Hiện nay, công nghệ chỉnh sửa hệ gene thông qua hệ thống CRISPR/Cas được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả nhất được sử dụng trong cải tạo giống cây trồng, bởi nó cho phép tạo ra các đột biến theo định hướng, có thể tác động tới nhiều gene cùng một lúc và đặc biệt là có thể chọn được các dòng đột biến không mang theo bất cứ trình tự ADN ngoại lai trong hệ gene.
Mới đây, nhóm nghiên cứu của Viện Công nghệ sinh học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) đã phát triển và ứng dụng thành công công nghệ này trong gây tạo đột biến định hướng để nâng cao hàm lượng đường và acid amin trong quả của giống cà chua Việt Nam.
Đây là sản phẩm trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu nâng cao hàm lượng đường và amino acid trong quả cà chua (solanum lycopersicum) thông qua đột biến gene bằng hệ thống CRISPR/Cas9" do Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam tài trợ (mã số đề tài ĐLTE00.10/20-21), TS. Đỗ Tiến Phát làm chủ nhiệm.
Theo TS. Đỗ Tiến Phát, phần lớn các giống cà chua trên thế giới cũng như ở Việt Nam được chọn lọc theo hướng phục vụ tiêu thụ hàng ngày và sử dụng trong công nghiệp chế biến với đặc điểm sinh trưởng nhanh, quả to, năng suất cao… nhưng ít được quan tâm tới hương vị.
Để tăng hương vị và giá trị dinh dưỡng của quả cà chua, các nghiên cứu gần đây đã áp dụng công nghệ chỉnh sửa hệ gene để tác động vào một đường hướng sinh tổng hợp các chất trong quả. Một ví dụ điển hình là cà chua GABA, một giống cà chua chỉnh sửa gene của Nhật Bản, có khả năng hỗ trợ giảm căng thẳng và hạ huyết áp. Đây là một trong những loại cây chỉnh sửa gene đầu tiên được thương mại hóa trên thế giới.
Trên cơ sở đó, trong nghiên cứu của mình, nhóm hướng tới tăng hàm lượng đường, giúp cho quả cà chua có vị tốt hơn và tăng hàm lượng các acid amin có lợi cho sức khỏe.
TS. Đỗ Tiến Phát cùng nhóm nghiên cứu đã phát triển một hệ thống chỉnh sửa gene CRISPR/Cas9 mang 2 trình tự định hướng để tạo ra các đột biến có mục tiêu trong các vùng trình tự phía trước (uORF) của gene SlbZIP1 liên quan đến quá trình sinh tổng hợp đường và acid amin ở cây cà chua.
Để nghiên cứu vừa có tính khoa học, vừa có tính ứng dụng, nhóm nghiên cứu 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 ở nước ta trước đây. Kết quả phân tích thành phần quả của các dòng cây được chỉnh sửa gene cho thấy sự tăng lên đáng kể hàm lượng đường và acid 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 acid 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 gene 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.
Trước đó, từ năm 2017, hơn 20 nhà khoa học của Viện Công nghệ sinh học và Trường Đại học Khoa học và công nghệ Hà Nội (USTH) đã hợp tác, tiếp cận, phát triển công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas.
TS. Tô Thị Mai Hương, Phó trưởng Ban Nghiên cứu, đổi mới và chuyển giao công nghệ, (Trường USTH), thành viên của nhóm nghiên cứu công nghệ này cho biết, công nghệ chỉnh sửa gene là một thành tựu mang tính đột phá của khoa học. Năm 2020, giải Nobel về Hóa học đã được trao tặng 2 nhà khoa học nữ đặt nền móng cho việc ứng dụng thành công hệ thống CRISPR/Cas trong nghiên cứu chỉnh sửa hệ gene.
Khác với việc chuyển gene thông thường vẫn để lại các trình tự gene ngoại lai, công nghệ chỉnh sửa gene có thể tạo ra những đột biến giống như những đột biến tự nhiên và không chứa bất cứ thành phần DNA ngoại lai trong hệ gene. Do vậy, các sản phẩm tạo được có triển vọng cao trong ứng dụng vào thực tế sản xuất.
Hiện tại, nhóm tiếp tục phát triển công nghệ này trong nâng cao tính chống chịu với bệnh do nấm phấn trắng trên đậu tương, dưa chuột; tăng cường tính chịu mặn hay thiếu hụt dinh dưỡng của cây lúa; tăng năng suất ngô...
Đến nay, một số quốc gia đã chấp nhận việc sử dụng một số sản phẩm từ chỉnh sửa gene như Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc. Tuy nhiên, Việt Nam chưa có hành lang pháp lý cho các sản phẩm chỉnh sửa gene nên các nghiên cứu vẫn chỉ được triển khai trong phòng thí nghiệm.
Các nhà khoa học trong lĩnh vực này mong muốn các bộ, ngành sớm tiếp cận, xây dựng quy chế quản lý cho sản phẩm chỉnh sửa gene để có thể đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản xuất, cũng như được thương mại hóa trên thị trường.
TS. Đinh Phong Sơn (st)
