Nghiên cứu ảnh hưởng đất đá vôi đến sự thể hiện và hiệu quả của protein BT trên đồng ruộng

Các nhà khoa học thuộc Đại Học Nebraska-Lincoln và cộng tác viên đã thực hiện một nghiên cứu nhằm xác định trong điều kiện đất đá vôi, tăng trưởng của cây bắp Cry3Bb1 có bị ảnh hưởng hay không. Kết quả nghiên cứu này được công bố trên tạp chí nổi tiếng Transgenic Research. Mức độ thể hiện của Cry3Bb1 protein được xem xét ở trong cây bắp vào giai đoạn tăng trưởng V5–V6  với xét nghiệm “enzyme-linked immunosorbent”. Họ tiến hành lây nhân tạo, thả trứng  sâu đục rễ bắp lên cây có Cry3Bb1 và cây bắp không chuyển gen Bt, các dòng bắp “near isoline hybrids” Cry3Bb1 nhiễm sâu “western corn rootworm”. Sau đó họ tiến hành đo đếm tỷ lệ sống sót và hiệu quả của protein Cry3Bb1 có trong cây bắp chuyển gen, chúng được trồng trên đất đá vôi (calcareous soils) và đất không phải đá vôi (non-calcareous soils). Kết quả cho thấy không khác biệt có ý nghĩa trong sự thể hiện protein Cry3Bb1 của cây bắp trồng ở đất đá vôi và đất không đá vôi. Người ta quan sát thấy mức độ sống sót cao hơn của sâu đục rễ trong cây bắp không có Bt hơn cây bắp có Cry3Bb1. Điều này chứng minh rằng Cry3Bb1 có hiệu quả thật sự khi sâu đục rễ xâm nhiễm cây bắp Cry3Bb1. Theo đó, sự thể hiện của Cry3Bb1 với các mức độ khác nhau tương ứng với mức độ bảo vệ của cây chống lại sâu đục rễ mà không hề có ảnh hưởng nào của môi trường đất, sự thể hiện mức độ thấp của Cry3Bb1 không liên quan gì đến yếu tố đất trên vùng trồng bắp của Nebraska. Xem Transgenic Research.

CAAS – Phát triển giống bông vải kháng thuốc cỏ, với tồn dư thấp gốc glyphosate

Giống cây trồng kháng glyphosate đã và đang được phổ biến rộng khắp bởi nông dân ở Bắc Mỹ và Nam Mỹ. Tuy nhiên, sự thích ứng của giống kháng thuốc cỏ glyphosate ở Trung Quốc đang gặp trở ngại bởi nhiều yếu tố, như thi trường lao động và ảnh hưởng tồn dư của glyphosate của cây transgenic. Chengzhen Liang và đồng nghiệp thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Trung Quốc báo cáo về tính chất đồng thể hiện của các hình thức codon tối ưu từ những gen GR79 EPSPS và N-acetyltransferase (GAT) trong cây bông vải.  Hai dòng bông vải “co-expression” là GGCO2 và GGCO5, có mức độ biểu hiện gấp 5 lần tính kháng với thuốc diệt cỏ glyphosate và giảm mức độ tồn dư gấp 10 lần. Dòng bông vải GGCO2 được sử dụng trong chương trình tạo giống lai để phát triển giống bông vải mới kháng thuốc glyphosate. Khảo nghiệm trên đồng ruộng với 3 vụ liên tiếp cho thấy dòng bông vải chuyển gen pGR79-pGAT có cùng tính trạng nông học như các giống bông truyền thống, nhưng giá thành sản xuất / ha rẻ hơn rất nhiều. Chiến lược chồng những gen này là cách tiếp cận rất lý thú trong kỹ thuật di truyền và chọn giống bông vải kháng glyphosate mà ít để lại tồn dư. Xem  Plant Biotechnology Journal.

CRISPR- đột biến có chủ đích trong cây nho

Chỉnh sửa gen với sự dẫn dắt của phân tử RNA thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 đã và đang được áp dụng thành công trong nhiều loài cây trồng. Tuy nhiên, chỉ có một ít báo cáo nói về thành tự này trên cây nho (Vitis vinifera L.). Nhóm nghiên cứu của Ikuko Nakajima thuộc “National Agriculture and Food Research Organization”, Nhật Bản đã thành công trong đột biến có chủ đích trong cây nho bằng hệ thống CRISPR-Cas9. Họ thiết kế một vec tơ với đích đến là gen phytoene desaturase (VvPDS) trong bộ genome cây nho rồi chuyển nạp lại phân tử được chỉnh sửa vào trong mô sẹo phôi (embryonic calli). Kết quả tái sinh cây cho thấy chóng có lá bị bạch tạng (albino). Giải trình tự DNA xác định rằng gen VvPDS đã được đột biến thành công tại vị trí chủ đích khi cây nhó tái sinh. Kỳ lạ thay, những tế bào đột biến có số lá già ở tán thấp nhiều hơn, so với lá mới mọc ở tán trên. Xem PLOS One.

Đột biến chủ đích cùng một lúc các gen đồng dạng làm thay đổi hàm lượng dầu cây cải camelina

Camelina sativa có thể rất dễ dàng được cải biên di truyền thông qua việc sử dụng những enzymes từ loài cây khác, tạo cho nó một nền tảng lý tưởng để sản sinh hàm lượng dầu có giá trị. Tuy nhiên, sự ức chế hoạt tính enzyme để làm giảm tính cạnh tranh của nhiều cơ chất, ví dụ triacylglycerol, được yêu cầu để làm tăng cường việc sản sinh ra  các hợp chất hóa học mong muốn. Hơn nữa, bộ genome cây cải camelina là lục bội thể (hexaploid), với tính chất tương đồng của đa gen (multiple gene homeologs) mã hóa một enzyme nào đó. 

Nhóm nghiên cứu của Đại HọcKansas State đã thiết kế một phân tử “guide RNA” nhất thể hóa các homeologs của gen CsDGAT1 hoặc CsPDAT1, nhằm chứng minh được khả năng của hệ thống này trong chiến lược du nhập những đột biến đối với gen quan trọng cho sinh tổng hợp hàm lượng triacylglycerol (TAG) ở trong hạt cải. Phân tích cây T₁ đã được chỉnh sửa cho thấy rằng mỗi gen CsDGAT1 hoặc CsPDAT1 homeolog đã được thay đổi bởi nhiều đột biến, kết qua cho ra một thể khảm di truyền (genetic mosaic) trong cây. Thu hoạch hạt cải từ cả hai dòng đột biến có chủ đích CsDGAT1- và CsPDAT1, người ta thấy có hai dạng hạt “shrunken” (co rúm lại) và “wrinkled” (nhăn). Hơn nữa,  kết quả phân tích lipid cho thấy có nhiều dòng cho hạt có hàm lượng dầu giảm đi và thay đổi  thành phần của acid béo, phản ánh vai trò củ các gen đích. Hệ thống CRISPR-Cas thực sự là một phương pháp hữu ích làm thay đổi các chu trình sinh tổng hợp có tính chất nội sinh một cách khá hiệu quả đối với loài cây trồng “polyploid” ví dụ như cải camelina. Xem Plant and Cell Physiology.

PtrMYB57 – yếu tố phiên mã điều tiết theo chiều ngược lại sinh tổng hợp  anthocyanin và proanthocyanidin của cây poplar

Những nghiên cứu trước đây đã xác định rằng yếu tố phiên mã (TF) của R2R3-MYB có trong sinh tổng hợp anthocyanin và proanthocyanidin (PA) ở trong cây poplar (Populus sp.). Nhóm nghiên cứu thuộc nhiều trường đại học của Trung Quốc gần đây đã báo cáo rằng họ xác định và định tính được gen PtrMYB57. Gen PtrMYB57 mã hóa protein R2R3 MYB ở trong nhân và biểu hiện trên lá già. Cây poplar biến đổi gen thể hiện mạnh mẽ gen PtrMYB57 cho thấy có sự giảm đi hàm lượng anthocyanin và sự tích tụ PA so với cây nguyên thủy (wild types). Trái lại, mức độ cao anthocyanin và PA được người ta quan sát cây đột biến Ptrmyb57. Thêm vào đó, xét nghiệm sinhn học cho thấy yếu tố phiên mã PtrMYB57 tưong tác với bHLH131 (bHLH) và PtrTTG1 (WDR) để hình thành nên phức MBW và kết gắn với các promoters của gen flavonoid, dẫn đến ức chế các promoters này. Yếu tố phiên mã PtrMYB57 điều tiết theo chiều ngược lại sinh tổng hợp anthocyanin và PA trong cây poplar. Xem Plant Cell Reports.

 Vaccine sản sinh từ thực vật là ứng cử viên cho Bluetongue Virus

Bluetongue là bệnh gia súc thuộc động vật nhai lại và động vật hoang dã có liên quan, do virus BTV gây ra (bluetongue virus: BTV), phát sinh những cơn dịch hết sức lớn trên toàn thế giới. Về thương mại, người ta tạo ra được những vaccine làm tiết giảm chu kỳ sống hoặc làm bất hoạt các chủng nòi virus (strains), những chủng nòi ấy không có khả năng phân biệt trong tự nhiên thú mắc bệnh với thú đã tiêm vaccine. Các loại vaccine tái tổ hợp (recombinant vaccines) được ưa chuộng nhằm giảm thiểu lớn nhất các rủi ro có liên quan đến  vaccine ấy. Nhóm nghiên cứu của Albertha R. van Zyl thuộc ĐH Cape Town, Nam Phi đã phát triển hai vaccine xuất phát từ thực vật, Zera®-VP2ep và Zera®-VP2. Cả hai vaccine ứng cử viên này được chế tạo từ cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) thông qua biểu hiện “transient Agrobacterium-mediated”. Người ta tiến hành phân tích và thấy rằng những proteins này tích tụ trong té bào chất của thực vật. Những nghiên cứu trước đó cho thấy hai vaccine ứng cử viên như vậy chỉ ra những phản ứng miễn dịch chống lại VP2 trong chuột. Kết quả chứng tỏ rằng Zera®-VP2ep và Zera®-VP2 có thể được xem là những vaccines tiềm năng. Xem BMC Biotechnology.

Bản thảo bộ genome cây spinach (cải bó xôi) được công bố từ các nhà khoa học Hoa Kỳ và Trung Quốc

 Các nhà khoa học thuộc Boyce Thompson Institute (BTI) và Shanghai Normal University báo cáo một bản thảo về tòn bộ chuỗi trình tự bộ genome cây cải bó xôi (tên tiếng Anh là spinach, tên khoa học là Spinacia oleracea). Họ đã tiến hành giải trình tự hệ transcriptomes (tất cả phân tử RNA) của 120 giống cải bó xôi đang canh tác và quần thể hoang dại, cho phép người ta phân định có những thay đổi di truyền nào không xảy ra trong quá trình thuần hóa loài cây này. Họ đã thấy rằng các bộ genomes của giống spinach đang canh tác không có quá nhiều khác biệt so với loài hoang dại là tổ tiên của chúng. Cây spinach, có nguồn gốc tại Trung Á, hiện được canh tác trên toàn thế giới. Thông tin có tính chất genomic cho phép những nhà nghiên cứu hôm nay biết làm thế nào cải tiến cây kháng sâu bệnh hại, đặc biệt là bệnh phấn trắng (downy mildew).  Với sự hiểu biết về genome cây spinach, nhóm các nhà nghiên cứu này đã xác định nhiều gen liên quan đến tính kháng pathogen gây bệnh downy mildew. Khi tìm được giống kháng, các gen ấy có thể nhanh chóng được chuyển vào giống cao sản, giống phẩm chất dinh dưỡng cao, tăng cường mạnh mẽ hệ thống miễn dịch để chống lại bệnh này. Xem BTI News.

Giống lúa biến đổi gen có hệ thống miễn dịch tự điều chỉnh, kháng được nhiều bệnh cùng một lúc

Các nhà khoa học đã chuyển nạp thành công vào cây lúa hệ thống miễn dịch có khả năng  tự điều chỉnh (adjustable immune system) giúp cây lúa kháng được nhiều bệnh cùng một lúc, mà vẫn không làm suy giảm năng suất lúa.  Gen này được biết là gen NPR1 đã và đang được khai thác bởi rất nhiều nhà nghiên cứu nhằm cải thiện hệ thống miễn dịch của cây lúa nước, cây lúa mì, cây táo, cùng nhiều loài cây trồng khác. Nhà khoa học thuộc Duke University, ông Xinnian Dong, đã và đang nghiên cứu gen này trong suốt hai thập kỷ qua. Ông quan tâm đến cái mà ông gọi là "master regulator" của hệ thống tự vệ cây trồng. Khi gen này bật mở để phục vụ hệ miễn dịch, nó thực hiện cái gọi là “backfires” đối với tăng trưởng của cây lúa  làm cho cây còi cọc lại (stunting) và không sản sinh ra sản lượng (zero production). Điều này dẫn dắt Dong và ctv. đến protein kích hoạt hệ miễn dịch khác có trong cây Arabidopsis, protein TBF1. Họ khám phá được một hệ thống phức tạp bao gồm những phân tử RNA thông tin, mã hóa protein TBF1, và dịch mã ngay lập tức những phân tử ấy thành TBF1 proteins, tạo nên phản ứng miễn dịch. Dong đã sao chép đoạn phân tử của DNA này mà chức năng của nó đóng vai trò như một công tắc bật mở phản ứng miễn dịch và nó được đặt trước gen NPR1 trong bộ gen cây lúa. Điều này dẫn đến có một cây lúa được kích hoạt mạnh mẽ hệ thống miễn dịch đủ mạnh để chống lại sự tấn công của pathogens trong thồi gian ngắn tránh được hiện tượng “stunting” (cằn cỗi và lùn xuống). Cây lúa biến đổi gen ấy có tính kháng tốt với bệnh bạc lá (Xanthomonas oryzae pv. oryzae), sọc lá vi khuẩn (X. oryzae pv. oryzicola), và bệnh đạo ôn (Magnaporthe oryzae). Xem Science.