Chuyển nạp gen qua vi khuẩn Agrobacterium vào cây lúa: những tồn tại và giải pháp khắc phục

Đây là bài tổng quan rất hay được công bố bởi tập thể tác giả Sulaiman Mohammed, Azman Abd Samad, Zaidah Rahmat trên tạp chí Rice Science, tháng 5/2019. Chuyển nạp gen vào cây lúa (Oryza sativa L.) bằng cách du nhập nhiều tính trạng có lợi vào hệ gen của nó là hoạt động nghiên cứu chính hiện nay của ngành sinh lý thực vật và là một công cụ thực tiễn cho cải tiến giống cây trồng nói chung. Nhiều phương pháp tiếp cận mới được cải thiện đề làm sao du nhập gen vào ổn định trong hệ gen cây lúa. Bài tổng quan này xem xét toàn bộ những trở ngại rất khác nhau làm hạn chế sự thành công của kỹ thuật chuyển nạp gen vào hệ gen cây lúa thông qua vi khuẩn Agrobacterium; rồi sau đó, các tác giả đã đề nghị những giải pháp khả thi. Việc xác định cơ quan nào để chuyển nạp, kỹ thuật nào chuyển gen và vector được thiết kế ra làm sao là những nội dung quan trọng để hợp nhất được gen ngoại lai vào hệ gen cây lúa, sự thể hiện của transgene mà không gắn liền với tổn thương về di truyền, việc chọn ra những “transformant” ưu việt đều là những thách thức lớn lao cho kỹ thuật di truyền hiện nay. Cho dù như vậy, phương pháp chuyển gen gián tiến qua vi khuẩn  Agrobacterium đã và đang là phương pháp tốt hơn hết để tạo ra giống lúa transgenic bởi vì phân tử T-DNA rất chính xác của nó có được kết quả và việc hợp nhất vào hệ gen cây chủ đơn giản với ít số bản sao chép của transgene. Thông tin này rất cần thiết để chúng ta cải tiến hệ thống chuyển gen gen bằng vi khuẩn nói trên đối với những giống lúa khó thao tác.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630819300241

Chỉ thị phân tử và gen ứng cử viên TGMS (bất dục đực tế bào chất do nhiệt độ) của cây lúa

Các nhà khoa học Thái Lan đứng đầu là Sudthana Khlaimongkhon và ctv., đã công bố công trình khoa học này trên tạp chí Rice Science 26(3):147-156; tháng Năm 2019. Phát hiện bất dục đực tế bào chất (TGMS) đã giúp chúng ta phát triển hệ thống sản xuất lúa lai hai dòng đơn giản hơn hệ thống ba dòng. Trong nghiên cứu này, phân tích di truyền được thực hiện trên 3 quần thể con lai F₂ từ cặp lai IR68301S, lúa indica TGMS, và IR14632 (japonica nhiệt đới), Supanburi 91062 (indica) và IR67966-188-2-2-1 (japonica nhiệt đới), theo thứ tự. Phân ly mendel 1:3 giữa tính trạng hạt phấn bất dục và bình thường trong 3 quần thể F₂ cho thấy rằng TGMS được kiểm soát bởi một gen đơn có tính lặn. Thực hiện BSA (bulked segregant analysis) với chỉ thị phân tử SSRs và chỉ thị InDels, họ xác định được những chỉ thị liên kết với gen tms. Phân tích liên kết trên cơ sở 3 quần thể con lai nói trên, cho thấy locus tms định vị trên nhiễm sắc thể 2. Sử dụng quần thể F₂ IR68301S × IR14632, kết quả cho thấy locus tms định vị giữa chỉ thị SSR RM12676 và chỉ thị InDel 2gAP0050058. Khoảng cách di truyền giữa tms với hai chỉ thị kế cận là 1.10 và 0.82 cM, theo thứ tự. Chỉ thị InDel 2gAP004045 nằm giữa hai markers này cho thấy tính chất đồng phân ly hoàn toàn (complete co-segregation) với kiểu hình TGMS. Thêm vào đó, chỉ thị InDel vf0206114052 biểu thị giá trị liên kết 2.94 cM với gen  tms trong quần thể F₂ của IR68301S × Supanburi 91062. Những markers này rất hữu dụng để phát triển các dòng TGMS nhờ chỉ thị phân tử. Có 10 gen định vị giữa hai chỉ thị kế cận này RM12676 và 2gAP0050058. Người ta phân tích “quantitative real-time PCR”, kết quả có 7 trong 10 gen này  liên quan đến trổ bông, và phản ứng với nhiệt độ. Đây có thể là những gen ứng cử viên điều kiển tính trạng TGMS trong nguồn vật liệu IR68301S.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630819300253

Hình 3. Bản đồ di truyền gen “thermo-sensitive genic male sterility” trên nhiễm sắc thể 2.

Thay đổi hình thái học và sinh lý học của rễ lúa trong điều kiện bị ngập hoàn toàn

Đây là công trình nghiên cứu của tập thể tác giả Liem T. Bui, Evangelina S. Ella, Maribel L. Dionisio-Sese, Abdelbagi M. Ismail được công bố trên tạp chí Rice Science tháng 5/2019 [26(3): 167-177]. Ngập hoàn toàn là ảnh hưởng gây hại cho cây lúa khi thời gian ngập úng kéo dài trong mùa mưa lũ ở vùng đất thấp hay bị lụt lội. Nghiên cứu đánh giá phản ứng của hình thái cây lúa và sinh lý cây lúa, đặc biệt ở rễ lúa đối với ngập úng; với hai giống lúa thí nghiệm là: FR13A và Swarna-Sub 1 chịu ngập tốt; hai giống rất nhạy cảm với ngập hoàn toàn là Swarna và IR42. Giống chống chịu có thời gian sống sót dài hơn và ít có hiện tượng vươn dài chồi thân nhưng vươn dài rễ rất tốt khi bị ngập so với giống lúa nhiễm. Sau khi ngập, giống chống chịu có khối lượng chất khô của rễ cao hơn và nhiều rễ hoạt động hơn giống nhiễm. Giống chống chịu biểu hiện ít bị tổn thương của rễ, ít sản sinh ra malondialdehyde và “electrolyte leakage” chậm hơn sau khi xử lý ngập. Giống chống chịu còn duy trì tốt hàm lượng đường hòa tan (soluble sugar), tinh bột trong rễ lúa và chồi thân lúa, có hàm lượng diệp lục cao hơn sau khi xử lý ngập so với giống nhiễm. Như vật tính trạng rễ lúa ví dụ như hoạt động rễ (root activity) và tăng trưởng của rễ (root growth) kết hợp với mức độ cây sống sót sau khi xử lý ngập. Đó là nguồn cung cấp năng lượng cao, duy trì sự nguyên vẹn cao của màng đây là điều rất cần thiết để bảo vệ rễ lúa và làm giảm sự tổn thương khi bị ngập úng.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1672630819300277

Chu trình MAPK và hoạt động tích cực của những tế bào B trong bệnh xơ cứng MS với nhiều dạng khác nhau thông qua phân tích “phosphoproteomics” và “genomic”

Ekaterina Kotelnikova và ctv. đã công bố công trình khoa học này trên tạp chí PNAS ngày 7-5-2019. Sự thay đổi thông tin trong tế bào của hệ thống miễn dịch người bệnh với hội chứng đa xơ cứng màng tế bào (multiple sclerosis: viết tắt là MS) có thể được phân tích bằng phương pháp “phosphoproteomics”. Các tác giả đã hoàn thiện quy trình kỹ thuật in vitro trong tế bào miễn dịch lấy từ bệnh nhân mắc bệnh MS. Họ kiểm soát và định tính sự phosphoryl hóa của nhiều kinases. Họ thấy rằng phosphoryl hóa tăng lên của nhiều “MAPK kinases” của người bệnh, điều này được minh chứng bằng nhiều chỉ thị phân tử di truyền có liên quan đến bệnh MS. Sử dụng công cụ “flow cytometry”, họ đã tìm thấy rất nhiều kinases bị thay đổi bởi hiện tượng phosphoryl hóa trong những tế bào B. Những phát hiện này cho thấy hoạt động sống của tế bào và sự phân bào (chu trình MAPK), và chu trình proinflammatory (STAT) trong tế bào miễn dịch của người bệnh MS, khởi thủy có trong tế bào B. Những thay đổi hoạt động của kinases như vậy cho thấy những chu trình kể trên có thể đặc trưng cho mục tiêu chữa bệnh thông qua các chất ức chế kinase. Rối loạn điều tiết của chu trình truyền tín hiệu trong hội chứng đa xơ cứng (MS) được phân tích bằng phương pháp phosphoproteomics trong tế bào PBNCs (peripheral blood mononuclear cells). Phương pháp xét nghiệm “kinetic” in vitro đối với tế bào PBMCs của 195 bệnh nhân MS và 60 mẫu đối chứng được tiến hành, với mục tiêu định tính sự phosphoryl hóa  17 kinases thông qua “xMAP assays”.

Xem: https://www.pnas.org/content/116/19/9671