Công nghệ chỉnh sửa hệ gen là các kỹ thuật sửa đổi gen như gây đột biến có mục tiêu hoặc chèn/xóa/thay thế tại các vị trí cụ thể trong hệ gen của các sinh vật sống. Chỉnh sửa hệ gen dựa vào việc tạo ra sự đứt sợi đôi DNA ở vị trí chuyên biệt và việc sửa chữa DNA thông qua kết nối đầu cuối không tương đồng hoặc sửa trực tiếp tương đồng. Sự phát triển các enzyme cắt trình tự chuyên biệt DNA (sequence-specific nuclease, SSN) đã cho phép chỉnh sửa chính xác gen mục tiêu. Những SSN này bao gồm: các siêu enzyme cắt DNA (meganuclease, MN), enzyme cắt DNA ngón tay kẽm (zinc finger nuclease, ZFN), các enzyme cắt DNA giống yếu tố hoạt hóa phiên mã (transcription activatorlike effector nuclease, TALEN) và các enzyme cắt DNA gắn vào nhóm các trình tự lặp lại ngắn đọc xuôi ngược đều giống như nhau (clustered regularly interspaced short palindromic repeats/Cas, CRISPR/Cas) bao gồm CRISPR/Cas9 (từ vi khuẩn Streptococcus pyogenes) và CRISPR/Cpf1 (từ vi khuẩn Prevotella và Francisella1). Đây là các công cụ chỉnh sửa gen được sử dụng để tạo sự đứt sợi đôi DNA tại vị trí cụ thể của hệ gen. Gần đây, hệ thống chỉnh sửa base (base editing, BE) và chỉnh sửa prime (prime editing, PE) cũng đã được thông báo.

Qua thời gian thực hiện, kết quả nghiên cứu cho thấy các công nghệ chỉnh sửa hệ gen thông qua các công cụ chỉnh sửa khác nhau hứa hẹn cho chỉnh sửa gen hiệu quả và chính xác khi trình tự các gen mục tiêu được xác định. Những công cụ này, đặc biệt là sự đơn giản, linh hoạt và hiệu quả của hệ thống CRISPR/Cas giúp chỉnh sửa gen chính xác để cải tiến cây trồng thông qua gây đột biến có mục tiêu hoặc chèn/xóa/thay thế tại bất kỳ vị trí gen nào trong cây trồng. Những công cụ này có thể tạo ra các giống mới thông qua chỉnh sửa hệ gen một cách trực tiếp và trong nhiều trường hợp, đạt hiệu quả tương đương phương pháp chuyển gen nhưng có thể tạo ra các giống mới mà không cần đưa gen lạ vào hệ gen thực vật. Do đó, các giống cây trồng mới được tạo ra bằng các công cụ chỉnh sửa hệ gen phù hợp có thể được coi là cây trồng không chuyển gen, và vì thế có thể được chấp nhận hơn ở các quốc gia nơi mà cây trồng biến đổi gen bị công chúng từ chối. Nhiều tính trạng nông sinh học quan trọng như tính kháng bệnh, khả năng chống chịu các yếu tố bất lợi của môi trường, năng suất, chất lượng v.v đã được cải thiện thông qua chỉnh sửa hệ gen. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức về độ chính xác và hiệu quả như phương pháp chuyển nạp cấu trúc chỉnh sửa, sự chỉnh sửa ngoài mục tiêu và hiệu suất chỉnh sửa thấp cần phải giải quyết. Xong, chúng ta tin rằng những rào cản này sẽ được tháo gỡ và các công cụ chỉnh sửa hệ gen ở thực vật sẽ tiết kiệm thời gian và cho hiệu quả cao, đặc biệt là hệ thống CRISPR/Cas, hệ thống chỉnh sử base và hệ thống chỉnh sửa prime chắc chắn sẽ trở thành các công cụ tạo giống cây trồng phổ biến trong tương lai. Ngoài ra, sự kết hợp các công cụ chỉnh sửa hệ gen với những công nghệ tạo giống khác sẽ tạo ra các cây trồng có khả năng chống chịu điều kiện ngoại cảnh bất lợi, chịu bệnh, có chất lượng dinh dưỡng, hình thái phù hợp và năng suất cao.

(nthang)