Biểu hiện đầy đủ Peroxiredoxin Q giúp cây Lisianthus (hoa cát tường) chống chịu stress phi sinh học

Stress phi sinh học do môi trường bị nhiễm mặn, ánh nắng gay gắt, nhiệt độ nóng làm cây gia tăng hàm lượng ROS (reactive oxygen species). Hàm lượng ROS dư thừa sẽ gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Peroxiredoxin (Prx) là một trong những enzyme của ROS đầu tiên trong thực vật. Peroxiredoxin Q (PrxQ), một thành viên của họ protein Prx, vừa được người ta dòng hóa thành công từ cây trồng. Muốn làm làm rõ chức năng bảo vệ của PrxQ trong suốt thời kỳ bị stress phi sinh học, người ta đã nghiên cứu làm gia tăng khả năng ấy trong cây hoa cát tường Lisianthus (tên khoa học là Eustoma grandiflorum) để xem xét sự thể hiện của gen mã hóa PrxQ (SsPrxQ) lấy từ cây seepweeds (tên khoa học là Suaeda salsa). Kết quả cho thấy protein rPrxQ thể hiện hoạt tính của antioxidant và hoạt tính của thioredoxin-dependent peroxidase in vitro. Thêm vào đó, sự biểu hiện đầy đủ SsPrxQ làm gia tăng tính chống chịu mặn và cường độ ánh sáng mạnh. Theo nghiên cứu này, SsPrxQ có thể được dùng để phát triển cây trồng kháng stress.

Xem http://link.springer.com/article/10.1007/s11032-013-9982-1.

Hình: Hoa Cát Tường (Lisianthus)

Đậu nành có hệ thống bảo vệ mới chống lại tuyến trùng gây sưng rễ  (Cyst Nematodes)

Những nghiên cứu trước đây trên cây Arabidopsis thaliana đã cho thấy rằng salicylic acid (SA) là kích thích tố sinh trưởng có chức năng kích hoạt hệ thống tự vệ của thực vật chống lại các pathogen có tính chất biotrophic (ký sinh trên tế bào sống) và hemi-biotrophic (ký sinh trên cả tế bào sống và tế bào đã hoại tử) cũng như hạn chế được sự sinh sản của tuyến trùng ký sinh cây. Mặt khác, jasmonic acid (JA) rất cần thiết cho hệ thống tự bảo vệ của cây chống lại pathogen có tính chất necrotrophic (ký sinh trên tế bào hoại tử). Kiến thức này có từ những nghiên cứu trên cây Arabidopsis được ứng dụng vào cây đậu nành. Nhiều gen của  Arabidopsis mã hóa các hợp phần của sinh tổng hợp SA và JA. Chúng truyền tín hiệu trong cơ chế kháng đối với tuyến trùng gây sưng rễ đậu nành (SCN: Heterodera glycines). Có 3 gen thể hiện mạnh mẽ của Arabidoposis trong trường hợp dòng đậu nành chuyển gen. Điều ấy làm giảm đáng kể số lượng các cysts hình thành bởi tuyến trùng SCN đến con số 50% so với đối chứng. Ba gen này là AtNPR1, AtTGA2 và AtPR-5. Ba gen khác của Arabidopsis đã làm giảm số lượng của SCN cysts ít nhất 40%, đó là AtACBP3, AtACD2 và AtCM-3. Trong khi đó, sự thể hiện của gen AtDND1 làm gia tăng tính nhiễm tuyến trùng SCN. Sự hiểu biết về hệ thống tự vệ của cây đối với pathogen trong kết quả nghiên cứu cây Arabidopsis có thể được chuyển vào cây đậu nành và những gen ấy thể hiện khá mạnh mẽ.

Xem  http://www.biomedcentral.com/1471-2229/14/96/abstract.

Thể hiện gen DOG1-like  kiểm soát tính ngủ nghỉ của hạt mễ cốc

Tính ngủ nghỉ của hạt hay còn gọi là miên trạng (seed dormancy) là một tính trạng nông học khá chặt chẽ đối với từng loài hoặc giống cây trồng. Nó có vị trí quan trọng trong điều hành chu kỳ sống của cây trồng hàng niên. Nó là tính trạng quan trọng biển biện sự thích nghi của giống. Tuy nhiên, nhiều giống lúa mì (Triticum aestivum) đã bị thiếu ở một mức độ cần thiết về tính ngủ nghỉ của hạt và trở nên bị tổn thương khi nẩy mầm sớm không theo qui luật chung. Mặt khác, lúa mạch (Hordeum vulgare) có khả năng ngủ nghỉ của hạt khá biến thiên giúp chúng nẩy mầm tránh tình trạng đồng nhất và quá nhanh. Người ta cần có sự cân bằng tính trạng này giữa lúa mì và lúa mạch. Gen DOG1 từ cây Arabidopsis có khả năng làm rõ biến dị tự nhiên trong tính trạng ngủ nghỉ của hạt. Trong khi đó, gen giống như DOG-1 được gọi là DOG1-like gene, tìm thấy trong mễ cốc, có chức năng giống như gen DOG1 trên cơ sở những nghiên cứu trước đó. Theo kết quả gần đây nhất, hai gen DOG1-like là TaDOG1L4 của lúa mì và HvDOG1L1 của lúa mạch, được du nhập vào giống lúa mì Fielder. Sự thể hiện đầy đủ của hai gen này làm tăng cường tính ngủ nghỉ của hạt trong cây lúa mì transgenic. Các tính trạng nông học quan trọng khác không bị ảnh hưởng. Gen TaDOG1L4 có vẽ hoạt động tốt hơm gen HvDOG1L1I trong việc tăng cường tính ngủ nghỉ của hạt. Thự hiện kỹ thuật “Knock down” gen TaDOG1L4  trong giống lúa mì Fielder bằng phân tử can thiệp “double-strand RNA interference” cũng giảm giảm được tính ngủ nghỉ của hạt trong giống Fielder chuyển gen.

Xem  http://link.springer.com/article/10.1007/s11248-014-9800-5/fulltext.html.

Giống cây gỗ biến đổi gen phục vụ làm bột giấy và nhiên liệu sinh học

Các nhà nghiên cứu thuộc Đại Học British Columbia (UBC) đã thực hiện công nghệ di truyền tạo ra giống cây biến đổi gen trở nên dễ thao tác hơn trong sản xuất bột giấy và nhiên liệu sinh học (biofuel). Họ đã cải biên được lignin, một cơ chất quan trọng có trong thành tế bào của hầu hết cây cho gỗ để chế biến ra bột giấy, giấy, và nhiên liệu sinh học. Việc tách chiết lignin là tiến trình cần số lượng lớn các chất hóa học và cần năng lượng. Chính điều đó gây ra hậu quả chất thải không mong muốn trong công nghiệp. Dẫn đầu nhóm nghiên cứu là nhà khoa học Shawn Mansfield đã cải biên được lignin giúp cho người ta dễ dàng lấy ra mà không cần nhiều ảnh hưởng khác đối với sức mạnh của cây gỗ trong tự nhiên. Những nỗ lực đầu tiên nhằm xác định vấn đề gì có trong cây đa niên làm cây lùn hơn trong khi tăng trưởng, hoặc cây trở nên nhạy cảm với gió lớn, tuyết, sâu bệnh hại. "Chúng tôi đang thiết kế mô hình cây gỗ phục vụ cho công nghệ chế biến với đầu tư năng lượng ít hơn, hóa chất ít hơn, và cơ bản là hồi phục nhiều hơn carbohydrate của gỗ so với hiện trạng," Mansfield đã phát biểu như vậy.

Xem bản tin UBC http://news.ubc.ca/2014/04/03/researchers-design-trees-that-make-it-easier-to-make-paper/.

Hình: UBC phát triển phương pháp cải biên polymer của gỗ sao cho việc phá gãy dễ dàng hơn. Photo: Notneb82, Wikimedia Commons.

Thuốc chữa bệnh virus “yellow-head” cho tôm

 Yellowhead virus (YHV) là pathogen chính gây bệnh penaeid cho các loài tôm. Sự bùng phát YHV đã gây thiệt hại kinh tế nặng nề ở Thái Lan đến hàng triệu đô là Mỹ. Do vậy, người ta rất cần có một biện pháp phòng và chữa trị có tiềm năng đối với bệnh này trong sản xuất. Những nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng tự tái bản của YHV bị chặn đứng một cách mạnh mẽ bởi tiêm phân tử can thiệp dsRNA tương ứng với gen protease của virus (dsYHV) hoặc gen Rab7 của tôm (dsRab7). Tỷ lệ chết của tôm giảm hẳn. Mặc dù phương pháp này đối với YHV thông qua chủng dsRNA đã được minh chứng trong nhiều năm qua, nhưng nó không thích hợp cho nông dân áp dụng ở qui mô trang trại trong sản xuất do tính chất không thực tiễn của nó. Quản lý thuốc bằng đường miệng (Oral administration of dsRNA) là cách tiếp cận tiếp sau đó. Vì vây, kỹ thuật cho ăn (oral feeding) các vi khẩn Escherichia coli thể hiện gen Rab7 của tôm (dsRab7) hoặc YHV protease gene (dsYHV) đã được người ta thí nghiệm, xem có ngăn chận được sự tái bản của YHV và làm giảm tôm chết hay không? Dòng E. coli HT115 biểu hiện đầy đủ dsRab7 hoặc dsYHV hoặc kết hợp dsRNAs trong agar; rồi cho tôm ăn ở giai đoạn tôm ấu trùng trước khi có YHV xảy ra. Sau 4 ngày cho ăn liên tục, ảnh hưởng ức chế xảy ra khá mạnh mẽ trên tỷ lệ tôm chết  được quan sát trên nghiệm thức dsRab7 (hiệu quả cao nhất), đạt đỉnh điểm ở mức 70% giảm so với đối chứng; trong khi dsYHV là 40%. Điều ấy chứng minh rằng hiện tượng làm câm gen (silencing) của việc thể hiện shrimp Rab7 mRNA thông qua kỹ thuật cho ăn thực phẩm có dsRab7 đã thành công.

Xem: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168165614001199.

Vi khuẩn GM làm tăng hàm lượng Acetate

 Acetobacterium woodii có một hiệu qủa làm tăng đáng kể sự kiện cố định CO₂ (CO₂ fixation), nhờ kỹ thuật cải biên di truyền. Điều này làm tăng hàm lượng acetate, sản sinh thông qua carbonylation (hiện tượng carbonyl hóa) chất methanol, tiền chất của hàng loạt các sản phẩm hóa học thí dụ như polyvinyl acetates. Có khoảng 2 triệu tấn acetate mỗi năm được sản xuất theo phương pháp công nghệ sinh học như vậy với vi khuẩn có tính chất “aerobic acetogenic”, thí dụ như vi khuẩn Acetobacter và Gluconobacter, qua sự kiện lên men mật rỉ đường. Các nhóm vi sinh vật ấy đều có lộ trình chế biến khi cố định carbon dioxide nếu ion hydrogen có mặt. Gen mã hóa những enzymes như vậy đều có trong lộ trình này; chúng là những đích đến của sự cải biên di truyền của Acetobacterium. Để những gen này thể hiện được một cách mạnh mẽ, việc sản sinh ra acetate của các chủng nòi (strain) vi khuẩn cải biên di truyền phải gia tăng mạnh mẽ dưới những điều kiện pH thích hợp cho phản ứng xảy ra. Hàm lượng acetate cuối cùng của các chủng nòi vi khuẩn tái tổ hợp ấy (recombinant strains) đạt trên 50 g/L và ở mức độ thấp  là 1.5–2 g/L tính theo sinh khối tế bào khô (drycell mass) ít nhất 4 ngày trong điều kiện tự dưỡng (autotrophic). Người ta rất lý thú trong sử dụng các vi khuẩn có tình chất “autotrophic acetogenic”.

Xem  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168165614001084.