Ảnh hưởng phân tử nano trên sự thể hiện gen có liên quan đến quang hợp cây đậu nành

Quang tổng hợp là một tiến trình sinh học quan trọng của thực vật. Nó có vai trò cực kỳ quan trọng cho sự tăng trưởng và phát triển của cây. Báo cáo của Viện Hàn Lâm Khoa Học  và Công nghệ Việt Nam nêu rõ tác động của vật thể nano có tên là “zerovalent cobalt nanoparticles” trên sự thể hiện của các gen liên quan đến quang hợp trên lá cây đậu nành ở các giai đoạn tăng trưởng khác nhau. Kết quả cho thấy nghiệm thức “zerovalent cobalt nanoparticles” của Việt Nam sản xuất và của Hoa Kỳ (với hai liều lượng 0.17 và 16.67 mg/kg hạt đậu nành xử lý) đã làm tăng cường hoạt động quang hợp đậu nành thông qua sự gia tăng hàm lượng diệp lục tố a và tỉ lệ Fv/Fm so với nghiệm thức đối chứng (không xử lý zerovalent cobalt nanoparticles). Những giá trị ấy có xu hướng tăng và tiến đến giá trị tối đa vào lúa 40 ngày tuổi và giảm lúa 70 ngày tuổi. Sự thể hiện của các gen có liên quan đến quang hợp trong lá đậu nành còn thay đổi  theo giai đoạn tăng trưởng và nồng độ xử lý zerovalent cobalt nanoparticles. Các gen psaA, Lhca, psaB, Cytb6f (thuộc hệ thống quang hợp I); các gen psbA, psbB, psbC, psbD, psbE (thuộc hệ thống quang hợp II) trong các nghiệm thức này đều biểu hiện cao hơn đối chứng ở ngày 20 và 70. Tuy nhiên, vào lúc ngày 40, mức độ thể hiện của những gen ấy khác biệt có ý nghĩa về thống kê. Đây là kết quả nghiên cứu đóng góp vào nội dung cơ bản để hiểu được cơ chế năng động của các gen nói trên nhằm điều khiển hoạt động quang hợp của cây và không có zerovalent cobalt nanoparticles cùng có nghĩa là cây đang ở điều kiện bị stress. Xem Vietnam Academy of Science and Technology.

Tiếp cận phương pháp proteomics để nghiên cứu ảnh hưởng của thức ăn nuôi chuột bằng giống bắp biến đổi gen

Giống bắp biến đổi gen kháng sâu (MON810) đã và đang được chứng minh rằng không độc hại cho động vật có vú đặc biệt là động vật gậm nhắm với những thí nghiệm nuôi chuột theo qui chuẩn “OECD Guidelines”. Mặc dù tất cả những nghiên cứu động vật sẽ phải theo tiêu chuẩn khắt khe được gọi là "gold standard" khi đánh giá an toàn sinh học, nhưng kết quả này chỉ cho chúng ta biết những thay đổi ở mức độ tế bào, mô và cơ quan. Do đó, các nhà khoa học thuộc University of Newcastle, Anh Quốc, và những cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu trên cơ sở proteomics để tìm hiểu cơ chế xảy ra ở mức độ tế bào/receptor. Kết quả được công bố trên tạp chí Transgenic Research. Sự thể hiện khác nhau của gen trong biểu mô  (epithelial cells) của of ruột non chuột đã được cho ăn bởi thực phẩm có chứa hạt bắp MON810, dòng bắp gần như đẳng gen (near isogenic line), hai giống bắp bình thường, và một thức ăn đồi chứng trong thương trường; tất cả đã được nghiên cứu nhằm xem xét “proteomic profiling”. Hầu hết proteins trong nghiên cứu thể hiện khác biệt nhau trong một phần rất nhỏ của biểu mô ruột non khi phản ứng với nhiều nghiệm thức “khẩu phần ăn” khác nhau. Một số ít protein có liên quan đến stress  thay đổi nhiều khi thể hiện. Không có bất cứ ảnh hưởng gây bệnh nào đáng kể hoặc ảnh hưởng rối loạn tập tính của chuột hoặc kết quả của những biomarkers gắn liền với sức khỏe có trong chuột ăn bắp GM so với nghiệm thức khẩu phần ăn khác. Giống bắp MON810 không có ảnh hưởng có hại nào ở ruột non chuột xet theo mức độ cực nhỏ là tế bào. Xem Transgenic Research.

Chỉnh sửa gen bằng CRISPR-Cas9 cải tiến tính chịu lạnh của cây lúa

Protein giàu proline PRPs (Proline-rich proteins) đóng vai trò quan trong trong sinh lý và sinh hóa của tăng trưởng cây trồng, giúp cây chống chịu stress. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí “3 Biotech” với nội dung knockout gen PRP của cây lúa làm kích thích sự chống chịu lạnh của cây. Tổng cộng có 26 cây đột biến thuộc thế hệ  T_o và 16 cây T₁ được tạo ra bằng hệ thống CRISPR-Cas9 để khai thác vai trò của gen OsPRP1 trong stress lạnh. Trình tự bảo thủ của amino acid bị thay đổi và mức độ thể hiện ủa gen OsPRP1 giảm trong cây lúa đột biến. Cây lúa đột biến thể hiện nhạy cảm hơn đối với stress lạnh và có tỷ lệ cây sống sót thấp với sinh khối rể kém hơn cây nguyên thủy (wild-type). Những dòng đột biến đồng hợp tử có mất đoạn lớn cho nên nhạy cảm nhiều hơn với nhiệt độ lạnh. Những dòng đột biến tích tụ ít hơn hoạt tính của antioxidant enzyme và hàm lượng proline ít hơn, diệp lục ít hơn, abscisic acid (ABA) ít hơn và ascorbic acid (AsA) ít hơn tương ứng với dòng nguyên thủy dưới điều kiện nhiệt độ lạnh. Thêm vào đó, sự thể hiện của 3 gen mã hóa hoạt động của antioxidant enzyme bị điều tiết theo kiểu “down” trong các dòng đột biến so với dòng nguyên thủy. Kết quả cho thấy gen OsPRP1 làm tăng cường tính chống chịu lạnh thông qua thự hiện antioxidants và duy trì tương tác trong tiến trình truyền tín hiệu. Do đó, gen OsPRP1 có thể được dùng để tăng cường tính chống chịu lạnh của cây lúa. Xem 3 Biotech.

Tác động của PE-1 đối với tính trạng ngày trổ bông và sự phát triển thể lạp của cây lúa

Trong những tính trạng cực kỳ quan trọng trong cải tiến sản lượng lúa là thời gian sinh trưởng và pha tăng trưởng của cây lúa. Xác định những dòng đột biến làm thay đổi nội dung nói trên là tạo ra dòng lúa có thời gian sinh trưởng sớm hơn có pha tăn trưởng ngắn hơn. Công trình khoa học được công bố trên tạp chí Journal of Agricultural and Food Chemistry với dòng lúa đột biến chín sớm, pe-1. các nhà khoa học đã phân lập gen pe-1 bằng đột biến với tia γ trên giống lúa indica và tiến hành thanh lọc dòng. Dòng pe-1 làm giảm hàm lượng diệp lục, làm cho lá lúa có màu xanh nhạt; tăng cường quang hợp; giảm tỉ lệ thụ tinh của hạt phấn. Phân tích sự thể hiện tách rời từng phần cho thấy PE-1 có trong rễ lúa, thân rạ, lá, bẹ lá, và gié bông lúa non. Chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR-Cas9 để knockout PE-1, tạo ra kết quả làm giảm hàm lượng diệp lục và điều tiết theo kiểu DOWN các gen có liên quan đến PE-1. Như vậy, PE-1 là một master regulator điều khiển hàm lượng diệp lục và chu trình quang tổng hợp. Xem Journal of Agricultural and Food Chemistry.

Nga phát triển chương trình nghiên cứu chỉnh sửa gen

Nga tuyên bố hỗ trợ công nghệ “gene-editing” với kinh phí nghiên cứu 1,7 tỷ USD theo chương trình khoa hoc của Liên Bang Nga. Họ sẽ phát triển 10 giống mới bằng phương pháp chỉnh sửa gen trên thực vật và động vật vào năm 2020 - 20  giống chỉnh sửa gn vào năm 2027. Alexey Kochetov, Giám Đốc, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (RAS) Institute of Cytology and Genetics in Novosibirsk, tuyên bố rằng họ sẽ nỗ lực thúc đẩy đất nước của họ trở thành "chronically underfinanced" trong thập niên tới. Chương trình nghiên cứu này còn công bố những sản phẩm chỉnh sửa gen sẽ được luật pháp cho phép mà năm 2016 họ đã cấm trồng cây cầy GM tại Nga, chỉ cho phép nghiên cứu. Nhà di truyền phân tử Konstantin Severinov, người hỗ trợ tích cực cho chương trình nghiên cứu  này, nhấn mạnh tầm quan trọng của hệ thống CRISPR làm cho Nga trở nên ít lệ thuộc vào giống cây trồng nhập khẩu. Xem Nature.

Hình: Củ cải đường là một trong 4 loài cây trồng có trong danh mục “Russian gene-editing research”. Credit: Bloomberg/Getty

Khai thác việc sử dụng mô côn trùng biến bổi gen làm nguồn thực phẩm

Hình: Natalie Rose Rubio, Doctorate Student / Research Assistant, Tufts University Medford, United States

Chăn nuôi gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng đối với sự thoái hóa của đất, tài nguyên nước, mất đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học thuộc Tufts University đề xuất một “toolbox” về các giải pháp đầy tiềm năng nhằm ứng phó với vấn đề nêu trên. Phương pháp thông dụng là chuyển đổi những thức ăn có nguồn gốc thực vật, trang trại sản xuất côn trùng, thịt làm từ phòng thí nghiệm (lab-grown meat), và động vật cải biên di truyền (genetically modified animals). Bài viết đăng trên tạp chí Frontiers in Sustainable Food Systems, Natalie Rubio thuộc Tufts University giải thích tại sao thức ăn làm từ lab chế biến từ côn trùng trên sản phẩm GM tạo ra tăng trưởng cực đại, dinh dưỡng cực đại, mùi vị ngon, tất cả có thể trở thành vật chất thay thế tốt nhất có số lượng cực lớn, dinh dưỡng cao. "So sánh với chăn nuôi động vật có vú, gia cầm, nuôi côn trùng cần ít hơn rất nhiều nguồn tài nguyên, ít tiêu dùng năng lượng hơn, ít yêu cầu gluacose hơn và có thể áp dụng ở các quãng nhiệt độ rất rộng, pH rất rộng, điều kiện oxygen rất rộng," Rubio giải thích. Xem Frontiers in Sustainable Food Systems.

Hình: So sánh phổ dinh dưỡng của côn trùng ăn được và thịt của vật nuôi (Rumpold and Schlüter, 2013; Nutrient Data Laboratory, 2018).