Chuyển vị đường trong cây chè, có trong phản ứng của cây đối với stress

Họ protein đóng vai trò phân tử “transporters” SWEET (viết tắt từ chữ Sugars Will Eventually be Exported Transporters) của thực vật có trong nhiều tiến trình sinh học khác nhau, bao gồm phản ứng của câyđối với những kích thích ở bên ngoài. Nhóm nghiên cứu của Lu Wang thuộc Chinese Academy of Agricultural Sciences đã nghiên cứu phân tử “SWEET transporters” từ cây chè (Camellia sinensis) và những nhiệm vụ của chúng đối với các phản ứng stress phi sinh học. Phân tích chín gen CsSWEET thể hiện ở lá chè; người ta thấy rằngtám trong chín gen ấy đã phản ứng đối với những stress phi sinh học; ngoại trừ một gen CsSWEET3, phản ứng với xâm nhiễm của nấm Colletotrichum camelliae. Nghiên cứu một gen khác của họ gen CsSWEET, gen CsSWEET16, người ta thấy rằng gen này thể hiện trong màng của không bào và có trongphản ứng chống chịu lạnh được cải biên tốt hơn trong cây Arabidopsis. Phát hiện này chứng minh rằng các gen CsSWEET có vai trò quan trọng trong phản ứng với stresss sinh học và phi sinh học, đặc biệt là stress lạnh trong cây chè. Xem Plant Molecular Biology.

Gen GhPEPC2 điều tiết sự tích tụ dầu trong hạt cây bông vải

Gen PEPC2 mã hóa protein phospho-enolpyruvate carboxylase (PEPCase), là nhân  tố rất tích cực trong  việc tạo ra chất oxaloacetic acid trongchu trình TCA (tricarboxylic acid). NHóm nghiên cứu của Yanpeng Zhao thuộc Đại Học Nông Nghiệp Trung Quốc đã nghiên cứu và tím thấy trong sự kiện làm câm gen GhPEPC2 thông qua kỹ thuật RNAi có thể điều hòa sự tích tụ hàm lượng dầu và protein trong hạt bông vải. Cây bị làm câm gen GhPEPC2 biểu hiện hoạt động của PEPCase ở phôi non;chúng bị giảm đi đáng kể, làm cho tăng rất có ý nghĩa hàm lượng dầu trong hạt bông và làm giảm protein tổng số. Hơn nữa khi so sánh chúng với cây nguyên thủy (wild types), các tính trạng nông học của cây transgenic không hề bị ảnh hưởng gì cả. Phân tích hạt cây transgenic đối với việc câm gen GhPEPC2 cho thất rằng hầu hết gen có liên quan đến sinh tổng hợp lipid đều  bị điều tiết theo kiểu UP. Các gen có liên quan đến chức năng biến dưỡng của những amino acid điều tiết theo kiểu DOWN. Thêm vào đó, Cây bông non biến đổi gen câm biểu hiện tính chống chịu mặn. Kết quả còn cho thấy GhPEPC2 có thể điều tiết hàm lượng dầu, sự tích lũy protein và chống chịu mặn của cây bông vải  và có thể của những cây trồng khác nữa. Xem Plant Science.

Gen điều tiết sự tăng trưởng của cây và kháng rầy nâu của cây lúa

Expansins là những proteins có thể làm suy yếu thành tế bào. Những nghiên cứu trước đâycho thấy rằng các gen mã hóa protein expansin đều hiện diện trong hệ thống tự vệ của cây chống lại các stress phi sinh học. Tuy vậy, người ta biết rất ít về cái gì xảy ra trong sựtự vệ của cây đối với stress sinh học. Nhóm nghiên cưu của Jiang Tan thuộc Chinese Academy of Sciences thấy rằng có một gen trong cây lúa (Oryza sativa) mã hóa expansin, đó là gen OsEXPA10, gen này có chức năng: vừa giúp cây tăng trưởng, vừa giúp cây kháng với stress sinh học. Sự thể hiện mạnhmẽ gen OsEXPA10 của cây lúa cải tiến đáng kể sự tăng trưởng của cây. Tuy nhiên, nó còn có thể làm tăng sự nhiễm đối với tấn công của rầy nâu (BPH), một đối tượng côn trùng gây hại số một cho ngành trồng lúa, tăng sự nhiễm với xâm nhập của nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe grisea. Mặt khác, người ta thực hiện knock-down gen này, kết quả cho thấy chiều cao cây và kích thước hạt đều giảm, nhưng tính kháng rầy nâu và bệnh đạo ôn tăng. Kết quả còn khẳng định rằng gen OsEXPA10 điều khiển sự cân bằng giữa phát triển cây lúa và tính kháng với sâu bệnh hại lúa. Xem Plant Cell Reports.

Nghiên cứu tác động của hình thái do gen ERECTA trong cây lúa sử dụng CRISPR

Họ gen ERECTA (ERfs) có nhiều chức năng khác nhau trong cây Arabidopsis, bao gồm sự phân bào và tăng trưởng, hình thành các cơ quan của khí khổng, phản ứng với những stress. Đây là ứng cử viên cho nhà chọn giống đầy tiềm năm trong lai tạo giống cây trồng mới. Tuy nhiên, tác động hình thái học của chúng trong cải tiến cây trồng còn nhiều hạn chế. Nhóm nghiên cứu của Yanchun Zhang thuộc ĐH Nanjing, Trung Quốc đã sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 nhằm nghiên cứu tác động có tính chất hình thái của gen ERfs trong cây lúa. Các đột biến có tính chất “loss-of-function” của gen OsER1 và OsER2 được người ta phát triển thông qua CRISPR làm cho cây lúa thấp lùn hơn và kích cỡ gié lúa giảm, như vậy, chúng còn có chức năng trong nội dung nhân số lượng tế bào và tăng trưởng của cây lúa. Hơn nữa, nhóm nghiên cứu này còn tìm thấy những manh mối làm ẩn khuất chức năng của gen ERfs có tính chất độc đáo nhất. Thông qua dự đoán có tính chất tiến hóa, họ còn tìm thấy họ gen ER có mặt trong nhiều loài khác nữa, do đó, hầu hếtcác chức năng của chúng có thể được quan sát trong những loài cây trồng khác. Nghiên cứu sâuhơn về chức năng của chúng; người ta xác định đây là chìa khóa đểsử dụng ERfs trong phát triển giống mới. Xem Frontiers in Plant Science.

Promoter của gen được sử dụng để tối ưu hóa CRISPR trong chỉnh sửa gen đíchcây bắp

Các promoters điều hành cả Cas9 và sgRNAs đều rất quan trọng phục vụ công nghệ chỉnh sửa hệ gen thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 trong thực vật. Nhóm nghiên cứu của Chao Feng thuộc Chinese Academy of Sciences đã xét nghiệm sự phối hợp của promoter thuộc gen dmc1 cây bắp  và promoter U3 đối với phân tử Cas9 và sgRNA, theo thứ tự. Ba loci của hệ gen cây bắp đã được tuyển chọn cho việc xác định đích đến. Cây T₀ được phát triển tỏ ra được chỉnh sửa khá hiệu quả tại những gen đích với các thể đột biến chiếm đến 66%. Những đột biến của cây T₀ tỏ ra khá ổn định, di truyền sang thế hệ T₁. Phân tích còn cho thấy rằng không có đột biến không chủ đích xảy ra ở tại các vị trí khác với gen đích (off-target sites). Promoter dmc1 của hệ thống CRISPR-Cas9 được kiểm sáot tốt, tỏ ra vô cùng hiệu quả trong trường hợp cây bắp. Đây là mính chứng người ta có thể tối ưu hóa phân tử promoters trong vận hành hệ thống CRISPR-Cas9. Điều này có thể tăng cường mức hiệu quả của chỉnh sửa hệ gen cây trồng. Xem Plant Biotechnology Journal.

Các nhà khoa học Trung Quốc hoàn thiện được công nghệ thay thế gen trong cây lúa

Sự thay thế chính xác của một alen hiện hữu trong các giống lúa thương mại hóa với một alen ưu việt (elite allele) là mục tiêu chủ yếu của cải tiến giống mới. Một đa hình nucleotide đơn của gen NRT1.1B giữa giống lúa japonica và indica có chức năng cải tiến hiệu quả sử dụng nitrogen (NUE) trong cây lúa (Oryza sativa). Nhóm nghiên của tổ chức Chinese Academy of Agricultural Sciences đã sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để thay thế alen NRT1.1B của giống lúa japonica bằng một alen của giống lúa indica. Các dòng lúa được phát sinh thông qua CRISPR biểu hiện rõ ràng tính hiệu quả của NUE. Hơn nữa, không hề có áp lực chọn lọc mang tính chất cộng thêm, cần được phát triển những dòng lúa cải tiến như vậy. Nghiên cứu chỉ ra rằng tính khả thi của việc thay thế gen này bằng gen khácvới một alen có tính ưu việt nào đó, cho phép người ta phát triển nhiều phương pháp đa dạng hơn để cải tiến tính trạng nông học quan trọng nào đó. Xem Journal of Integrative Plant Biology.

Công nghệ di truyền nấm men (yeast) tạo ra thuốc ho không có tính chất “narcotic”

Các nhà công nghệ di truyền của ĐH Stanford đã tìm ra phương cách sản xuất noscapine của nấm men của công nghệ bia. Noscapine là chất thuốc chống ho không có nha phiến (non-narcotic) có trong thiên nhiên của những cây anh túc. Thuốc ho noscapine được khám phá vào năm 1930, thuốc này được sử dụng rộng rải trong thập niên 1960 ở châu Á, châu Âu và Nam Mỹ cũng như Canada, Australia, và Nam Phi. Nhưng chỉ còn nguồn còn tươisống của noscapine là nha phiến. Hàng tấn noscapine được tách chiết hàng năm từ thực vật, Phải mất một năm trời để hoàn thiện chúng. Nấm men được thao tác thông qua công nghệ di truyền, có thể sản xuất ra số lượng noscapine chỉ trong ba hoặc bốn ngày. Các nhà khoa học đã thành công với ba công đoạn tổng hợp ra noscapine thành một chủng nòi nấm men đơn. Chất dopamine chính là chìa khóa trung gian trong sinh tổng hợp ra chất noscapine, các nhà nghiên cứu đã phân cắt và nối lại các gen của chuộttrức tiếp sản sinh ra dopamine. Người ta sử dụng hệ thống CRISPR làm thay đổi  những gen được chèn vào, sao cho các enzymes quan trọng đều có chức năng mật mã di truyền tại ngôi nhà mới của chúng. Họ đã chèn 25 gen ngoại lai vào vi nấm có một tế bào để chuyển đổi thành một nhà máysản xuất ra chất noscapine. Nhiều gen được chèn vào lất từ cây anh túc, nhưng rất nhiều gen khác lấy từ nhiều loài thực vật và loài chuột. Họ đãcải biên những gen như vậy như một môi trường trung gian (medium); trong đó, sự tăng số lượng nấm men sẽlàmcho kết quả trở nên tốt hơn. Hiệu qua cải tiến được gấp 18.000 lần sản xuất ra noscapine so với phương pháp cũ. Xem Stanford Medicine News Center.

THÔNG BÁO

Hội nghị IPBO 2018 (2018 IPBO Conference)

2018 IPBO Conference với chủ đế là "Sự cách tân trong khoa học phục vụ phát triển bền vững của nông nghiệp châu Phi " được tổ chức tại VIB-UGent Center for Plant Systems Biology, Technologiepark 927, 9052 Ghent, Belgium; vào ngày 30-31, tháng Tám năm 2018. Xem Conference website hoặc liên hệ với International Plant Biotechnology Outreach (IPBO, VIB-UGent): ipbo@vib-ugent.be.