Sản phẩm của gen Cbl trong cây thuốc lá transgenic không gây dị ứng

Gần đây, gen Calcineurin B-like (cbl) được người ta chèn vào bộ gen cây thuốc lá (Nicotiana tabbacum) để cây chống chịu mặn.  Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu là Premendra Dwivedi thuộc CSIR-Indian Institute of Toxicology Research đã đánh giá khả năng gây dị ứng của sản phẩm gen cbl này và so sánh ảnh hưởng của nó với cây nguyên thủy (WT). Phân tích khẳng định rằng không giống nhau một cách có ý nghĩa giữa protein CBL và những chất gây dị ứng được biết (allergens). Hơn nữa, không có khác biệt được ghi nhận giữa những proteins như vậy của  cây thuốc lá GM và WT. Sự tiêu hóa nhanh protein CBL còn cho thấy những cơ hội bị suy giảm của protein này để kích hoạt quá trình gây dị ứng (allergenicity). Thêm vào đó, khi tiêm chuột những protein của cây thuốc lá WT và GM, người ta thấy rằng các biểu hiện ờ mức độ so sánh được của thang điểm gây bệnh và hàm lượng histamine. Kết quả đã khẳng định rằng gen cbl khi được chèn vào bộ gen cây thuốc lá sẽ không cây bất cứ rủi ro nào về dị ứng cho người tiêu dùng.

Xem: http://link.springer.com/article/10.1007/s11130-014-0435-8/fulltext.html

Hình: Phân tích cấu trúc của Apo-CaM, Ca2+-CaM, và Ca2+-CaM–Target Complex.

Biểu hiện của gen Hrip1 trong nấm Alternaria tenuissima làm tăng cường tính kháng với stress của cây Arabidopsis chuyển gen.

 Hrip 1 là một loại hình phản ứng có tính chất nhạy cảm (hypersensitive response) kích thích protein của nấm Alternaria tenuissima (hình) được người ta sử dụng trong cây thuốc lá để gây hoạt tính phản ứng tự vệ của nấm và tính kháng có tính chất lưu dẫn (systemic resistance). Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc đã thực hiện một nghiên cứu về vai trò của protein Hrip 1 đối với stress sinh học và phi sinh học của cây Arabidopsis thaliana biến đổi gen. Kết quả cho thấy có sự tăng trưởng của cây khá rõ xét theo chiều cao, khối lượng chất khô, chiều dài quả (silique), tỷ lệ nẩy mầm và chiều dài rễ trong điều kiện mặn và khô hạn của cây Arabidopsis có biểu hiện gen Hrip1. Tính kháng cao hơn đối với pathogen gây bệnh cây Arabidopsis chuyển gen Hrip1 cũng được quan sát khi có sự lây nhiễm bởi nấm Botrytis. Protein Hrip1 có thể là sản phẩm của một gen đầy tiềm năng để người ta sử dụng nó trong chương trình lai tạo giống cây trồng mới kháng bệnh hại.

Xem http://link.springer.com/article/10.1007/s11248-014-9824-x.

Thể đột biến của cây Arabidopsis biểu hiện tính kháng Aphid thông qua sự biểu hiện mạnh mẽ của gen SKS13

Một vài loài cây trồng có thể thúc đẩy hoạt động tự bảo vệ chống là rầy mềm (aphids) nhờ thay đổi sự biểu hiện này của những gen chuyên biệt. Các nghiên cứu trước đây đã xác định một thể đột biến của cây Arabidopsis thaliana đã cản trở sự phát triển của rầy mềm Myzus persicae. Ben Vosman và ctv. thuộc Đại Học Wageningen UR, Hà Lan đã định tính thể đột biến này và xác định cái gì làm suy giảm hiệu quả tấn công của rầy mềm M. persicae. Kết quả cho thấy gen SKU5 SIMILAR 13 (SKS13), chỉ thể hiện trong hạt phấn cây Arabidopsis nguyên thủy (WT), gen này lại biểu hiện mạnh mẽ trong lá của cây đột biết. Rầy mềm rất khó khăn trong việc chích hút nhựa tại mô li be (phloem), điều ấy đã làm giảm hiệu quả gây hại của chúng. Sự biệu hiện mạnh mẽ gen SKS13 trên lá cũng làm suy giảm hiệu quả ấy của con Brevicoryne brassicae, một loài rầy mềm kháng chích hút nhựa cây cải.

(Hình: Phân tích biểu hiện gen, rầy mềm Myzus persicae bị suy giảm hiệu quả chích hút nhựa cây; đánh giá kiểu hình trên 3 dòng biểu hiện gen SKS13 độc lập nhau).

Xem: http://www.biomedcentral.com/1471-2229/14/217#.

Cơ chế hoại tử do Stagonospora nodorum trên cây lúa mì.

 Vi nấm Stagonospora nodorum gây hoại tử trên cây lúa mì bằng cách tiết ra effector protein SnTox3. Protein này tương tác với các proteins khác hình thành bởi các gen nhiễm có ưu th61 trội (dominant susceptibility genes). Nhà khoa học Peter S. Solomon và ctv. thuộc Australian National University, đã tìm thấy cơ chế của effector này thông qua nghiên cứu một giống lúa mì nhiễm bệnh. SnTox3 kích thích mạnh mẽ các lộ trình tự vệ có tính chất kinh điển của cây chủ. Khả năng ấy ở lá lúa mì đối với quang tổng hợp đã bị mất. SnTox3 kích thích các enzymes có trong quá trình biến dưỡng sơ cấp (primary metabolism) và những hợp chất có liên quan đến sự tự vệ của cây. Chính protein ấy tái lập trình cơ chế biến dưỡng và mang đến phản ứng gây chết tế bào chủ để tiếp tục chu kỳ làm hoại tử của pathogen.

Xem: http://biomedcentral.com/1471-2229/14/215

Phát triển ruồi đục trái GE để bảo vệ cây

 Các nhà khoa học thuộc ĐH East Anglia và Công ty Oxitec Ltd. Đã phát triển thành công một kỹ thuật di truyền để kiểm soát quần thể ruồi đục trái vùng Địa Trung Hải (Mediterranean fruit fly còn được gọi là medfly), một loài gây hại nổi tiếng gây thiệt hại cho trên 300 loài cây cho trái, rau, và cây cho hạt (nuts).  Ruồi Medflies hiện đang được người ta kiểm soát bằng thuốc hóa học, bẩy mồi, biện pháp sinh học, và phóng thích con đực vô sinh để không tạo ra đàn con có khả năng sống được. Trong số những kỹ thuật ấy, kỹ thuật tạo connđực vô sinh (sterile male) được xem như là giải pháp thân thiện với môi trường nhất. Tuy nhiên, con đực vô sinh không có xu hướng giao phối bởi vì phương pháp chiếu xạ được sử dụng làm chúng vô sinh, cũng làm chúng trở nên yếu ớt. Các nhà khoa học thực hiện công nghệ di truyền đã phát triển được những con đực khỏe mạnh hơn. Họ cho vào một gen chuyên biệt có tính chất “female” (tính chất của ruồi  cái) phá vỡ tính trạng phát triển trước con cái đang bước vào giai đoạn phát dục. Những quần thể được mở rộng dần trong những môi trường được kiểm soát kỹ và phơi nhiễm với một phân tử repressor hóa học. Nếu phân tử repressor này không hiện diện is trong thức ăn của ruồi GE, chỉ có con đực còn sống sót mà thôi. Con đực như vậy được phóng thích ra ngoài, giao phối với ruồi cái trong tự nhiên và chuyển tính trạng đặc biệt giới hạn tự phối của ruồi cái thành ra quần thể bầy ruồi con không có con cái nào còn sống được.

Xem http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/281/1792/20141372 (media release)  và https://www.uea.ac.uk/mac/comm/media/press/2014/August/oxitec-flies (research article).

Cơ sở cấu trúc của nòi virus gây bệnh khảm cà chua và sự đáp ứng với gen kháng Tm-1

Kazuhiro Ishibashi và ctv. (2014) đã công bố kế quả công trình này trên tạp chí PNAS, August 19, 2014; Vol.111; No.33 E3486-E3495. Giả thuyết Red Queen cho rằng các gen có chức năng trong phản ứng tự vệ của cây chủ đã tiến hóa để chống lại các ảnh hưởng bất lợi của virus gây bệnh, vì chúng cũng đang trong quá trình tiến hóa nhanh chóng. Cho dù cấu trúc 3D của các phức protein giữa cây chủ và virus đã cung cấp cho chúng ta những hiểu biết vô cùng to lớn về các xung đột ở mức độ phân tử giữa chúng, nhưng thật ra chỉ có một cấu trúc đơn biểu trưng cho một snapshot (kiểu cấu trúc bất chợt nào đó) có tính chất tiến hóa. Tác giả đã giới thiệu những chi tiết cở mức độ nguyên tử của cái gọi là “step-by-step arms race” (nòi virus xếp theo cây phân nhánh từng bước một) giữa protein có tính chất tự tái bản của virus gây bệnh khảm và protein có tính chất ức chế của cây chủ Tm-1, trong đó, sự phát hiện của cây chủ  đối với một phân tử virus (viral molecule), đối với sự xâm nhiễm có tính chất tương hợp của virus (viral adaptive evasion), sự phản ứng chống lại có tính chất tương hợp của cây chủ, và phản ứng chống lại của virus đã được miêu tả khá kỹ thông qua việc xác định những cấu trúc vô cùng phức tạp ấy của những biến thể Tm-1 (Tm-1 variants) và protein của virus. Người ta còn thông qua các phân tích sinh hóa và phương pháp mô phỏng động thái ở mức độ phân tử của các tương tác giữa những protein như vậy.

Hình 1. Cấu trúc của domain N-terminal inhibitory “Tm-1”.

A) Tổ chức của domain Tm-1 với các domains NN và NC có màu xanh dương. Domuain C-terminal có màu xanh lục. Các vị trí của gốc (residue positions) mà vị trí này xác định ranh giới của domain cũng được ghi nhận. đường màu đỏ biểu thị sequence có kết quả chọn lọc tích cực.

(B) Cấu trúc 3D của Tm-1(431) biểu thị “ribbon diagram”. Phân biệt giữa hai chuỗi polypeptide của Tm-1 homodimer căn cứ trên màu xanh dương, và màu lục lam (cyan). Các gốc T79–D112, với kết quả chọn lọc tích cực, có màu đỏ. Các sequences không có mật độ electron mang tính chất giải thích được (interpretable) (S39–K45, L80–A89, và S202–G210) được biểu thị bằng đường chấm chấm. Tất cả cấu trúc trong hình này được tạo ra bằng PyMol (32).

(C) Hình học tô pô (topology) của Tm-1(431): α-Helices biểu thị bằng hình trụ có màu đỏ tươi (magenta) và β-sheets là mũi tên có màu lục lam (cyan). Diagram này được vẽ bằng TopDraw (33).

(D) Hoạt động ức chế của Tm-1(431), Tm-1(201), và thể đột biến của chúng I91T trên sự tự tái bản ToMV RNA in vitro. Phân tử RNAs của WT ToMV, LT1, và các chủng nòi (strains) LT1 (E979K) được giải mã và tự tái bản in vitro khi biểu hiện các dẫn xuất Tm-1. Sự trộn vào của [α-32 P] CTP trong phân tử RNA (G) tổng hợp và dạng tái tổ hợp RNA (RF) được biểu hiện qua kết quả điện di.

Gen kháng virus gây bệnh khảm cà chua Tm-1  (tomato mosaic virus: viết tắt là ToMV) mã hóa một protein biểu thị không đồng dạng về trình tự DNA của nó để khẳng định những protein có chức năng khác nhau. Tm-1 binds ToMV replication proteins (những protein tự tái bản Tm-1 gắn với ToMV) tạo ra sự kiện ức chế sự hình thành phức protein có tính chất tự tái bản. Những thể đột biến của ToMV đã khắc phục được tính kháng này, chúng có sự thay thế các amino acidtrong domain của enzyme “helicase” của protein tự tái bản (ToMV-Hel). Một vùng rất nhỏ nơi gen Tm-1 định vị trong genome của loài cà chua hoang dại Solanum habrochaites đã biệu hiện được kết quả chọn lọc tích cực (positive selection) trong quá trình phản kháng của nó (antagonistic) đồng tiến hóa với ToMV. Các tác giả đã ghi nhận những cấu trúc có dạng tinh thể (crystal) đối với các domains có tính chất ức chế ở đầu N đối với Tm-1 và một thể đột biến Tm-1 tự nhiên, có I91 được thay vào bởi T. Điều ấy tạo ra một khả năng to lớn để ức chế sự tự tái bản của ToMV RNA và các phức protein của chúng với ToMV-Hel. Mỗi phức có một Tm-1 dimer và hai ToMV-Hel monomers giao diện nhau giữa cầu nối Tm-1 và ToMV-Hel nhờ phân tử ATP. Các phần còn lại của ToMV-Hel và Tm-1 bao gồm kết quả đồng tiến hóa có tính chất đối kháng (antagonistic coevolution) được người ta tìm thấy trong giao diện này. Sự khác nhau về cấu trúc như vậy giữa ToMV-Hel trong cấu hình tự do của nó và trong phức có  Tm-1 cho thấy rằng Tm-1 ảnh hưởng đến hoạt tính của men nucleoside triphosphatase đối với ToMV-Hel. Ảnh hưởng này đã được người ta xác định trong thí nghiệm. Các mô phỏng động thái học ở mức độ phân tử của các phức đuộc hình thành bởi Tm-1 với thể đột biến của ToMV-Hel cho thấy: làm thế nào amino acid thay đổi được ToMV-Hel để làm tổn hại đến sự tương tác với Tm-1, nhằm phá hỏng tính kháng bệnh. Theo kết quả nghiên cứu, cùng với đặc điểm sinh hóa của tương tác giữa ToMV-Hel và đột biến Tm-1, ảnh hưởng của đột biến trong các gốc có tính chất đa hình (polymorphic residues) của Tm-1, người ta cho rằng có một sự kiện ở mức độ nguyên tử (atomic view) với cái gọi là “step-by-step coevolutionary arms race” đã xảy ra giữa protein qui định tính kháng bệnh của cây cà chua với những biểu hiện mới của proein virus gây bệnh.

Xem http://www.pnas.org/content/111/33/E3486.abstract.html?etoc

Thông Báo

Advances in Plant Genomics 2014

Hội nghị về các tiến bộ trong genome học thực vật (Advances in Plant Genomics 2014) (APG, Online Event) được tổ chức vào ngày 7-8 tháng Mười, 2014, trực tuyến. Một diễn đàn mới có tính chất mở đường cho các sự kiện khoa học trong APG 2014. Xem chi tiết:

 http://selectbiosciences.com/conferences/index.aspx?conf=PG2014.