Nghiên cứu tạo cây trồng kháng bệnh do virus gây ra bằng công nghệ ức chế RNA (RNAi)

13/05/2011

Hiện nay, có khoảng hơn 2000 loại vi rút thực vật đã được phát hiện và nghiên cứu, trong số đó khoảng một nửa là những loài gây hại chính cho cây trồng. Mức độ thiệt hại do các bệnh virus gây ra cho cây trồng là rất nghiêm trọng, có thể lên tới 95 - 100%. Sự thiệt hại không những chỉ dừng ở mức độ suy giảm về năng suất mà còn ảnh hưởng cả đến chất lượng sản phẩm thu hoạch. Các ví dụ về thiệt hại do bệnh virus gây ra ở nước ta có thể kể đến như: các dịch virus vàng lùn xoắn lá trên lúa ở đồng bằng sông Cửu Long những năm vừa qua, và gần đây là dịch lúa lùn sọc đen mới xuất hiện ở các tỉnh phía bắc, đe dọa nghiêm trọng đến sản lượng lương thực.

Trong những năm gần đây, kỹ thuật di truyền đang được xem là một công cụ quan trọng, một sự lựa chọn mới trong công cuộc chọn tạo giống cây trồng mang tính trạng mong muốn như: màu sắc mới, chất lượng tốt hơn, đặc biệt kháng lại các tác nhân gây bệnh do virus và côn trùng. Một số virus đã có thể kiểm soát được thông qua biện pháp tạo cây trồng chuyển gen mang các gen hoặc đoạn gen có nguồn gốc từ chính các virus gây bệnh (pathogen-derived resistance, PDR). Các cấu trúc gen có nguồn gốc từ virus gây bệnh được sử dụng chuyển vào cây trồng để tạo tính kháng có thể là các loại khác nhau như: các cấu trúc của virus theo chiều xuôi (sense) hay chiều ngược (antisense), các cấu trúc dạng kẹp tóc (inverted repeats/hairpin) và các miRNA nhân tạo có đích là các trình tự gen của virus gây bệnh, hay kỹ thuật RNAi “RNA interference”, đang được quan tâm nhiều và ứng dụng rộng rãi.

Cơ chế hoạt động của RNAi (RNA interference) được 2 nhà khoa học Mỹ là Fire và Mello phát hiện và công bố trên tạp chí Nature vào năm 1998. Khám phá cũng báo hiệu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới. Fire và Mello đã vinh dự nhận giải thưởng Nobel về Y học và sinh lý học vào năm 2006 cho phát minh quan trọng này.

Ở Việt Nam gần đây đã có một số nghiên cứu theo hướng ứng dụng kỹ thuật RNAi trong tạo giống cây trồng chuyển gen chống lại các bệnh do virus gây ra. Phòng Công nghệ tế bào thực vật – Viện Công nghệ sinh học do GS. Lê Trần Bình và TS. Chu Hoàng Hà đứng đầu là nhóm nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam đã thành công trong việc ứng dụng kỹ thuật RNAi trong tạo cây chuyển gen kháng virus. Một trong những kết quả của đề tài cấp Viện KH&CN Việt Nam được tiến hành trong 2 năm 2007-2008: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật RNAi trong tạo giống cây trồng chuyển gen kháng bệnh virus” là đã tạo được các cây thuốc lá chuyển gen kháng virus khảm dưa chuột (CMV), kháng virus khảm thuốc lá (TMV) và kháng đồng thời cả 2 loại virus trên.

Hình ảnh dòng thuốc lá T-CMV-49 biểu hiện kháng bệnh hoàn toàn và cây đối chứng WT2-1 sau 3 lần lây nhiễm

Kỹ thuật RNAi cũng đã được tiếp tục nghiên cứu ứng dụng trong đề tài trọng điểm cấp nhà nước thuộc chương trình phát triển công nghệ sinh học (KC04-03/06-10) với mục đích tạo cây đu đủ và cây ăn quả có múi chuyển gen kháng bệnh virus. Đề tài đã được nghiệm thu cấp nhà nước trong tháng 9/2010. Một trong những kết quả đạt được của đề tài là đã tạo ra được các dòng đu đủ chuyển gen có khả năng kháng hoàn toàn với virus đốm vòng.

Thử tính kháng virus PRSV trên cây đu đủ chuyển gen.
A, B: cây sau 2 tháng lây nhiễm virus;
C, D: cây sau 5 tháng lây nhiễm virus;
A, C: dòng cây đối chứng không chuyển gen;
C, D: dòng cây chuyển gen A19.

Các kết quả thu được kể trên là cơ sở quan trọng chứng tỏ khả năng tiếp cận với các công nghệ mới trong lĩnh vực công nghệ sinh học, mà cụ thể là làm chủ công nghệ RNAi, của các nhà khoa học Việt nam. Các thành công trên cũng tạo ra một sự lựa chọn mới cho các nhà nghiên cứu trong việc tạo giống cây trồng kháng bệnh virus.

TS. Chu Hoàng Hà - Viện Công nghệ sinh học