Ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 trong nâng cao chất lượng quả cà chua Việt Nam

23/02/2023

Công nghệ chỉnh sửa hệ gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas đang được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả nhất được sử dụng trong cải tạo giống cây trồng hiện nay. Công nghệ này cho phép tạo ra các đột biến theo định hướng, có thể tác động tới nhiều gen cùng một lúc và đặc biệt là có thể chọn được các dòng đột biến không mang theo bất cứ trình tự ADN ngoại lai trong hệ gen.

Mới đây, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã phát triển và ứng dụng công nghệ này trong gây tạo đột biến định hướng để nâng cao hàm lượng đường và axit amin trong quả của giống cà chua Việt Nam. Đây là sản phẩm trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu nâng cao hàm lượng đường và amino acid trong quả cà chua (Solanum lycopersicum) thông qua đột biến gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9” do Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam tài trợ (mã số đề tài ĐLTE00.10/20-21), TS. Đỗ Tiến Phát làm chủ nhiệm.

TS. Đỗ Tiến Phát cho biết, phần lớn các giống cà chua trên thế giới cũng như ở Việt Nam được chọn lọc theo hướng phục vụ tiêu thụ hàng ngày và sử dụng trong công nghiệp chế biến với đặc điểm sinh trưởng nhanh, quả to, năng suất cao… nhưng ít được quan tâm tới hương vị. Để tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của quả cà chua, các nghiên cứu gần đây đã đã áp dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gen để tác động vào một đường hướng sinh tổng hợp các chất trong quả. Một ví dụ điển hình là cà chua GABA, một giống cà chua chỉnh sửa gen của Nhật Bản, có khả năng hỗ trợ giảm căng thẳng và hạ huyết áp. Đây là một trong những loại cây chỉnh sửa gen đầu tiên được thương mại hóa trên thế giới. Trên cơ sở đó, trong nghiên cứu của mình, nhóm hướng tới tăng hàm lượng đường, giúp cho quả cà chua có vị tốt hơn và tăng hàm lượng các axit amin có lợi cho sức khỏe.

Cụ thể, TS. Đỗ Tiến Phát cùng nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 mang hai trình tự định hướng để tạo ra các đột biến có mục tiêu trong các vùng trình tự phía trước (uORF) của gen SlbZIP1 liên quan đến quá trình sinh tổng hợp đường và axit amin ở cây cà chua. Để nghiên cứu vừa có tính khoa học, vừa có tính ứng dụng, nhóm nghiên cứu chọn đối tượng thực hiện chỉnh sửa là giống cà chua PT18 của Việt Nam. Đây là giống cà chua thuần và được trồng khá phổ biến ở nước ta trước đây. Kết quả phân tích thành phần quả của các dòng cây được chỉnh sửa gen cho thấy sự tăng lên đáng kể hàm lượng đường và axit amin tổng số.

Đáng chú ý, các dòng cà chua đột biến SlbZIP1-uORF mang các đặc tính mong muốn như hàm lượng đường và axit amin cao hơn cây đối chứng (không chỉnh sửa), nhưng không ảnh hưởng xấu đến kiểu hình cũng như khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trong điều kiện phân tích tại phòng thí nghiệm, buồng sinh trưởng. Ngoài ra, các đột biến trong vùng SlbZIP1-uORF được xác định ở thế hệ T0 đã được di truyền ổn định cho thế hệ tiếp theo và không mang theo các đột biến ngoài mục tiêu.

Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng của hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 trong việc cải thiện chất lượng quả cà chua nói riêng và mở rộng ra các loại cây trồng quan trọng khác. Nghiên cứu đã được công bố trên Planta, một tạp chí uy tín về công nghệ sinh học thực vật, thuộc nhóm Q1 ISI.