Ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen để làm tăng hàm lượng đường và các axit amin của cà chua

Cà chua là một trong những cây rau phổ biến và được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới. Các nghiên cứu gần đây đang tập trung cải thiện các đặc tính quan trọng của cây cà chua bao gồm: hình thái, năng suất, tính kháng bệnh, khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh bất lợi, thời hạn lưu giữ sau thu hoạch, và chất lượng quả. Trong đó, việc cải thiện chất lượng quả gặp nhiều thách thức hơn do sự phức tạp của các yếu tố di truyền và sinh hóa liên quan tới tính trạng này.

“Phần lớn các giống cà chua trên thế giới cũng như ở Việt Nam được chọn lọc theo hướng phục vụ tiêu thụ lớn và sản xuất công nghiệp với đặc điểm sinh trưởng nhanh, quả to, năng suất cao… nhưng ít được quan tâm tới hương vị,” theo TS Đỗ Tiến Phát – Trưởng phòng Công nghệ tế bào thực vật thuộc Viện Công nghệ sinh học. “Gần đây, các nhà khoa học nhận thấy có thể dùng công nghệ gen và chỉnh sửa gen để tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của quả cà chua. Một ví dụ điển hình là GABA, cà chua chỉnh sửa gen của Nhật Bản, có khả năng hỗ trợ giảm căng thẳng và hạ huyết áp. Đây cũng là một trong những loại cây chỉnh sửa gen đầu tiên được thương mại hóa trên thế giới. Trong nghiên cứu của mình, nhóm chúng tôi hướng tới tăng hàm lượng đường, giúp cho quả cà chua có vị tốt hơn và tăng hàm lượng các axit amin có lợi cho sức khỏe.”
Cụ thể, nhóm nghiên cứu do TS Phát đứng đầu đã phát triển một hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 mang hai trình tự định hướng để tạo ra các đột biến có mục tiêu trong các vùng trình tự phía trước (uORF) của gen SlbZIP1 liên quan đến quá trình sinh tổng hợp đường và axit amin ở cây cà chua.
“Để nghiên cứu vừa có tính khoa học, vừa có tính ứng dụng, chúng tôi chọn đối tượng thực hiện chỉnh sửa là giống cà chua PT18 của Việt Nam. Đây là giống cà chua thuần và được trồng khá phổ biến trước đây,” TS Phát cho biết thêm.
Kết quả phân tích thành phần quả của các dòng cây được chỉnh sửa gen cho thấy sự tăng lên đáng kể hàm lượng đường và axit amin tổng số.
Đáng chú ý, các dòng cà chua đột biến SlbZIP1-uORF mang các đặc tính mong muốn như hàm lượng đường và axit amin cao hơn cây đối chứng (không chỉnh sửa), nhưng không ảnh hưởng xấu đến kiểu hình cũng như khả năng sinh trưởng và phát triển của cây trong điều kiện phân tích tại phòng thí nghiệm, buồng sinh trưởng. Ngoài ra, các đột biến trong vùng SlbZIP1-uORF được xác định ở thế hệ T0 đã được di truyền ổn định cho thế hệ tiếp theo và không mang theo các đột biến ngoài mục tiêu.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng của hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 trong việc cải thiện chất lượng quả cà chua nói riêng và mở rộng ra các loại cây trồng quan trọng khác. Nghiên cứu đã được công bố trên Planta, một tạp chí uy tín về công nghệ sinh học thực vật, thuộc nhóm Q1 ISI.
Được biết, Viện Công nghệ sinh học là một trong những đơn vị tiên phong tiếp cận và phát triển công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas ở Việt Nam. Viện đã hoàn toàn làm chủ công nghệ này và có những thành tựu trong ứng dụng hệ thống CRISPR/Cas9 để cải tạo một số giống cây trồng như thuốc lá, đu đủ, dưa chuột, đậu tương và cà chua.
Thu Trang

Tác giả