Giảm 32% lượng đường khó tiêu
PGS.TS Phạm Bích Ngọc, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam cho biết, hạt đậu tương là nguồn thực phẩm cho con người. Nó cũng là thức ăn cho vật nuôi và làm nguyên liệu trong công nghiệp thực phẩm.
Tuy nhiên, hàm lượng cao của nhóm đường họ raffinose (RFO) trong hạt đậu tương gây khó tiêu và giảm hiệu suất hấp thụ dinh dưỡng. Do vậy, các nghiên cứu nâng cao chất lượng hạt đậu tương thông qua giảm hàm lượng RFO được quan tâm trong những năm gần đây.
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 trong tạo đột biến gen nhằm giảm tích lũy đường raffinose nâng cao chất lượng hạt cây đậu tương” đã ra đời.
Sau 2 năm, thông qua hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các dòng đậu tương mang đột biến định hướng trên gen GOLS với hàm lượng đường khó tiêu giảm thiểu trong hạt.
Đây là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 để tạo đột biến định hướng trên nhóm gen mã hóa cho Galactinol synthase trên cây đậu tương. Đề tài đã tạo ra các dòng đậu tương đột biến có hàm lượng RFO thấp hơn nhiều so với cây đối chứng.
Theo PGS.TS Phạm Bích Ngọc, để tạo ra gene đột biến, các vector mang cấu trúc CRISPR/Cas9 được thiết kế và chuyển vào cây đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.
Ở thế hệ T0 đã thu được các dòng đậu tương mang đột biến khác nhau. Các dòng triển vọng được tiếp tục gieo để thu được các dòng đột biến kỳ vọng của hai gen GmGOLS1A và GmGOLS1B ở thế hệ T1 và T2.
Kết quả, phân tích hóa sinh cho thấy sự thay đổi rõ ràng trong thành phần hạt của các dòng đậu tương đột biến. Trong đó, tổng hàm lượng đường khó tiêu RFO (Raffinose Family Oligosaccharides) giảm 32% so với cây đối chứng. Trong dòng đột biến cả hai gene giảm 34,1% so với cây đối chứng.
Việc làm chủ dòng đậu tương biến đổi gene về lượng đường khó tiêu trong hạt đậu tương giúp mở ra hướng sản xuất mới cho người nông dân, không phụ thuộc vào công nghệ nguồn giống đậu tương biến đổi gene ở ngoài nước. Các kết quả nghiên cứu đang đem lại nhiều triển vọng khả quan.
Chìa khóa về cơ chế sinh tổng hợp đường
Theo PGS.TS Phạm Bích Ngọc, mặc dù không có sự khác biệt về lượng stachyose, nhưng so với hạt WT (cây đối chứng) hàm lượng stachyose ở các dòng đột biến giảm tới 30%.
Ở hạt T3, hàm lượng đường sucrose trong dòng đột biến đơn gen giảm 25,4% so với WT. Tuy nhiên, khi tính toán tỷ lệ từng cacbohydrat trên tổng cacbohydrat hòa tan thì ghi nhận sự tăng tỷ lệ sucrose ở cả hai dòng đột biến đơn gene và đột biến đồng thời hai gene.
Các thành phần khác, bao gồm độ ẩm, protein, chất béo, tinh bột trong hạt cũng được phân tích. Kết quả đo được cho thấy, không có sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ tinh bột giữa các dòng đột biến và WT.
Tuy nhiên, tỷ lệ protein và chất béo trong dòng đột biến đơn gene cao hơn (tương ứng là 40,06% và 21,9%) so với WT (tương ứng là 38,30% và 19,8%), trong khi đó, không ghi nhận sự thay đổi của các giá trị này đối với dòng đột biến đồng thời hai gen.
Kết quả này chỉ ra rằng hai gene GmGOLS1A và GmGOLS1B không chỉ tham gia vào quá trình sinh tổng hợp RFO.
Trong điều kiện nhà lưới, các dòng đột biến sinh trưởng và phát triển bình thường, không có sự khác biệt so với cây đối chứng. Ngoài ra, tỷ lệ nảy mầm của các hạt đậu tương T3 cũng được đánh giá.
Kết quả so sánh cho thấy đột biến không làm ảnh hưởng đến sức nảy mầm của các hạt đậu tương. Như vậy, về mặt hình thái và sinh trưởng, cây đậu tương đột biến không cho thấy sự khác biệt so với các cây đối chứng trong cùng điều kiện trồng trọt.
Hiện, cây đậu tương được gieo trồng ở 43/62 tỉnh, thành phố, thuộc 7 vùng sinh thái nông nghiệp. Theo Tổng cục Thống kê, diện tích đậu tương nước ta năm 2015 là 130 nghìn ha. Giai đoạn gia tăng diện tích vào 2000 - 2005. Từ 2006 - 2011 diện tích không tăng, giữ trên dưới 190 ngàn ha. Từ 2012 đến nay, diện tích có phần giảm xuống.
Năng suất đậu tương nước từ năm 2007 - 2015 dao động trong khoảng từ 1,39 - 1,48 tấn/ha. Năng suất đậu tương Việt Nam thấp hơn bình quân thế giới và xếp hạng 51/88 nước trồng đậu tương.
Điều kiện sâu hại và bất lợi ngoại cảnh (hạn, úng) là các yếu tố hạn chế năng suất và chất lượng đậu tương của Việt Nam. Do đó, sản lượng đậu tương sản xuất ở Việt Nam không đáp ứng nhu cầu trong nước, nhất là nhu cầu về khô dầu đậu tương cho chăn nuôi.
Trong khi đậu tương là một nguồn thực phẩm bổ dưỡng, việc kiểm soát lượng đường trong hạt đầu bằng can thiệp gene tạo ra một loại thực phẩm lành tính, tốt cho sức khỏe người sử dụng, kể cả người có sẵn bệnh nền như huyết áp, tiểu đường.
Kết quả này mở ra hướng nghiên cứu về đường hướng sinh tổng hợp đường trong cây đậu tương cũng như một số cây trồng khác. Nghiên cứu cũng góp phần khẳng định vai trò cũng như sự tương tác giữa các gen liên quan tới enzym tham gia vào sinh tổng hợp đường trong hạt.
Đây cũng là thành công đầu tiên về chỉnh sửa gen trên các giống đậu tương Việt Nam, mở ra tiềm năng ứng dụng trong cải tạo các giống đậu tương trong nước.
Bên cạnh đó, việc sử dụng các giống đậu tương có hàm lượng đường khó tiêu thấp sẽ nâng cao sức khỏe người tiêu dùng, cải thiện hiệu quả trong sản xuất và chăn nuôi.
