hành:

Lấy hạt phấn (n) à nuôi cấy trong môi trường nhân tạo à mô đơn bội (dòng tế bào đơn bội) à chọn lọc à dòng tế bào mang đặc điểm mong muốn.

+ Hướng 1: Tiếp tục nuôi cấy trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo để tạo ra cây đơn bội n sau đó dùng consixin để tạo thành cây lưỡng bội (2n) hoặc cành lưỡng bội trên cây đơn bội.

+ Hướng 2: Lưỡng bội hóa để phát triển thành cây lưỡng bội do được phát triển từ các dòng đơn bội nên cây lưỡng bội này thuần chủng về tất cả các gen (kiểu gen đồng hợp tử).

- Cơ sở di truyền của phương pháp: Tạo các dòng lưỡng bội thuần chủng từ các dòng đơn bội dựa trên đặc tính của hạt phấn là: có thể mọc được trên môi trường nhân tạo để tạo nên các dòng tế bào đơn bội và dựa trên đặc tính của dòng đơn bội là: các alen lặn cũng được biểu hiện ra ở kiểu hình. Điều này cho phép chọn lọc invitro ở mức độ tế bào những dòng có đặc tính mong muốn.

- Phạm vi ứng dụng: được dùng khi chọn lọc các dạng cây có đặc tính tốt như kháng thuốc trừ sâu, diệt cỏ, có khả năng chịu mặn, chịu khô, chịu phèn,… có thể dùng để tạo ra các dòng thuần chủng đồng hợp về tất cả các gen giúp cho tính trạng chọn lọc được di truyền rất ổn định.

3.2. Nuôi cấy tế bào thực vật trong ống nghiệm (invitro) tạo mô sẹo.

- Nguyên liệu: tế bào (2n)

- Cách tiến hành: Tách tế bào 2n ở cây có đặc điểm quý hiếm sau đó đem nuôi cấy trong môi trường nhân tạo để mô tế bào phân chia hình thành nên mô sẹo. Dùng hormon sinh trưởng để điều khiển sự biệt hóa, để hình thành cây lưỡng bội (2n).

- Cơ sở di truyền của phương pháp: Tạo được dòng lưỡng bộ có kiểu gen đồng nhất dựa trên tính phản phân hóa của tế bào thực vật và tác dụng của hormon thực vật.

- Phạm vi ứng dụng: Phương pháp này có thể giúp nhân nhanh các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, thích nghi với điều kiện môi trường sống của cá thể ban đầu. Giúp bảo tồn các nguồn gen quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng.

3.3. Tạo giống bằng công nghệ gen: Chọn dòng tế bào Xoma có biến dị.

- Nguyên liệu: Các tế bào 2n

- Cách tiến hành: Lấy tế bào lưỡng bội 2n đem nuôi cấy trên môi trường nhân tạo để tạo ra các dòng tế bào có những tổ hợp NST khác nhau. Sau đó, tiến hành chọn lọc để tạo ra dòng tế bào có biến dị mong muốn. Tiếp tục nuôi cấy để dòng tế bào này phát triển thành cây lưỡng bội.

- Cơ sở di truyền của phương pháp: Khi nuôi cấy tế bào (2n) trên môi trường nuôi cấy nhân tạo, các biến  dị số lượng NST phát sinh nhiều hơn. Dựa vào các biến dị số lượng này, người ta có thể chọn lọc được các loại thể dị bội khác nhau trong công tác giống. Từ 1 giống ban đầu, có thể tạo ra được những giống mới có kiểu gen khác nhau.

- Ứng dụng: Bằng phương pháp chọn lọc dòng tế bào xoma có biến dị, từ 1 giống ban đầu, có thể tạo ra được những giống mới có kiểu gen khác nhau.

- Ví dụ: Ở lúa, người ta chọn được giống DR2 vừa chịu hạn, chịu nóng, cho năng suất cao từ giống CR203.

3.4. Kĩ thuật lai tế bào (dung hợp tế bào trần), lai tế bào sinh dưỡng.

- Nguyên liệu: Dùng 2 dòng tế bào của 2 loài khác nhau (2n).

- Cách tiến hành:

+ Loại bỏ thành tế bào nhờ enzym hoặc kĩ thuật vi phẫu để tạo ra các tế bào trần.

+ Đưa các tế bào trần của 2 loài vào trong môi trường đặc biệt để chúng dung hợp 2 khối nhân và tế bào chất thành 1 để tạo ra tế bào lai.

+ Nuôi tế bào lai trên môi trường dinh dưỡng đặc biệt để cho chúng phân chia và tái sinh thành cây lai khác loài.

+ Từ 1 cây lai khác loài, bằng kĩ thuật nuôi cấy tế bào Xoma, có thể nhân nhanh thành nhiều cây để tạo ra giống mới.

- Cơ sở di truyền: Dung hợp tế bào trần khác loài, khác chi, khác họ để tạo thành tế bào lai cần phải có môi trường nuôi dưỡng thích hợp cho sự phát triển của cả 2 loài. Sau đó, các tế bào lai có khả năng phát sinh đầy đủ thành cây lai Xoma giống như lai hữu tính khác loài. Đây cũng là hình thức lai xa (lai khác loài) ở cấp độ tế bào mà không cần thông qua sinh sản hữu tính nên tránh được hiện tượng bất thụ của cây lai. Cây lai tạo ra là cây song nhị bộ hữu thụ.

- Ứng dụng: Lai tế bào sinh dưỡng tạo ra các giống cây trồng mới mang đặc điểm của cả 2 loài mà lai hữu tính không thể tạo ra được.

4. Công nghệ tế bào động vật.

- Là công nghệ mở ra triển vọng nhân bản được các động vật quý hiếm dùng vào nhiều mục đích khác nhau.

- Gồm: nhân bản vô tính và cấy truyền phôi.

4.1. Nhân bản vô tính động vật bằng kĩ thuật chuyển nhân.

- Quy trình:

+ Bước 1. Tách tế bào sinh dưỡng (2n) của động vật cho nhân nuôi trong phòng thí nghiệm (là tế bào tuyến vú trong công nghệ tạo cừu Doly).

+ Bước 2. Tách trứng của 1 động vật khác, sau đó loại bỏ nhân của tế bào trứng.

+ Bước 3. Chuyển nhân của tế bào động vật cho nhân vào trong tế bào chất của tế bào trứng đã bị loại bỏ nhân.

+ Bước 4. Nuôi cấy tế bào trứng đã được chuyển nhân trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo để trứng phân chia, phân cắt tạo ra phôi.

+ Bước 5. Chuyển phôi vào trong tử cung của 1 động vật khác để động vật này mang thai. Sau 1 thời gian mang thai (giống tự nhiên), động vật này sẽ sinh được con non có kiểu hình của động vật cho nhân.

- Ứng dụng:

+ Nhân bản vô tính có thể nhân lên nhanh chóng giống vật nuôi quý hiếm hoặc làm tăng năng suất chăn nuôi.

+ Tạo ra động vật mang gen người, ứng dụng trong y học như: động vật có thể cung cấp cơ quan nội tạng người giúp cho việc thay thế, ghép nội quan cho người bệnh mà không bị hệ miễn dịch của người bệnh đào thải.

+ Có ý nghĩa đặc biệt trong việc nhân bản động vật biến đổi gen.

4.2. Kĩ thuật cấy truyền phôi (công nghệ tăng sinh sản ở động vật).

- Là kĩ thuật phân cắt phôi động vật thành nhiều phôi rồi nuôi cấy các phôi này vào tử cung khác nhau để tạo ra được nhiều con vật có kiểu gen giống nhau.

- Quy trình cấy truyền phôi:

+ Tách lấy phôi từ động vật cho phôi trước khi đưa cấy phôi vào động vật nhận phôi.

+ Sử dụng các biện pháp để tác động vào phôi đó trước khi cho vào tế bào nhận theo 1 trong 3 cách:

*Cách 1: Tách phôi này thành 2 hay nhiều phần, sau đó mỗi phần cho phát triển thành 1 phôi riêng biệt. Cách này áp dụng đối với các động vật quý hiếm, đẻ ít.

*Cách 2: Phối hợp 2 hay nhiều phôi lại để tạo thành 1 thể khảm: Cách này mở ra 1 hướng mới, tạo vật nuôi khác loài. Cơ thể này có bộ NST từ 2 hợp tử khác nhau ban đầu.

*Cách 3: Làm biến đổi thành phần trong tế bào của phôi khi mới phát triển theo hướng có lợi cho con người.

+ Cấy phôi đã chịu tác động ở bước 2 vào tử cung của các động vật nhận phôi để các động vật này mang thai.

- Ứng dụng: Cấy truyền phôi giúp tăng sinh ở động vật, tạo ra giống có kiểu gen đồng nhất, cho năng suất cao, đồng đều trong cùng 1 điều kiện nuôi dưỡng. Cấy truyền phôi mở ra hướng mới tạo được vật nuôi khác loài thông qua sự phối hợp phôi để hình thành thể khảm theo hướng có lợi cho con người.

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Bài 1:

Lai tế bào sinh dưỡng là gì? Cách tiến hành và vai trò của phương pháp lai tế bào sinh dưỡng.

                                                         Hướng dẫn giải

1) Lai tế bào sinh dưỡng là gì?

Là phương pháp dung hợp hai tế bào trần của hai loài khác nhau, tạo ra tế bào lai chứa hệ gen của cả hai loài.

2) Phương pháp tiến hành:

- Tách hai dòng tế bào sinh dưỡng thuộc hai loài khác nhau là A và B.

- Cho tế bào sinh dưỡng dòng A và B vào môi trường nhân tạo.

- Dùng các xúc tác để tạo tế bào trần, kích thích sự dung hợp của 2 dòng tế bào trần A và B với nhau tạo ra tế bào lai, các chất xúc tác như virut xen-đê đã giảm hoạt tính, xung điện cao áp, pôliclylen glycol. Các chất này tác động lên màng tế bào như chất kết dính.

- Cho vào môi trường hoocmôn với liều lượng thích hợp kích thích tế bào lai phát triển thành cây lai đưa vào sản xuất.

3) Vai trò của lai tế bào sinh dưỡng:

- Với phương pháp trên con người đã tạo được cây lai từ 2 loài thuôc lá khác nhau; tạo cây lai giữa khoai tây và cà chua.

- Con người cũng đã tạo được tế bào lai giữa các loài động vật nhưng các tế bào này thường không có khả năng sống và sinh sản.

- Trong tương lai, con người có thể tạo ra các cơ thể lai có nguồn gen rất khác xa nhau về đơn vị phân loại mà bằng phương pháp lai hữu tính không thể thực hiện được, có thể tạo ra các thể khảm mang đặc tính của những loài rất khác nhau, thậm chí giữa thực vật với động vật.

Bài 2:

Trình bày tóm tắt các giai đoạn tạo cừu Đôly trong phương pháp nhân bản vô tính. Nêu ý nghĩa của phương pháp này.

                                                          Hướng dẫn giải

1) Tóm tắt các giai đoạn tạo cừu Đôly:

+ Tách tế bào tuyến vú của cừu cho nhân đem nuôi dưỡng (cừu này có nhiều đặc điểm quí).

+ Tách tế bào trứng của cừu khác, loại bỏ nhân chỉ còn lại tế bào chất.

+ Chuyển nhân của tế bào tuyến vú vào tế bào trứng đã loại bỏ nhân.

+ Nuôi cấy trong môi trường nhân tạo cho trứng phát triển thành phôi.

+ Chuyển phôi vào tử cung một con cừu mẹ để nó mang thai và đẻ ra cừu con (cừu Đôly) mang đặc điểm giống hệt cừu cho nhân.

2) Ý nghĩa:

+ Nhân bản động vật biến đổi gen nhanh chóng, hạ giá thành.

+ Tạo động vật mang gen người, cung cấp nội tạng trong việc thay thế nội quan cho người bệnh.

Thống kê thành viên

Tổng thành viên 87.701
Thành viên mới nhất baongoc03102000