Gen điều khiển tính kháng toxin của nấm Cochliobolus heterostrophus gây bệnh cháy lá cây bắp

Xie và ctv. đã công bố kết quả khoa học này trên tạp chí TAG tháng 12 năm 2018 (131 (12): 2601–2612. Thông điệp chính của nghiên cứu này là toxin có tính chất chọn lựa trong cây bắp đã được phân lập bằng phương pháp “culture filtrate” đối với vật gây bệnh là nấm Cochliobolus heterostrophus. Một gen trội điều khiển tính trạng nhạy cảm đối với toxin định vị trên nhiễm sắc thể 4. Hoạt tính gây độc theo phương pháp “culture filtrate” (CF) của nấm Cochliobolus heterostrophus, gây triệu chứng cháy lá bắp, thuật ngữ quốc tế thường dùng là “southern leaf blight” (SLB) biểu hiện sự khác nhau về độc tính đối với các giống bắp khác nhau. Hai quần thể lập bản đồ riêng biệt; một quần thể có 113 dòng RILs, và một có 258 dòng theo mô hình “association population”, được sử dụng để hình thành bản đồ gen kháng theo phương pháp đánh giá CF ở giai đoạn cây non. Một QTL chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 4 đã được xác định tại cùng locus khi sử dụng hai quần thể nói trên. Quần thể “association” cho phép ghi nhận vùng có kích thước 400 kb chứa locus nhạy cảm với bệnh. So sánh mức độ nhạy cảm theo CF đối với cây bố mẹ của quần thể  RIL và con lai F₁, các tác giả đã xác định alen điều khiển tính nhiễm bệnh là alen trội. Không có mối quan hệ  giữa mức độ nhạy cảm theo CF trong cây bắp non và mức độ nhạy cảm theo SLB đối với cây bắp trưởng thành; tuy nhiên, giá trị tương quan có ý nghĩa (− 0.58) được quan sát giữa chỉ số nhiễm bệnh SLB và chỉ số nhiễm bệnh CF trong cây bắp non. Hoạt động của CF tùy thuộc một chút vào pronase và rất mẫn cảm với pronase, cho thấy rằng toxin này có tính chất “proteinaceous”. Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-018-3175-6

Định tính tầng aleurone và chức năng sinh học của nó trong cây đậu nành

Schmidt MA và Herman EM đã nghiên cứu chức năng sinh học của tầng aleurone trong cây đậu nành. Kết quả được công bố trên tạp chí BMC Plant Biol, tháng 12 năm 2018. Đậu nành là cây cho dấu quan trọng trên toàn thế giới. Hai đặc điểm protein cao và hàm lượng dầu cao trong hạt đậu nành làm cho nó trở thành nông sản hết sức quan trọng cho loài người. Loài này thuộc nhóm sinh vật bậc cao (eukaryote) với hệ gen đã được sẵn sàng cho nghiên cứu sâu, nhưng chú thích về chức năng gen (annotation) của hầu hết gen được giải trình tự vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu rất nhiều. Lĩnh vự “functional genomics” của cây đậu nành được tiến hành nghiên cứu với những phương pháp nhanh trong trường hợp xét nghiệm một gen nào đó trước khi quyết định chuyển nạp gen ấy. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta mô tả hình thái học và thành phần của tầng aleurone của tế bào đơn, lấy từ phôi mầm hạt khi hạt đang phát triển cây non. Thành phần này được so sánh với mô ở tử diệp; kết quả cho thấy: tầng aleurone có vai trò quan trọng trong phản ứng với stress sinh học và phi sinh học. Tiềm năng sử dụng tầng aleurone như một hệ thống thể hiện “transient” trong cây đậu nành được xem xét. Vì nó là một tầng trong cấu trúc màng tế bào đơn được sử dụng trong “transient expression system” cho nến người ta có thể nghiên cứu sự thể hiện của transgene dưới kính hiển vi. Tầng aleurone của tế bào đơn hoàn toàn có khả năng so sánh được với cơ quan ở tử diệp, giàu tính chất phản ứng “oxidative” với proteins và là transient đầy tiềm năng khi thể hiện. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30545296.

Thực hiện profiling chất biến dưỡng của cây sắn (Manihot esculenta Crantz)

Drapal và ctv.  đã công bố kết quả nghiên cứu này trên tạp chí Agric Food Chem ngày 17 tháng 12 năm 2018. Sắn (Manihot esculenta Crantz) là cây lương thực chính của nhân loại, đặc biệt cư dân vùng cận sa mạc Sahara (SSA) là trở thành cây công nghiệp của khu vực Đông Nam Á. Người ta đã cố gắng hết mức nhằm cải tiến giống sắn cao sản, kháng sâu bệnh hại chính, gía trị dinh dưỡng cao, nhưng nội dung chọn tạo giống sắn vẫn chưa đạt hiệu quả mong muốn giống như những loài cây lương thực chủ lức khác. Theo kết quả nghiên cứu này, những kỹ thuật liên quan đến chất biến dưỡng (metabolomics) được phát triển và tận dụng hết khả năng nhằm định tính “chemotypes” của những mẫu giống sắn được chọn và đánh giá tiềm năng nguồn vật liệu di truyền phục vụ chương trình lai tạo giống sắn. Cơ sở dữ liệu “metabolite” được áp dụng để mô tả bản chất đa dạng của sinh hóa có khả năng có trong panel này, xác định những mẫu giống có nguồn gốc ở Nam Mỹ biểu hiện tính đa dạng cao nhất. Kiểu gen với nhiều tính trạng kiểu hình khác nhau cung cấp một “profile” của chất biến dưỡng đặc trưng (representative metabolite), ngay cả tính trạng kiểu hình của củ sắn có hàm lượng amylose cao. Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30557498

Thể hiện mạnh mẽ gen Acyl-CoA-Binding Protein 1 (ChACBP1) của tảo Chlorella sp. làm tăng cường tính chống chịu mặn, kiềm của cây Arabidopsis

Theo kết quả nghiên cứu của Qiao K, Wang M, Takano T, Liu S công bố trên tạp chí Front Plant Sci. (tháng 11, năm 2018), người ta thấy rằng đất canh tác được hiện bị nhiễm mặn hoặc kiềm, là vấn đề cần phải tập trung giải quyết vì mục tiêu an ninh lương thực. Một cách tiếp cận đã được giới thiệu trong nghiên cứu này là: phát triển giống cải tiến bằng công nghệ di truyền. Nguồn gen đích lấy từ tảo [algae: Chlorella sp.] có tên là JB6, được phân lập trước đây trên đất mặn kiềm, tảo có hiểu hiện tốt là chống chịu mạnh mẽ với NaHCO₃. Người ta khai thác gen chống chịu ấy với “saline-alkali” của tảo này để chuyển nạp vào cây Arabidopsis. Gen này mã hóa acyl-CoA-binding protein 1 (ACBP1) từ tảo JB6 thông qua phương pháp sàng lọc một thự viện cDNA có chiều dài phân tử đầy đủ trong nấm men (yeast) đưới điều kiện bị stress NaHCO₃. Phân tích Northern cho thấy phân tử ChACBP1 mRNA điều tiết theo kiểu UP một cách có ý nghĩa khi bị stress phi sinh học ví dụ như mặn, ô xi hóa,kim loại nặng, và nhiệt độ lạnh. Protein tái tổ hợp ChACBP1 kết gắn với phosphatidylcholine in vitro. Đánh dấu protein bằng huỳnh quanh xanh lá cây (green fluorescent protein-labeled ChACBP1) được định hình trong cytosol. Sự thể hiện mạnh mẽ của gen  ChACBP1 trong nấm men và trong cây mô hình Arabidopsis cho thấy tính chống chịu kim loại nặng, chống chịu mặn, kiềm và chống chịu lạnh gia tăng đáng kể. Như vậy ChACBP1 có thể hỗ trợ cây thích nghi với stress phi sinh học thông qua biến dưỡng phospholipid. Do đó, ChACBP1 có thể trở nên hữu hiệu để cải tiến di truyền tính chống chịu mặn, kiềm của cây.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30555504

Gen Phospholipase D alpha của dưa leo thể hiện mạnh mẽ trong cây thuốc lá giúp cây chống chịu khô hạn

Đây là công trình nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học Trung Quốc đứng đầu là Ji T. được công bố trên tạp chí BMC Plant Biol (tháng 12 năm 2018). Phospholipase D của thực vật (PLD) có thể thủy phân màng phospholipids để sản sinh ra phosphatidic acid (PA), một phân tử có chức năng truyền tín hiệu bậc hai, người ta nghiên cứu chức năng khác nhau của cây khi phản ứng với stress. Cả PLD và PA đều có vai trò quan trọng trong tăng trưởng và phát triển cũng như tham gia các tiến trình sinh học của tế bào. Người ta cho rằng PLD đóng vai trò trung gian trong điều tiết sự vận động của khí khổng bởi abscisic acid (ABA) như một phản ứng khi cây thiếu nước. Các nhà khoa hạc này đã định tính vai trò của gen phospholipase D alpha trong cây dưa leo (CsPLDα, GenBank accession number EF363796) khi cây tăng trưởng và tính chống chịu khô hạn của cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) biến đổi gen. Sự thể hiện mạnh mẽ của CsPLDα trong các dòng transgenic cây thuốc lá liên quan chặt chẽ với tổng hợp ABA và biến dưỡng ABA, điều tiết sự đóng lại rất nhanh khí khổng khi cây bị stress khô hạn, và làm giảm sự mất nước của cây. Mức độ thể hiện NtNCED1 trong các dòng thuốc lá transgenic và cây thuốc lá nguyên thủy (WT) điều tiết theo kiểu UP sau 16 ngày xử lý khô hạn so với nghiệm thức trước đó, mức độ thể hiện của những dòng transgenic như vậy đều cao hơn đáng kể so với cây WT. Mức độ thể hiện của NtAOG cải thiện sau 8 đến 18 ngày so với nghiệm thức 0 ngày. Hàm lượng ABA của cây thuốc lá transgenic cao hơn đáng kể so với cây thuốc lá WT. Sự thể hiện mạnh mẽ gen CsPLDα làm tăng hàm lượng osmolyte và làm giảm hiện tượng “ion leakage”. Protein proline, được dễ tan, protein dễ tan đều tăng có ý nghĩa. Trái lại, hiện tượng “electrolytic leakage” và sự tích tụ của “malondialdehyde” trong lá suy giảm đáng kể. Khối lượng tươi và khô của chối thân và rễ đề tăng trong dòng thuốc lá chuyển gen biểu hiện mạnh. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30547756.

Hình: Phản ứng đối với khô hạn của cây nguyên thủy [wild type: WT] và cây thuốc lá transgenic giai đoạn cây non và rễ thuốc lá. Kiểu hình của WT và transgenic, cây non và rễ, dưới điều kiện stress khô hạn và điều kiện bình thường. Ảnh chụp sau khi xử lý khô hạnở ngày 0 (a, f), ngày 8 (b, g), ngày 16 (c, h), ngày 30 (d) và cây thuốc lá non (e) khi được phục hồi 2 ngày sau đó.