Tuần tin khoa học 491 (08-14/08/2016)

Stomatal Carpenter 1 điều tiết sự đóng mở khí khổng trong thực vật

Những tế bào bảo vệ cây là loại tế bào đặc biệt trong biểu bì thực vật, chúng hình thành nên những khí khổng (stomatal pores). Chúng được chuyển hóa thông qua sự phân bào rất đặc biệt mà sự phân bào ấy được điều tiết bởi yếu tố phiên mã có tên là SPEECHLESS (SPCH). Trước đây, yêu tố phiên mã STOMATAL CARPENTER 1 (SCAP1) được người ta cho rằng chúng có chức năng GC. Các nhà khoa học thuộc “Università degli studi di Milano”, đứng đầu là Giulia Castorina, vừa chứng minh được rằng: sự thể hiện của SCAP1 cũng có thể được quan sát trươc khi xảy ra bất cứ sự phân hóa GC nào đó (GC differentiation). Phân tích cây transgenic mang gen proSCAP1:GUS-GFP mã hóa protein đóng vai trò yếu tố phiên mã cho thấy: sự biểu hiện của SCAP1 đạt mức cao nhất cùng một lúc với sự thể hiện của các gen điều tiết sự đóng mở khí khổng. Những thể đột biến Scap1 thuộc loại hình “loss-of-function mutants” thể hiện con số suy giảm đáng kể cac tế bào bảo vệ cây (guard cells) trong khi các dòng thể hiện mạnh mẽ gen SCAP1 có số lượng gia tăng đáng kể các tế bào bảo vệ cây trong sự thay đổi cách thức phân bố và không gian của chúng. Kết quả cho thấy vai trò của SCAP1 đối với sự phân hóa những “guard cells” cũng như phân bố về không gian của các tế bào này. Xem BMC Plant Biology.

Hình 1 Sự thể hiện gen SCAP1 trong lá. (a-c) GUS staining của dòng scap1-2 và (d-i) là đại diện của dòng transgenic proSCAP1:GUS-GFP. Hình chụp vào các giai đoạn khác nhau của sự phát triển lá từ ngày 5 (a, d) đến ngày 7 (b, e). Hình (g, h) cho thấy  “transversal sections” của tượng khối sơ khởi lá trong cây có gen proSCAP1:GUS-GFP ở ngày 5, (g) và ngày 7 (h). Hình (i) GCs đặc biệt nhuộm GUS ở các giai đoạn trưởng thành khác nhau tại lá thứ sau sau 3 tuần lễ. Bars = 50 μm (a, b, g, h); 500 μm (c, f); 100 μm (d, e, f); 1 mm (i)

Hai gen kháng bệnh phấn trắng của cây nho hoang dại

Các loài nho Trung Quốc đang thu hút sự chú ý của các nhà chọn giống bởi tính kháng của chúng đối với bệnh phấn trắng do Erysiphe necator gây ra. Dániel Pap và Summaira Riaz thuộc Đại Học California đã đánh giá nhiều mẫu giống nho Vitis piasezkii đối với tính kháng bệnh phấn trắng. Nhóm tác giả này đã tiến hành phân tích quần thể F₁ của một cặp lai giữa mẫu giống nho nhiễm bệnh Vitis vinifera và mẫu giống nho kháng bệnh V. piasezkii DVIT2027. Họ đã xác định được hai gen kháng chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể số 9 (Ren6) và nhiễm sắc thể 19 (Ren7). Cả hai loci này được khởi động bởi sự lập trình tế bào chết ngay từ ban đầu, nhưng rất khác nhau về phản ứng với tốc độ và mức độ kháng. Gen Ren6 liên quan đến tính kháng hoàn toàn trong khi gen Ren7 liên quan đến tính kháng từng phần (partial resistance) đối với bệnh này. So sánh tính kháng của các gen Ren6, Ren7 và Run1 của cây Muscadinia rotundifolia, người ta thấy rằng tốc độ và mức độ kháng của gen Ren6 mạnh hơn Run1 mà gen Run1 mạnh hơn gen Ren7. Việc tìm thấy các loci này cho chúng ta một tiềm năng khá lớn để kết hợp các loci ấy phát triển giống nho có tính kháng bền vững hơn bệnh phấn trắng (powdery mildew). Xem BMC Plant Biology.

Hệ thống vận chuyển thể nguyên sinh (protoplast) nhanh và rẻ của Switchgrass

Có một đột phá mới trong sử dụng các hệ thống “protoplast” để giúp người ta thanh lọc nhanh trong sự kiện làm câm gen (gene silencing) và sự kiện “genome editing” đối với công nghệ phân tử siRNA, miRNA, và CRISPR. Cây thân thảo có tên tiếng Anh là “switchgrass”, tên khoa học là Panicum virgatum L., cần được phát triển tạo nên dòng mới có thành tế bào suy giảm để nó không quá cứng, nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất ra nhiên liệu sinh học từ cỏ này. Người ta cố gắng tạo ra những cây thân thảo mong muốn ấy, bằng chuyển nạp gen, có đặc tính hóa học của thành tế bào hoàn toàn bị thay đổi, nhưng kết quả thành công còn rất khiêm tốn. Việc tốn quá nhiều nhân lực, thời gian và tiền bạc, người ta cần phải tìm cách thanh lọc cây transgenic mong muốn bằng con đường cải biên “protoplast system”, mà con đường này cung cấp được các dữ liệu ở giai đoạn đầu tiên, để giảm thiểu những gen ứng cử viên có giá trị hoàn thiện kém tại các tiêu điểm cần ưu tiên để phát triển giống transgenic.Tuy nhiên, việc xác định protoplast trong cây switchgrass rất tốn kém, cần nhiều enzyme đắt tiền và đòi hỏi chất lượng mẫu DNA tách chiết rất cao. Các nhà khoa học thuộc “Đại Học Tennessee”, đứng đầu là Kellie P. Burris, đã báo cáo được hệ thống xác định protoplast rẻ tiền, thông qua sử dụng kỹ thuật nuôi cấy “mesophyll” (tế bào diệp nhục) và kỹ thuật nuôi cấy trong huyền phù (cell suspension culture). Công trình này cho thấy giá thành giảm đáng kể so với các phương pháp trước đây đối với cỏ switchgrass.Hơn nữa, hiệu quả của chuyển nạp gen đã được tối ưu hóa cho dù mẫu DNA tách chiết không tốt lắm. Xem Plant Cell Reports.

Giống lúa “superstar” làm giảm sự thất thoát phân bón, gây gây ô nhiễm môi trường

Một nhóm các nhà khoa học thuộc Canada và Trung Quốc đã xác định được các giống lúa 'superstar' có thể làm giảm sự thất thoát của phân bón, giảm giá thành sản xuất lúa và không gây ô nhiễm cho môi trường. Các giống lúa ấy thuộc loại hình indica (trồng phổ biến tại Ấn Độ, Trung Quốc và Nam Á) và loại hình japonica (rice used in sushi). Nhóm nghiên cứu này đứng đầu là Giáo sư Herbert Kronzucker, Đại Học Toronto Scarborough, đã xem xét 19 giống lúa  có tính chất hấp thu nitrogen rất hữu hiệu. Giống Zhongjiu25 (ZJ25) đạt hiệu quả tốt nhất trong loại hình indica và Wuyunjing7 (WYJ7) trong loại hình japonica.  Họ đã phân lập được một nhóm hóa chất mới đã phát sinh ra và phóng thích bởi rễ lúa, trực tiếp tạo ảnh hưởng trên cơ chế biến dưỡng của vi sinh vật trong đất trồng lúa. Họ đã tìm thấy những phản ứng chủ chốt của vi sinh vật làm cho việc hấp thu nitrogen không hữu hiệu, và tìm ra giải pháp làm giảm có ý nghĩa hiện tượng này, giúp cây lúa phóng thích ra hóa chất cần thiết từ tế bào rễ lúa. Xem chi tiết tại websites của University of Toronto Scarborough và Chinese Academy of Sciences. (hình: Giáo sư Herbert Kronzucker đang phân lập ra cây lúa "superstar" làm giảm sự thất thoát phân bón và không gây ô nhiễm môi trường - Photo by Ken Jones).