Điều chỉnh góc lá bằng công cụ CRISPR để cải thiện năng suất mía
Thứ sáu, 14-06-2024 | 08:22:22
|
Eleanor Brant thu thập mẫu lá cây mía đã chỉnh sửa gen để phân tích. Nguồn: Charles Keato.
Mía là cây trồng lớn nhất thế giới tính theo năng suất sinh khối, cung cấp 80% lượng đường và 40% nhiên liệu sinh học được sản xuất trên toàn thế giới. Quy mô của nhà máy và việc sử dụng nước và ánh sáng hiệu quả khiến nó trở thành ứng cử viên hàng đầu để sản xuất các sản phẩm sinh học và nhiên liệu sinh học có giá trị gia tăng, tái tạo tiên tiến.
Tuy nhiên, như là giống lai giữa Saccharum officinarum và Saccharum spontaneum, cây mía có bộ gen phức tạp nhất trong tất cả các loại cây trồng. Sự phức tạp này có nghĩa là việc cải thiện cây mía thông qua nhân giống thông thường là một thách thức. Do đó, các nhà nghiên cứu chuyển sang sử dụng các công cụ chỉnh sửa gen, chẳng hạn như hệ thống CRISPR/Cas9 để nhắm mục tiêu chính xác vào bộ gen cây mía để cải thiện.
Trong bài báo mới của họ, được xuất bản trên tạp chí Plant Biotechnology Journal, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Florida tại Trung tâm Đổi mới năng lượng sinh học và sản phẩm sinh học tiên tiến (CABBI) đã tận dụng sự phức tạp di truyền này để tạo thuận lợi cho họ khi sử dụng hệ thống CRISPR/Cas9 để điều chỉnh góc lá mía. Những cải tiến di truyền này cho phép cây mía nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn, từ đó làm tăng lượng sinh khối được tạo ra.
Công trình này hỗ trợ phương pháp tiếp cận “thực vật như nhà máy” của Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Sinh học CABBI và mục tiêu chính của nghiên cứu Sản xuất Nguyên liệu thô của Trung tâm này - để tổng hợp nhiên liệu sinh học, sản phẩm sinh học và các phân tử có giá trị cao trực tiếp trong thân cây như cây mía.
Sự phức tạp của bộ gen cây mía một phần là do mức độ dư thừa cao: Nó sở hữu nhiều bản sao của mỗi gen. Do đó, kiểu hình mà cây mía thể hiện thường phụ thuộc vào sự biểu hiện tích lũy của nhiều bản sao của một gen nhất định. Hệ thống CRISPR/Cas9 hoàn hảo cho nhiệm vụ này vì nó có thể được thiết kế để chỉnh sửa một vài hoặc nhiều bản sao của gen cùng một lúc.
Nghiên cứu này tập trung vào LIGULELESS1, hay LG1, một gen đóng vai trò chính trong việc xác định góc lá ở cây mía. Rồi kết quả là góc lá quyết định lượng ánh sáng mà cây có thể nhận được, điều này rất quan trọng cho việc sản xuất sinh khối. Do bộ gen rất dư thừa của cây mía chứa 40 bản sao LG1 nên các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh góc lá bằng cách chỉnh sửa số lượng bản sao khác nhau của gen này, dẫn đến góc lá hơi khác nhau tùy thuộc vào số lượng bản sao LG1 được chỉnh sửa.
Baskaran Kannan đánh giá cây mía được chỉnh sửa gen ngoài đồng ruộng. Nguồn: Uzair Khan.
Fredy Altpeter, trưởng nhóm nghiên cứu và giáo sư Nông học tại Đại học Florida cho biết: “Ở một số cây mía được chỉnh sửa gen LG1, chúng tôi chỉ biến đổi một số bản sao. Và khi làm như vậy, chúng tôi có thể điều chỉnh cấu trúc lá cho đến khi tìm ra góc lá tối ưu giúp tăng năng suất sinh khối”.
Khi các nhà nghiên cứu trồng mía trong các thí nghiệm ngoài đồng ruộng, họ phát hiện ra rằng kiểu hình lá thẳng đứng để cho nhiều ánh sáng xuyên qua tán cây hơn, dẫn đến năng suất sinh khối tăng lên. Đặc biệt, có một dòng mía, có các chỉnh sửa ở khoảng 12% số bản sao LG1 và cho thấy góc nghiêng của lá giảm 56%, đã có năng suất sinh khối khô tăng 18%.
Bằng cách tối ưu hóa cây mía để thu được nhiều ánh sáng hơn, những chỉnh sửa gen này làm tăng năng suất sinh khối mà không cần phải bón thêm phân bón ngoài đồng ruộng. Ngoài ra, việc hình thành sự hiểu biết sâu sắc hơn về di truyền phức tạp và chỉnh sửa bộ gen giúp các nhà nghiên cứu hướng tới các phương pháp cải tiến để cải thiện cây trồng.
Altpeter cho biết: “Đây là công trình đầu tiên được bình duyệt mô tả thí nghiệm ngoài đồng về cây mía được chỉnh sửa bằng công cụ CRISPR. Và công việc này cũng cho thấy những cơ hội duy nhất để chỉnh sửa bộ gen cây trồng đa bội, nơi các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh một tính trạng cụ thể”.
Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org
|
![]() ![]() ![]() |
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|