Nghiên cứu chuyển gen kháng Soybean mosaic virus ở đậu tương DT84

Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, với protein (38-40%) và lipid (18-20%) dồi dào, cùng nhiều vitamin và khoáng chất. Protein đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong các loại protein thực vật, thậm chí cao hơn cả cá và thịt. Lipid đậu tương chứa axit béo chưa no, tốt cho sức khỏe tim mạch. Đậu tương còn chứa lecithin, có tác dụng tăng cường trí nhớ và tái tạo mô. Từ đậu tương, người ta chế biến ra trên 600 sản phẩm khác nhau, từ thực phẩm truyền thống như sữa đậu nành, tương, chao đến các sản phẩm công nghiệp như socola đậu tương, bánh kẹo. Đậu tương còn được dùng làm thức ăn chăn nuôi và trong các ngành công nghiệp khác.

Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới, chiếm 45% diện tích và 55% sản lượng toàn cầu. Các nước sản xuất lớn khác bao gồm Brazil, Argentina, Trung Quốc và Ấn Độ. Phần lớn sản lượng đậu tương của Mỹ được dùng để nuôi gia súc hoặc xuất khẩu. Tại Việt Nam, mặc dù có lịch sử phát triển lâu đời, cây đậu tương vẫn chiếm vị trí khiêm tốn trong nền nông nghiệp. Năng suất và sản lượng còn thấp so với tiềm năng. Việc nghiên cứu và ứng dụng các biện pháp cải thiện giống, đặc biệt là chuyển gen kháng virus, có ý nghĩa quan trọng để nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương.

Bệnh khảm lá do Soybean mosaic virus gây ra các triệu chứng điển hình như lá bị khảm, loang lổ, biến dạng. Cây sinh trưởng kém, còi cọc, giảm khả năng quang hợp. Nếu nhiễm bệnh sớm, cây có thể không ra hoa hoặc ra hoa ít, dẫn đến giảm năng suất nghiêm trọng. Hạt đậu từ cây bệnh thường nhỏ, chất lượng kém, có vết lốm đốm. Bệnh không chỉ ảnh hưởng đến năng suất mà còn làm giảm giá trị thương phẩm của đậu tương.

Các biện pháp phòng trừ Soybean mosaic virus truyền thống bao gồm sử dụng giống kháng bệnh (nếu có), luân canh, vệ sinh đồng ruộng, và kiểm soát rệp. Tuy nhiên, các giống kháng bệnh thường không có khả năng kháng hoàn toàn, và virus có thể phát triển các chủng mới. Luân canh và vệ sinh đồng ruộng có thể giúp giảm nguồn bệnh, nhưng không loại trừ hoàn toàn. Kiểm soát rệp có thể hạn chế sự lây lan của virus, nhưng đòi hỏi sử dụng thuốc trừ sâu, gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, cần có các giải pháp phòng trừ hiệu quả và bền vững hơn.

RNA interference (RNAi) là một cơ chế tự nhiên trong tế bào, giúp điều hòa biểu hiện gen. Trong công nghệ chuyển gen, RNAi được sử dụng để tạo ra các phân tử RNA nhỏ, có khả năng nhận diện và phá hủy RNA của virus. Khi virus xâm nhập vào cây chuyển gen, các phân tử RNAi sẽ liên kết với RNA của virus, kích hoạt quá trình phân hủy RNA, ngăn chặn sự nhân lên của virus. Kỹ thuật này có tính đặc hiệu cao, chỉ tác động lên virus mục tiêu, không ảnh hưởng đến các gen khác của cây.

Agrobacterium tumefaciens là một loại vi khuẩn đất, có khả năng chuyển gen vào tế bào thực vật. Trong nghiên cứu này, A. tumefaciens được sử dụng làm vector chuyển gen, mang cấu trúc RNAi chứa đoạn gen CPi của SMV. Vi khuẩn được lây nhiễm vào mô nách lá mầm hạt chín của đậu tương DT84. Sau khi lây nhiễm, các tế bào thực vật bị nhiễm vi khuẩn sẽ nhận được gen chuyển. Các tế bào này sau đó được nuôi cấy in vitro để tái sinh thành cây hoàn chỉnh. Quá trình chọn lọc được thực hiện để loại bỏ các cây không nhận được gen chuyển.

Kỹ thuật PCR (Polymerase Chain Reaction) là một phương pháp khuếch đại DNA, cho phép nhân bản một đoạn DNA cụ thể lên hàng triệu lần. Trong nghiên cứu này, PCR được sử dụng để xác định sự có mặt của gen chuyển (cấu trúc RNAi chứa đoạn gen CPi của SMV) trong các dòng cây đậu tương DT84. Mẫu DNA từ lá cây được sử dụng làm khuôn. Nếu gen chuyển có mặt, PCR sẽ tạo ra một đoạn DNA có kích thước đặc trưng, có thể được phát hiện bằng điện di trên gel.

Để đánh giá hiệu quả chuyển gen trong việc tạo ra khả năng kháng virus ở đậu tương, các dòng cây chuyển gen và cây đối chứng (không chuyển gen) được gây nhiễm Soybean mosaic virus. Triệu chứng bệnh trên cây được theo dõi và đánh giá theo thang điểm. Các chỉ số như tỷ lệ cây nhiễm bệnh, mức độ nghiêm trọng của triệu chứng, và năng suất được so sánh giữa các dòng cây chuyển gen và cây đối chứng. Các dòng cây chuyển gen có triệu chứng bệnh nhẹ hơn hoặc không có triệu chứng được coi là có khả năng kháng virus tốt.

Giống đậu tương kháng bệnh mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội. Năng suất ổn định hơn, giảm chi phí phòng trừ bệnh, tăng thu nhập cho người nông dân. Chất lượng hạt tốt hơn, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và chế biến. Giảm sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Góp phần đảm bảo an ninh lương thực và phát triển nông nghiệp bền vững.

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến giống đậu tương DT84 kháng Soybean mosaic virus bằng cách lai tạo với các giống đậu tương địa phương để tạo ra các giống có năng suất cao, chất lượng tốt, và thích nghi với điều kiện khí hậu khác nhau. Nghiên cứu cũng có thể mở rộng sang việc chuyển gen kháng virus đối với các bệnh hại khác trên đậu tương. Việc đánh giá tính kháng bền vững của giống chuyển gen trong điều kiện sản xuất thực tế cũng rất quan trọng.