Tạo giống bằng phương pháp gây đột biến

ỨNG DỤNG DI TRUYỀN HỌC

TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN

I. ĐỘT BIẾN VÀ PHƯƠNG PHÁP TẠO ĐỘT BIẾN

1. Khái niệm đột biến sinh học

- Đột biến là những biến đổi bất thường trong vật chất di truyền ở cấp độ phân tử (ADN, gen) hoặc cấp độ tế bào (nhiễm sắc thể), dẫn đến sự biến đổi đột ngột của một hoặc một số tính trạng, những biến đổi này có tính chất bền vững và có thể di truyền cho các đời sau.

- Đột biến là quá trình xảy ra đột ngột, riêng rẽ, ngẫu nhiên, không định hướng ở cơ thể sống trong điều kiện tự nhiên.

- Đa số là đột biến gen lặn và có hại, một số ít có lợi và có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình tiến hóa và chọn giống.

2. Phương pháp tạo đột biến

- Tạo đột biến bằng việc sử dụng các tác nhân vật lí

- Tạo đột biến bằng các tác nhân hóa học

- Tạo giống bằng phương pháp sốc nhiệt

3. Đối tượng áp dụng

- Vi sinh vật : Phương pháp tạo giống sinh vật bằng gây đột biến đặc biệt hiệu quả vì tốc độ sinh sản của chúng rất nhanh nên chúng nhanh chóng tạo ra các dòng đột biến

- Thực vật : Phương pháp gây đột biến được áp dụng đối với hạt khô, hạt nảy mầm, hoặc đỉnh sinh trưởng của thân, cành, hay hạt phấn, bầu nhụy của hoa.

- Động vật: Phương pháp gây đột biến nhân tạo chỉ được sử dụng hạn chế ở một số nhóm động vật bậc thấp, khó áp dụng cho các nhóm động vật bậc cao vì cơ quan sinh sản của chúng nằm sâu trong cơ thể nên rất khó xử lý. Chúng phản ứng rất nhạy và dễ bị chết khi xử lý bằng các tác nhân lí hóa.

4. Cơ sở khoa học của chọn giống bằng phương pháp đột biến

- Mỗi một kiểu gen nhất định của một giống chỉ cho một năng suất nhất định. Trong điều kiện nuôi trồng tối ưu thì thì mỗi giống chỉ cho một năng suất tối đa nhất định (mức phản ứng của kiểu gen).

- Để thu được năng cao hơn thì phải thay đổi vật chất di truyền của giống do đó ta sử dụng các tác nhân vật lí, hóa học tác động vào bộ máy di truyền để gây đột biến.

II. QUY TRÌNH TẠO GIỐNG MỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN

- Quy trình tạo giống mới bằng phương pháp gây độ biến gồm các bước :

1. Bước 1: Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến
2. Bước 2: Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn
3. Bước 3: Tạo dòng thuần chủng

1. Xử lí mẫu vật bằng tác nhân gây đột biến

Sử dụng tác nhân vật lí 

Loại tác nhân	Cơ chế tác động	Đối tượng	Cách sử dụng
Các loại tia phóng xạ (tia X, tia gama, tia bêta, chùm nơtrôn...)	- Kích thích và iôn hóa các nguyên tử khi chúng đi xuyên qua các mô sống. Các phân tử ADN, ARN trong tế bào chịu tác động trực tiếp của các tia phóng xạ hoặc chịu tác động gián tiếp của chúng qua quá trình tác động lên các phân tử nước trong tế bào (đặc biệt là các gốc OH- và H2O2 sinh ra có tác dụng ôxi hóa rất mạnh) làm thay đổi cấu trúc phân tử ADN gây ra đột biến gen và đột biến NST.	- Tác động vào hạt khô, hạt nảy mầm, hoặc đỉnh sinh trưởng của thân, cành, hay hạt phấn, bầu nhụy của hoa gây ra đột biến gen và đột biến NST.	- Chiếu xạ với cường độ và liều lượng thích hợp lên đỉnh sinh trưởng của thân, cành hoặc hạt phấn, bầu nhụy, mô thực vật nuôi cấy.
Tia tử ngoại	- Không có khả năng xuyên sâu và ion hóa các nguyên tử mà chỉ có khả năng kích thích, nhưng khi được tế bào hấp thu nó cũng gây ra đột biến gen và đột biến NST.	- Các tế bào vi sinh vật, bào tử hoặc hạt phấn ở thực vật để gây đột biến gen và đột biến NST.
Nhiệt độ	- Tăng giảm nhiệt độ đột ngột (sốc nhiệt) làm cơ chế nội cân bằng của cơ thể không khởi động kịp gây chấn thương bộ máy di truyền	- Gây đột biến gen và đột biến nhiễm sắc thể	- Thay đổi nhiệt đôi môi trường cách đột ngột

Sử dụng tác nhân hóa học

Loại tác nhân	Cơ chế tác động	Đối tượng và cách sử dụng
5BU (5brôm uraxin)	- Thay thế T, chuyển đổi cặp A-T thành G-X qua nhân đôi ADN : A-T => A-5BU => G-5BU => G-X.	- Thực vật :  Ngâm hạt khô hay hạt đang nảy mầm trong dung dịch có nồng độ hóa chất thích hợp Tiêm dung dịch hóa chất vào bầu nhụy, hoặc quấn bông có tẩm hóa chất vào điểm sinh trưởng ở thân, chồi cây. Quấn bông tẩm hóa chất vào đỉnh sinh trưởng của thân hoặc chồi Dùng hóa chất dạng hơi để phun - Động vật : Dùng hóa chất tác dụng lên tinh hoàn, buồng trứng.
Etyl metal sunfonat (EMS)	- Gây đột biến thay thế cặp G-X thành cặp A-T
NMU	- Thay thế G –X thành X- G hoặc A-T
Acridin	- Gây đột biến mất hoặc thêm cặp nu, nếu được chèn vào mạch khuôn cũ gây đột biến thêm cặp Nu
Côsixin	- Rối loạn hình thành thoi vô sắc dẫn đến rồi loạn phân li cặp nhiễm sắc thể

2. Chọn lọc các thể đột biến có kiểu hình mong muốn

- Khi trong quần thể giống xuất hiện các đột biến, dựa vào những đặc điểm có thể nhận biết để tách các cá thể mang đột biến có lợi ra khỏi quần thể giống.

3. Tạo dòng thuần chủng

- Sau khi nhận biết được thể đột biến mong muốn, ta cho chúng sinh sản để nhân lên thành dòng thuần chủng theo đột biến tạo được.

III. THÀNH TỰU CỦA PHƯƠNG PHÁP TẠO GIỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GÂY ĐỘT BIẾN .

1. Trong chọn giống vi sinh vật

- Tạo được chủng nấm penicilium đột biến có hoạt tính penicilin tăng gấp 200 lần dạng ban đầu. Tạo được chủng vi khuẩn đột biến có năng suất tổng hợp lizin cao gấp 300 lần dạng ban đầu.

2. Trong chọn giống thực vật

- Hướng tạo thể đa bội được chú trọng nhiều đối với các giống cây trồng thu hoạch chủ yếu về thân, lá, củ như cây lấy gỗ, cây lấy sợi, cây rau... Ví dụ : Rau muống 4n có lá và thân to, sản lượng 30 tạ/ha. Dương liễu 3n lớn mạnh, cho gỗ tốt, dưa hấu, nho tam bội không hạt ; dâu tằm tứ bội

- Xử lý giống lúa Mộc Tuyền bằng tia gama tạo ra giống lúa MT1 chín sớm, cây thấp và cứng, chịu phân, chịu chua, năng suất tăng 15-25%. Lai giống có chọn lọc giữa 12 dòng đột biến từ giống ngô M1 tạo thành giống ngô DT6 chín sớm, năng suất cao, hàm lượng prôtêin tăng 1,5%, tinh bột giảm 4%.

- Táo gia lộc xử lí NMU → táo má hồng cho năng suất cao