Biểu hiện mạnh mẽ gen galactinol synthase trong cải tiến tính chống chịu khô hạn của cây lúa

Tăng cường tính chống chịu khô hạn mà không làm tổ hại đến năng suất đã và đang là một thách thức cho nhà chọn giống cây trồng và chương trình cải tiến giống. Nhóm nghiên cứu thuộc “International Center for Tropical Agriculture”, Colombia, và thuộc nhiều trường Đại Học cũng như Viện nghiên cứu khác ở Nhật Bản đã đánh giá gen AtGolS2 của cây Arabidopsis thaliana [galactinol synthase 2 gene]. Họ thành công trong biểu hiện mạnh mẽ gen này khi chuyển nó vào cây lúa (Oryza sativa) để tăng cường tính chống chịu khô hạn và làm tăng năng suất lúa dưới điều kiện khô hạn. Các dòng lúa transgenic đã được phát triển này có hàm lượng galactinol cao hơn cây lúa “non-transgenic”. Các dòng transgenic như vậy còn làm tăng năng suất hạt, trong điều kiện khô hạn, nhờ gia tăng được số bông lúa nhiều hơn, tỷ lệ hạt chắc nhiều hơn, và sinh khối cao hơn. Các thí nghiệm so sánh giống lúa thâm canh với dòng transgenic ấy, được thực hiện qua hai vụ cho thấy: chúng chống chịu được hạn hán trên đồng ruộng rất tốt. Tính chống chịu hạn này được tìm thấy kết gắn với dung lượng nước tương đối duy trì trên lá, hoạt động quang hợp cao hơn, sự suy giảm ít hơn trong tăng trưởng và khả năng cây lúa hồi phục sau hạn nhanh hơn. Đây là minh chứng mạnh mẽ nhất cho thấy gen AtGolS2 có thể là nguyên nhân làm giảm thất thoát năng suất lúa khi bị khô hạn trên đồng ruộng. Xem Plant Biotechnology Journal.

Cải tiến tính chống chịu mặn trong cây thuốc lá thông qua sự thể hiện mạnh mẽ gen TaFBA1 được du nhập từ cây lúa mì

Protein có tên là “F-box” là một subunit chủ lực của phức “Skp1-Cullin-F-box” (viết tắt là SCF). Nhóm nghiên cứu của Zhongxian Zhao thuộc “Shandong Agricultural University” đã xác định trước đó một gen F-box từ cây lúa mì, đặt tên là TaFBA1. Hiện nay, họ thực hiện một nghiên cứu nhằm mục đích hiểu rõ làm thế nào tạo được sự thể hiện mạnh mẽ gen TaFBA1 trong cây thuốc lá để có thể cải tiến tính chống chịu với stress mặn. Cây thuốc lá transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen TaFBA1 làm tăng cường tốc độ hạt nẩy mầm, sự kéo dài của rễ, và tích lũy sinh khối trong điều kiện bị stress mặn. Sự cải tiến hiệu suất quang hợp và những thông số di truyền có liên quan cũng được người ta tìm thấy trong những cây transgenic như vậy. Điều đó minh chứng rằng sự thể hiện mạnh mẽ gen TaFBA1 có thể cải tiến tính chống chịu stress do mặn gây ra. Hơn mữa, những cây transgenic này còn cho thấy chúng ít bị tổn thương ở màng tế bào, hoạt động của các enzyme đóng vai trò “antioxidant” tăng lên, ít tích tụ “ROS” trong điều kiện bị mặn. Cây transgenic có hàm lượng Na⁺ thấp, K⁺ cao hơn cây WT (cây nguyên thủy) ở trong lá và trong rễ. Như vậy sự tăng cường tính chống chịu stress mặn của cây có thể kết hợp với sự cải thiện tính cạnh trạng có biểu hiện “antioxidant” (antioxidative competition). Xem Plant Science.

Làm thế nào để cây mía tạo ra nhiều đường sucrose

Cây mía cải biên di truyền sản sinh ra nhiều đường sucrose hơn đã và đang được các nhà khoa học thuộc “Instituto de Biologia, Universidade Estadual de Campinas”, Brazil thực hiện. Muốn nghiên cứu để biết được làm thế nào “ethylene” hoạt động trong cây mía, Camila Cunha và đồng nghiệp đã phun ethephon trên cây mía (đây là một chất có tính chất “điều hòa sinh trưởng”) hoặc phun aminoethoxyvinylglycine (AVG), một hóa chất đóng vai trò ức chế sự chín trước khi mía hoàn thành trưởng thành. Họ đo hàm lượng đường sucrose ở lá mía và thân mía khi mía bắt đầu chín. Kết quả cho thấy cây mía có phun ethephon đạt 60% đường sucrose nhiều hơn đối chứng, trong khi nghiệm thức phun AVG đạt 42% đường sucrose thấp hơn đối chứng. kết quả này dẫn đến việc họ phải xác định các gen có liên quan đến phản ứng của ethylene trong khi mía chín và cơ chế biến dưỡng đường sucrose, sự tích tụ sucrose diễn ra như thế nào. Theo đó, các nhà nghiên cứu đã đề nghị một mô phỏng mang tính chất phân tử là làm thế nào ethylene phản ứng với các hormone khác nhau, mà những hormone đó có thể dẫn đến sự phát triển của hấu hết các giống mía cao sản.  Xem Nature Scientific Reports.

Nghiên cứu Type III-A của hệ thống CRISPR-Cas System như những DNA Targeting Modules

Hệ thống CRISPR-Cas cung cấp một công cụ bảo vệ sự xâm nhập trong phổ rộng của sinh vật prokaryote, cũng như việc ứng dụng những công nghệ chỉnh sửa gen. Type III-A hoặc hệ thống Csm CRISPR-Cas là một trong kiểu phân bố rộng rãi nhất của “prokaryotic phyla”, và có chức năng cắt những phân tử DNA và RNA mục tiêu mong muốn nào đó. Nhóm các nhà khoa học nghiên cứu H. Travis Ichikawa thuộc Đại Học Georgia đã thiết kế modules của hệ thống Csm từ vi sinh vật Lactococcus lactis, Staphylococcus epidermidis, và Streptococcus thermophilus.  Các modules này bao gốm một protein Cas6 và một locus CRISPR đối với yêu cầu tạo nên phân tử crRNA, thêm những protein Csm effector complex. Họ đã thể hiện được những modules như vậy trong vi khuẩn Escherichia coli và đã đánh giá chức năng của nó. Các modules được thể hiện ấy đã đặc biệt làm giảm sự xâm nhập plasmid thông qua ghi nhận các phân tử crRNAs đặc hiệu. Theo đó, hoạt động của plasmid đánh dấu mục tiêu hoạt động có chủ đích tùy thuộc vào sự phiên mã của trình tự plasmid, nó được ghi nhận bởi phân tử crRNA nói trên. Hơn nữa, Csm module này còn có thể được lập trình để ghi nhận các plasmids có những trình tự mới bằng cách thêm vào những trình tự mật mã của crRNA tương ứng trong module. Những hệ thống như vậy cung cấp cho chúng ta cơ sở khoa học để đánh giá Type III-A của hệ thống CRISPR-Cas trong vi khuẩn E. coli và để phục vụ cho hệ thống tìm DNA chủ đích trên cơ sở hoạt động phiên mã mang tính chất lập trình đối với những sinh vật rất mới, chưa từng nghiên cứu trước đó. Xem PLOS One.

Hình: Csm module plasmids, plasmids chủ đích, và xét nghiệm sinh học plasmid chủ đích

Peptide xâm nhập vào tế bào và hệ thống CRISPR-Cas

CRISPR-Cas9 cho phép người ta chỉnh sửa genome của bất cứ một giống loài nào đó. Tuy nhiên, nhiều kiểu tế bào và mô không chịu được những kỹ thuật tân tiến này của hệ thống rất phức tạp CRISPR-Cas9, làm hạn chế khả năng sử dụng của chúng. Nhóm nghiên cứu của David S. Axford thuộc Đại Học Kennesaw State, Georgia, Hoa Kỳ đã du nhập một công cụ có thuật ngữ là CPP (viết tắt từ chữ cell-penetrating peptide) đóng vai trò như một adaptor, công cụ TAT-CaM, cho phép chúng ta phân phối trong dịch bào và phóng thích hàng loạt các “biomolecular cargos” (kiện hàng có tính chất phân tử). Sự hợp nhất của CRISPR-Cas9 sử dụng xe tải “CPP-mediated delivery” có thể làm cho hệ thống này trở nên hữu dụng mang tính phổ cập hơn bao giờ hết. Họ cho thể hiện một Cas9 có tính chất tái tổ hợn, chứa một vị trí kết gắn với calmodulin (CBS-Cas9) trong vi khuẩn Escherichia coli. Những phức TAT-CaM/CBS-Cas9 ấy sau đó được đánh giá về khả năng thâm nhập sâu trong tế bào. Sau sự kiện “cell penetrating” và định vị trong tế bào (subcellular localization), người ta thêm vào một trình tự định vị nhân (nuclear localization sequence)  để gen mã hóa Cas9 tăng cường công tác định vị ấy, làm cho việc chỉnh sửa gen đạt hiệu quả tốt hơn. Nhờ sự thành công của những complexes như vậy, người ta có nhiều hơn các CPPs khác và những protein đóng vai trò “adaptor” cũng như các “model cargos” mang tín hiệu xác định vị trí trong tế bào; chúng đã được đánh giá với hi vọng sẽ phát triển hữu dụng các “CPP-adaptor deliveries” với những điểm đấn được thay đổi chuẩn xác hơn. Côn việc sắp tới là hợp nhất các kết quả nghiên cứu lại thành một hệ thống “CRISPR-Cas9 delivery” và một hệ thống chỉnh sửa bộ genome. Xem FASEB Journal.

Oxitec phát triển bướm sâu tơ biến đổi gen trong quản lý sâu hại rau

Đại Học Cornell và công ty Oxitec đang phát triển những loài muỗi biến đổi gen để ngăn chận Zika và các bệnh khác, hiện nay họ cũng tiến hành khảo nghiệm bướm đêm, con đực, loài “diamondback moth” [tên khoa học: Plutella xylostella, tên Việt Nam là sâu tơ] (hình). Tương tự muỗi GE được phát triển bởi Oxitec, bướm đêm sau khi được thao tác kỹ thuật di truyền - tập trung trên con bướm đực – cho thấy quần thể sâu tơ gây hại giảm hẳn. Bướm GE này được khảo nghiệm từ phòng thí nghiệm đến nhà kính. Cơ quan có chức năng khảo nghiệm của Hoa Kỳ là “US Food and Drug Administration” đã và đang tổng kết chứng thực để cho phép tiến hành tiếp theo “khảo nghiệm đồng ruộng” loài bướm đêm GE ấy. Hiện nay, bướm sâu tơ kháng được tất cả 95 loại thuốc trừ sâu khác nhau. Cho nên, đây là một thành tự rất đáng chú ý cho nông dân trồng rau trên toàn thế giới. Xem Wired.

THÔNG BÁO

Hội nghị quốc tế vế Lúa Lai lần thứ Bảy tại Indonesia

Hội nghị quốc tế vế Lúa Lai lần thứ Bảy sẽ được tổ chức tại Bali, Indonesia, từ ngày 7 đến 10 tháng 11 năm 2017. Xem http://hrdc.irri.org/events/international-hybrid-rice-symposium/