Cà chua đƣợc sử dụng nhƣ là loại cây mô hình trong nghiên cứu chuyển gen, trong đó có giống cà chua mini (Micro-Tom), đây là giống cà chua có kích thước nhỏ có đặc điểm tương tự cây mô hình Arabidopsis thaliana như kích thước nhỏ, vòng đời ngắn (70-90 ngày, kể từ ngày gieo hạt đến khi quả chín) và kích thước hệ gen nhỏ (950 Mb). Tuy nhiên, giống cà chua mini có ƣu điểm hơn so với Arabidopsis là cây có thể đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau trên thế giới, từ đó giúp mở rộng diện tích cây cà chua chuyển gen một các dễ dàng.
Hiện nay, các nghiên cứu tạo cây cà chua chuyển gen thường sử dụng trung gian A. tumefaciens với hiệu suất chuyển gen từ 20-56% (Pineda et al., 2010, Qiu et al., 2007), quá trình biến nạp tạo cà chua chuyển gen có thể thực hiện trên nhiều loại bộ phận khác nhau của cây như lá mầm, lóng, trụ dưới và trên lá mầm… khả
năng tái sinh còn chịu ảnh hưởng lớn của nồng độ Zeatin, BAP (Sivankalyani et al., 2014). Đỗ Xuân Đồng et al (2007) đã nghiên cứu hệ thống tái sinh ở một số cà chua giống và nhận thấy ảnh hưởng của nồng độ ZR lên khả năng tạo chồi của một số giống cà chua cho thấy, ở nồng độ 2 mg/l, tỷ lệ tạo thành chồi và cây đạt cao nhất (92%) đối với giống PT18, hai giống còn lại cho tỷ lệ thấp hơn từ 78-83%. Điều này cho thấy, ngoài ảnh hưởng của chất điều tiết sinh trưởng, ảnh hưởng do sai khác về kiểu di truyền giữa các giống cây cho kết quả tạo chồi cây cũng rất khác nhau. Kết quả tái sinh cây ở trên đƣợc tiếp tục sử dụng cho nghiên cứu xây dựng quy trình chuyển gen vào cây cà chua PT18 thông qua vi khuẩn A. tumefaciens thu đƣợc tỉ lệ tạo cây chuyển gen là khá cao 13,6% (Đỗ Xuân Đồng et al., 2007). Bên cạnh đó, nhiều nghiên cứu tìm hiểu các yếu tố liên quan đến quy trình chuyển gen cà chua bao gồm kiểu gen của cà chua, loại vector chuyển gen, plasmid trợ giúp, chủng vi khuẩn… cũng như các ảnh hưởng của các chất kích thích sinh trưởng (BAP, zeatin, IAA) lên tái sinh mô cà chua (Yasmeen et al., 2009).
Các nghiên cứu chuyển gen cà chua tập trung chủ yếu vào nâng cao chất lƣợng cà chua bằng cách thay đổi hàm lƣợng các chất dinh dƣỡng có lợi cho con người. Bên cạnh đó, chuyển gen cà chua còn quan tâm tới công nghệ chín chậm, phòng chống sâu bệnh và các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, ứng dụng trong sản xuất vaccine ăn đƣợc và trong nghiên cứu cơ bản.
Nghiên cứu ứng dụng chuyển gen để cải thiện chất lượng cà chua thường quan tâm đến hàm lượng dinh dưỡng và hương vị của quả. Năm 2000, thí nghiệm nhằm tăng thêm hàm lƣợng của tiền vitamin A đã đƣợc thực hiện bằng cách đƣa vào gen PSY-1 mã hóa phytoene desaturase, kết quả là hàm lƣợng β-carotene trong các dòng cà chua chuyển gen tăng gấp 3 lần, chiếm tới 45% tổng hàm lƣợng carotenoid. Các dòng cà chua được chuyển gen này không bị ảnh hưởng tới sinh trưởng và phỏt triển(Rửmer et al., 2000). Thớ nghiệm chuyển gen CYC-B và LCY-B đã tăng hàm lƣợng lycopen và β-carotene. Sử dụng gen GES có thể làm tăng mùi vị của quả do thay đổi chất tiết sinh học (Davidovich-Rikanati et al., 2007). Năm 2011, Seo et al đã biểu hiện thành công enzym homogentisate phytyltransferase thu
từ cây táo trên cây cà chua giống Micro-Tom. Đây là gen mã hóa cho enzym quan trọng trong quá trình sinh tổng hợp tocopherol (vitamin E). Kết quả cho thấy các dòng cà chua chuyển gen ở thế hệ T1 có α-tocopherol và β-tocopherol cao hơn từ 1,8 đến 3,6 và 1,6 đến 2,9 lần so với đối chứng. Kết quả này cho thấy tiềm năng sản xuất tocopherol trong cây cà chua (Seo et al., 2011).
Gần đây, các nghiên cứu tập trung nhiều vào sản xuất hợp chất flavonoid (chất có nhiều tác dụng tích cực trong phòng chống ung thƣ) trong cây cà chua. Đã có nhiều gen liên quan đến con đường sinh tổng hợp flavonoid được quan tâm nghiên cứu chuyển vào cà chua nhằm tăng sự tích lũy flavonoid (Muir et al., 2001).
Cùng với khoai tây, chuối và các loại cây trồng khác, cà chua đang đƣợc thử nghiệm vào việc sản xuất và cung cấp vaccine ăn đƣợc (Alvarez et al., 2006). Năm 2001, Mor et al đã tiến hành biểu hiện acetylcholin esterase tái tổ hợp của người trong cây cà chua chuyển gen. Enzym này đƣợc ứng dụng trong trị liệu. Enzym thu đƣợc từ các dòng cà chua chuyển gen có độ ổn định và giữ đƣợc hoạt tính giống như enzym trong cơ thể người, có hoạt độ riêng cao, lên đến 25 nmol/phút/mg protein ở lá và đạt tới 250 nmol/phút/mg protein ở quả (Mor et al., 2001). Các thử nghiệm lâm sàng đã đƣợc tiến hành trên chuột bằng cách sử dụng cà chua biểu hiện kháng thể hoặc các protein kích thích sản xuất kháng thể kháng lại một số virus nhƣ viêm gan B, virus dại, HIV, bệnh than và virus hợp bào hô hấp (Lal et al., 2007).
Một số nhà khoa học Hàn Quốc đang nghiên cứu việc sử dụng cà chua để biểu hiện một loại vaccine tái tổ hợp chống lại virus SAR (Pogrebnyak et al., 2005). Năm 2013, Kantor đã tiến hành biểu hiện gen kháng nguyên PfCP của ký sinh trùng sốt rét (Plasmodium falciparum), nghiên cứu đã thu đƣợc các dòng cà chua biểu hiện protein PfCP-2.9 (kháng nguyên lai của MSP1 và AMA1 của ký sinh trùng sốt rét).
Nhóm tác giả sử dụng mẫu lá mầm 7 ngày tuổi của giống cà chua Summer để làm vật liệu, biến nạp thông qua A. tumefaciens, thu đƣợc các dòng biểu hiện protein ổn định từ thế hệ T0 đến T1 (Kantor et al., 2013). Năm 2014, Chung et al đã biểu hiện gen của protein khảm (HAV VP1-Fc) chứa gen VP1 của virus viêm gan A ở người (HAV) và mảnh kháng thể Fc trên cây cà chua, protein tái tổ hợp VP1-Fc thu đƣợc
có khối lƣợng phân tử khoảng 68 kDa đƣợc tinh sạch, sử dụng protein tái tổ hợp đã tinh sạch để đánh giá đặc tính miễn dịch thông qua tiêm kháng nguyên lên màng bụng của chuột, nhóm nghiên cứu đã thu đƣợc kháng thể đặc hiệu IgG trong huyết thanh của chuột. Kết quả này cho thấy cây cà chua có thể đƣợc sử dụng nhƣ một hệ thống tốt để sản xuất kháng nguyên HAV (Chung et al., 2014). Năm 2015, Jha et al đã tiến hành biểu hiện và tinh sạch chất ức chế α1-proteinase của người (α1-PI), một chất có tiềm năng trong y học, gen α1-PI đƣợc tối ƣu mã di truyền cho phù hợp với hệ thống biểu hiện là cây cà chua, cũng nhƣ gắn thêm các trình tự làm tăng mức độ tích lũy của protein này (trình tự biểu hiện protein ở lưới nội chất). Mức độ tích lũy của α1-PI tái tổ hợp chiếm từ 1,5-3,2% protein tan tổng số, enzym đƣợc biểu hiện có hoạt tính sinh học cao. Phân tích khối phổ của α1-PI cho thấy cấu trúc của α1-PI có độ tương đồng với α1-PI tự nhiên. Kết quả này cũng mở ra hướng nghiên cứu sử dụng thực vật nhƣ các bioreactor để sản xuất các protein dƣợc phẩm có hoạt tính sinh học ổn định (Jha et al., 2015).
Hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu biểu hiện protein ngọt và protein tạo cảm giác ngọt trên đối tƣợng cây cà chua. Trong số đó, miraculin tái tổ hợp bắt đầu đƣợc tập trung nghiên cứu, chủ yếu đƣợc thực hiện bởi các nhà khoa học Nhật Bản. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng cho rằng mức độ tích lũy của miraculin tái tổ hợp trong cây còn thấp, cần phải có các nghiên cứu tiếp theo. Ngoài miraculin, thaumatin II cũng là một loại protein ngọt đƣợc quan tâm nghiên cứu.
Năm 2012, Firsov et al đã biểu hiện thành công thaumatin II thu từ cây Thaumatococcus daniellii Benth. Trình tự cDNA của gen này đƣợc dòng hóa trong vector chuyển gen pBI121, promoter điều khiển là 35S. Kết quả cho thấy, tất cả các dòng cà chua chuyển gen đều biểu hiện thaumatin II tái tổ hợp. Hàm lƣợng thaumatin tỏi tổ hợp đạt cao nhất ở dũng 91, với 46,4±10,5 àg/mg protein tan (tương đương 4,6%). Kết quả này cho thấy cây cà chua là một hệ thống tiềm năng để sản xuất thaumatin thương mại (Firsov et al., 2012). Năm 2015, Reddy et al nghiên cứu cải thiện mùi hương và chất lượng quả cà chua bằng cách biểu hiện gen nhân tạo mã hóa cho protein ngọt monellin. Monellin là một protein có vị ngọt
trong tự nhiên tồn tại ở dạng heterodimer, bằng cách sử dụng gen nhân tạo mã hóa cho monellin, nhóm nghiên cứu đã tiến hành biểu hiện đặc hiệu ở quả cà chua protein này, nhóm tác giả đã thu đƣợc 15 dòng cà chua biểu hiện monellin tái tổ hợp, tiếp tục phân tích bằng ELISA đã xác định sự biểu hiện của monellin tái tổ hợp chiếm 4,5% protein tan tổng số từ quả, monellin tái tổ hợp giữ được hoạt tính tương tự nhƣ monellin tự nhiên (Reddy et al., 2015).
Từ các kết quả nghiên cứu trên cho thấy cây cà chua là hệ thống có nhiều ƣu điểm biểu hiện protein tái tổ hợp trong đó có protein tạo cảm giác ngọt miraculin.