Biểu hiện mạnh mẽ gen BjHMGS1 cải tiến phẩm chất quả cà chua có liên quan đến sức khỏe con người

Gen 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase (HMGS) mã hóa protein “isoprenoids” bao gồm những “phytosterols”, chúng có thể làm hạ cholesterol trong máu. Theo nghiên cứu trước đó, thể hiện mạnh mẽ gen BjHMGS1 của cây mù tạt (mustard: Brassica juncea) trong cây Arabidopsis và thuốc lá đã điều tiết gen theo kiểu UP để mã hóa “sterol” và làm gia tăng hàm lượng sterol của nó. Nhóm nghiên cứu của Pan Liao thuộc Đại Học Hong Kong muốn cho biểu hiện gen nguyên gốc (wildtype) HGMS và gen đốt biến (S359A) BjHMGS1 trong cây cà chua (Solanum lycopersicum). Sự biểu hiện mạnh mẽ gen đã gây ra sự tích lũy “squalene” dẫn xuất từ MVA và phytosterols, cũng như vitamin E và carotenoids, trong quả cà chua. Trong cà chua, sự thể hiện mạnh mẽ HMGS trong cây cà chua non, các gen kết hợp với những sinh tổng hợp như vậy của những tiền chất mang tính chất toàn cầu rất nhiều hợp chất biến dưỡng, bao gồm phytosterols, brassinosteroids, carotenoids, và vitamin E được điều tiết theo kiểu UP. Tuy vậy, sự thể hiện mạnh mẽ gen S359A trong quả cà chua làm tăng nhiều hơn hàm lượng squalene và phytosterol. Nghiên cứu chứng minh rằng sự thao tác kỹ thuật gen BjHMGS1 là một chiến lược có nhiều tiềm năng để gia tăng đồng thời squalene, phytosterols, α-tocopherol, và carotenoids trong quả cà chua làm tăng sức khỏe của con người. Xem Plant Biotechnology Journal.

Gen FaTPK1 của dâu tây đóng vai trò quan trọng trong hình thành phẩm chất quả dâu tây

Potassium, một cation dư thừa trong tế bào thực vật, rất quan trọng cho sự phát triển quả và giúp cây kháng stress. Tuy nhiên, potassium trong tế bào làm thế nào trực tiếp vận chuyển theo kênh potassium để phát triển quả và hình thành phẩm chất của dâu tây  (Fragaria ananassa) vẫn còn chưa rõ ràng. Shufang Wang thuộc ĐH Nông Nghiệp Trung Quốc tập trung nghiên cứu kênh này. Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu gen điều khiển kênh potassium có hai lỗ này (two-pore potassium: TPK) trong dâu tây, gen FaTPK1. Phân tích cho thấy FaTPK1 định vị tại màng  không bào (vacuole membrane). Phân tích phiên mã cho thấy mức độ thể hiện của gen FaTPK1 làm gia tăng nhanh chóng và duy trì mức độ cao quả chín, cho thấy gen FaTPK1 có liên quan đến sự hình thành phẩm chất quả dâu. Sự điều tiết theo kiểu DOWN của gen FaTPK1 ức chế quả chín trong khi thể hiện FaTPK1 làm tăng sự chín quả. Điều này được minh chứng bởi những thay đổi về độ chắc của thịt quả và hàm lượng đường hòa tan, anthocyanin, và abscisic acid, cũng như mức độ phân tử transcript của gen điều khiển chín quả. Gen TPK1 của dâu tây đóng vai trò quan trọng trong sự chín quả và hình thành phẩm chất quả. Xem Plant Biotechnology Journal.

CRISPR-Cas9 và đột biến có chủ đích để tạo giống nho không hạt

Hệ thống CRISPR-Cas9 là công cụ rất mạnh để chỉnh sửa hệ gen thực vật. Chỉnh sửa hệ gen cây nho (Vitis vinifera) trên cơ sở tế bào trạng thái huyền phù với CRISPR-Cas9 đã được chứng minh. Tuy nhiên, người ta chưa hoàn toàn tin cậy hệ thống này để tạo ra đột biến có tính chất “biallelic” (hai alen) trong thế hệ con lai đầu tiên của cây nho. Xianhang Wang thuộc tổ chức Northwest A&F University, Trung Quốc đã thiết kế bố phân tử hướng dẫn (guide) RNAs đối với yếu tố phiên mã gen VvWRKY52 sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 trên phôi sô ma của giống nho “Thompson Seedless” (không hạt). Phân tích cây đột biến ở thế hệ đầu tiên họ xác định có 22 mutants, 15 cây đột biến này thuộc về đột biến “biallelic” và 7 đột biến còn lại là cây dị hợp tử. Một loạt cây sự kiện, bao gồm cây ở trạng thái “deletions”, được tìm thấy trong những cây mutant, trong khi đó,  những mất đoạn nhỏ hơn hàm chứa cả những đột biến đã được phát hiện. Phân tích cho thấy không có đột biến nào không chủ đích. Áp dụng kỹ thuật “knock out” gen VvWRKY52 trong cây nho còn làm gia tăng tính kháng nấm bệnh Botrytis cinerea. Hệ thống CRISPR/Cas9 cho phép việc chỉnh sửa chính xác hệ gen ngay trong thế hệ đầu tiên của cây nho và đây là công cụ hữu ích để phân tích chức năng của gen cũng như chọn tạo giống nho tương lai. Xem Plant Biotechnology Journal.

Phát hiện gen MPK  có vai trò định tính các đột biết chủ đích hệ gen cây lúa theo hệ thống CRISPR

Hệ thống CRISPR-Cas9 tùy thuộc vào phân tử hướng đạo (guide RNA: gRNA) để chuyên biệt hóa mục tiêu của nó là gì. Đồng biểu hiện các phân tử  gRNAs xác định vị trí đích đến trong hệ gen có khả năng chỉnh sửa trong họ gen rất gần với MPK (mitogen-activated protein kinase)  của hệ gen cây lúa (Oryza sativa). Nhóm nghiên cứu thuộc Pennsylvania State University đã phân lập được gen MPK1 và MPK6, những đồng dạng (orthologs) với hệ gen cây Arabidopsis như gen AtMPK6 và AtMPK4, theo thứ tự tương ứng, là những gen cần thiết để phát triển cây lúa thông qua sử dụng hệ thống chỉnh sửa CRISPR. Nhửng dòng đột biến “knock-out” của gen MPK1 có dạng hình lùn và bất dục. Trong khi cây đột biến dị hợp tử vẫn có thể sản xuất hạt giống, Hạt có gen mpk1 đồng hợp tử không bình thường trong phát triển phôi. Trong khi đó, cây đột biến đồng hợp tử mpk6 không thể sản sinh hạt mpk6 đồng hợp tử. Hệ thống CRISPR-Cas9 đạt tần suất 45–86% trong sáng tạo thành công nhưng cây mutants, trong khi, hai đến tám vị trí trong hệ gen đồng thời qui định đích đến. Những đột biến như vậy khá bền vững trong thế hệ tiếp theo. Nghiên cứu này cho thấy tầm quan trọng của MPK1 và MPK6 trong phát triển cây lúa. Công nghệ CRISPR-Cas9 có thể phát hiện chức năng của những gen hoặc các domains với những kiểu hình bị che bởi sự chết của cây. Xem The Plant Journal.

Phát hiện một gen  làm cho vi nấm gây được bệnh

Các nhà khoa học thuộc Rothamstead Research đã phát hiện được gen làm cho vi nấm (fungi) trở làm vi sinh vật gây bệnh cho cây (pathogens). Công trình nghiên cứu được in ấn trên tạp chí PLOS Pathogens. Các nhà bệnh học phân tử đứng đầu là Jason Rudd và ctv. đã nghiên cứu những gen gây bệnh trên cây lúa mì bởi Zymoseptoria tritici, nấm gây bệnh “Septoria leaf blotch”. Họ quan sát một mẫu bệnh không có khuẩn ty, mà khuẩn ty rất cần thiết đối vối vi nấm. Gen này mã hóa glycosyltransferase, một protein tạo ra khuẩn ty (hyphae) phát triển trên bề mặt của cây chủ. Không có protein này, không có khuẩn ty và không có nấm. Phân tích cùng một gen có trong hơn 800 hệ gen (genomes) theo chìa khóa phân loại nấm, tấn công cây trồng và người. Xem Rothamstead Research.

Chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR-Cas9 cải biên những ảnh hưởng trên lợn

Hệ thống chỉnh sử hệ gen CRISPR-Cas9 là công cụ hđể sáng tạo ra con lợn biến đổi gen. Tuy nhiên, người ta không biết công cụ này có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi hay không?. Các nhà khoa học của ĐH Missouri đứng đầu là Kristin Whitworth đã tập trung nghiên cứu nhằm xác định chỉnh sửa DNA có thể làm trì hoãn giai đoạn “blastocyst” hoặc làm lệch lạc “sex ratio”. Sáu dây nền DNA tđược thiết kế để thể hiện phân tử quan trọng “guide RNAs” xác định đích đến ở đâu của gen transmembrane protease, serine S1, member 2 (TMPRSS2). Chúng được tiêm vào bào chất của giao tử (zygotes) và được nuôi cấy in vitro ở giai đoạn “blastocyst”. Blastocysts được thu thập khi chúng ở ngày thứ 5, 6 hoặc 7. PCR xác định kiểu gen và tính dục của từng phôi xét nghiệm. Phôi được chuyển vào tử cung lợn nái. Phân tích mật độ “blastocyst” với sự phát triển không có ý nghĩa giữa phôi có thao tác CRISPR và không tiêm ở ngày thứ 5, 6 hoặc 7. Bơm CRISPR và cho kết quả đột biến 92–100% tổng số phôi quan sát. Không có khác biệt về số lượng hoặc tỷ lệ phôi giới tính (heo nọc : heo nái) so với đối chứng. Có 12 heo con  đột biến dạng “biallelic” của gen TMRPSS2. Chủng vào giao tử bằng hệ thống CRISPR-Cas9 chứng minh đây là công cụ chỉnh sửa gen tạo phôi cải biên di truyền mà không có bất cứ ảnh hưởng không mong muốn nào can thiệp vào. Xem Transgenic Research.