- Dưới đây là bài viết của TS Nguyễn Hữu Tâm, một cộng tác viên đang làm việc tại Đại học Nebraska - Lincoln, Mỹ. Bài viết giới thiệu một phương pháp chuyển gen đơn giản và hiệu quả nhưng chưa được sử dụng tại Việt Nam.

Lợi ích sử dụng cây Arabidopsis

Cây Arabidopsis là thực vật có hoa nhỏ thuộc họ cải (Brassicaceae), có những đặc điểm thuận lợi hơn so với các cây trồng khác.

Arabidopsis không có ý nghĩa gì về mặt nông nghiệp, nhưng trong nghiên cứu nó đóng một vai trò rất quan trọng. Arabidopsis đã được chọn như là một cây mô hình trong nghiên cứu thực vật và đã được các nhà khoa học trên thế giới sử dụng từ lâu.

Việc chuyển gen vào thực vật ngày nay đã rất phổ biến trên thế giới và ngày càng có nhiều phương pháp được sử dụng và lựa chọn. Tuy nhiên, có 2 phương pháp mà nhiều nơi sử dụng, đó là dùng súng bắn gen (gene gun) hoặc dùng Agrobacterium.

Súng bắn gen có hiệu quả đối với  những đối tượng khó sử dụng phương pháp dùng Agrobacterium. Tuy nhiên, phương pháp này rất tốn kém, một súng bắn gen giá khoảng từ 10.000 - 20.000USD và để dùng được súng cần phải có thêm các phụ kiện đi theo, như hạt vàng, hoặc tungsten, rồi khí heli, các đĩa… với chi phí không nhỏ. Sau khi bắn, việc nuôi cấy và chọn lọc được cây chuyển gen cũng cần một khoản chi phí nữa, vì cây được nuôi cấy hoàn toàn trong ống nghiệm.

Phương pháp dùng Agrobacterium cũ có một nhược điểm là cây dễ bị nhiễm lại vi khuẩn Agrobacterium. Trong khi đó, phương pháp sử dụng Agrobacterium mới đơn giản hơn và hiệu quả hơn.

Phương pháp mới sử dụng Agrobacterium

Trang thiết bị, hóa chất

Rất đơn giản và tiết kiệm, các thiết bị chủ yếu gồm kính lọc màu và đèn pin đặc dụng (50 - 60 USD - xem hình dưới), chậu trồng cây nhựa (10x10 cm, 1USD/10 cái), Agrobacterium (hiện có rất nhiều ở các phòng thí nghiệm tại Việt Nam), đường (không đáng kể) và chất sinh trưởng BA (có thể không cần dùng hoặc chỉ dùng một lượng rất nhỏ, giá thành không đáng kể).

Đèn pin đặc hiệu và kính lọc màu

Phương pháp

Phương pháp này được sử dụng hơn 10 năm nay, lần đầu công bố trên tạp chí Plant Journal 1998 của tác giả Steven J. Clough và Adrew F. Bent (1). Chúng tôi sử dụng phương pháp này trong hơn 5 năm ở Viện nghiên cứu Brookhaven National Laboratory và trường Đại học Nebraska - Lincoln và thấy rằng nó rất đơn giản và hiệu quả nếu kết hợp phương pháp của hai tác giả trên với các gen chỉ thị phát huỳnh quang. Các bước cụ thể được giới thiệu ở cuối bài.

Đánh giá

Hiện nay, hầu hết các phòng thí nghiệm về thực vật ở châu Âu và Mỹ đều sử dụng phương pháp này để nghiên cứu về thực vật vì theo họ là rất đơn giản và hiệu quả. Thế tại sao Việt Nam đến nay vẫn chưa sử dụng? Đâu là câu trả lời?

Ở Việt Nam, những nghiên cứu trên cây Arabidopsis được cho là những nghiên cứu cơ bản và vì lý do đó rất khó mà xin được kinh phí. Thực tế chứng tỏ nếu không có nghiên cứu cơ bản thì sẽ không có nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu cơ bản sẽ tiết kiệm được rất nhiều tiền bạc và thời gian cho các nhà khoa học.

Hạt chuyển gen có màu xanh, vàng, màu đỏ rất dễ phân biệt với  hạt tự nhiên (màu nâu)

Một ví dụ cụ thể: Một gen A muốn biết nó hoạt động tốt hay không thay vì ta chuyển ngay nghiên cứu vào cây lúa, sau một năm (nhanh nhất) ta có cây chuyển gen để phân tích, một năm, ta dùng phương pháp bắn gen (hoặc phương pháp khác), tốn khá nhiều tiền của mà không biết có chắc gen đó hoạt động hay không? Và mỗi đề tài về chuyển gen vào cây lúa sẽ không dưới 100 triệu. Thay vì làm trực tiếp như vậy, ta bắt đầu với cây Arabidopsis, chỉ sau 2 tháng và tốn khoảng 2-5 triệu đồng, ta biết ngay gen đó hoạt động thế nào, bao nhiêu phần trăm và khi đó sẽ quyết định ứng dụng vào cây lúa hay không. Nếu gen A đó không hoạt động, ta ngừng ngay thì sẽ tiết kiệm được ít nhất trên 90 triệu đồng, và hàng năm có tới mấy chục cái đề tài như vậy, sẽ tiết kiệm được một số tiền không nhỏ.

Vì phần lớn nguồn gen ở Việt Nam là “trôi nổi”, và hầu hết các nghiên cứu trên thực vật ở Việt Nam là lặp lại của nước ngoài mà một số “bí quyết” họ không đăng hết trên báo, nên việc thất bại là việc rất hay xảy ra. Nếu không, ta đã có tràn ngập cây chuyển gen có ứng dụng thực tiễn rồi. Thử hỏi từ trước đến giờ nhà nước đầu tư bao nhiêu tiền cho nghiên cứu ứng dụng trên cây lúa (có thể hàng tỉ tỉ đồng), mà đến bây giờ kết quả cũng rất khiêm tốn. Một vài báo cáo trong nước, quốc tế, vài bài báo trong nước và rất ít trên tạp chí quốc tế. Nào đâu cây luá kháng sâu, kháng rầy? Cây lúa nhiều Vitamin A, cây lúa chịu phèn, cây lúa chịu mặn…?

Ta chưa có những nghiên cứu đột phá trong công nghệ sinh học, mà hầu hết chúng được ra đời từ những nghiên cứu cơ bản. Do vậy, bỏ qua nghiên cứu cơ bản hoặc xem nhẹ thì sẽ không bao giờ bắt kịp được nền khoa học thế giới.

Đề nghị

- Trước mắt: Trước khi thực hiện một nghiên cứu nào đó trên cây trồng ứng dụng, hãy yêu cầu các nhà khoa học nhận đề tài thực hiện nó trên cây Arabidopsis, hãy coi nó như một đề tài cơ sở, đánh giá hiệu quả thành công trước khi xem xét để cấp tiền cho các đề tài ứng dụng tiếp theo. Như vậy sẽ tránh được lãng phí tiền bạc và thời gian.

- Lâu dài: Là một nhà khoa học, từng có thời gian làm việc trong nước và nước ngoài, tôi xin đề nghị trong lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật, nhà nước hãy đầu tư vào những nghiên cứu cơ bản như lập bản đồ gen các cây trồng Việt Nam, qua đó mới thấy được cái nào cần cho chúng ta, nguồn gen của chúng ta rất phong phú nhưng ta chưa có cách khai thác hiệu quả. Chúng ta may mắn có được hệ thực vật phong phú, mà không phải nước nào trên thế giới cũng có được. Trong đó chứa hàng ngàn ngàn gen quí hiếm. Như các gen kháng mặn, kháng phèn…, chắc chắn phải nằm trong cây đước, cây tràm, cây năn, cây lác… Chúng ta phải nghiên cứu bộ gen của nó, để tìm ra những gen này ở đâu để đưa nó sang cây trồng lương thực như lúa để mở rộng canh tác trên các vùng đất phèn và ngập mặn ở Đồng bằng Sông Cửu Long cũng như  nhiều nơi khác.

(1) Clough SJ, Bent AF, Plant J. 1998 Dec;16(6):735-43.

Giới thiệu từng bước cụ thể: - Gieo hạt Arabidopsis trong chậu, mỗi chậu 9 cây, khoảng 3-5 chậu cho một lần chuyển gen trong điều kiện tự nhiên (họặc có thay đổi nhỏ theo điều kiện khí hậu).    Cây Arabidopsis 2 tuần tuổi - Cây ra hoa khoảng 3-4 tuần sau khi trồng, cắt đợt hoa đầu tiên (để có nhiều hoa hơn từ các nhánh phụ), khoảng 4-6 ngày sau, cây sẽ cho đợt hoa mới.   Khoảng 3-4 tuần sau khi trồng - Nuôi vi khuẩn Agrobacterium có chứa plasmid (có gen cần chuyển và một gen phát huỳnh quang) qua đêm, đến khi mật độ OD600 = 0.8 (có thể thấp hơn hoặc cao hơn một ít cũng được) - Ly tâm lấy vi khuẩn (từ 200ml môi trường), cho vào 200ml dung dịch chứa 5% đường, 0.05% Silwet L-77, 10 µl BA (nồng độ 1mM). - Làm tan vi khuẩn trong dung dịch này và nhúng hoa ngập hoa của cây Arabidopsis vào đó này khoảng 10-30 giây (lần lượt từng chậu một).   Chỉ cần nhúng hoa vào dung dịch chứa vi khuẩn là đã gần xong thao tác chuyển gen - Đặt những chậu này nằm nghiêng qua đêm, sau đó đặt chậu trở lại bình thường - Sau 3-4 ngày có thể thực hiện một lần chuyển gen như trên để tăng hiệu quả (vì các hoa mới vẫn tiếp tục mọc lên)   Cây sau ba đợt chuyển gen sắp đến ngày thu hạt - Sau 2-3 tuần có thể thu hạt và chọn lọc hạt chuyển gen dưới đèn pin ánh sáng xanh và kính lọc màu. Mỗi đợt như vậy sẽ thu được 50-100 hạt chuyển gen. Chúng rất dễ dàng nhìn thấy vì có màu đỏ trong khi các hạt khác có màu nâu hoặc đen dưới kính lọc này.   Hạt chuyển gen có màu (ở ví dụ này là màu đỏ) trong khi hạt không được chuyển gen có màu nâu