Chèn đoạn transposon tại alen BnaFT.A2 trong hệ gen cây cải dầu mù tạt

Nguồn: Qingdong Jin, Gengdong Gao, Chaocheng Guo, Taihua Yang, Ge Li, Jurong Song, Na Zheng, Shuai Yin, Licong Yi, Zhen Li, Xianhong Ge, Graham J. King, Jing Wang & Guangsheng Zhou. 2022. Transposon insertions within alleles of BnaFT.A2 are associated with seasonal crop type in rapeseed. Theoretical and Applied Genetics October 2022; vol. 135: 3469–3483

Người ta đã phân lập được hai “transposon insertions” mới trong đoạn phân tử promoter của gen BnaFT.A2 nhằm bổ sung sự hiện diện của MITE kích thước 288 bp tại intron số hai. Mỗi phân tử chèn đoạn (insertion event) tương ứng với một haplotype rất khác nhau BnaFT.A2 và nó liên quan rất chặt với loại hình sinh thái cây cải dầu trồng theo mùa.

Florigen, được mã hóa bởi FLOWERING LOCUS T (FT), đóng vai trò quan trọng không chỉ là một hormone trổ bông, mà còn là một yếu tố tăng trưởng chung ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của kiến trúc cây. Trong cải dầu, gen BnaFT.A2 đã được muinh chứng là một trong những loci chủ lực gắn liền với thời gian trổ bông và những ecotypes khác nhau. Tuy nhiên, người ta chưa hiểu rõ biến thiên di truyền ở mức độ alen của BnaFT.A2 ảnh hưởng gì đến chức năng của nó trong điều tiết thời gian trổ bông. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta xác định được có sự hiện diện của sự chèn đoạn phân tử MITE kích thước 288 bp (miniature inverted-repeat transposable element) tại intron số hai và người ta xác định được hai insertions mới ở giữa phân tử promoter của gen BnaFT.A2 – phân tử CACTA 3971 bp và phân tử Helitron 1079 bp. Mỗi sự kiện insertion như vậy tương ứng với một haplotype của BnaFT.A2 khác biệt nhau và nó gắn rất chặt chẽ với những ecotypes có tính chất thời vụ của cây cải dầu. Những alen này có các hợp phần biểu hiện chuyên tính với mô tế bào nhưng lại có những hợp phần phiên mã riêng biệt gắn chặt với thời gian trổ bông và ecotype cây cải dầu. Các dòng RNAi và dòng đột biến gen BnaFT.A2 trổ bông chậm hơn đáng kể so với đối chứng. Những DEGs (differentially expressed genes) được người ta tìm thấy trong phổ biểu hiện transcriptomic của lá cây cải dầu non, xuất phát từ hai dòng đột biến kiểu “loss-of-function” là Bnaft.a2-L1 và Bnaft.a2-L2 so sánh với đối chứng, điều này chỉ ra rằng kết quả làm giàu lên gen mã hóa  hormone biến dưỡng và thể hiện vai trò quan hệ của cây với sự tổng hợp thành tế bào và hoạt động quang hợp. Cây đột biến kiểu “loss-of-function” gen BnaFT.A2 có lá nhỏ hơn và hiệu suất quang hợp thuần kém hơn so với đối chứng. Kết quả này không những làm rõ ràng hơn cơ sở di truyền học của thời gian trổ bông rất thay đổi và sự hình thành các ecotype của cây B. napus, mà còn cung cấp cho chúng ta một toolbox có giá trị về cải tiến di truyền của sự thích ứng với mùa vụ và cải tiến năng suất cây trồng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04193-x

Phân tích “multi-omics” tính trạng hình thành màu vỏ hạt cải dầu Brassica rapa L.

Nguồn: Huiyan Zhao, Guoxia Shang, Nengwen Yin, Si Chen, Shulin Shen, Haiyan Jiang, Yunshan Tang, Fujun Sun, Yuhan Zhao, Yongchao Niu, Zhi Zhao, Liang Xu, Kun Lu, Dezhi Du, Cunmin Qu & Jiana Li. 2022. Multi-omics analysis reveals the mechanism of seed coat color formation in Brassica rapa L. Theoretical and Applied Genetics May 23 2022; vol. 135: 2083–2099

Phân tích “Multi-omics” hệ thống transcriptome, metabolome và genome đã xác định được những loci chủ lực và thứ yếu và xác định được những gen ứng cử viên điều khiển tính trạng màu vỏ hạt, khai thác cơ chế liên quan đến biến dưỡng flavonoid của loài Brassica rapa.

Tính trạng hạt màu vàng được xem như là tính trạng nông học được ưa chuộng với tiềm năng rất lớn để cải tiến phẩm chất hạt cải thuộc chi Brassica. Những cơ chế đề có được tính trạng màu vàng ấy rất phức tạp và chưa được hiểu rõ ràng. Theo kết quả nghiên cứu này,  người ta đã tiến hành hoàn thiện  một metabolome tích hợp, với transcriptome và phân tích GWAS (genome-wide association study) trên các giống cải dàu khác nhau B. rapa nhằm khai thác được những cơ chế di truyền xung quanh sự hình thành nên màu vỏ hạt. Có tất cả 2.499 DEGs (differentially expressed genes) và 116 cơ chế biến dưỡng khác nhau giữa tính trạng hạt vàng và hạt đen, với sự kết hợp mạnh mẽ các lộ trình sinh tổng hợp flavonoid được người ta xác định. Hơn nữa, có 330 “hub genes” có trong sự hình thành màu vỏ hạt, sinh tổng hợp flavonoids khác nhau có ý nghĩa nhất được tìm thấy thông quan phân tích “weighted gene co-expression network”. Phân tích GWAS cơ chất biến dưỡng thông qua tập đoàn giống cải dầu với 42 flavonoids trong sự phát triển hạt của 159 giống B. rapa. Người ta xác định được 1.626 QTNs (quantitative trait nucleotides) và 37 quãng phân tử của nhiễm sắc thể (chromosomal intervals), bao gồm một locus chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể A09. Một tập họp các phát hiện QTNs, transcriptome và kết quả phân tích chức năng dẫn đến việc phân lập ra 241 gen ứng cử viên có liên quan đến các sản phẩm biến dưỡng flavonoid khác nhau (flavonoid metabolites). Lộ trình sinh tổng hợp flavonoid trong cây B. rapa được tổng hợp nhờ kết quả xác định các chất “flavonoid metabolites” và những gen ứng cử viên. Bên cạnh đó, các thành viên của gen BrMYB111  (BraA09g004490.3C và BraA06g034790.3C) có trong sinh tổng hợp taxifolin được phân tích chức năng in vitro. Kết quả này đặt ra một nền tảng khoa học và cung cấp một tham chiếu về nghiên cứu hệ thống cơ chế di truyền của sự hình thành màu vỏ hạt cải dầu B. rapa cũng như những loài thực vật khác có liên quan.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04099-8

Di truyền gen Rc và chỉnh sửa gen “lúa đỏ” thông quan hệ thống CRISPR/Cas9

Nguồn: ZHANG Yuanye, YIN Liying, LI Rongtian, HE Mingliang, LIU Xinxin, PAN Tingting, TIAN Xiaojie, BU Qingyun, LI Xiufeng. 2022. Breeding of Rc Function Restoration Red Rice via CRISPR/Cas9 Mediated Genome Editing. Chinese Journal of Rice Science ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (6): 572-578. DOI: 10.16819/j.1001-7216.2022.211205

Sự phục tráng giống lúa đỏ mang lại cho người ta giá trị vô cùng to lớn, bởi tính chất phẩm chất gạo tốt và tính kháng mạnh mẽ với stress. Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 đã được sử dụng phổ cập để chỉnh sửa được gen Rc, phục tránh tính trạng vỏ bao hạt gạo mày đỏ, và đặt nền tảng cho cơ sở dữ liệu phục vụ cải tiến giống lúa phẩm chất gạo ngon và kháng được stress. Công nghệ CRISPR/Cas9  nhằm chỉnh sửa gen đích Rc với vector pYLCRISPR/ Cas9-Rc-gRNA được thiết kế và chuyển nạp vào cây lúa transgenic với 2 giống Kongyu 180 và Shangyu 453. Kết quả được minh chứng bởi chạy trình tự DNA và đánh giá kiểu hình. Hai dòng đột biến Rc được thu thập. Đối với KY-1, có 4 bases được bỏ đi từ vị trí 1414 bp đến vị trí 1417 bp, phân tử terminator được thay thể bởi phenylalanine. Đối với SY-1, có có một base bị mất ở vị trí 1411 bp, tạo ra kết quả khi chuyển nạp từ terminator đến aspartic acid. Hai loại hình của các vật liệu chỉnh sử gen ấy đã phục tráng lại kiểu hình “red rice” và chống chịu tốt “saline-alkali”. Kỹ thuật CRISPR/Cas9 cho phép thu thập được các dòng lúa đồng hợp với tính trạng “red seed coat”, cung cấp nguồn vật liệu nền phục vụ chó chương trình cải tiếng giống lúa gạo đỏ.

Xem http://www.ricesci.cn/EN/10.16819/j.1001-7216.2022.211205

Chỉnh sửa gen NtPDS cây thuốc lá

Nguồn: Jianduo Zhang, Jiaxin Xing, Qili Mi. Wenwu Yang, Haiying Xiang, Li Xu, Wanli Zeng, Jin Wang, Lele Deng, Jiarui Jiang, Guangyu Yang, Qian Gao, Xuemei Li. 2022. Highly efficient transgene-free genome editing in tobacco using an optimized CRISPR/Cas9 system, pOREU3TR. Plant Science; Volume 326, January 2023, 111523

Available online 9 November 2022

Công nghệ chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9 đã và đang là cuộc cách mạng sinh học cây trồng và có tiềm năng rất lớn phục vụ cải tiến giống cây trồng trên thế giới. Khai thác hệ thống này thu hút được nhiều chú ý về chỉnh sửa hệ gen (genome editing). Ở đây, người ta tiến hành chỉnh sửa gen NtPDS của cây thuốc lá, lần đầu tiên người ta minh chứng được việc tích hợp promoter OsU3-Trna vào hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Điều này góp phần làm nên hiệu quả rất cao trong chỉnh sửa gen, ví dụ như mức độ biểu hiện của sgRNA lớn hơn rất nhiều so với AtU6-tRNA và AtU6 promoters. Tiếp theo, người ta tối ưu hóa hệ thống CRISPR/Cas9 trong hệ gen cây thuốc lá, pORE-Cas9, kết hợp sử dụng OsU3-tRNA promoter thay vì dùng AtU6 và sử dụng tích hợp sự biểu hiện AtUb10-Ros1 cassette đến phân tử T-DNA để theo dõi dấu vết của sự kiện transgene. Hệ thống mới này được đặt tến là pOREU3TR. Theo như kỳ vọng, người ta tiến hành sàng lọc di truyền 49 transgene-free và những cây xanh được chỉnh sửa gen có tính chất đồng hợp tử ở thế hệ T₁ như là kết quả chính của chỉnh sửa gen NtLHT1 trong cây thuốc lá. Chiều cao cây và những nội hàm của hầu hết “free amino acids” ở trong lá cây T₂ khác biệt nhau có ý nghĩa so với lá của cây nguyên thủy (WT plants), chứng minh được hiệu quả của hệ thống chỉnh sửa gen mới này. Hệ thống OsU3-tRNA-sgRNA/AtUb10-Ros1 là sự cải tiến vô cùng cần thiết làm tăng hiệu quả chỉnh sửa gen cây trồng.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016894522200348X

Hình: Đột biến có chủ đích bằng hệ thống chỉnh sửa gen OsU3-tRNA, AtU6-tRNA và AtU6 promoters.