Sự biểu hiện mạnh mẽ gen ALDH21 của cây MOSS trong cây bông vải làm tăng cường năng suất và phẩm chất sợi bông

Đáp ứng với stress phi sinh học, thực vật đã và đang tiến hóa bao gồm cơ chế phức tạp ở mức độ phân tử, tế bào và sinh lý thực vật. Trong sinh vật “tortula moss” (hình) mà tên khoa học là Syntrichia caninervis, gen ALDH21 có vai trò quan trọng trong phản ứng với stress phi sinh học, nó biểu hiện mạnh mẽ trong cây thuốc lá và bông vải chuyển gen, làm tăng cường tính chống chịu với khô hạn và mặn. Các nhà khoa học thuộc Chinese Academy of Sciences và cộng tác viên đã phát triển cây bông vải biến đổi gen ScALDH21 rồi khảo nghiệm cây này trong đều kiện đất trồng thiếu nước. Kết quả cho thấy rằng: sự biểu hiện mạnh mẽ gen ScALDH21 trong cây bông vải dẫn đến hiệu suất quang hợp thuần cao hơn, tế bào ít bị tổn thương hơn, tế bào có chức nhiều hợp chất bảo vệ hơn, làm cây tăng trưởng tốt hơn so với cây bông vải bình thường dưới điều kiện bị stress khô hạn trong thí nghiệm có kiểm soát. Năng suất của cây bông vải transgenic dưới điều kiện thiếu nước cao hơn năng suất cây bông bình thường. Thêm vào đó, chất lượng sợi bông transgenic cũng được cải thiện. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta đã kết luận rằngcây bông vải chuyển gen ScALDH21 có tiềm năng cải tiến năng suất bông khi sản xuất bông trong điều kiện nước tưới bị hạn chế. Xem Crop Science.

Giống sắn có hàm lượng sắt cao

Hiệu chứng anemia hay còn gọi là hội chứng thiếu sắt tác động mạnh mẽ đến hệ thống miễn dịch của trẻ em, làm cho trẻ ốm còi và ảnh hưởng đến sự thông minh của trẻ. Một trong những giải pháp chiến lược chống lại vấn đề này đối với sức khỏe con người là thực hiện “biofortification” (bù đấp thiếu dinh dưỡng bằng nông sản thay vì uống thuốc) của lương thực chính thông qua công cụ công nghệ sinh học. Nhóm nghiên cứu Narayanan Narayanan thuộc Donald Danforth Plant Science Center đã phát triển giống sắn “biofortified” với hàm lượng sắt cao hơn giống sắn bình thường – kết quả được đăng trên tạp chí Nature Biotechnology. Nhóm nghiên cứu đã cho thể hiện thành công  “vacuolar iron transporter V1T1” của cây Arabidopsis thaliana vào trong cây sắn. Cây sắn này có thể tích tụ sắt trong bộ phận dữ trữ dinh dưỡng ở rễ (củ sắn). Hàm lượng sắt tắng gấp 3 đến 7 lần so với giống sắn bình thường làm đối chứng. Cây chuyển gen đồng thể hiện một đột biến IRT1 (iron transporter) và FER1 (ferritin) của A. thaliana, đã tích lũy được hàm lượng sắt gấp 7 đến 18 lần so với đối chứng, hàm lượng kẽm tăng gấp 3 đến 10 lần so với đối chứng. Không có ảnh hưởng đáng kể nào về thông số tăng trưởng và năng suất củ sắn. Theo các nhà nghiên cứu này, sắt và kẽm trong sản phẩm sắn chế biến (IRT1 + FER1) có thể cung cấp 40–50% nhu cầu sắt theo yêu cầu và 60–70% nhu cầu kẽm cho trẻ em ở độ tuổi 1-6 và cho các phụ nữ chưa mang thai, chưa cho sữa ở Tây Phi. Xem Nature Biotechnology.

Hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-CAS9 giúp chuối chống lại bệnh virus sọc lá

Sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR, một nhóm các nhà khoa học của IITA (International Institute of Tropical Agriculture) đã công bố kết quả họ phát triển trên nhiều giống chuối kể cả nhóm chuối “plantain” kháng bệnh BSV (banana streak virus). Bệnh BSV đang làm thiệt hại sản xuất chuốc tại châu Phi và đe dọa nguồn thực phẩm toàn cầu cũng như thu nhập của hàng triệu nông dân. Những nhà khoa học nghiên cứu về BSV hợp nhất DNA của nó và trong nhóm chuối thuộc genome B và genome cây “plantain” có một hoặc nhiều hơn một hệ gen. Khi cây chuối bị virus xâm nhiễm, phân tử DNA của virus tạo ra những “functional viral particles”, gây ra triệu chứng bệnh nặng nề. Do đó, dịch bệnh BSV không phải do sự lây nhiễm tự nhiên, mà ít nhiều do hoạt động của virus hợp nhất trong genome cây chủ dưới những điều kiện bị stress. Vì lý do ấy, các nhà chọn giống tránh sử dụng giống chuối và giống plantain có “B genome”, ví dụ như  Musa balbisiana, đối với chương trình cải tiến giống chuối, mặc dù đây là nguồn vật liệu lai giống rất tốt. Nhóm nghiên cứu này đứng đầu là Leena Tripathi thuộc IITA  đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để bất hoạt DNA của virus thuộc “B genome” của giống chuối Gonja Manjaya, một giống thuộc loại hình chuối plantain hình cong như sừng trâu thuộc chi Musa được trồng rất phổ biến ở Đông Phi và Trung Phi. Họ đã thấy rằng: khi cho phơi nhiễm trong điều kiện bị khô hạn, 75% cây chỉnh sửa gen không thể hiện bất cứ triệu chứng nào của bệnh BSV so với đối chứng, chứng tỏ rằng DNA của virus bị bất hoạt. Xem IITA News.

Cở sở dữ liệu mới CRISPR để tạo mối liên kết giữa các nhà khoa học hợp tác với nhau

Theo dõi những kết quả khổng lồ ngày càng gia tăng về dữ liệu từ các công trình nghiên cứu về công cụ chỉnh sửa hệ gen, các nhà nghiên cứu thuộc Boyce Thompson Institute (BTI) đã phát triển cơ sở dữ liệu có tên là PGED (Plant Genome Editing Database) làm đầu mối trung tâm phục vụ cho nội dung quản lý tập đoàn cây đột biến (mutant data), cũng như cung cấp một vị trí sẵn sàng chia sẻ cơ sở dữ liệu và mutants trong cộng đồng các nhà khoa học trên toàn thế giới. PGED sẽ giúp cho việc tiến hành có kết quả sử dụng hiệu quả hơn đối với nguồn vật liệu bằng cách làm giảm đi nhiều thí nghiệm không cần thiết mang tính chất lập lại cái đã có và đóng vai trò xúc tác các hợp tác khoa học. Để có thể phát triển rộng hơn trên toàn thế giới về sáng lập các cơ sở dữ liệu, các nhà khoa học này đã in ấn và kêu gọi sự sẵn lòng gửi dữ liệu đến PGED trên tạp chí Molecular Plant. Cơ sở dữ liệu này bao gồm những số liệu được hình thành bởi BTI's Greg Martin lab của 432 dòng cà chua được chỉnh sửa hệ gen bằng hệ thống công cụ CRISPR-Cas. Martin ghi nhận rằng trong khi các dòng cà chua CRISPR-Cas được sáng tạo ra là nhiệm vụ trung tâm của PGED, thì nó có thể cũng được sử dụng cho những đột biến cây trồng khác bởi những công cụ chỉnh sửa hệ gen như meganucleases, zinc finger nucleases (ZFNs), và transcription activator-like nucleases (TALENs). Xem PGED trên BTI news release.

Hệ thống CRISPR-Cas9 thông qua Agrobacterium trong chỉnh sửa hệ gen của lúa mì

Các nhà nghiên cứu đã và đang sử dụng hệ thống chỉnh sửa genome CRISPR-Cas9 đối với những loài cây trồng quan trọng như lúa mì. Cho dù việc theo dỏi trong thiết kế hệ thống này khả thi, nhưng hiệu quả của công cụ như vậy tùy thuộc khá nhiều vào phương pháp dẫn dắt phân tử DNA. Phương pháp thông dụng nhất là dùng súng bắn gen (biolistics) trong chuyển nạp gen chỉnh sửa trở vào hệ gen, nhưng có quá nhiều sự kiện im lặng gen xảy ra liên kết với số lượng bản sao của transgenes và mức độ chỉnh sửa được theo mong muốn thấp đối với lúa mì, vì vậy, người ta cần một quần thể khá lớn cây transgenic để có thể phục hồi những đột biến mong muốn. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Zhengzhi Zhang thuộc University of Missouri phát triển hệ thống chuyển nạp gen chỉnh sửa bằng CRISPR-Cas9 bằng vi khuẩn Agrobacterium trong trường hợp cây lúa mì. Hệ thống ấy bao gồm một codon của lúa mì đã tối ưu hóa Cas9 nhờ promoter của cây bắp “ubiquitin” và một phân tử “guide RNA cassette” khởi động nhờ promoter U6 của lúa mì đóng vai trò như một “single binary vector”. Sử dụng hệ thống này, họ đã phát triển được 69 đột biến chỉnh sửa đối với bốn gen điều tiết hạt lúa mì trong suốt 3 thế hệ con lai với mức độ chỉnh sửa trung bình 10% mà không có đột biến không chủ đích xảy ra trong hầu hết cây được kích hoạt bởi Cas9. Theo kết quả tích cực này, người ta đã chứng minh rằng hệ thống chỉnh sửa gen nói trên và chuyển nạp gián tiếp thông qua Agrobacterium có thể được sử dụng để chỉnh sửa hệ gen cây lúa mì. Xem Plant Biotechnology Journal.

Gà biến đổi gen cho sản phẩm trứng làm thuốc chống được ung thư

Các nhà khoa học thuộc Roslin Technologies in Edinburgh, đã sử dụng công nghệ di truyền để phát triển giống gà có thể đẻ trứng với chức năng dược tính chữa bệnh viêm khớp và một vài bệnh ung thư. Những dược tính ấy có khả năng gấp 100 lần rẻ hơn thuốc hóa học khi so sánh với các xí nghiệp sản xuất dược phẩm. Theo Dr. Lissa Herron, một trong những nhà nghiên cứu nữ thuộc tổ chức này, giống gà nói trên không có phản ứng phụ, ngay cả ăn thừa trứng ấy khi so sánh với cách quản lý gia súc của trang trại. Giống gà nói trên đẻ trứng bình thường. Nó không ảnh hưởng đến sức khỏe con người theo bát cứ kiểu nào, khi có tiếng động do máy móc gà vẫn đẻ trứng bình thường. Cách tiếp cận với phương pháp mới này cho kết quả tốt hơn và hiệu quả hơn, rẻ hơn so với cách điều trị trước đây. Họ tin rằng sản xuất có thể tăng nhanh hơn dược phẩm tự nhiên và được thương mại hóa sớm. Xem Genetic Literacy Project.

Thông Báo

Hội thảo đấu tranh sinh học nhờ di truyền đối với các loài xâm nhiễm

(GENETIC BIOCONTROL FOR INVASIVE SPECIES)

Hội thảo “Genetic Biocontrol for Invasive Species” được tổ chức vào ngày 21 tháng 3 năm 2019, tại El Palau Firal i de Congressos, Tarragona, Tây Ban Nha.

Xem ILSI website.