Tình hình ứng dụng CRISPR/Cas trong cải thiện di truyền cây nông nghiệp

Abstract

Biến nạp gen trên thực vật đã trở thành một công cụ nghiên cứu chức năng gen hữu hiệu trong thời gian gần đây. Không những thế, kỹ thuật này còn là chìa khóa trong việc phát triển các thế hệ cây trồng biến đổi gen đang được sử dụng rộng rãi trong canh tác. Trong vài năm trở lại đây, sự phát triển của công nghệ chỉnh sửa hệ gen (genome editing) đã mở ra một cách tiếp cận mới trong cải thiện di truyền cây nông nghiệp. Trong công nghệ chỉnh sửa hệ gen, hệ thống CRISPR/Cas (Clustered regularly interspaced short palindromic repeat; CAS, CRISPR associated protein) hứa hẹn có tiềm năng ứng dụng lớn nhất. Hệ thống này bao gồm một protein thuộc họ Cas, phổ biến nhất là Cas9. Cas9 sử dụng các RNA dẫn đường để tìm và cắt đặc hiệu sợi đôi DNA. Sự xuất hiện các đứt gãy trên mạch đôi DNA sẽ kích hoạt cơ chế tự sửa chữa DNA của tế bào. Năm 2013, CRISPR/Cas đã có ứng dụng đầu tiên trên đối tượng thực vật. Sau đó, CRISPR/Cas đã được ứng dụng thành công vào một số cây mô hình (Nicotiana benthamiana, Arabidopsis thaliana), các cây lương thực quan trọng (đậu tương, lúa gạo, lúa mì, ngô) và hàng loạt đối tượng cây nông nghiệp khác đang được tiến hành nghiên cứu. Trong bài viết này, chúng tôi tóm tắt cơ chế hoạt động của hệ thống CRISPR/Cas và các thành tựu hiện nay cũng như tiềm năng ứng dụng trong cải thiện di truyền cây nông nghiệp quan trọng.