Phân tích Proteomic giống bông cải xanh biến đổi gen

Các nhà khoa học Trung Quốc (Academia Sinica) đã thực hiện một phân tích có tính chất proteomic và xem xét thành phần protein của giống bông cải xanh (biotech broccoli) biến đổi gen giúp nó tăng năng suất và cải tiến sự sống. Họ đã sử dụng phương pháp phân tích gần đúng (proximate analysis) để xem xét các nguyên tố đa lượng, các vật chất hóa học và khoáng  cũng như những thay đổi của chất phi dinh dưỡng (anti-nutrient) và protein trong giống bông cải xanh biotech và khuyến cáo những kiểm soát tương ứng. Các quả cho thấy hầu hết những thông số như vậy đều có tính chất so sánh giữa giống bông cải xanh bình thường và transgenic, ngoại trừ hàm lượng carbohydrate gia tăng và hàm lượng magnesium giảm trong cây bông cải xanh chuyển gen. Phân tích proteomic cho thấy có hơn 50 “protein spots” trong giống bông cải xanh biotech lúc thu hoạch và sau khi nấu nướng. Một phần ba protein này tương tự như protein khác rất quan trọng giúp cây tự bảo vệ chống lại stress và tăng tuổi thọ của cây. Cho chuột ăn bông cải xanh biotech, chúng sẽ biểu hiện tăng trưởng bình thường và có chức năng miễn dịch rõ ràng. Những thay đổi về proteomic và các thành phần không đến mức cực trọng (threshold) để ảnh hưởng đến tăng trưởng và kích thích phản ứng miễn dịch của chuột so với nghiệm thức cho chuột ăn bông cải xanh bình thường normal broccoli feeding.

Xem International Journal of Molecular Sciences. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25170807.

Điều hòa gen theo kiểu DOWN của flavin trên lá thông qua biểu hiện gen RfBP lúc mới trổ bông của cây Arabidopsis

Riboflavin là tiền chất của flavin mononucleotide (FMN) và flavin adenine dinucleotide (FAD), cofactors của những enzymes có trong phản ứng sinh hóa. Trước đây, người ta thấy các mức độ của riboflavin, FMN, và FAD giảm trong lá cây Arabidopsis transgenic biểu hiện turtle riboflavin-binding protein hoặc RfBP. Gần đây, Hansong Dong thuộc Nanjing Agricultural University đã nghiên cứu ảnh hưởng của điều hòa gen theo kiểu DOWN của flavin do RfBP. Giai đoạn đầu trổ bông là lúc đánh giá kiểu hình chắc chắn đối với cây Arabidopsis biến đổi gen Giai đoạn ấy có tương quan với sự thể hiện mạnh mẽ trên bông các gen có chức năng quang hợp của lá. Phân tích sâu hơn cho thấy có tương quan với sự thể hiện của gen FD có chức năng kiểm soát thời gian ra hoa. Trái lại, khi gen RfBP im lặng, sự thể hiện các gen có liên quan đến quang hợp trên lá và FD không được kích hoạt; hàm lượng flavin sẽ được gia tăng trên mức bình thường ở lá to. Kết quả đã minh chứng rằng “downregulation” của flavin trên lá do sự kích hoạt của RfBP vào lúc mới bắt đầu trổ bông và những thúc đẩy có tính chất trùng khớp như vậy của các gen đã làm cho bông trổ thông qua chu kỳ quang hợp.

Xem http://www.biomedcentral.com/content/pdf/s12870-014-0237-z.pdf.

Các đặc điểm trổ bông của cây WT, RfBP⁺, và RfBP^-. Cây được trồng trong điều kiện dài ngày (a) và ngắn ngày (b).

Họ gen WRKY giúp đậu nành phản ứng lại sự xâm nhiễm của Phakopsora pachyrhizi

Những kết quả nghiên cứu trước đây cho rằng các yếu tố phiên mã trong cây đậu nành WRKY có chức năng phản ứng lại những stresses sinh học và bệnh hại, bao gồm bệnh rỉ sắt Á Châu do vi nấm Phakopsora pachyrhizi. Maria Helena Bodanese-Zanettini và ctv. thuộc Universidade Federal do Rio Grande do Sul, đã hoàn thiện được chú thích trên trình tự gen, bằng phương pháp “genome-wide annotation” bộ gen cây đậu nành đối với họ gen WRKY để phân lập gen nào có chức năng trong tự vệ chống lại bệnh rỉ sắt do P. pachyrhizi. Bảy mươi lăm gen thể hiện khác nhau trong suốt giai đoạn xâm nhiễm của bệnh rỉ sắt, tám gen được  ghi nhận có chức năng thật sự phản ứng với xâm nhiễm này. Sự thể hiện của những gen như vậy có trong một giống đậu nành được tìm thấy có tính chín sớm và phát triển mạnh hơn giống nhiễm bệnh. Các dòng đậu nành biến đổi gen với gen WRKY im lặng cũng được tạo ra. Lá của cây đậu nành chuyển gen này có số vết bệnh nhiều hơn số vết bệnh của cây nguyên thủy. Phôi mầm thể hiện gen WRKY đã được ghi nhận, nhưng không thể mọc thành cây hoàn chỉnh. kết quả cho thấy khả năng thao tác trên họ gen WRKYs là một phương pháp tiếp cận mới có liên quan đến tính kháng bệnh do vi nấm trên cây đậu nành.

Xem http://www.biomedcentral.com/content/pdf/s12870-014-0236-0.pdf

Gen kháng bệnh đạo ôn Pi54of được dòng hóa từ lúa hoang Oryza officinalis tương tác với Avr-Pi54 thông qua những domain mới của nó không có tính chất LRR.

Devanna NB, Vijayan J, Sharma TR. 2014. PLoS One. 2014 Aug 11;9(8):e104840.

Gen trội kháng bệnh đạo ôn của cây lúa Pi54 đã được dòng hóa thành công bằng phương pháp “map-based cloning” từ giống lúa indica Tẻ Tép, với phổ kháng bệnh rộng đối với vi nấm Magnaporthe oryzae. Trong nghiên cứu này, một phân tử đồng dạng (orthologue) của gen Pi54 được ký hiệu là Pi54of cũng đã được dòng hóa từ loài lúa hoang Oryza officinalis với mức độ kháng cao đối với vi nấm M. oryzae. Người ta đã minh chứng được chức năng của gen ấy. Nhóm tác giả đã định tính protein Pi54of và chứng minh được sự tương tác của nó với protein AVR-Pi54. Protein Pi54 có độ lớn phân tử được mã hóa là ∼43 kDa thuộc họ LRR nhỏ và độc nhất trong tế bào chất, biểu hiện tính chất protein kháng bệnh độc nhất với “Zinc finger domain” chồng lấp trên vùng “leucine rich repeat” (LRR). Pi5of biểu hiện khi có kích hoạt của Magnaporthe. Phân tích di truyền huyết thống và western blot khẳng định bản chất phân tử đồng dạng của hai gen Pi54 và Pi54of, trong khi đó, tính thống nhất của protein cũng được xác định bằng phương pháp phân tích MALDI-TOF. Phân tích silico thấy rằng Pi54 biểu hiện sự ổn định hơn về cấu trúc so với những proteins Pi54  khác đã được dòng hóa. Kết quả “molecular docking” khẳng định rằng protein Pi54of tương tác với AVR-Pi54 thông qua các domains mới không phải LRR, ví dụ như STI1 và RhoGEF. Những domains STI1 và GEF tương tác với AVR-Pi54 cũng là những thành phần thuộc về phức “defensome” trong bộ gen cây lúa. Protein Pi54of còn biểu hiện domain có tính chất đặc biệt khi có tương tác với protein AVR (avirulent). Sự kiện bổ sung chức năng như vậy cho thấy Pi54of chuyển dịch qua hai dòng lúa thuộc về indica và japonica, thúc đẩu tính kháng bệnh đạo ôn với những chủng nòi có độc tính cao. Trong nghiên cứu này, lần đầu tiên, các tác giả đã chứng minh được rằng: gen kháng bệnh đạo ôn cây lúa Pi54of đã được dòng hóa thành công từ loài lúa hoang, với mức độ kháng cao đối với M. oryzae và có thể biểu hiện cơ chế phân tử khác, bao gồm sự kiện tương tác protein AVRPi54-Pi54of.

Xem http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25111047

Hình 1. Phân tích kiểu hình và sự thể hiện của gen Pi54of. Phản ứng của HR-12 (a) và O. officinalis (b) với vi nấm  M. oryzae; c: nghiên cứu sự thể hiện tương đối; ở giai đoạn trước và sau khi chủng nấm bệnh M. oryzae trên mẫu lúa O. officinalis thông qua kỹ thuật qRT-PCR ở những quãng khác nhau; d: Sơ đồ chiều dài đầy đủ của gen Pi54of; e: phân tích cấu trúc của gen Pi54 kiểu đồng dạng trong giống lúa Nipponbare; f: Tetep (Sharma et al. 2005); g: O. rhizomatis (Das et al. 2012) và h: O.officinalis.

Biến dị di truyền tính kháng bệnh đạo ôn (Pyricularia oryzae Cavara) trong bộ giống lúa Nhật Bản (Oryza sativa L.), được xác định như bộ giống chuẩn nòi.

Nguồn: Kawasaki-Tanaka A, Fukuta Y. 2014. Breed Sci. 2014 Jun;64(2):183-92.

Tập đoàn giống lúa Nhật Bản bao gồm 324 mẫu giống, bao gồm mẫu giống bản địa, giống cải tiến,  và các loại hình lúa cỏ đã được sử dụng để (1) nghiên cứu biến dị di truyền về tính kháng bệnh đạo ôn nhằm tiêu chuẩn hóa các mẫu phân lập khác nhau, và (2) thông qua genome cây lúa, người ta khai thác các dữ liệu đa hình của 64 SSR markers. Từ dữ liệu đa hình ấy, các mẫu giống thử nghiệm được chia ra thành hai clusters di truyền khác nhau. Các mẫu giống lúa thuộc loại hình lúa nước, có chủ động tưới,  chủ yếu nằm trong cluster I, và mẫu giống lúa cạn + loại hình indica chủ yếu đượ xếp trong cluster II. Các mẫu giống này được xếp thành 3 nhóm phụ có tính kháng bệnh đạo ôn; A2, B1 và B2, trên cơ sở phản ứng với các mẫu nấm bệnh đạo ôn đã được phân lập rồi. Các mẫu giống lúa thuộc cluster A2 được giả định có ít nhất hai gen kháng Pish và Pik-s, trong khi đó, cluster di truyền B1 có nhiều tổ hợp rất đa dạng về tính kháng bởi gen Pish, Pia, Pii, Pi3, Pi5(t),  và Pik. Các mẫu giống nằm tring cluster B2 kháng được với hầu hết những isolates ấy. Nhiều mẫu giống của cluster II có gen Pish, Pia, Pii, Pi3, Pi5(t), chắc chắn có gen Pik, Piz và Pita cũng như những gen khác chưa được biết. Tần suất các mẫu giống thuộc B1 có nguồn gốc ở Hokkaido, và những mẫu giống của B2 có nguồn gốc ở Kanto và Tohoku có giá trị thương phẩm cao hơn các vùng trồng lúa khác.

Hình 2. Tần suất gen kháng trong các mẫu giống lúa và những giống chuẩn nòi (differential varieties) đối với các mẫu phân lập nấm bệnh gây đạo ôn của Nhật Bản và Philippines. Kết quả nhân nhóm bằng phương pháp “Ward’s hierarchical clustering” từ 350 mẫu giống lúa, bao gốm 25 mẫu giống chuẩn kháng (differential varieties) với một đối chứng nhiễm, LTH, được hoàn thiện trên cơ sở phản ứng kháng đối với 16 mẫu phân lập của nấm bệnh đạo ôn  thu thập từ Nhật Bản và Philippines. Tổng số có 11 mẫu phân lập nấm bệnh đạo ôn của Nhật Bản (Hayashi 2005), tên gọi là 1 (Ken53-33), 2 (Sasamori121), 3 (P-2b), 4 (Kyu92-22), 5 (GFOS8-1-1), 6 (Mu183), 7 (TH68-140), 8 (Mu95), 9 (H05-72-1), 10 (93-406(B)), và 11 (H07-76-1). Năm mẫu phân lập của Philippines (Telebanco-Yanoria et al.2008a), có thuật ngữ là 12 (M64-1-4-9-1), 13 (V86010), 14 (BN111), 15 (V850196), và 16 (IK81-25) đã được sử dụng. Mức độ lây nhiễm của các mẫu phân lập bệnh đạo ôn trên các mẫu giống lúa được đánh giá theo thang điểm 0 đến 5, trong đó 0 là kháng và 5 là nhiễm, theo phương pháp của Hayashi  và Fukuta (2009).

Xem http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24987305