Protein của cây táo MdY3IP1 kích hoạt ra hoa sớm và chống chịu mặn cho cây  Arabidopsis

Gen của nhân mã hóa proein thylakoid có tên là Y3IP1 được người ta ghi nhận có vai trò trong hệ thống quang hợp I (PSI). Tuy nhiên, chức năng của nó trong những tiến trình của thực vật khác với quang hợp chưa được biết rõ. Nhóm nghiên của của ĐH Nông Nghiệp Shandong đứng đầu là Jian-Qiang Yu vừa xác định được gen MdY3IP1 của cây táo, có chức năng mã hóa protein rất giống với gen AtY3IP1 của cây Arabidopsis.Sự thể hiện gen MdY3IP1 trong cây Arabidopsis làm cho cây trổ bông sớm và tăng cường tính chống chịu mặn. Protein MdY3IP1 co chức năng điều khiển sự trổ bông thông qua biến dưỡng đường tăng lên trong tế bào, ảnh hưởng đến các gen có liên quan đến sự trổ bông. Phân tích còn cho thấy tính chống chịu mặn cũng tăng lên đáng kể trong cây thể hiện MdY3IP1, điều này có liên quan đến sự gia tăng rễ nhánh ngang. Kết quả đã minh chứng những chức năng khác nữa của protein Y3IP1 và làm thế nào protein Y3IP1 điều khiển sự ra hoa sớm cũng như chống chịu mặn của cây. Kết quả cho thấy sự tăng trưởng của cây và tính chống chịu stress có thể bị ảnh hưởng bởi gen MdY3IP1. Những tiếp cận với di truyền phân tử hiện đại sẽ làm tăng sự hiểu biết của chúng ta về các chức năng của MdY3IP1 và sáng tạo ra những chiến lược phát triển giống cây trồng chuyển gen chín sớm và kháng với những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh. Xem BMC Plant Biology.

Hình: Kiểu hình trổ bông sớm trong cây Arabidopsis chuyển gen MdY3IP1.

Vai trò của gen SlJAZ2 trong cây cà chua

Protein JAZ (Jasmonate ZIM-domain) là những phân tử repressors rất quan trọng trong chu trình truyền tín hiệu “jasmonic acid”. JAZ proteins còn tham gia vào nhiều tiến trình phát triển khác nhau, kháng stress sinh học và phi sinh học trong cây Arabiodopsis. Tuy nhiên, việc nghiên cứu protein JAZs trong cây cà chua (Solanum lycopersicum) vẫn còn rất ít, đặc biệt là vai trò của nó trong tăng trưởng và phát triển của cây.

Nhóm nghiên cứu của Xiaohui Yu thuộc Đại Học Chongqing, Trung Quốc đã phân lập được một gen điển hình trong cây cà chua - gen SlJAZ2 mã hóa protein JAZ. Cây cà chua biến đổi gen thể hiện mạnh mẽ gen SlJAZ2 làm tượng khối sơ khởi của lá nhanh hơn, làm cây lùn lại và chiều gài lóng thân ngắn lại. Họ quan sát thấy có ít trichomes (lông thân) hơn, xuất hiện sớm hơn chồi mọc nhánh ngang và hoa nhiều hơn. Phân tích cho thấy những gen có liên quan đến sự kéo dài tế bào và sinh tổng hợp gibberellin đều ở trạng thái điều tiết gen theo kiểu “down”, giống như những gen điểu khiển hình thành lông thân cà chua (trichome formation). Sự tượng khối sơ khởi chồi hoa trong cây  transgenic sớm hơn so với kết qua điều tiết gen theo kiểu “up”điều khiển thời gian ra hoa sau khi gen SlJAZ2 thể hiện mạnh mẽ. Kết quả đã chứng minh rằng gen SlJAZ2 có trong tiến trình giúp cây chuyển từ trạng thái tăng trưởng sang trạng thái phát dục. Xem Plant Science.

Tối ưu hóa CRISPR-Cas9 trong đột biến có chủ đích quả kiwi

Cây kiwi có tên tiếng Anh là “kiwifruit”, tên khoa học là Actinidia deliciosa, là loài cây ăn trái quan trọng trên thế giới, nhưng rất ít nghiên cứu về công nghệ di truyền để cải tiến giống kiwi. Hệ thống chỉnh sửa hệ gen CRISPR-Cas đã và đang được ứng dụng rất thành công trên nhiều loài cây trồng, nhưng chưa có công trình nào được ứng dụng trên cây kiwi. Thêm vào đó, sự tối ưu hóa những điều kiện sử dụng chỉnh sửa gen cho cây nàyrất cần thiết để có một sự lkiện “genome editing” hoàn hảo. Nhóm nghiên cứu của Zupeng Wang thuộc Viện Hàn Lâm Khoa HỌc Trung Quốc đã tiến hành một nghiên cứu nhằm mục đích ứng dụng CRISPR-Cas trong loài cây ăn quả kiwi. Họ sáng tạo ra phân tử “guide RNA” (sgRNA)-Cas9 vector định vị chính xác gen phytoene desaturase (AcPDS) trong hệ gen cây kiwi. Cây kiwi bạch tạng được thu thập thành công, môt kiểu hình được tạo ra bởi kết quả “knocked-out” gen AcPDS. Những vectors này được dùng, và so sánh với các vectors khác cho thấy: chúng có chứa những phân tử sgRNA khác nhau. Trong khi tất cả vectors có thể kích thích cho ra kiểu hình bạch tạng (albino) của cây kiwi, các nhà khoa học ghi nhận phân tử DNA cassette “polycistronic tRNA-sgRNA” (PTG-Cas9) tạo ra kết quả tốt hơn hệ thống khác trong chỉnh sửa gen cây kiwi. Kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống CRISPR-Cas9 hoàn toàn có thể đu7ọc áp dụng thành công trong hệ gen cây kiwi. Phân tử sgRNA trong hệ thống này có thể được tối ưu hóa, ví dụ PTG-Cas9, và có thểcung cấp những manh mối phục vụ tối ưu hóa hệ thống CRISPR-Cas9 trong những loài cây trồng khác. Xem Plant Biotechnology Journal.

Ứng dụng CRISPR-Cas9 trong tế bào cây cà rốt.

CRISPR-Cas9 được ứng dụng rộng rải các các loài sinh vật mô hình, nhưng chưa được ứng dụng trên cây cà rốt (Daucus carota subsp. sativus), một loài cây rau rất quan trọng của thế giới. Magdalena Klimek-Chodacka và ctv. thuộc Đại Học Nông Nghiệp Krakow, Ba Lan,  đã sử dụng CRISPR-Cas9 tạo đột biến có chủ đích trên hệ gen cây cà rốt. Nhiều vectors CRISPR-Cas9 có chứa hai phân tử gRNAs (single-guide RNA) nhắm đích đến trong hệ gen cây cà rốt là gen  flavanone-3-hydroxylase (F3H). Gen này được thử nghiệm để khóa lại sinh tổng hợp chất anthocyanin trong mô sẹo cà rốt có màu tím. “Knockout” gen F3H tạo ra sự rối loạn màu sắc trong các mô sẹo (calli), cho thấy vai trò của gen  F3H trong sinh tổng hợp anthocyanin của tế bào cây cà rốt. Đây là minh chứng hùng hồn trong thanh lọc cây sự kiện chỉnh sửa gen một cách hiệu quả. Kết quả nghiên cứu còn cho thấy sự đột biến có chủ đích thành công thông qua CRISPR-Cas9 trong cây cà rốt và có thể đánh dấu một cột mốc mới trong nghiên cứu cây rau quan trọng này. Xem Plant Cell Reports.

Gen CmHSFA4 điều tiết tích cực trong cây hoa cúc “chrysanthemum” biến đổi gen, giúp cây chống chịu lại stress mặn 

Độc tố sodium có trong đất mặn có thể làm tổn thương sự tăng trưởng của cây trồng. Fei Li và ctv. thuộc Đại Học Nông Nghiệp Nanjing, Trung Quốc, đã nghiên cứu gen cây hoa cúc (chrysanthemum), tên khoa học là Dendranthema grandiflora, gen CmHSFA4 trong phản ứng của cây chống chịu mặn. Họ tìm thấy gen này được kích hoạt khi có stress mặn xảy ra, hầu hết được quan sát trong nhân. Sau đó, họ đã phát triển cây cúa chuyển gen biểu hiện mạnh mẽ gen CmHSFA4 để phân tích sâu hơn về gen này. Những cây transgenics biểu hiện tính chống chịu mặn được tăng cường tốt hơn. Tính chống chịu tăng như vậy là kết quả của việc ức chế sự tập họp các ion “sodium” và tạo ra một hàm lượng “potassium” luôn ở mức ổn định trong cây. Kết quả phân tích sâu hơn cho thấy gen được điều tiết theo cơ chế “up” với chức năng vận chuyển các ion “transporters”, đó là gen CmSOS1 và CmHKT2. Kết quả cho thấy CmHSFA4 có thể liên quan chặt chẽ đến tính chống chịu mặn trong cây cúc nhờ sự điều tiết mức độ hợp lý giữa ion sodium và ion potassium trong cây. Xem Plant Biotechnology Journal.