Microbacterium azadirachtae CNUC13 tăng cường tính chống chịu mặn trong cây bắp 

Nguồn: Huan Luo, Chaw Su Win, Dong Hoon Lee, Lin He, Jun Myoung Yu. 2024. Microbacterium azadirachtae CNUC13 Enhances Salt Tolerance in Maize by Modulating Osmotic and Oxidative Stress. Biology (Basel); 2024 Apr 7;13(4):244.doi: 10.3390/biology13040244.

Đất nhiễm mặn là một trong những mối đe dọađến hệ sinh thái toàn cầu, an ninh lương thực, và sản lượng nông sản. Vi khuẩn PGPRs (plant growth-promoting rhizobacteria) là những bioinoculants đầy tiềm năng đưa ra phương pháp tiếp cận thân thiện với môi trường nhằm thúc đẩy năng suất cây trồng trên vùng đất bị nhiễm mặn.Công trình khoa học ngày nay cho thấy chủng nòi vi khuẩn CNUC13 trong vùng rễ của cây bắp phát huy nhiều đặc điểm của vi khuẩn PGPR và tính cống chịu stress phi sinh học. Chủng nòi vi khẩn này chống chịu đến 1000 mM NaCl và 30% polyethylene glycol (PEG) 6000, biểu hiện các tính trạng PGP của cây (plant growth-promoting P), bao gồm việc sản sinh ra indole-3-acetic acid (IAA) và siderophore cũng như tính trạng phân giải lân hữu dụng. Phân tích di truyền huyết thống cho thấy chủng nòi CNUC13 từ vi khuẩn có tên khoa học Microbacterium azadirachtae. Cây bắp cho phơi nhiễm trong nghiệm thức mặn cao đã làm ra stress có tính chất “osmotic” (co dãn ngyên sinh) và tính chất “oxidative”, làm ức chế hạt bắp nẩy mầm, ức chế tăng trưởng, làm suy giảm các sắc tố quang hợp. Tuy nhiên, cây bắp non khi được chủng vi khuẩn thuộc chủng nòi CNUC13 cho kết quả cải tiến đáng kể tỷ lệ hạt nẩy mầm và tăng trưởng cây non trong nghiệm thức xử lý mặn. Đặc biệt, khi so sánh với đối chứng, cây bắp non có xử lý CNUC13 biểu hiện sự tăng lên sinh khối, đó là khối lượng chất tươi và hệ thống rễ phát triển. Xử lý CNUC13 cũng làm tăng các sắc to61quang hợp (diệp lục tố và carotenoids), làm giảm sự tích lũy osmotic (proline) và oxidative (hydrogen peroxide và malondialdehyde) là những chỉ thị của stress, ảnh hưởng tích cực  đến hoạt tính enzyme chống ô xi hóa (antioxidant) - đó là catalase, superoxide dismutase, và peroxidase). Theo đó, nghiệm thức xử lý CNUC13 làm giảm stress có tính ô xi hóa (oxidative) và làm tăng tính chịu mặn của cây bắp. Tóm lại, kết quả nghiên cứu này chứng minh rằng M. azadirachtae CNUC13 làm tăng đáng kể sự tắng trưởng của cây bắp non bị stress mặn thông qua sự cải tiến  hiệu quả quang hợp, các regulators điều tiết áp suất thẩm thấu, chống chịu stress “oxidative”, và hoạt tính enzyme “antioxidant”. Kết quả tập trung khả năng sử dụng M. azadirachtae CNUC13 như một bioinoculant (vật liệu sinh học chủng vào cây) để làm tăng tính chống chịu stress mặn của bắp, thân thiện với môi trường nhằm giảm thiểu được ảnh hưởng bất lợi của mặn và phát triển nông nghiệp bền vững.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38666856/

Mạng lưới điều hòa gen ở cơ quan bị giới hạn và những yếu tố phiên mã thông quan nhiều tiến trình

Nguồn: Rajeev Ranjan, Sonali Srijan, Somaiah Balekuttira, Tina Agarwal, Melissa Ramey, Madison Dobbins, Rachel Kuhn, Xiaojin Wang, Karen Hudson, Ying Li, and Kranthi Varala. 2024. Organ-delimited gene regulatory networks provide high accuracy in candidate transcription factor selection across diverse processes. PNAS; April 23, 2024; 121 (18) e2322751121

Nghiên cứu này phát triển một khung nghiên cứu máy phục vụ việc xây dựng cơ sở dữ liệu biểu hiện gen “unbiased” trong từng cơ quan khác nhau, và để suy ra mạng lưới điều hòa gen trong mỗi cơ quan. Người ta chứng minh rằng phương pháp tiếp cận ấy  thành công trong dự đoán yếu tố phiên mã nào (TFs)  tham gia vào điều tiết tiến trình ở mức độ cơ quan. Người ta minh chứng được mức chính xác của dự đoán TFs sử dụng trong tổng hợp lipid của hạt như một nghiên cứu tình huống. Người ta chứng minh được mức độ thành công vô cùng to lớn để suy luận và dự đoán các regulators của TF chưa biết trước đó trong sinh tổng hợp lipid ở hạt. Phương pháp này được mô tả là phương pháp có khả năng áp dụng rộng rãi cho bất cứ loài sinh vật nào (thực vật hoặc động vật) mà chúng có cơ thể to lớn với cơ sở dữ liệu thể hiện gen mang tính chất cộng đồng.

Cơ sở dữ liệu biểu hiện gen đặc biệt tại cơ quan nào đó bao gồm hàng trăm đến hàng nghìn  thí nghiệm cho phép tái cấu trúc hệ thống điều tiết gen ở mức độ cơ quan GRNs (organ-level gene regulatory networks). Tuy vậy, tạo ra cơ sở dữ liệu ấy bị cản trở rất nhiều bởi yêu cầu quản lý thủ công, rộng rãi, nhàm chán. Ở đây, người ta thử nghiệm một mô hình phân loại có giám sát  nó có thể phân nhóm chính xác cơ quan nguồn gốc đối với hệ transcriptome thực vật. Hệ thống phân loại ấy “K-Nearest Neighbor-based multiclass” được dùng để sáng tạo ra cơ sở dữ liệu biểu hiện gen đích đặc thù cho từng cơ quan khác nhau như lá, rễ, thân, hoa, và hạt của cây mô hình Arabidopsis thaliana. Phương pháp can thiệp GRN được sử dụng để xác định: (i) TFs có tầm ảnh hưởng trong mỗi cơ quan; (ii) TFs có ảnh hửơng nhất đối với các tiến trình sinh học đặc biệt trong cơ quan đó. Phân tích “genome-wide”, GRNs được phân định trong cơ quan (OD-GRNs), thu hồi nhiều regulators đã biết trong cơ quan phát triển và trong tiến trình khởi động của cơ quan. Quan trọng hơn hết, nhiều regulators chưa được biết trước đây được khám phá như những regulators tiềm năng của tiến trình ấy. Là một “proof-of-concept” (bằng chứng khái niệm), người ta tập trung minh chứng bằng thí nghiệm những dự đoán của TFs trong tổng hợp lipid trong hạt, một nguồn lương thực quan trọng và một tính trạng có tính chất “biofuel”. Trong 20 TFs dự đoán đứng đầu, có 8 TFs là những regulators đã biết của hàm lượng dầu trong hạt, e.g., WRI1, LEC1, FUS3. Quan trọng là, tác giả minh chứng được dự đoán về MybS2, TGA4, SPL12, AGL18, và DiV2 là regulators của sinh tổng hợp lipid hạt. Tác giả làm rõ cơ chế phân tử của MybS2 và cho thấy nó kích hoạt họ gen mã hóa “purple acid phosphatase”  và gen tổng hợp lipid nhằm tăng cường hàm lượng lipid trong hạt. Đây là phương pháp tiếp cận có khả năng phát triển cho bất cứ loài sinh vật nào với cơ sở biểu hiện gen đầy đủ nhất để tìm ra  regulators độc đáo của bất cứ tính trạng mong muốn nào đó.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2322751121

Chỉnh sự hệ gen cây lúa thông qua CRISPR/Cas12i3

Nguồn: Ping Lv, Fei Su, Fangyuan Chen;, Chunxue Yan, Dandan Xia, Hui Sun, Shanshan Li, Zhiqiang Duan, Changle Ma, Hui Zhang, Mugui Wang, Xiaomu Niu, Jian-Kang Zhu, Jinshan Zhang. 2024. Genome editing in rice using CRISPR/Cas12i3. Plant Biotechnol J.; 2024 Feb; 22(2):379-385. doi: 10.1111/pbi.14192.

Hệ thống CRISPR/Cas type V-I là họ của hệ thống nuclease có thể lập trình mà nó ưa thích một PAM ưa thích (T-rich protospacer adjacent motif) và được hướng dẫn bởi một phân tử crRNA ngắn. Theo đó, việc ứng dụng chỉnh sửa gen của Cas12i3, một loại hình của họ V-I “endonuclease”, được định tính trong cây lúa. Người ta phát triển một hệ thống iMAGE trên cơ sở CRIPSR/Cas12i3 (Multiplex direct repeats (DR)-spacer Array Genome Editing)

Hệ thống ấy hiệu quả trong chỉnh sửa nhiều gen trong cây lúa. Lý thú là iMAGE sản sinh ra nhiều biến thể cấu trúc nhiễm thể với một tần suất cao hơn hệ thống CRISPR/Cas9. Bên cạnh đó, tác giả đã phát triển được base editors thông qua Cas12i3 bị vô hiệu hóa và tạo ra cây lúa kháng thuốc cỏ thông qua base editors ấy. Hệ thống CRIPSR/Cas12i3-based genome editing sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho cải tiến giống phân tử  của cây trồng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37822083/

Xác định một gen ứng cử viên tại locus I mang tính trội điều khiển tính trạng củ hành tây màu trắng (Allium cepa L.)

Nguồn: Geonjoong Kim, Heejung Cho & Sunggil Kim. 2024. Identification of a candidate gene for the I locus determining the dominant white bulb color in onion (Allium cepa L.). Theoretical and Applied Genetics; 6 May 2024; Volume 137, article number 118

Thông qua phương pháp “map-based cloning”, người ta phát hiện gen mã hóa yếu tố phiên mã R2R3-MYB như là một gen đích ở locus I điều khiển di truyền tính trội “màu củ hành tây trắng”.

Củ hành tây (Allium cepa L.) có màu trắng đã được xác định di truyền tại loci C hoặc I. Gen đích này tại locus C đã được phân lập trước đây rồi, nhưng gen đích còn có chức năng tại locus I chưa được phân llập trước đây. Muốn xác định gen ứng cử viên tại locus I, có độ lớn phân tử khoảng 7-Mb, vùng DNA mang locus I của hành tây và cây bunching onion (A. fistulosum), đọc trình tự toán hệ gen thông qua hai chỉ thị phân có liên kết chặt chẽ. Trong quãng phân tử ấy, gen AcMYB1, được biết là một regulator tích cực của sản sinh ra anthocyanin. Không có trình tự có tính đa hình được tìm thấy giữa alen AcMYB1 quy định màu trắng và đỏ trong chuỗi trình tự DNA dài 4.860-bp. Tuy nhiên, đoạn phân tử dài 4.838-bp của LTR-retrotransposon được xác định thành công trong “white allele”, tại vùng trên của mật mã di truyền 79-bp tính từ vị trí “stop codon”. Sự cèn vào đoạn phân tử “LTR-retrotransposon” sáng tạo ra “stop codon” sớm, làm ra sự thay thế 26 amino acids với 7 gốc khác nhau. Một chỉ thị phân tử được phát triển trên cơ sở chèn đoạn của phân tử “LTR-retrotransposon” để phân tích kiểu gen locus I. Mối liên kết hoàn hảo giữa kiểu hình màu củ hành tây trắng và kiểu gen marker được quan sát trong tập đoàn có 5.303 cá thể của quần thể phân ly. Phiên mã gen AcMYB1 cho thấy biểu hiện bình thường trong củ hành tây trắng và đỏ, nhưng phiên mã gen CHS-A, mã hóa “chalcone synthase” ở bước đầu tiên của sinh tổng hợp anthocyanin, đã bị bất hoạt trong củ hành tây trắng. Như vậy, một protein bất thường AcMYB1 sản sinh từ alen đột biến có thể có chức năng di truyền trội điều khiển màu trắng của hành tây.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04626-9