Gen STF của cây alfalfa làm thay đổi chiều rộng lá, thời gian trổ và hàm lượng diệp lục của cây lúa mì

Hình: Hoa cây alfalfa

Những nghiên cứu trước đây đã cho thấy họ gen (superfamily) WUSCHEL-related homeobox (WOX) đóng vai trò điều hòa nhiều chu trình sinh học trong sự phát triển của cây. Thành viên của họ gen WOX có tên là STENOFOLIA (STF), được biết có trong sự phát triển theo chiều rộng của lá cây hai lá mầm – cỏ alfalfa, tên khoa học: Medicago truncutula. Một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Meiyan Liu thuộc Đại Học Jiangsu Normal, Trung Quốc đã nghiên cứu gen STF cho cho thể hiện gen này trong cây lúa mì mùa đông (Triticum aestivum). Cây transgenic thể hiện gen STF có lá rất rộng cũng như sự  trổ bông nhanh hơn và hàm lu7o5ng diệp lục tố nhiều hơn. Những tính trạng ưu việt ấy còn được tìm thấy có tính di truyền qua các thế hệ cây con đời sau. Protein STF được tìm thấy có kết gắn với những gen trong bộ genoem lúa mì, đó là (GA)_n/(CT)_n DNA cis element. Điều này gợi ra rằng có một cơ chế của gen đa tính trạng (pleiotropic effects). Kết quả chứng minh gen STF từ cây hai lá mầm có thể được người ta sử dụng để điều tiết chiều rộng lá, thời gian trổ bông và hàm lượng diệp lục trong cây lúa mì một lá mầm. Xem Plant Biotechnology Journal.

SchRabGDI1 của cây cà chua hoang dại điều khiển tính chống chịu mặn

Khả năng đáp ứng về sinh lý của cây đối với stress do mặn  cần có một hoạt động hỗ tương của nhiều gen với nhau. Alex San Martín-Davison và ctv. thuộc Universidad de Talca in Chile, đã xác định được một gen bị kích thích bởi mặn từ rễ của cây cà chua hoang dại, tên khoa học là Solanum chilense, gen này được đặt tên là SchRabGDI1. Phân tích cho thấy protein được mã hóa từ gen SchRabGDI1 là những phân tử “regulators” của chu trình “RabGTPase” và đóng vai trò chủ chốt trong vận chuyển các chất giữa các tế bào. Các dạng thể hiện của gen này cho thấy điều tiết theo kiểu UP khá sớm trong rễ và lá khi có stress mặn xảy ra. Sự thể hiện của gen SchRabGDI1 trong cây Arabidopsis thaliana làm tăng tính chống chịu mặn. Hơn nữa, các tế bào rễ của cây transgenic cho thấy chúng tích tụ rất nhiều sodium ở không bào (vacuoles) khi có stress mặn xảy ra hơn là cây nguyên thủy (wild types). Kết quả cho thấy gen SchRabGDI1 có từ những loài thực vật chịu mặn như S. chilense có thể được chúng ta sử dụng để cải tiến tính chống chịu mặn của cây trồng. Xem Plant Science.

Phát hiện những gen MPK của cây lúa thông qua nghiên cứu các đột biến knock-out nhờ CRISPR

Hình.Tiến sĩ Malachy Campell trong Plant Accelerator® tại “Australian Plant Phenomics Facility”, Adelaide, Úc

Hệ thống CRISPR-Cas9 tùy thuộc rất lớn vào vai trò của phân tử gRNA (guide RNA) để chuyên biệt hóa đích đến ở đâu. Thông qua sự kiện đồng thể hiện nhiều phân tử gRNAs, hệ thống CRISPR-Cas9 có thể hoàn thiện việc chỉnh sửa gen nhiều đích đến. Nhóm nghiên cứu Bastian Minkenberg thuộc Pennsylvania State University đã xác định được các gen của cây lúa là MPK1 và MPK6, là những “homologs” (gen đồng dạng) của cây Arabidopsis - gen AtMPK6 và AtMPK4, theo thứ tự. Trong cây lúa (Oryza sativa), đây là những gen rất cần thiết  để cây lúa phát triển thông qua các kiểu hình đột biến có chủ đích nhờ CRISPR. Các nhà khoa học này thấy rằng các đột biến “knock-out” MPK1 làm cây lúa lùn và bất dục, và các hạt đồng hợp tử lặn mpk1 từ cây bố mẹ dị hợp tạo ra kiểu hình khiếm khuyết của phôi mầm. Như vậy, cây đột biến dị hợp mpk6 không thể tạo ra hạt đồng hợp mpk6. Cả hai phát hiện này chứng minh được sự quan trọng của gen MPK trong sự phát triển phôn mầm cây lúa. Tuy nhiên, không giống như các gen MPK của cây Arabidopsis, ở đây, từng gen MPK có thể bị bật tắt và không tạo ra được ảnh hưởng khác biệt nào trên kiểu hình, một đột biến knockout của một cá thể gen MPK trong cây lúa có tính chất gây chết (lethal consequences) đối với phôi mầm. Nghiên cứu đã cho thấy tầm quan trọng của gen MPK1 và MPK6 trong phát triển cây lúa. Đây là khả năng tiếm tàng trong tương lai về nghiên cứu chức năng đặc biệt của tứng gen MPK. Xem The Plant Journal.

Phát triển giống cà chua kháng bệnh phấn trắng thông qua CRISPR-Cas9

Cà chua (Solanum lycopersicum), có 16 gen Mlo, với gen SlMlo1 là yếu tố đóng góp chủ lực (contributor) đối với hiện tượng nhiễm bệnh “powdery mildew” (phấn trắng) do nấm Oidium neolycopersici gây ra.  Đột biến làm mất chức năng trong tự nhiên (loss-of-function) gen slmlo1 đều có trong cây cà chua, tuy nhiên, sự du nhập các đột biến như vậy là cả quá trình rất dài. Nhóm nghiên cứu Vladimir Nekrasov thuộc Sainsbury Laboratory, Norwich Research Park, Anh Quốc đã thực hiện một nghiên cứu nhằm mục đích tạo ra cây cà chua được chỉnh sửa transgene slmlo1 thông qua hệ thống CRISPR-Cas9. Họ nhắm đích đến là locus SlMlo1 với sử dụng chiến lược “double sgRNA” [phân tử đôi sgRNA]. Các cây transformants được người ta lấy ra phân tích; có 8 trong 10 cây transfomant ở thế hệ T₀, kết quả cho thấy những đột biến đã xuất hiện. Xét nghiệm cho lây nhiễm nấm “powdery mildew” cho thấy tất cả cây đột biến T₀ với gen slmlo1 đều kháng được pathogen gây bệnh, trong khi cây bình thường nhiễm bệnh. Bên cạnh đó, đột biến slmlo1 có hình thái cây giống như cây bình thường (wild type) và quả cà chua thu hoạch đều giống nhau. Họ đ85t tên giống cà chua chỉnh sử gen này là Tomelo. Nghiên cứu đã minh chứng CRISPR-Cas9 là công cụ cực kỳ chính xác trong bộ genome cây cà chua. Xem Nature.

USDA cung cấp kết quả khảo nghiệm đánh giá rủi ra lần cuối cùng, không có tác động đáng kể nào, và cho phép phóng tích sâu tơ biến đổi gen (GE Diamondback Moth)

Cơ quan  APHIS của Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ (USDA) là tên viết tắt từ chữ Animal and Plant Health Inspection Service; đã thông báo kết quả đánh giá rủi ro lần cuối cùng về môi trường (EA) và cho rằng không có tác động đáng kể nào (FONSI: finding of no significant impact). Họ  sẽ ban hành quyết định cho phép phóng thích trên đồng ruộng sâu bướm biến đổi gen (diamondback moths: sâu tơ). Sâu này được cải biên bằng kỹ thuật di truyền đối với tính gây chết con sâu cái có khả năng kiểm soát được) và cho thể hiện huỳnh quang đỏ như là một chỉ thị đánh dấu. Việc phóng thích sâu biến đổi gen trên ruộng có tính khả thi cao và hiệu quả của sâu tơ như vậy làm giảm mật số đàn của chúng, đây là sâu hại rất nghiêm trọng trong nông nghiệp, đặc biệt cây rau cải thuộc họ thập tự. Căn cứ số liệu của FONSI, APHIS đã khẳng định rằng tác động về môi trường không là vấn đề phải chuẩn bị. Xem final EA và FONSI trên USDA APHIS website.

Phát triển cây borage kháng thuốc diệt cỏ Imidazolinone

Cây borage (Borago officinalis) là loài cỏ lá rộng, hàng niên, có hàm lượng rất cao “gamma-linolenic acid” (GLA) trong hạt. Do có nhiều lợi ích cho sức khỏe con người như vậy củaf GLA, cây borage được người ta tiến hành thương mại hóa trên toàn thế giới. Tuy nhiên, giống kháng thuốc cỏ là yêu cầu bức thiết hiện nay để quả lý cỏ dại trên vùng trồng cây này vẫn chưa được phát triển có hiệu quả. Nhóm nghiên cứu Dongyan Song thuộc ĐH Saskatchewan, Canada, đã phát triển thành công cây borage đột biến chống chịu thuốc diệt cỏ imidazolinone. Họ sử dụng pp đột biến bằng hóa chất “ethyl methanesulfonate” (EMS), tạo ra những đột biến ngẫu nhiên, xử lý trên hạt borage già để tạo ra quần thể con đột biến. Quần thể này được thanh lọc với thuốc cỏ và có hai dòng chống chịu với imidazolinone được xác định. Aphân tích hai gen acetohydroxyacid synthase (AHAS) đó là: AHAS1 và AHAS2, trong cây đột biến và cây nguyên thủy (wild type: nhiễm). người ta ghi nhận có sự kiện “single nucleotide substitutions” (sự thay thế một nucleotide) xảy ra trong cả hai gen của hai dòng cây borage nói trên. Một marker cũng được phát triển để phân biệt đồng hợp tử kháng và đồng hợp tử nhiễm cũng như băng dị hợp. Dòng đột biến của gen AHAS1 có thể kháng thuốc cỏ gấp bốn lần bình thường khi phun trên ruộng thuốc imidazolinone. Xem Plant Science.

THÔNG BÁO

HỘI NGHỊ QUỐC TẾ VỀ TIẾN BỘ CỦA THUỐC SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT LÀM THUỐC SINH HỌC LẦN THỨ SÁU  (ICABBE & 6th ICBB)

Hội nghị quốc tế về tiến bộ của thuốc sinh học và kỹ thuật làm thuốc sinh học lần thứ Sáu (International Conference on Advances in Biomedicine and Biomedical Engineering (ICABBE) and 6th International Conference on Biotechnology and Bioengineering (ICBB) năm 2017, được tiến hành vào ngày 26-28 tháng Chín năm 2017, tại Offenburg, Germany.

Xem  conference website.