Giống bông vải biotech đồng thể hiện Vip3AcAa và Cry1Ac liên quan đến phòng ngừa sâu đục quả bông kháng protein Cry1Ac

Các nhà khoa học Trung Quốc thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông nghiệp và những cộng tác viên đã thực hiện một nghiên cứu hiệu quả của protein tinh thể diệt sâu hại có khả năng sử dụng làm vật liệu chống lại sâu hại bông vải. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Transgenic Research. Họ đã phát triển một protein thể khảm, Vip3Aa1 và Vip3Ac1, rồi đặt tên là Vip3AcAa. Protein này thể hiện phổ kháng sâu khá rộng. Theo nghiên cứu gần đây, họ đã xác định tính kháng chéo và sự tương tác giữa Vip3AcAa và Cry1Ac với ba chủng nòi loài sâu đục quả bông (cotton bollworm), một trong số đó là thể nhiễm nhưng cả hai nhập lại là thể kháng với protein Cry1Ac, người ta muốn xác định Vip3AcAa có thể được chồng vào protein Cry1Ac trong cây bông vải. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: tiến trình phát sinh tính kháng của côn trùng với protein Cry1Ac không ảnh hưởng gì đến tính nhiễm của chủng nòi kháng Cry1Ac đối với Vip3AcAa. Số con sâu chết có thể so sánh với xác suất ước lượng tỷ lệ chết xét nghiệm, khi phối hợp Vip3AcAa và Cry1Ac, do đó, hoạt động độc lập giữa hai proteins có tính chất diệt sâu hại này đã được minh chứng. Khi gen vip3AcAa và gen cry1Ac cùng chuyển vào cây bông vải, mức độ chết của sâu kháng Cry1Ac trong nghiệm thức cho sâu ăn cây bông chuyển gen nói trên, đã tăng lên đáng kể so với nghiệm thức nuôi sâu trên bông không chuyển gen Bt. Theo kết quả này, protein  Vip3AcAa là sự lựa chọn tốt nhất trong chiến lược tích hợp gen kháng sâu trong hệ gen cây bông vải.  Xem Transgenic Research.

Gen Cgl2 có trong lớp cutin sinh tổng hợp “Wax” của cây cải bắp

Các cơ quan ở trên mặt đất của hầu hết loài cây trồng đều được bao phủ bằng chất sáp ở tầng cutin của biểu bì (cuticular wax). Đây là điều rất quan trọng cho cây tránh được những yếu tố có hại. Trong khi chất sáp ấy là thành phần quan trọng của cây, nhưng chưa có nghiên cứu nào về “cloning” gen điều khiển sinh tổng hợp chất sáp thuộc chu trình “alcohol-forming” của loài Brassica. Nhóm nghiên cứu của Dongming Liu thuộc Viện Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc đã tập trung nghiên cứu gen đích điều khiển nội dung nói trên với giống cây cải bắp đột biến thiếu sáp (wax-deficient cabbage) (Brassica oleracea), LD10GL. Họ áp dụng phương pháp “scanning electron microscopy” để so sánh các lá cải của giống gốc với giống đột biến. So với giống gốc, tinh thể sáp của giống đột biến bị giảm nghiêm trọng theo cả hai mặt: hướng trục (adaxial) và xa trục (abaxial) của lá cải – giống đột biến LD10GL. Phân tích cho thấy tính trạng láng bóng (glossy) của giống LD10GL được điều khiển bởi một gen lặn, ký hiệu là Bol013612 hoặc Cgl2 (Cabbage Glossy 2). Gen này tương đồng với gen trong cây Arabidopsis CER4, mã hóa enzyme “fatty acyl-coenzyme A reductase”. Giải trình tự gen cho thấy có sự thay thế một nucleotide làm cho sáu nucleotides khác chèn vào đoạn gen Bol013612 của giống LD10GL. Sự khiếm khuyết kiều hình của giống LD10GL được xác định lại bằng xét nghiệm chức năng bổ sung (functional complementation test) với giống cây Arabidopsis đột biến cer4. Như vậy protein “wax crystals” của cây cải bắp đột biến LD10GL đã bị suy giảm nghiêm trọng. Đột biến gen Bol013612 hoặc Cgl2 gây ra kiểu hình trơn láng của giống đột biến LD10GL. Xem BMC Plant Biology.

Sự thể hiện mạnh mẽ SlJAZ2 làm tăng dần sự phát dục cây cà chua

Các proteins JAZ (Jasmonate ZIM-domain) là phân tử repressors rất quan trọng trong chu trình truyền tín hiệu JA. Các JAZs này góp phần đáng kể vào nhiều tiến trình phát triển cũng như tính kháng với stress sinh học và stress phi sinh học của cây Arabiodopsis. Tuy nhiên, trong cây cà chua, những nghiên cứu các JAZs như vậy rất hiếm, đặc biệt là  vai trò của tăng trưởng và phát triển cây cà chua. Nhóm nghiên cứu của Xiaohui Yu thuộc Đại Học Chongqing, Trung Quốc đã phân lập và nghiên cứu hai gen JAZ, SlJAZ2 của cây cà chua. Cây cà chua thể hiện mạnh mẽ gen SlJAZ2 ức chế nhanh hơn sự tương lá sơ khởi, làm giảm chiều cao cây và làm làm chiều dài lóng thân. Những dòng cà chua transgenic cũng giảm số trichomes, xuất hiện chồi nhánh ngang sớm hơn và chuyển sang thời kỳ trổ bông có lợi nhất. Những thí nghiệm sau đó cho thấy những tế bào trong lỏi xốp (pith cells) của thân cây transgenic nhỏ hơn rất nhiều so với giống cà chua gốc (wildtypes) nhờ kết quả điều tiết gen theo kiểu DOWN, đó là những gen có liên quan đến tính trạng vươn dài tế bào và sinh tổng hợp gibberellin. Những gen điều khiển sự hình thành trichome (lông mọc trên thân, lá) cũng bị ức chế. Bên cạnh đó, người ta còn thấy có sự tượng khối sơ khởi hoa sớm hơn của cây transgenic. Những gen điều khiển sự trổ bông sớm được điều hòa theo kiểu UP một cách có ý nghĩa sau khi thể hiện mạnh mẽ gen SlJAZ2. Như vậy, SlJAZ2 có thể liên quan đến sự bắt đầu của giai đoạn phát dục thực vật và sự biểu hiện mạnh mẽ  đã thúc đẩy cây chuyển đổi từ giai đoạn tăng trưởng sang gia đoạn sinh dục. Xem Plant Science.

Stress nóng làm gia tăng hiệu quả của đột biến CRISPR-Cas9 trong thực vật

Hệ thống CRISPR-Cas9 cho phép khả năng thao tác di truyền làm ra những đột biến có chủ đích trong hệ gen sinh vật eukaryote. Tuy nhiên, hiệu quả của đột biến và phát sinh ra  đột biến không chủ đích vẫn còn biến động khá lớn giữa những sinh vật khác nhau. Chantal LeBlanc thuộc Đại Học Yale báo cáo rằng thực vật được xử lý ở điều kiện stress nóng là 37°C, có tần suất cao hơn những đột biến do hệ thống CRISPR so với cây mọc ở điều kiện nhiện độ tiêu chuẩn 22°C. Nhóm nghiên cứu của LeBlanc đã ghi nhận rằng đột biến có chủ đích bởi CRISPR-Cas9 trong cây Arabidopsis đã tăng gấp năm lần trong mô tế bào sô ma và gấp 100 trong mô tế bào sinh dục khi bị xử lý nóng như vậy. Ảnh hưởng của nhiệt độ trên mức độ đột biến không có giới hạn đối với cây Arabidopsis, như là một sự gia tăng tương tự đã được quan sát trên cây có múi, được chỉnh sửa gen bằng CRISPR ở điều kiện stress nhiệt 37°C. Phân tích cho thấy Cas9 protein của Streptococcus pyogenes (SpCas9) ảnh hưởng tích cực hơn trong việc tạo ra phân tử dây kép  DNA bị đức gãy ở 37°C nhiều hơn ở 22°C, như vậy đây là cơ chế có tiềm năng góp phẩn khai thác ảnh hưởng của nhiệt độ trên hệ thống CRISPR-Cas9. Nghiên cứu cho thấy a3nh hưởng của nhiệt độ trên hoạt động của SpCas9 trong sinh vật eukaryotes, và cho chúng ta một phương pháp đơn giản làm sao tăng những đột biến có chủ đích trong cây bằng hệ thống CRISPR-Cas9. Xem The Plant Journal.

Hệ thống CRISPR chủ yếu được dùng để phát triển giống cây trồng năng suất cao, có lợi cho sức khỏe, và chống chịu với stress

Các nhà khoa học của Pháp và Anh Quốc đã tổng kết 52 công trình khoa học về sử dụng CRISPR trong cây trồng, báo cáo được đăng trên tạp chí khoa học từ 2014 đến giữa năm 2017 theo hình thức “peer-reviewed journals”. Bài tổng quan này được tạp chí Emerging Topics in Life Sciences công bố.  Có tất cả 15 loài cây trồng được ghi nhận trong báo cáo này liên quan đến nghiên cứu CRISPR, hầu hết liên quan đến cây lúa, tiếp theo đó là thuốc lá, Arabidopsis, và bắp. Tất cả những ứng dụng đối với hệ thống CRISPR mong muốn cải tiến năng suất cây trồng, cũng như cải tiến hàm lượng dinh dưỡng (biofortification) và chống chịu với stress sinh học, stress phi sinh học. Đối với tính kháng bệnh do virus, họ tổng quan hai chiến lượcchính là:  sự hợp nhất lại trình tự mã hóa CRISPR trong hệ gen cây chủ mà các đích đến rõ ràng, sự can thiệp vào hệ gen con virus làm ức chế chúng phải được tích hợp với cây chủ để hình thành nên cái gọi là hệ thống miễn dịch CRISPR (CRISPR-like immune system) trong hệ gen cây chủ; và sự kích thích của đột biến nhờ hệ thống CRISPR trong hệ gen cây chủ sao cho cải tiến tính kháng virus của giống cây trồng. Liên quan đến các nước có nhiều công trình nhất đối với lĩnh vực này, đó là Trung Quốc đứng hạng nhất với 22 bài (42%) và Hoa Kỳ hạng nhì với 10 bài (19%),  Tại châu Âu, đó là các nước Anh, Thụy Điển, Pháp, Hungary, Đức, Austria, và Belgium, có 9 bài (17%) về CRISPR. Những nước khác có bài báo về CRISPR là Saudi Arabia (5 articles), Turkey (5), South Korea (5), Philippines (5), India (5), Japan (4), và Israel (2). Theo những tác giả này, cơ sở dữ liệu công bố đều phù hợp với kính tế toàn cầu, luât lệ và hoàn cảnh nghiên cứu. Chúng có thể được giải thích từng phần bởi bộ khung pháp lý của châu Âu  chuẩn bị sắn sàng cho thương mại hóa. Xem Emerging Topics in Life Sciences.

DARPA sử dụng công nghệ gen cây trồng nhằm phát hiện những mối nguy hại về an ninh

Tổ chức DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), thuộc Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ đã thông báo việc thực hiện một dự án mới khai thác những tiềm năng của cây trồng phục vụ công nghệ giám sát thế hệ kế tiếp. Tên của dự án là “Advanced Plant Technologies” (công nghệ thực vật có ích), tập trung thao tác di truyền mạnh mẽ, tạo những bộ cảm biến thực vật, tự nó chống đỡ trong điều kiện ngoại cảnh và có thể điều khiển từ xa bằng công cụ phần cứng (hardware). Mục tiêu chính của của dự án này là phát triển những cơ chế thực vật có trong tự nhiên đáp ứng với những kích hoạt từ bên ngoài để phát hiện sự có mặt của những hóa chất đặc biệt, vật thể gây bệnh (pathogens), bức xạ mặt trời cũng như các tính hiệu điện từ. Cơ quan DARPA có kế hoạch sử dụng phương pháp chỉnh sửa hệ gen, một công nghệ đang có những kết quả đầy triển vọng với nhiều loài thực vật. "Những kỹ thuật phân tử và kỹ thuật mô phỏng làm cho mục tiêu nghiên cứu của chúng tôi khả thi nhằm phát hiện và ghi nhận mức độ khá rộng các nguồn gốc kích thích (stimuli), không chỉ mở ra khả năng mới cho tình báo, mà còn làm giảm các rủi ro cho cá nhân, với những vật thể cảm biến (sensors) có tính chất truyền thống,". Xem DARPA.

Xác định phân tử “regulator” của sinh tổng hợp phenylalanine trong cây Thông

Sự điều hòa chất biến dưỡng “phenylalanine” rất quan trọng, đặc biệt là cây thông, loài thực vật đa niên, sử dụng một nguồn rất lớn carbon trong gỗ thông. Theo nghiên cứu này, María Belén Pascual và ctv. thuộc Universitario de Teatinos, Tây Ban Nha  đã nghiên cứu loài thông “maritime pine”, tên khao học là Pinus pinaster, họ tập trung vào yếu tố phiên mã PpNAC1. Họ thấy rằng đây là một phân tử “regulator” chính của “phenylalanine”. Gen PpNAC1 biểu hiện ở mô gỗ thứ cấp (secondary xylem) và ở gỗ nén (compression wood) cây thông trưởng thành. Làm câm gen PpNAC1 trong cây P. pinaster cho kết quả làm thay đổi các thành phần mạch gỗ thân và xuất hiện sự điều tiết gen theo kiểu DOWN đối với rất nhiều gen  có liên quan đến sinh tổng hợp thành tế bào. Phân tích sâu hơn cho thấy: gen PpNAC1 có thể tăng cường hoạt động thể hiện gen cũng như promoter của PpMyb4, trong khi protein PpMyb4 kích hoạt gen PpMyb8, một regulator của chu trình sinh tổng hợp phenylalanine và lignin của cây thông. Hiểu biết về cơ chế kiểm soát sự hình thành gỗ có tầm quan trọng rất to lớn trong sinh học rừng và mở đường cho những ứng dụng công nghệ sinh học trên cây thông. Xem Plant Biotechnology Journal.

Nghiên cứu gen trong sinh tổng hợp triterpenoid của cây gỗ birch

Cây gỗ bu lô có tên tiếng Anh là birch, tên khoa học là Betula platyphylla, chứa hàm lượng triterpenoids, mà chất này được xem như chất chống HIV và hoạt tính chống khối u. Tuy nhiên, số lượng chất triterpenoids tự nhiên rất thấp, chất tổng hợp rất đắc tiền. Những yếu tố phiên mã TFs, ví dụ như bHLH (basic helix-loop-helix), có khả năng điều hòa chu trình biến dưỡng này, và cải tiến năng suất. Như vậy, các TFs có khả năng cải tiến năng suất chất triterpenoids của cây gỗ Birch. Nhóm nghiên cứu của Jing Yin thuộc ĐH Northeast Forestry, Trung Quốc đã nghiên cứu hai gen BpMYC4 và BpbHLH9, chúng mã hóa protein “bHLH transcription factors” trong cây gỗ birch. Sự thể hiện gen BpMYC4 và BpbHLH9 tăng lên trong nghiệm thức xử lý abscisic acid, methyl jasmonate, và gibberellin; trong khi đó, nó giảm xuống trong nghiệm thức xử lý “ethephon”. Gen BpbHLH9 sau đó cho gắn vào  một promoter cải tiến và cho du nhập vào hệ gen cây birch. So với cây nguyên thủy, cây transgenic thể hiện sự điều tiết gen theo kiểu UP đối với các gen có liên quan đến chu trình sinh tổng hợp triterpenoid. Xem BMC Plant Biology.

THÔNG BÁO

HỘI NGHỊ KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP NỬA NĂM LẦN THỨ BA CỦA UGANDA

Hội nghị Khoa Học Nông Nghiệp của Uganda và Triển Lãm (3rd Biennial National Agricultural Sciences Conference and Exhibition) được tổ chức vào ngày March 25-27 tháng Ba năm 2018; tại Kampala, Uganda. Xem SCIFODE website.