Tuần tin khoa học 493 (22-28/08/2016)

Thao tác di truyền trên giống bắp trắng sản sinh ra astaxanthin

 Astaxanthin là một ketocarotenoid thường được tìm thấy trong thực vật thuộc Crustaceae. Nó được xem như là một chất có vai trò thực phẩm chức năng cho người. Gemma Farre và ctv. thuộc Đại Học Lleida-Agrotecnio Center, Tây Ban Nha cùng với nhiều đồng nghiệp khác thuộc các cơ quan nghiên cứu của Châu Âu đang phát triển giống bắp chuyển gen có khả năng sản sinh ra chất carotenoid có giá trị cao này chứa trong hạt bắp. Họ đã đưa vào β-carotene hydroxylase và β-carotene ketolase trong bộ gen của giống bắp trắng (white maize) để thúc đẩy chu trình carotenoid, với astaxanthin như là sản phẩm cuối cùng rất mong muốn. Sau đó, họ cho thể hiện mạnh mẽ phytoene synthase, enzyme kiểm soát sự phát sinh ra chất carotenoid, nhằm tăng cường sản lượng chất carotenoid. Mặt khác, họ tiến hành “knock-down” enzyme lycopene ε-cyclase đối với những tiền chất có tính chất trực tiếp trong khi vận hành chu trình carotenoid. Dòng transgenic tạo ra astaxanthin như vậy được phát triển, và cho lai với một giống bắp có hàm lượng dầu thực vật cao. Mục đích của thí nghiệm nhằm gia tăng ham lượng astaxanthin với khả năng tồn trữ tốt astaxanthin. Xem Transgenic Research.

Isoamylase 1 ảnh hưởng đến việc sản sinh ra tinh bột và kiến trúc của amylopectin trong nội nhũ của lúa mì cứng

 Sự thiếu hụt hoạt động của Isoamylase 1 (Isa1) trong lúa, bắp và lúa mạch ảnh hưởng đến thành phần tinh bột trong nội nhũ hạt. Francesco Sestili và ctv. thuộc Đại Học Tuscia, Italy đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu Isa1 trong lúa mì cứng (durum whaet). Tiến đã tiến hành kỹ thuật “knock-down” Isa1 trong giống lúa mì cứng bằng cách sử dụng phân tử RNA can thiệp (RNA interference). Các nội nhũ của giống lúa mì transgenic được phân tích sau đó. Hàm lượng polysaccharide của nội nhũ rất khác với loại hình lú mì nguyên thủy theo nhiều kiểu khác nhau. Có một sự suy giảm hàm lượng tinh bột cũng như tăng cường tương đối cả hai chất  phytoglycogen và β-glucan. Những thay đổi ấy còn được tìm thấy trong phân bố chiều dài chuỗi dây amylopectin và cấu trúc amylopectin. Sự hiện diện của amylopectin trong nội nhữ giống lúa mì transgenic còn được ghi nhận có tính chất thủy phân sau khi xử lý bằng acid clorhydric (HCl). Kết quả cho thấy Isoamylase 1 có vai trò quan trọng trong tổng hợp và xác định cấu hình bên trong của amylopectin của giống lúa mì cứng. Xem Plant Science.

Kỹ thuật di truyền “recombineering” khởi động đột biến trực tiếp tại chổ

Kỹ thuật tạo đột biến tại chổ (SDM: Site-directed mutagenesis) được người ta sử dụng trong nghiên cứu sản phẩm dịch mã, trong khi xác định chức năng của genome. Bên cạnh đó, tái tổ hợp có tính chất đồng hợp tử (HR: homologous recombination) là một tiến trình, trong đó, các đoạn phân tử DNA đồng dạng thay đổi những nucleotides để thực hiện việc sửa lỗi các đoạn DNA bị đứt gãy. Cơ chế ấy đã được người ta ứng dụng nhằm cải biên những plasmids và bây giờ được gọi với thuật ngữ “recombineering”. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Ashutosh Trehan thuộc Đại Học Turku, Phần Lan giới thiệu phương pháp “single-step”, có thuật ngữ khoa học là REPLACR-mutagenesis (Recombineering of Ends of linearised PLAsmids after PCR), trong việc tạo nên những cải biên có tính chất “site-directed” của các plasmids thông qua kỹ thuật “in vivo recombineering”. Phương pháp “EPLACR-mutagenesis” bao gồm chỉ có những sản phẩm PCR của vi khuẩn thể hiện ra những protein có tính chất “recombineering”. Trong phương pháp REPLACR mutagenesis, các cặp primers có đột biến mong muốn được thiết kế tại vùng mục tiêu đặc biệt nào đó của vector nguyên gốc. Một sản phẩm “linear PCR” với cả hai đầu chứa các trình tự giống hệt nhau được người ta tạo ra. Vi khuẩn thể hiện những protein của “recombineering” bấy giờ được chuyển nạp với sản phẩm PCR ấy, rồi sự kiện tái tổ hợp xảy ra tiếp theo đó bên trong con vi khuẩn, kết quả là một plasmid vòng có chứa đột biến mong muốn. Xem tạp chí Nature.

BplMYB46 – gen ảnh hưởng đến tính chống chịu stress phi sinh học và tổng hợp thành tế bào thứ cấp của cây cho gỗ Birch

 Các yếu tố phiên mã thực vật MYB kiểm soát nhiều tiến trình khác nhau, như sự phân hóa, sự phát triển và phản ứng với stress phi sinh học. Các nhà khoa học thuộc ĐH Northeast Forestry, đứng đầu là Huiyan Guo, đã nghiên cứu gen BplMYB46, một gen MYB của cây “birch” (cây gỗ có tên khoa học là Betula platyphylla). Họ đã đánh giá cây gỗ birch transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen BplMYB46 hoặc cây chuyển gen làm câm BplMYB46, để xem xét vai trò đặc biệt của gen ấy. Phân tích cho thấy BplMYB46 có thể cải tiến được tính chống chịu mặn và điều tiết áp suất thẩm thấu bằng cách gây ảnh hưởng thể hiện gen SOD, POD và P5CS nhằm gia tăng việc thanh lọc ROS (reactive oxygen species). Nó còn điều tiết sự đóng mở của khí khổng để làm giảm sự mất nước. Biểu hiện mạnh mẽ gen BplMYB46 còn làm gia tăng hàm lượng lignin, làm dầy thêm thành tế bào thứ cấp và sự thể hiện của những gen trong quá trình hình thành nên thành tế bào thứ cấp (secondary cell wall). Phân tích còn cho thấy protein BplMYB46 kết gắn với MYBCORE và AC-box motifs. Nó trực tiếp kích hoạt sự thể hiện của các gen ấy với những promoters thuộc các motifs như vậy. Ngần ấy làm tăng cường phản ứng với stress phi sinh học và sự tổng hợp thành tế bào thứ cấp. Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Phân tích BplMYB46 binding motifs. (a) Schematic diagram của effector protein và kiến trúc của reporter thông qua phân tích Y1H. (b) Phân tích sự kết gắn của BplMYB46 đối với MYBCORE và AC-box thông qua Y1H. (c) Schematic diagram của effector protein và kiến trúc reporter bằng cách sử dụng tính chất đồng thể hiện trong cây thuốc lá. (d, e) nhuộm màu GUS (d) hoạt động của GUS (e) Xét nghiệm sinh học tính kết gắn của BplMYB46 đối với AC-box và MYBCORE motifs trong cây thuốc lá. Thanh sai số là giá trị độ lệch chuẩn (SD) của ba lần nhắc lại trong thí nghiệm.

Giải trình tự con sâu Maduca sextaI trên cây thuốc lá (Tobacco Hornworm)

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, đứng đầu là Giáo Sư Gary Blissard thuộc Boyce Thompson Institute và Giáo Sư Michael Kanost thuộc Kansas State University, đã tiến hành giải trình tự bộ genome con sâu sừng Maduca sexta trên cây thuốc lá (tobacco hornworm) phục vụ nghiên cứu sinh học côn trùng. Sâu sừng trên cây thuốc lá có tên khoa học là Manduca sexta, phát triển thành bướm “Carolina sphinx”. Chữ Manduca có nguồn gốc từ chữ la tinh có nghĩa là “glutton” (háu ăn) vì sâu này ăn rất nhiều. M. sexta xuất hiện tự nhiên ở vùng Bắc, Trung và Nam Mỹ. Nó trở thành sâu gây hại cho các nhà vườn, ăn lá cây cà chua, ớt, cà tím và khoai tây. Genome được giải trình tự ấy có để giúp cho người ta cải tiến được những nghiên cứu sinh học phân tử, sinh lý học và sinh học về thần kinh trong ngành côn trùng và có thể giúp cho chúng ta phát triển những phương pháp mới để quản lý loài côn trùng này. Genome sequence có thể được tìm hiểu thông qua National Agricultural Library và National Center for Biotechnology Information (NCBI). Xem Boyce Thompson Institute và Kansas state University websites.