Giống lúa mì chuyển gen Pm3e kháng bệnh phấn trắng

Gen Pm3 của lúa mì có liên quan đến tính kháng bệnh phấn trắng (powdery mildew) do nấm Blumeria graminis f.sp. tritici (Bgt) gây ra. Nhóm nghiên cứu này đã phân lập được 17 alen có chức năng đang hoạt động tại các loci Pm3 kháng với các nòi vi nấm Bgt. Mộttrong những biến thể (variants), gen Pm3e, được tìm thấy trong giống lúa mì cho gen kháng là dòng W150, nó giống với biến thể không chức năng là protein Pm3CS ngoại trừ có 2 amiono acid khác nhau. Muốn đánh giá khả năng của gen Pm3e điều khiển tính kháng bệnh phấn trắng, nhóm các nhà khoa học thuộc University of Zurich và Agroscope, Thụy Sĩ, đã phát triển dòng lúa mì chuyển gen Pm3e thông qua chuyển nạp trực tiếp bằng súng bắn gen (biolistic transformation) vào giống lúa mì mùa xuân nhiễm bệnh, tên giống là Bobwhite. Kết qủa khảo nghiệm trên đồng ruộng cho thấy tính kháng thể hiện có ý nghĩa và mạnh mẽ đối với nấm bệnh phấn trắng của những dòng chuyển gen Pm3e, trong khi những dòng lúa mì không được chuyển gen bị nhiễm bệnh này rất nặng. Như vậy, bản thân gen Pm3e thể hiện rõ ràng qua kiểu hình kháng bệnh phấn trắng được ghi nhận. Các dòng chuyển gen trên đồng ruộng thể hiện cao “transgene” này và tích tụ hàm lượng protein Pm3e với chi phí quản lý bệnh hại rẻ kết hợp với năng suất cao nhờ protein Pm3e rất phong phú. Theo nghiên cứu này, gen Pm3e kháng bệnh phấn trắng trên đồng ruộng rất mạnh,là triển vọng cho nhà chọn giống cải tiến giống lúa mì cao sản kháng bệnh. Xem Transgenic Research.

Các nhà khoa học quốc tế tìm thấy chức năng mới của Jasmonic Acid

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đứng đầu là Dirk Becker thuộc Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), Bavaria, Đức, báo cáo những phát hiện mới của học về kích thích tố thực vật có tên là “jasmonic acid” (JA) trong hiện đóng lại rất nhanh của khí khổng. Jasmonic acid có nhiệm vụ tạo mùi thơm trong cây Jasminum grandiflorum để chế biến thành dầu thơm và vật liệu trang điểm. Khi cây bị thương, chúng tạo ra jasmonic acid như một tín hiệu tự vệ, vì đó là một “phytohormone” trong phản ứng tự vệ của thực vật, bao gồm cả những cơ chất có độc tính cao. Chúng có đặc điểm bay hơi để cản báo sớm các cơ quan chung quan nơi bị thương để chuẩn bị chống lại những đe dọa từ bên ngoài một cách đúng lúc. Khí khổng tự điều tiết sự đóng mở bằng hai loại hình tế bào tự vệ ở biểu bì của lá. Chúng kiểm soát sự lấy vào “carbon dioxide” và cân bằng trạng thái nước của cây. Kích thích tố abscisic acid (ABA) biểu trưng cho tín hiệu chìa khóa để khí khổng đóng lại. Cây sản sinh ra ABA trong suốt thời kỳ bị khô hạn để bảo tồn nước trong cây. Theo kết quả thí nghiệm này, phần lớn tế bào tự vệ (guard cell) kiểm soát stress sinh học, nhóm nghiên cứu ghi nhận rằng tổn thương cơ học trên lá cây mô hình Arabidopsis thaliana làm cho cây nhanh chóng đóng lại khí khổng. Ảnh hưởng như vậy không chỉ không hạn chế đối với lá bị thương, mà còn xảy ra với vùng lá xung quanh kế cận chúng. Giáo sư Becker giải thích rằng quan sát này chưa được báo cáo trước đây và đề nghị chu trình truyền tín hiệu jasmonate có thể là cơ chế bật mở trong các tế bào có chức năng tự vệ. Xem JMU.

Hình: 3d-Model của hệ thống vận chuyển ion K⁺ trong tế bào tự vệl GORK, cây mô hình Arabidopsis thaliana (trái). Sự tổn thương cúa cây sẽ kích hoạt hoạt động truyền tín hiệu jasmonate của tế bào tự vệ tại khí khổng. Kết quả là, hoạt động của GORK vận hành dòng chảy potassium thông qua kên truyền ion (phải). (Hình của: Dirk Becker / Uni Würzburg).

Cơ chế đột phá CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 được áp dụng để chỉnh sửa gen khá dễ dàng. Tuy nhiên, công cụ này ít chính xác hơn so với lý thuyết mà người ta kỳ vọng, bởi vì nó dẫn đến những kết quả đột biến không mong muốn trong một phân tử DNA nào đó của tế bào. Các nhà khoa học thuộc Delft University of Technology (TUDelft) hiện đã xác định được một cơ chế gây ra những đột biến ấy khi hệ thống CRISPR-Cas9 được sử dụng không chính xác. Điều này gây ra cho gen ở trạng thái ngủ nghỉ trước khi thể hiện, như vậy hậu quả sẽ vô cùng nguy hiểm. Họ sánh tạo ra một “checklist” dựa trên cơ sở kết quả nghiên cứu khoa học này, danh sách ấy (checklist) sẽ giúp người ta ngăn ngừa được cơ chế bất lợi từ chỉnh sửa gen nhờ hệ thống CRISPR-Cas9, làm cho hệ thống an toàn hơn. Chuyên viên chỉnh sửa gen sử dụng CRISPR-Cas9 có thể thay đổi một phần nào đó  của hệ gen bằng cách du nhập vào một trình tự DNA mới. Enzyme “Cas protein” cắt rồi mở phân tử DNA này tại điểm đích, sau đó, tế bào này được kỳ vọng sửa lỗi DNA của nó bằng vậtliệu di truyền mới ấy. Những gen mới như vậy có thể được du nhập vào. "Sửa lỗi cơ chế tại nhiểm sắc thể khác như là một thể đệm (template) thay vì đưa vào dây DNA mới, nội dung chỉnh sửa gen sẽ không bao giờ thành công ", Jean-Marc Daran đã nói như vậy. Vì “repair” tại nhiễm sắc thể khác rất xaso với mục tiêu, sửa tại đoạn phân tử DNA mong muốn hầu như chưa hề xảy ra bao giờ. Tệ hơn nữa là mất đi tính chất dị hợp tử có thể xảy ra, mà điều ấy có thể làm ra kết quả xấu hơn gấp nhiều lần. Khám phá này trong cơ chế sửa lỗi để khóa lại “gene editing” theo kết quả nghiên cứu của nhóm Arthur Gorter de Vries, một nghiên cứu sinh PhD của Delft University of Technology, người ta đang tiến hành trên đối tượng men làm bia. Anh ấy đã cố gắng xác định làm thế nào thuần hóa men bia dẫn đến xác định chủng nòi (strain) hiện đại hơn phục vụ người tiêu dùng bia. Anh cố gắng chuyển gen nào đó ra để xác định chức năng của nó, anh ấy đã không thể xác định được gen này có lấy ra thành công hay không? Và ghi nhận rằng những tế bào như vật đã được thao tác hết sức sai lầm. Gorter de Vries chi đánh dấu đích đến một một trong nhửng nhiễm sắc thể của hệ gen nấm men bia, những thí nghiệm sau đó cho thấy tế bào nấm men đang sử dụng những bản sao chép khác của nhiễm sắc thể đích như một thể nền (template) để sửa lỗi phân tử DNA này mà anh ấy đã cố gắng lấy nó ra ngoài. Xem TUDelft.

CRISPR-Cas9 và chức năng của gen SlPHO1;1 trong dinh dưỡng lân của cây cà chua non

Trong thực vật có mạch dẫn truyền và không có mạch (nonvascular plants), những phân tử đồng dạng PHOSPHATE1 (PHO1) đều có chức năng sinh động khi thu hoạch và vận chuyển phosphate. Trong cây cà chua, có sáu gen (SlPHO1;1‐SlPHO1;6) tương đồng với hệ gen cây Arabidopsis' PHO1 (AtPHO1). Do đó, các nhà khoa học thuộc Chinese Academy of Sciences đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 nhằm tìm hiểu chức năng của PHO1 trong dinh dưỡng phosphate của cây cà chua. Kết quả phân tích cho thấy họ protein SlPHO1 có ba nhánh, trong đó, SlPHO1;1 giống nhất với AtPHO1. SlPHO1;1 những đột biến mất đoạn kích thích bởi hệ thống CRISPR-Cas9 cho ra những triệu chứng rất điển hình của hiện tượng đói lân vô cơ (Pi), làm cho khối lượng tươi của chồi thân giảm, làm gia tăng khối lượng rễ tươi, làm cho tỷ lệ rễ:chồi lớn hơn rất nhiều lần. Các đột biến thể hiện hàm lượng anthocyanin và Pi hòa tan gấp nhiều lần trong rễ và ít trong chồi thân. Kết quảnày khẳng định rằng SlPHO1;1 có vai trò quan trọng trong vận chuyển Pi ở cây cà chua, tại thời điểm cây non. Xem Physiologia Plantarum.

THÔNG BÁO

Hội nghị quốc tế về vi khuẩn phục vụ nông nghiệp bền vững

(International Conference on Microbes for Sustainable Agriculture)

Hội nghị quốc tế về vi khuẩn phục vụ nông nghiệp bền vững được tổ chức vào ngày 25-28 tháng Ba, năm 2019; tại Forman Christian College  (A Chartered University), Lahore, Pakistan.

Download the conference brochure for more details.