Tuần tin khoa học 495 (05-10/09/2016)

Gshdz4 từ đậu nành hoang dại chuyển sang cây Arabidopsis làm tăng tính chống chịu với Bicarbonate

Trong cây đậu nành, họ protein yếu tố phiên mã HD-Zip (Homeodomain-leucine Zipper) có vai trò quan trọng trong phản ứng của cây đối với stress phi sinh học. Tuy nhiên, vai trò này trong phản ứng với stress “bicarbonate” vẫn chưa được biết nhiều. Nhóm nghiên cứu của Lei Cao thuộc ĐH Nông Nghiệp Đông Bắc, Trung Quốc, đã tiến hành nghiên cứu họ gen này trong loài đậu nành hoang dại Glycine soja, chống chịu tốt với đất kiềm mặn (saline-alkaline soils). Họ đã nhận thấy rằng sự biểu hiện của gen HD-Zip gene, Gshdz4, được kích hoạt bởi stress kiềm (alkaline).

Hình: Phân tích trình tự của Gshdz4.

Biểu hiện mạnh mẽ của gen Gshdz4 trong Arabidopsis làm cho cây chống chịu được bicarbonates khi cây tăng trưởng và phát triển. Mức độ phân tử transcript của những gen có liên quan đến stress cũng tăng lên cao hơn trong cây transgenic. Tuy nhiên, sự tăng trưởng của cây transgenic và cây nguyên thủy (WT) không khác biệt có ý nghĩa trong điều kiện pH cao. Cây chuyển gen Gshdz4 có mức độ biểu hiện mạnh mẽ gen này được ghi nhận rất nhạy cảm với stress có tính chất điều tiết áp suất thẩm thấu (osmotic stress) trong giai đoạn hạt nẩy mầm. Kết quả cho thấy vai trò của Gshdz4 liên quan đến tính chống chịu bicarbonate. Nghiên cứu này đóng góp vào kho tàng kiến thức về chức năng của họ gen HD-Zip và kiến thức về cơ chế chống chịu của cây đậu nành hoang dại đối với stress do “saline-alkaline”. Xem BMC Plant Biology.

Gen GhRaf19 của bông vải liên quan đến tính chống chịu lạnh nhưng kém chống chịu khô hạn và mặn

Chức năng của MAPKKKs (Mitogen-activated protein kinase kinase kinases) có trong phát triển của thực vật và phản ứng với các loại hình stress. Tuy nhiên, rất ít phân tử MAPKKKs được xác định có chức năng rõ ràng, đặc biệt là trong cây bông vải (Gossypium hirsutum). Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc ĐH Nông Nghiệp Shandong, đứng đầu là Haihong Jia, đã định tính một gen MAPKKK của bông vải, gen GhRaf19. Sự biểu hiện của gen GhRaf19 được ghi nhận bị ức chế bởi PEG và NaCl, và bị kích hoạt bởi điều kiện nhiệt độ lạnh và bởi hydrogen peroxide. Làm câm gen GhRaf19 bằng kỹ thuật VIGS (virus-induced gene silencing) đã tăng cường tính chống chịu với khô hạn và mặn, làm giảm sự tích lũy ROS (reactive oxygen species). Cây thuốc lá Nicotiana benthamiana  thể hiện mạnh mẽ gen GhRaf19 đã được người ta phát triển bằng chuyển nạp gen để xét nghiệm sâu hơn. Những cây thuốc lá transgenics biểu hiện tính chống chịu kém hẳn đối với khô hạn và mặn, nhưng chống chịu tốt với lạnh bằng cách kích hoạt  sự thể hiện của những gen có liên quan đến ROS. Kết quả đã xác định rằng gen GhRaf19 điều tiết kém tính chống chịu với khô hạn và mặn, nhưng điều tiết tốt tính chống chịu lạnh trong cây bông vải. Xem Plant Science.

ARGOS8 với các biến thể do kết quả thao tác CRISPR-Cas9 cải tiến được năng suất hạt bắp

Gen ARGOS8 trong cây bắp điều tiết kém trong phản ứng với ethylene. Theo một kết quả nghiên cứu trước đây, những cây transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen ARGOS8 đã ức chế sự nhạy cảm đối với ethylene và làm tăng năng suất hạt trong điều kiện bị khô hạn. Để khai thác sâu hơn kết quả ấy, các nhà khoa học thuộc DuPont Pioneer, đứng đầu là Jinrui Shi, đã đánh giá 400 dòng bắp tự phối (inbreds) đối với sự thể hiện của phân tử ARGOS8 mRNA, nhằm mục đích sử dụng ARGOS8 trong chọn tạo giống chịu khô hạn. Họ đã áp dụng kỹ thuật CRISPR-Cas để tạo ra những biến thể mới (novel variants) của gen ARGOS8. Promoter tự nhiên của bắp GOS2, promoter này khởi động  một mức độ tương đối của thể hiện gen, đã được người ta chuyển vào trong vùng không dịch mã (untranslated region) của gen tự nhiên ARGOS8 hoặc được người ta sử dụng để thay thế “native promoter” của gen ARGOS8. Biến thể mới của ARGOS8 biểu hiện ra ở các mức độ nâng cao số phân tử transcript của ARGOS8. Điều này được ghi nhận ở tất các mô tế bào khảo sát. Nghiên cứu trên đồng ruộng cho thấy các biến thể ARGOS8 tăng năng suất hạt trong điều kiện bị stress khi trổ bông và năng suất không bị mất khi  ruộng bị úng nước. Giá trị của CRISPR-Cas9 system trong sáng tạo ra biến thể mới đã được minh chứng trong cải tiến giống cây trồng. Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Thanh lọc bằng kỹ thuật PCR chồi thân để tìm ra locus ARGOS8. Primer P1 và P4 đặc trưng trong chồi thân (Lanes 1-14) được tạo ra do CRISPR RNA-3 và chuyển nạp RNA-1. (M, DNA molecular weight markers).

Cải tiến sản lượng betulinic acid trong cây Betula platyphylla

Betulinic acid (BA) là một “lupane-type triterpene”, nó là một tác nhân rất triển vọng để chữa bệnh hắc tố (melanoma). BA trong tự nhiên được lấy từ thực vật. Những nghiên cứu trước đây đã thành công trong sản xuất BA từ nấm men (yeast). Các nhà nghiên cứu của Viện Hàn lâm Khoa Học Trung Quốc là Chen Zhou và Jing Li đang cố gắng cải tiến tổng hợp được BA trong nấm men với nhiều chiến lược nghiên cứu khác nhau. Đầu tiên, họ phân lập gen BPLO, một gen mã hóa lupeol C-28 oxidase (LO) của cây Betula platyphylla (hình). BPLO cho thấy có hoạt tính cao hơn trong sinh tổng hợp BA so sánh với những lupeol C-28 oxidase khác. Hai platforms của nấm men cũng được so sánh đối với kỹ thuật thao tác sản suất ra BA. Phân tích cho thấy chủng nòi WAT11 là ký chủ tốt hơn trong chu trình sản sinh ra BA so với chủng nòi (strain) CEN.PK. Người ta sử dụng chủng nòi WAT11 và gen  BPLO, để phát triển ra dòng đột biết Gal80p. Dòng đột biến này  sản sinh ra gấp 2,2 lần số lượng BA so với dòng nguyên thủy. Các nhà nghiên cứu này đã sản xuất BA trong nấm men thông qua nhiều kỹ thuật, bao gồm sử dụng một enzyme mới LO có hoạt tính cao hơn và chọn lọc một ký chủ tốt hơn cho chu trình BA. Xem BMC Biotechnology.

Nhà khoa học của nước Kenya danh dự đạt giải thưởng Norman Borlaug 2016

Dr. Andrew Mude (hình), một nhà khoa học trẻ của Kenya, là người chiến thắng trong xét tặng giải thưởng Norman Borlaug 2016 về “Field Research and Application”, do Rockefeller Foundation trao tặng, trong cuộc chiến làm giảm đói nghèo trên toàn thế giới. Mude được tặng thưởng nhờ công trình của ông phát triển bảo hiểm cho cộng đồng, nhưng ai có an sinh xã hội phụ thuộc vào chăn nuôi trâu bò, dê, cừu và lạc đà trong vùng xa, sa mạ và vùng đất tháp nhưng khô hạn thuộc Sừng Phi Châu. Ông đã sử dụng các dữ liệu vệ tinh để tìm ra những giải pháp tích cực, hữu hiệu nhất giúp cho đàn gia súc nói trên giảm thiểu những rủi ro thiệt hại của khô hạn. Việc xét tặng do Đại sứ Kenneth Quinn, Chủ Tịch “World Food Prize Foundation”, đồng chủ trì bởi Jimmy Smith, Viện Trưởng, “International Livestock Research Institute” (ILRI), vào ngày 30-8-2016, tại Nairobi, Kenya. Dr. Mude là nhà khoa học cao cấp về kinh tế (principal economist) của ILRI. Ông là nhà tiên phong trong một chương trình có tên là "Index-Based ivestock Insurance" (IBLI), chương trình này đang làm giảm đáng kể rủi ro, gây tổn thương nông dân và gia đình của học đang chăn thả dàn gia súc tại East Africa đối diện với rủi ro thường xuyên bởi khô hạn.

Theo bài báo của J.Smith@cgiar.org