Luận án Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 trong tạo đột biến gen GmGOLS03, GmGOLS19 trên cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) nhằm giảm lượng đường họ raffinose trong hạt

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CRISPR/CAS9 TRONG TẠO ĐỘT BIẾN GEN GmGOLS03, GmGOLS19 TRÊN CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX (L.) MERRILL) NHẰM GIẢM LƯỢNG ĐƯỜNG HỌ RAFFINOSE TRONG HẠT

Ngành:

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là cây công nghiệp giàu dinh dưỡng, nhưng chứa nhóm đường họ raffinose (RFOs) khó tiêu. Sự hiện diện của RFOs, do thiếu enzyme galactosidase trong hệ tiêu hóa người và động vật không nhai lại, gây ra hiện tượng đầy hơi, khó chịu và làm giảm giá trị dinh dưỡng của hạt đậu tương. Các phương pháp chọn tạo giống truyền thống nhằm giảm thiểu thành phần RFOs chưa mang lại hiệu quả cao. Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 gần đây đã mở ra cơ hội mới, với ưu điểm dễ thiết kế, hiệu quả cao và khả năng tạo ra các dòng cây đột biến không mang gen chuyển.

Nghiên cứu này tập trung ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 để tạo đột biến trên hai gen GmGOLS03 và GmGOLS19 của cây đậu tương. Đây là hai gen mã hóa enzyme Galactinol synthase (GOLS), đóng vai trò quan trọng trong con đường sinh tổng hợp đường khó tiêu họ raffinose và có biểu hiện mạnh nhất trong quá trình phát triển hạt. Mục tiêu chính của đề tài là phát triển và ứng dụng hệ thống CRISPR/Cas9 để tạo đột biến định hướng trên các gen GOLS nhằm nâng cao chất lượng hạt đậu tương.

Các đóng góp mới của luận án bao gồm việc thiết kế thành công cấu trúc chỉnh sửa hệ gen CRISPR/Cas9 với hai trình tự định hướng gRNA, cùng với việc xác minh hoạt động của hệ thống này trên hệ thống cảm ứng rễ tơ in vitro của hai giống đậu tương Việt Nam là ĐT22 và ĐT26 với hiệu suất cao (71%-79,8%). Luận án đã tạo thành công các dòng đậu tương mang đột biến định hướng trên cả hai gen GmGOLS03 và GmGOLS19 ở giống Maverick và ĐT26, với các đột biến nằm chính xác trong vùng định hướng. Kết quả phân tích hạt từ các dòng đột biến đồng hợp tử cho thấy hàm lượng đường khó tiêu họ raffinose giảm đáng kể (từ 30,2% đến 34,1%) và hàm lượng sucrose tăng lên (từ 48% đến 51%) so với cây đậu tương giống gốc. Một số dòng đột biến còn ghi nhận sự tăng đáng kể hàm lượng protein trong hạt.

Đặc biệt, không có sự khác biệt đáng kể về hình thái, khả năng sinh trưởng và phát triển giữa các dòng cây đậu tương đột biến và cây giống gốc. Các dòng đột biến đồng hợp tử đơn gen hoặc kép GmGOLS, có hàm lượng đường họ raffinose thấp và không mang gen chuyển đã được xác định ở thế hệ T2 của dòng đậu tương ĐT26, không ghi nhận đột biến ngoài định hướng (off-targets). Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học và vật liệu quý giá cho công tác phát triển các giống đậu tương mới có chất lượng dinh dưỡng cải thiện.