Những tiến bộ nhanh chóng của kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen (genome editing - GE) đã tạo ra một cuộc cách mạng thực sự trong nghiên cứu chức năng gen và cải thiện di truyền ở thực vật. Trong những thập niên trước, bài toán can thiệp vào tính di truyền ở thực vật từng được thực hiện một cách rộng rãi thông qua các phương pháp lý hóa như sử dụng tia gamma hoặc hóa chất (ethyl methanesulfonate) và phương pháp sinh học (T-DNA, transpose) để tạo ra các đột biến ngẫu nhiên trong hệ gen. Giờ đây, với sự ra đời của kỹ thuật GE, phổ biến hơn cả là hệ thống CRISPR/Cas đã cho phép cải biến phân tử ADN mục tiêu một cách chính xác và có chủ đích.

Đến nay, cây trồng được chỉnh sửa bằng CRISPR/Cas9 được cho là vượt qua nhiều rào cản về xếp loại cây trồng biến đổi gen. Gần một thập kỷ qua, hàng ngàn ấn phẩm về chủ đề GE ở thực vật đã được đăng tải, số bài báo mới và các ứng dụng mới được công bố đang tăng lên từng ngày.

Về mặt lý thuyết, GE lợi dụng hệ thống sửa chữa ADN của tế bào để tạo ra những thay đổi nhỏ trong trình tự ADN đích, thông qua việc sử dụng enzyme nuclease tổng hợp để tạo ra các đứt gãy ADN sợi đôi tại vị trí được định hướng trong hệ gen.

Ảnh minh họa

Các nhà khoa học đã tập trung chủ yếu vào những cây lương thực, như lúa gạo, lúa mì, cỏ kê, ngô, lúa mạch; một số loại cây rau, như cà chua, khoai tây, dưa chuột; cây ăn quả như táo, nho, bưởi, cam; cây họ đậu (đậu tương) và cây công nghiệp chính như bông, lanh. Những tiến bộ lớn nhất đã đạt được là trên lúa gạo (34 gen), cà chua (14 gen), lúa mì (7 gen), cải dầu (5 gen), các loại cây trồng còn lại chỉ có một gen được chỉnh sửa (cam, bưởi, táo, lanh, bông sợi) hoặc hai gen (ngô, lúa mạch, đậu tương, dưa chuột, nho). Trong đó, phần lớn cây trồng được chỉnh sửa gen với mục đích cải thiện khả năng chống chịu (kháng thuốc diệt cỏ, kháng asen) hoặc năng suất, chất lượng.

Chỉnh sửa hệ gen với hệ thống CRISPR/Cas đã trở thành một trong những công cụ đắc lực nhằm cải thiện các tính trạng của cây trồng. Về bản chất, hệ thống CRISPR/Cas cho phép can thiệp vào gen tại những vị trí có định hướng. Cho đến nay, khoảng 24 loài cây trồng, với ít nhất 193 gen đã được báo cáo chỉnh sửa thành công nhằm cải thiện những đặc tính liên quan đến quá trình trao đổi chất, khả năng chống chịu bất lợi và các yếu tố cấu thành năng suất.

Ở lúa gạo (Oryza sativa), nỗ lực của các nhà khoa học cũng đã được ghi nhận trong việc cải biên các gen kháng thuốc diệt cỏ, asen hoặc quy định năng suất.  Bài viết tổng hợp những thành tựu của chỉnh sửa hệ gen trên lúa gạo, từ đó đưa ra thảo luận một số ý kiến nhằm xây dựng một chiến lược nghiên cứu dài hạn cho chỉnh sửa hệ gen trên cây trồng nói chung và lúa gạo nói riêng.

ntqnhu