Transfering Shrunken 2 (Sh2) gene coding for adp-glucose pyrophosphorylase enzyme into some inbred maize lines by Agrobacterium tumefaciens mediated gene transfer

Abstract

Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, *nguyenducthanh_pcg@ibt.ac.vn TÓM TẮT: Gen Shrunken 2 (Sh2) ñã ñược xác ñịnh tham gia vào quá trình sinh tổng hợp tinh bột vì gen này mã hóa cho hai tiểu phần lớn của enzyme ADP-glucose pyrophosphorylase, một enzyme ñóng vai trò quan trọng trong ñiều hòa sinh tổng hợp tinh bột ở nhóm cây ngũ cốc. Mục ñích của nghiên cứu này là chuyển gen Sh2 vào một số dòng ngô trồng và tái sinh cây chuyển gen mang gen ñích phục vụ cho nghiên cứu vai trò của gen Sh2 trong việc tăng cường tổng hợp tinh bột ở cây ngô. Các chủng Agrobacterium tumefaciens C58 và DHA105 mang vector chuyển gen pCambia1301/Ubi/Sh2 có chứa gen Sh2 và chuỗi khởi ñộng Ubiquitin ñặc thù cho cây một lá mầm ñược sử dụng ñể chuyển gen Sh2 vào phôi non của các dòng ngô. Phản ứng PCR nhân bản gen Ubi và Sh2 ñược tiến hành ñể kiểm tra sự có mặt của gen chuyển trong cây chuyển gen T0. Lai Southern và Northern ñược tiến hành ở các cây chuyển gen tương ứng T0 và T1 ñể kiểm tra sự sâm nhập vào hệ gen và sự thể hiện của gen Sh2 ở các cây chuyển gen. Đã tái sinh ñược cây từ các mô sẹo chuyển gen của sáu dòng ngô H95, H240, H26, H14, H4 và CML161 với hiệu suất chuyển gen từ 1,08 ñến 1,77. Chủng A. tumefaciens DHA105 cho hiệu suất chuyển gen cao hơn chủng C58 và ñạt từ 1,60 ñến 4,31%. Các cây chuyển gen có từ 1 ñến 3 bản sao gen chuyển nạp. Nhiều cây chuyển gen sinh trưởng và phát triển bình thường, cho bắp và hạt. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của gen chuyển ñến sinh tổng hợp tinh bột ở các dòng ngô chuyển gen sẽ ñược tiến hành trong thời gian tới.Từ khóa: Agrobacterium tumefaciens, cây chuyển gen, dòng ngô, gen Shrunken 2 (Sh2), hiệu suất chuyển gen. MỞ ĐẦUNgô (Zea mays L.) là cây ngũ cốc quan trọng thứ ba trên thế giới, diện tích gieo trồng trên pham vi toàn cầu vào khoảng 400 triệu ha với sản lượng 600 triệu tấn/năm. Ngô góp phần vào việc ổn ñịnh sản lượng ngũ cốc trên thế giới và có vai trò quan trọng trong kinh tế và thương mại quốc tế như là một cây trồng sử dụng làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và sản xuất công nghiệp. Nhu cầu về lương thực, thức ăn chăn nuôi và nhiên liệu trên thế giới ngày một tăng, theo tính toán, hàng năm phải sản xuất thêm 200 triệu tấn ngô và lúa mì mới ñủ yêu cầu vào 2017 [5]. Năng suất ngô ở Hoa Kỳ ñã tăng từ 1,9 tấn/ha vào những năm 30 của thế kỷ trước ñến 10,34 tấn/ha hiện nay [5]. Sự tăng năng suất này là nhờ sử dụng các công nghệ canh tác như: ưu thế lai, phân bón tổng hợp và cơ giới hóa. Sử dụng công nghệ gen và các phương pháp chọn lọc bằng chỉ thị DNA là những cách tiếp cận mới ñể tăng năng suất ngô. Khoảng 50% tăng năng suất là do cơ giới hóa, chăm sóc và mật ñộ trồng, còn lại 50% là do cải biến di truyền [4]. Nhìn chung, ngoài Hoa Kỳ, năng suất ngô ở các nước sản xuất chính như Trung Quốc, Brazil, Ấn Độ, Mexico, Argentina ñều thấp (từ 2,06 ñến 5,35 tấn/ha), năng suất ngô trung bình của thế giới chỉ ñạt 5,12 tấn/ha [22]. Chính vì vậy, việc ứng dụng công nghệ sinh học, ñặc biệt là công nghệ gen ñể cải tiến năng suất ở ngô là rất cần thiết.Để tăng năng suất, một trong những cách tiếp...

Plant tissue and cell culture in Vietnam: forty-five years of development and the future

“…In addition to the basic research orientation as described above, some laboratories have made efforts to create transgenic plant with drought tolerance (Cao Le Quyen et al, 2009), disease-resistance (Vu Thi Lan et al, 2017), increased productivity (Nguyen Duc Thanh et al, 2015) and quality transgenic crops (Tran Thi Luong et al, 2014;Tran Thi Luong, Nguyen Duc Thanh, 2015). However, the results are still modest.…”

“…Shrunken 2 (Sh2) (Tran Thi Luong et al, 2014) and Brittle 2 (Bt2) genes (Nguyen Thi Thu et al, 2014;Nguyen et al, 2016) encoding ADP-glucose pyrophosphorylase-an enzyme that regulates starch synthesis, were successfully transferred into maize and transgenic maize that increase starch content from 10.12 to 16.04% and yield over 5 tons/ha were obtained. As maize is a low-quality food crop (lack of lysine, tryptophan, low provitamin A including α-carotene, β-carotene and β-cryptoxanthin), with the aim of improving the quality of maize, Tran et al (2017) had transferred the IbOr gene from the Hoang Long sweet potato variety into several maize lines and created transgenic maize plants with increased -carotene content more than 10 fold, contributing to improving the nutritional quality of maize (Tran et al, 2017;Tran Thi Luong & Nguyen Duc Thanh, 2018…”