Sinh học 12 Bài 20: Tạo giống mới nhờ công nghệ gen

a. Khái niệm công nghệ gen

• Công nghệ gen là một quy trình công nghệ dùng để tạo ra những tế bào và sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, từ đó tạo ra cơ thể với những đặc điểm mới
• Kỹ thuật chuyển gen (kĩ thuật tạo ADN tái tổ hợp) là chuyển một đoạn ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng nhiều cách khác nhau

b. Các bước cần tiến hành trong kỹ thuật chuyển gen

- Tạo ADN tái tổ hợp

• Tách ADN ra khỏi tế bào cho và tách plasmit ra khỏi tế bào vi khuẩn
• Cắt đoạn ADN của tế bào cho và mở vòng plasmit bằng enzim cắt restrictaza (enzim này nhận ra vị trí cắt chính xác ở những nu xác định)
• Nối đoạn vừa cắt vào plasmit tạo thành ADN tái tổ hợp nhờ enzim ligaza
• Sơ đồ tạo ADN tái tổ hợp

- Đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

• ​Chuyển ADN tái tổ hợp vào vi khuẩn, tạo điều kiện cho gen biểu hiện, vi khuẩn sẽ nhân lên nhanh chóng
• Dùng CaCl2 hoặc dùng xung điện để làm giãn màng sinh chất của tế bào nhận
• Phân tử ADN tái tổ hợp dễ dàng chui qua màng vào tế bào nhận
• Sơ đồ đưa ADN tái tổ hợp vào tế bào nhận

- Phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

• ​Sàng lọc các tế bào có ADN tái tổ hợp để nhân lên thành dòng. (Vi khuẩn có khả năng sản sinh ra một lượng lớn sản phẩm của đoạn gen đó)
• Sơ đồ phân lập dòng tế bào chứa ADN tái tổ hợp

a. Khái niệm sinh vật biến đổi gen

- Sinh vật biến đổi gen  là sinh vật mà hệ gen của nó làm biến đổi phù hợp với lợi ích của mình

- Cách làm biến đổi hệ gen của sinh vật:

• Đưa thêm một gen lạ vào hệ gen của sinh vật
• Làm biến đổi một gen đã có sẵn trong hệ gen
• Loại bỏ hoặc làm bất hoạt một gen nào đó trong hệ gen

b. Một số thành tựu tạo giống biến đổi gen

- ​Tạo động vật chuyển gen

+ Mục tiêu:

• Tạo nên giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn
• sinh vật biến đổi gen có thể được tạo ra dùng trong ngành công nghiệp dược phẩm (như nhà máy sinh học sản suất thuốc cho con người)

+ Phương pháp tạo động vật chuyển gen:

• Tách lấy trứng ra khỏi cơ thể sinh vật rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm (hoặc lấy trứng đã thụ tinh)
• Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử
• Cấy hợp tử đã được chuyển gen vào tử cung của con vật để nó mang thai và sinh đẻ bình thường
• Nếu gen được chuyển gắn thành công vào hệ gen của hợp tử và phôi phát triển bình thường thì sẽ cho ra đời 1 sinh vật biến đổi gen (chuyển gen)

+ Thành tựu tạo động vật chuyển gen:

• ​Chuyển gen pr người vào cừu
• Chuyển gen hooc môn sinh trưởng của chuột cống vào chuột bạch → khối lượng tăng gấp đôi

- Tạo giống cây trồng biến đổi gen:

+ Mục tiêu:

• ​Tạo giống cây trồng kháng sâu hại
• Tạo giống cây chuyển gen có đặc tính quí
• Tạo giống cây biến đổi gen có sản phẩm được bảo quản tốt hơn

+ Phương pháp:

• Tạo ADN tái tổ hợp: tách thể truyền và gen cần chuyển ra khỏi tế bào
• Xử lí plasmit và ADN chứa gen cần chuyển bằng enzim cắt restrictaza
• Nối đoạn vừa cắt vào plasmit nhờ enzim ligaza
• Tái sinh cây từ tế bào nuôi cấy à cây có đặc tính mới

+ Thành tựu tạo giống cây trồng biến đổi gen:

• Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ từ loài thuốc lá cảnh vào cây bông và đậu tương
• Chuyển gen chống vi rút vào khoai tây.

- Tạo giống vi sinh vật biến đổi gen: 

+ Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất insulin của người

• Insulin là hormone của tuyến tụy có chức năng điều hòa glucose trong máu. Trường hợp insulin do cơ thể sản xuất không đủ hoặc mất chức năng sẽ gây bệnh tiểu đường do glucose bị thải ra qua nước tiểu
• Gen tổng hợp insulin được tách từ cơ thể người và chuyển vào vi khuẩn E.coli bằng plasmid. Sau đó, nuôi cấy vi khuẩn để sản xuất insulin trên qui mô công nghiệp đáp ứng nhu cầu chữa bệnh cho con người

+ Tạo chủng vi khuẩn E.coli sản xuất somatostatin

• Somatostatin là loại hormone đặc biệt được tổng hợp từ não động vật, có chức năng điều hòa hormone sinh trưởng và insulin đi vào máu
• Bằng công nghệ gen hiện nay đã tạo được chủng E.coli sản xuất somatostatin

+ Thành tựu tạo giống vi sinh vật biến đổi gen:

• Tạo vi khuẩn kháng thể miễn dịch cúm
• Tạo gen mã hoá insulin trị bệnh đái tháo đường
• Tạo chủng vi khuẩn sản xuất ra các sản phẩm có lợi trong nông nghiệp

Câu 1: Tóm tắt các thành tựu trong tạo giống mới và sản xuất giống nhờ công nghệ gen?

Hướng dẫn giải

Thành tựu chủ yếu của công nghệ gen là kĩ thuật tái tổ hợp ADN nhằm tạo ra các loài sinh vật biến đổi gen, các cá thể hoặc các tế bào mang gen mới nhằm phục vụ các lợi ích của con người.

• Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, từ năm 1980, người ta đã thành công trong việc chuyển gen điều khiển tổng hợp insulin ở người vào vi khuẩn E. coli để tổng hợp insulin (dùng để chữa bệnh tiểu đường) với giá thành rất thấp so với trước đây. Bằng cách tương tự, ngày nay, người ta đã tổng hợp được hoocmôn sinh trưởng ở người, các loại inteíeron chống virut và ung thư, các loại enzim urokinaza, các loại prôtêin quý hiếm như timôzin tăng cường miễn dịch, hemôpôêtin chữa bệnh thiếu máu, các loại vacxin tái tổ hợp ngừa bệnh viêm gan siêu vi B, viêm não Nhật Bản, sởi, bại liệt ở người ; vacxin ngừa bệnh lở mồm long móng ở gia súc.
• Về cây trồng biến đổi gen: cây thuốc lá biến đổi gen đầu tiên đưa vào ứng dụng năm 1983, đến năm 1986 thành công với cây bông và cây đậu tương có khả năng kháng sâu bệnh và kháng thuốc diệt cỏ. Đến nay, thực vật biến đổi gen đã tăng rất nhanh về số chủng loại và diện tích gieo trồng, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
• Trên thế giới đã phát triển một lĩnh vực ứng dụng quan trọng là công nghệ sinh học nano (Nanobiotechnology) tạo ra các thiết bị hiển vi đưa vào cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bào ung thư ; tạo ra các chip sinh học và máy tính sinh học, mở ra những triển vọng nghiên cứu và ứng dụng vô cùng quan trọng. Khởi đầu từ Ixraen và gần đây nhất, các nhà khoa học của Anh và Nhật Bản có những nghiên cứu nền tảng cho một kỉ nguyên công nghệ mới thể hiện mối quan hệ lí thú giữa công nghệ sinh học và công nghệ thông tin.

Câu 2: Trình bày phương pháp tạo động vật chuyển gen và những thành tựu tạo giống động vật biến đổi gen?

Hướng dẫn giải

- Phương pháp tạo động vật chuyển gen:

• Tách lấy trứng ra khỏi cơ thể sinh vật rồi cho thụ tinh trong ống nghiệm (hoặc lấy trứng đã thụ tinh).
• Tiêm gen cần chuyển vào hợp tử.
• Cấy hợp tử đã được chuyển gen vào tử cung của con vật để nó mang thai và sinh đẻ bình thường.
• Nếu gen được chuyển gắn thành công vào hệ gen của hợp tử và phôi phát triển bình thường thì sẽ cho ra đời 1 sinh vật biến đổi gen (chuyển gen)

- Thành tựu tạo giống động vật biến đổi gen

• Chuyển gen pr người vào cừu

• Chuyển gen hoocmôn sinh trưởng của chuột cống vào chuột bạch → khối lượng tăng gấp đôi

Câu 1: Công nghệ tế bào là gì?

Câu 2: Trong công nghệ tế bào, người ta dùng tác nhân nào để kích thích mô sẹo phân hóa thành cơ quan hoặc cơ thể hoàn chính?

Câu 3: Nhân bản vô tính ở động vật đã có những triển vọng như thế nào?

Câu 4: Trong 8 tháng từ một củ khoai tây đã thu được 2000 triệu mầm giống đủ trồng cho 40 ha. Đây là kết quả ứng dụng của lĩnh vực công nghệ nào?

Câu 1: Quy trình tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới, từ đó tạo ra các cơ thể với những đặc điểm mới được gọi là:

A. công nghệ tế bào

B. công nghệ sinh học

C. công nghệ gen

D. công nghệ vi sinh vật

Câu 2: Để nối đoạn ADN của tế bào cho vào ADN plasmit, người ta sử dụng enzim

A. polimeraza

B. ligaza

C. restrictaza

D. amilaza

Câu 3: Thể truyền thực chất là

A. Một phân tử axit nucleotit nhỏ, có khả năng nhân đôi 1 cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như gắn vào hệ gen của tế bào

B. Một phân tử ADN nhỏ, có khả năng nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng như gắn vào hệ gen của tế bào

C. Một phân tử ADN nhỏ, có khả năng nhân đôi một cách độc lập với hệ gen của tế bào cũng nhưng không gắn được vào hệ gen của tế bào

D. Một phân tử axit nucleotit nhỏ, có khả năng nhân đôi 1 cách độc lập với hệ gen của tế bào nhưng không gắn được vào hệ gen của tế bào

Câu 4: Đối tượng vi sinh vật thường được sử dụng làm tế bào nhận để tạo ra các sản phẩm sinh học trong công nghệ gen là

A. virut

B. vi khuẩn

C. thực khuẩn

D. nấm mốc

Sau khi học xong bài này các em cần:

• Nêu được khái niệm, nguyên tắc và những ứng dụng của công nghệ gen trong chọn giống vi sinh vật, thực vật và động vật
• Giải thích được các khái niệm cơ bản như: công nghệ gen, ADN tái tổ hợp, thể truyền, plasmit
• Trình bày được các bước cần tiến hành trong kỹ thuật chuyển gen
• Nêu được khái niệm sinh vật biến đổi gen và các ứng dụng của công nghệ gen trong việc tạo ra các giống sinh vật biến đổi gen