Đăng nhậpDùng miễn phí

Sinh học 12 · Phần bốn: Di truyền học – Chương 1. Di truyền phân tử

Bài 5. Công nghệ di truyền

Các kĩ thuật tách gene, kết nối gene với vector, chuyển gene vào tế bào chủ và chọn lọc tế bào mang gene nhằm tạo sinh vật biến đổi gene.

Nhớ nhanh

1. Khái niệm và đối tượng

Định nghĩa

Công nghệ di truyền là tập hợp các phương pháp được dùng để tách một hoặc một số gene ra khỏi tế bào, rồi đưa gene đó vào một tế bào khác (cùng loài hoặc khác loài) với mục đích tạo ra sinh vật mang đặc tính mới có lợi cho con người.

Sinh vật biến đổi gene (viết tắt GMO) là sinh vật chứa một hoặc một số gene thu được thông qua công nghệ di truyền.

Lưu ý
  • Gene quan tâm thường là gene mã hoá cho sản phẩm có giá trị như insulin, hormone tăng trưởng, enzyme, protein kháng sâu.
  • Gene cần chuyển có thể được tách từ hệ gene của sinh vật, tổng hợp từ mRNA (cDNA) hoặc tổng hợp nhân tạo.

2. Quy trình công nghệ di truyền

Bốn bước cơ bản
  1. 1.
    Tạo gene: tách, khuếch đại hoặc tổng hợp gene quan tâm.
  2. 2.
    Chọn vector chuyển gene và kết nối gene vào vector.
  3. 3.
    Đưa vector chứa gene vào tế bào chủ.
  4. 4.
    Chọn lọc tế bào chủ mang gene, nuôi cấy và tạo cơ thể sinh vật.

2.1 Bước 1. Tạo gene

2.2 Bước 2. Kết nối gene với vector chuyển gene

Định nghĩa

Vector chuyển gene (véc-tơ chuyển gene) là phân tử DNA có khả năng nhân bản trong tế bào chủ và mang được gene cần chuyển. Vector thường gặp là plasmid vi khuẩn hoặc virus.

Lưu ý
  • Enzyme giới hạn (restrictase) nhận biết và cắt DNA tại những trình tự nucleotide đặc hiệu. Dùng cùng một enzyme giới hạn cắt gene và vector sẽ tạo các đầu dính bổ sung, giúp gene ghép được vào vector.
  • Enzyme nối (DNA ligase) tạo liên kết phosphodiester nối gene vào vector, thu được DNA tái tổ hợp.

2.3 Bước 3. Đưa gene vào tế bào chủ

Phương phápNguyên líĐối tượng
Biến nạp bằng CaCl2\mathrm{CaCl_2} và sốc nhiệtMuối CaCl2\mathrm{CaCl_2} kết hợp sốc nhiệt làm màng tăng tính thấm, DNA tái tổ hợp đi vào tế bàoVi khuẩn
Xung điệnDùng xung điện tạo lỗ tạm thời trên màng tế bào để DNA đi vàoVi khuẩn, nấm men, tế bào thực vật, động vật
Súng bắn geneBắn các hạt kim loại (vàng, tungsten) bọc DNA vào tế bàoThực vật
Trung gian Agrobacterium tumefaciensDùng vi khuẩn có plasmid Ti (đã được biến đổi để mang gene quan tâm) lây nhiễm mô thực vậtThực vật
Vi tiêmTiêm trực tiếp DNA vào nhân hợp tử (trứng đã thụ tinh)Động vật
Ví dụ 1

Hãy nêu quy trình tạo vi khuẩn E. coli sản xuất hormone insulin người.

Lời giải

Thực hiện lần lượt các bước sau:

  1. 1.
    Tạo gene insulin người: tổng hợp cDNA từ mRNA (không chứa intron) hoặc tổng hợp nhân tạo.
  2. 2.
    Cắt gene insulin và plasmid vector bằng cùng một enzyme giới hạn, rồi nối bằng DNA ligase.
  3. 3.
    Đưa plasmid tái tổ hợp vào tế bào E. coli (CaCl2\mathrm{CaCl_2} và sốc nhiệt, hoặc xung điện).
  4. 4.
    Gieo E. coli lên môi trường có kháng sinh tương ứng; chỉ tế bào mang plasmid chứa gene kháng kháng sinh mới sống được; kiểm tra để chọn dòng mang gene insulin, rồi nuôi cấy để thu insulin.

2.4 Bước 4. Chọn lọc tế bào chủ mang gene

3. Ứng dụng của công nghệ di truyền

4. Rủi ro và biện pháp đảm bảo an toàn sinh học

Biện pháp đảm bảo an toàn:

5. So sánh công nghệ di truyền với lai truyền thống

Tiêu chíLai truyền thốngCông nghệ di truyền
Phạm vi geneChỉ trong cùng loài hoặc gần loàiCó thể chuyển gene giữa các loài khác nhau
Nguồn geneChỉ dùng các gene đã có trong quần thểCó thể dùng gene tổng hợp, gene nhân tạo
Tính định hướngNgẫu nhiên, phụ thuộc tái tổ hợp và chọn lọc qua nhiều thế hệChủ động chuyển đúng gene quan tâm, thời gian ngắn
Rào cản sinh sảnBị giới hạn bởi mức độ cách li sinh họcKhông bị giới hạn bởi cách li sinh sản
Câu hỏi 1

Nêu trình tự bốn bước của quy trình công nghệ di truyền. Vì sao vector plasmid cần có gene đánh dấu?

Gợi ý trả lời

Bốn bước lần lượt là: tạo gene, kết nối gene với vector, đưa gene vào tế bào chủ, chọn lọc tế bào mang gene. Gene đánh dấu giúp phân biệt tế bào chủ đã nhận vector với tế bào không nhận vector trên môi trường chọn lọc, thuận lợi thu nhận dòng mang gene quan tâm.

Câu hỏi 2

Một nhà khoa học muốn tạo cây lúa biến đổi gene kháng sâu. Hãy đề xuất phương pháp đưa gene vào tế bào lúa và giải thích lựa chọn đó.

Gợi ý trả lời

Có thể dùng súng bắn gene hoặc phương pháp trung gian Agrobacterium tumefaciens. Súng bắn gene đưa DNA trực tiếp vào tế bào, không phụ thuộc khả năng lây nhiễm của vi khuẩn nên phù hợp với cây một lá mầm như lúa; Agrobacterium lây nhiễm tự nhiên vào mô thực vật, chuyển gene hiệu quả (tốt nhất ở cây hai lá mầm, nay đã cải tiến dùng được cho lúa). Sau đó nuôi cấy mô để tạo cây hoàn chỉnh.

Lưu ý

Nếu dùng gene kháng kháng sinh làm gene đánh dấu trong cây trồng biến đổi gene thì tồn tại nguy cơ gene kháng kháng sinh lây sang hệ vi sinh đường ruột hoặc mầm bệnh, do đó cần chọn kĩ gene đánh dấu hoặc loại bỏ gene đánh dấu sau khi chọn lọc.

Gặp bài khó? Chụp ảnh để CEAO giảiAI giải từng bước, đề kiểm tra theo bài, thẻ ghi nhớ. Đăng ký miễn phí.
Thử ngay