Biểu hiện gene ở thực vật nuôi cấy in vitro là một quá trình quan trọng trong nghiên cứu sinh học phân tử và ứng dụng công nghệ sinh học thực vật. Quá trình này bao gồm việc nhân giống thực vật trong môi trường nuôi cấy vô trùng và được kiểm soát, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích và điều chỉnh mức độ biểu hiện gene. Trong nuôi cấy in vitro, thực vật được tái sinh từ các mẫu tế bào, mô hoặc cơ quan, tạo ra một môi trường lý tưởng để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến biểu hiện gene như hormone thực vật, ánh sáng, nhiệt độ và dinh dưỡng. Các phương pháp như chuyển gene (thông qua vi khuẩn Agrobacterium hoặc phương pháp bắn gene) có thể được sử dụng để biến đổi di truyền và nghiên cứu biểu hiện gene của các dòng thực vật khác nhau. Sau khi chuyển gene, sự biểu hiện của gene mục tiêu có thể được theo dõi bằng các kỹ thuật như PCR, qPCR, RT-PCR hoặc phân tích qua hệ thống báo cáo (như GFP – protein huỳnh quang xanh).
Việc kiểm soát biểu hiện gene trong thực vật nuôi cấy in vitro có nhiều ứng dụng quan trọng, từ sản xuất cây trồng chịu hạn, kháng bệnh, đến tăng cường chất lượng dinh dưỡng và tích lũy hợp chất thứ cấp có giá trị dược liệu. Các nghiên cứu về biểu hiện gene cũng giúp hiểu rõ hơn về các cơ chế sinh học trong thực vật và cải thiện khả năng ứng dụng của công nghệ sinh học trong nông nghiệp.
Nghiên cứu biểu hiện gene ở thực vật mang lại nhiều ưu điểm quan trọng trong lĩnh vực sinh học phân tử, công nghệ sinh học và nông nghiệp hiện đại; đặc biệt là công tác chọn tạo giống cây trồng. Một số ưu điểm của việc nghiên cứu biểu hiện gene:
- Hiểu rõ các cơ chế sinh học của thực vật: Nghiên cứu biểu hiện gene cho phép các nhà khoa học khám phá và hiểu rõ hơn về các cơ chế sinh học trong cây trồng, từ quá trình quang hợp, phát triển, đến các phản ứng của cây với các điều kiện môi trường khác nhau.
- Đẩy mạnh nghiên cứu gene liên quan đến sinh trưởng, phát triển và sinh lý: Nghiên cứu ảnh hưởng của biểu hiện gene giúp làm rõ vai trò của các gene trong các giai đoạn khác nhau như nảy mầm, tái sinh (chồi, rễ, phôi soma,…), sinh trưởng và phát triển của thực vật.
- Tạo ra các cây chuyển gene với các đặc tính mong muốn: Nghiên cứu biểu hiện gene in vitro giúp tạo ra các cây trồng mang đặc điểm mong muốn, chẳng hạn như kháng bệnh, chịu hạn, hoặc cải thiện chất lượng cây giống, thông qua việc điều chỉnh chính xác gene liên quan. Từ đó, phát triển các giống cây trồng mới, đa dạng hóa nguồn thực phẩm và góp phần vào việc giải quyết vấn đề an ninh lương thực toàn cầu.
- Tăng cường khả năng kháng bệnh và chống chịu với môi trường: Nghiên cứu biểu hiện gene giúp cải thiện khả năng kháng lại sâu bệnh, virus, nấm và điều kiện môi trường bất lợi như hạn hán, nhiệt độ cao, đất mặn. Điều này giúp cây trồng tăng cường sức đề kháng và nâng cao năng suất trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt; từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường bằng cách hạn chế lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón cần sử dụng.
- Tối ưu hóa năng suất và chất lượng nông sản: Nhờ nghiên cứu biểu hiện gene, các nhà khoa học có thể can thiệp vào quá trình sinh lý và phát triển của cây trồng để tăng năng suất, cải thiện chất lượng dinh dưỡng (như tăng hàm lượng vitamin, protein, hoặc dầu) và kéo dài thời gian bảo quản của nông sản.
Tóm lại, nghiên cứu biểu hiện gene ở thực vật không chỉ mang lại lợi ích cho nông nghiệp và sinh học phân tử mà còn có tiềm năng lớn trong việc phát triển bền vững và giải quyết các thách thức toàn cầu liên quan đến an ninh lương thực và môi trường.
GS.TS. Dương Tấn Nhựt
