MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây mía (Saccharum officinarum L.) là một trong những cây công nghiệp được trồng rộng rãi nhất trên thế giới (Dotaniya, Datta, 2014; Choudhary et al., 2017) được canh tác ở 109 quốc gia với diện tích 26,9 triệu ha, sản lượng đạt 1,91 tỷ tấn (Factfish, 2015). Cây mía được sử dụng vào nhiều mục đích: cung cấp thực phẩm: sucrose, fructose, mật mía; làm sợi: cung cấp vật liệu cenlullose, thức ăn gia súc: lá, thân đã được ép đường; tạo năng lượng: năng lượng sinh học tái tạo từ rỉ đường…; công nghiệp hóa chất: ethanol sinh học, chất mùn (Dotaniya et al., 2016). Việc cải thiện các đặc tính nông sinh học ở cây mía đã được nghiên cứu trong những năm qua nhằm tăng trữ lượng đường, tăng khả năng chống chịu các điều kiện stress như: hạn hán, ngập, mặn, kháng sâu hại, thuốc diệt cỏ, nấm gây bệnh… Tuy nhiên do một số đặc thù của cây mía như: kích thước hệ gen lớn (985 Mbp), bộ nhiễm sắc thể phức tạp (2n = 70-140), và sự tương tác phức tạp của cây mía với các điều kiện môi trường (Zhang et al., 2012)… khiến cho thời gian để tạo ra một giống mía mới theo phương pháp truyền thống lên tới 10-12 năm. Kỹ thuật chuyển gen có thể xem là phương pháp tối ưu nhất để tạo ra giống mía mới trong thời gian ngắn nhất.
Cây mía được biết là vật chủ của hơn 1500 loài côn trùng và 80 bệnh hại, trong đó đặc biệt gây hại trên diện rộng và khó kiểm soát là các loài bọ cánh cứng (bọ hung, xén tóc…), sâu đục thân, rệp… nhưng phần lớn chúng thường bị giới hạn bởi sự phân bố địa lý. Tuy nhiên, hiện nay sự phát triển của du lịch, thương mại giữa các nước cùng với thay đổi điều kiện khí hậu làm tăng nguy cơ sâu bệnh hại xâm nhập và bùng phát trong nhiều hệ thống nông nghiệp, trong đó sâu bệnh gây hại trên mía ngày càng khó kiểm soát. Khả năng thích ứng của một số loài gây hại và xâm nhập vào các khu vực trồng mía rất nhanh, gây thiệt hại đặc biệt nghiêm trọng. Côn trùng bọ cánh cứng ảnh hưởng xấu đến năng suất cây mía vì chúng phá hoại mía ở giai đoạn ấu trùng và trưởng thành.
Các nghiên cứu tạo cây chuyển gen biểu hiện protein độc tố diệt côn trùng gây hại của Bt đã phát triển trên khắp thế giới từ năm 1996. Việc tạo ra cây trồng biến đổigen là bước đột phá nhằm: (i): giảm thiểu tác hại của thuốc trừ sâu hóa học, (ii): tăng cường hiệu quả, tính đặc hiệu trong diệt trừ sâu đích; (iii): giảm chi phí, ít ảnh hưởng tới môi trường, sức khỏe con người và các loài sinh vật khác (James, 2014).
Ở Việt Nam, cây mía cũng là một trong số các cây trồng chịu sự phá hoại lớn từ côn trùng thuộc Bộ cánh cứng trong đó có họ bọ hung Scarabaeidae. Âu trùng bọ hung thường đục thân, phá hoại rễ, còn giai đoạn trưởng thành chúng ăn các bộ phận như thân, lá cây mía. Sự phá hại do bọ hung gây ra có thể làm chết cây hoặc giảm đáng kể năng suất cây mía (Shu et al., 2009a). Kết quả nghiên cứu cho thấy, không có giống mía nào hệ gen tự nhiên mang gen biểu hiện tính kháng côn trùng gây hại (James, 2014). Vì vậy, việc tạo giống mía chuyển gen có khả năng kháng côn trùng nói chung và bọ hung nói riêng đang là vấn đề cấp thiết hiện nay. Nhóm protein Cry8 là một trong những nhóm protein độc tố Bt được mã hóa bởi các gen thuộc họ cry8 đã được chứng minh có độc tính với ấu trùng của bọ cánh cứng trong đó có bọ hung (Zhang et al., 2013).
Cho đến nay, cây mía chuyển gen chủ yếu được tạo ra nhờ sử dụng hai phương pháp chính là súng bắn gen và chuyển gen đích thông qua A. tumefaciens. Với điều kiện thực tế ở Việt Nam, sử dụng A. tumefaciens để chuyển gen thực vật là phương pháp đơn giản và mang lại hiệu quả cao. Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chuyển gen cry8Db có tính
kháng côn trùng vào cây mía”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Tạo được các dòng mía chuyển gen cry8Db có hoạt tính kháng ấu trùng bọ hung hại mía.
3. Nội dung nghiên cứu
1. Đánh giá thiệt hại bọ hung gây ra trên mía và thử hoạt tính kháng ấu trùng loài bọ hung điển hình của Cry8Db tái tổ hợp.
2. Thiết kế vector chuyển gen thực vật PCAMBIA1300 chúứa gen chuyển cry8Db.
3. Xây dựng hệ thống tái sinh in vitro hiệu quả ở cây mía.
4. Tối ưu hóa quy trình chuyển gen in vitro và ex vitro thông qua A. tumefaciens.
5. Đánh giá khả năng kháng ấu trùng bọ hung của các dòng mía biểu hiện gen cry8Db.
