Tuần tin khoa học 498 (26/09-02/10/2016)

Yếu tố phiên mã ONAC095 đóng vai trò đối nghịch trong chống chịu khô hạn và lạnh của cây lúa

Một số yếu tố phiên mã NAC giữa vai trò trọng yếu trong phản ứng với stress phi sinh học. Nhóm nghiên cứu của Lei Huang thuộc ĐH Zhejiang, trung Quốc vừa định tính một gen mã hóa NAC phản ứng với stress của cây lúa, đó là gen ONAC095. Họ đã khai thác chức năng của nó trong chống chịu stress lạnh và khô hạn. Sự thể hiện của gen ONAC095 được người ta tìm thấy điều tiết theo kiểu UP bởi stress khô hạn và khi xử lý abscisic acid (ABA), nhưng nó điều tiết theo kiểu DOWN bởi stress lạnh. Hai dòng lúa transgenic, một biểu hiện mạnh mẽ gen ONAC095 (ONAC095-OE) và một gen bị ức chế ONAC095 (ONAC095-SRDX), được người ta tạo ra. Cây lúa ONAC095-OE cho kiểu hình có tính so sánh được với cây nguyên thủy (wild types) trong điều kiện xử lý khô hạn và lạnh. Mặt khác, cây ONAC095-SRDX không những biểu hiện tính chống chịu hạn tăng lên, mà còn biểu hiện sự giảm tính chống chịu với lạnh. Những cây ONAC095-SRDX thể hiện tính nhiễm cao hơn với nghiệm thức xử lý ABA, với mức ABA cao, và thay đổi biểu hiện của sinh tổng hợp ABA cũng như các gen tham gia sự biến dưỡng. Phân tích chức năng của ONAC095 chứng minh rằng gen này đóng vai trò đối nghịch trong chống chịu stress khô hạn và lạnh. Gen như vậy điều tiết âm tính phản ứng với khô hạn, nhưng điều tiết dương tính với lạnh của cây lúa. Xem BMC Plant Biology.

Hình 1 Đặc điểm cấu trúc của ONAC095, cis-elements trong promoter của ONAC095 và sự thể hiện đáp ứng với stress của ONAC095.

Defensin thực vật của cây họ đậu liên quan đến tính kháng bệnh rỉ sắt của cây lúa mì

Bệnh rỉ sắt trên lá lúa mì do vi nấm Puccinia triticina (Pt) gây ra làm thiệt hại về mặt kính tế rất lớn trên toàn cầu, với hơn 50% mất mát về năng suất.  Trong những năm gần đây, nông dân đã sử dụng giống kháng để quản lý bệnh này, nhưng bản chất di truyền tính kháng chỉ tồn tại rất ngắn và bị phá vở khi có một chủng nòi vi nấm Pt có độc tính mới xuất hiện. Do vậy, Jagdeep Kaur và ctv. thuộc “Donald Danforth Plant Science Center” đã phát triển một dòng lúa mì transgenic có tính kháng bền vững với bệnh rỉ sắt. 

Họ đã chuyển nạp hai giống lúa mì có gen mã hóa protein “antifungal plant defensin” (MtDEF4.2) của cây họ đậu Medicago truncatula. Các dòng transgenic này thể hiện MtDEF4.2 được đánh giá và thấy rằng sự chuyển nạp gen như vậy không ảnh hưởng gì đến sự cư trú ở rễ của vi nấm có lợi “arbuscular mycorrhizal fungus”, tên khoa học là Rhizophagus irregularis. Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng sự thể hiện MtDEF4.2 trong cây lúa mì có thể giúp cây chống lại bệnh rỉ sắt trên lá mà không có một ảnh hưởng bất lợi nào trên sự cộng sinh của nấm mycorrhizal có lợi.  Xem Transgenic Research.

Tăng cường tính kháng bệnh đạo ôn lúa bằngđột biến CRISPR/Cas9 gen OsERF922

Enzyme SSNs (sequence-specific nucleases) được biết là những công cụ rất đắc lực phục vụ nội dung cải tiến giống cây trồng, với CRISPR/Cas9 được hiểu như một yếu tố hiệu quả bậc nhất. Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc ĐH, Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc và ĐH Nông Nghiệp Nam Trung Hoa báo cáo kết quả cải tiến giống lúa kháng bệnh đạo ôn bằng thao tác tại gen OsERF922 của cây lúa thông qua việc sử dụng CRISPR/Cas9 SSN (C-ERF922). Hai mươi mốt thể đột biến C-ERF922 với nhiều biến thể khác nhau tại vị trí mục tiêu được người ta tạo nên. Tất cả alen đột biến C-ERF922 cũng được tìm thấy trong thế hệ con lai sau đó. Từ đây, sáu dòng đột biến T₂ đồng hợp tử được xem xét tính kháng bệnh đạo ôn và các tính kháng nông học mong muốn. Tất cả sáu dòng đột biến đã biểu hiện vết bệnh đạo ôn giảm khi có sự xâm nhiễm của pathogen so với cây nguyên thủy. Bên cạnh đó, không có khác biệt ý nghĩa của 6 dòng đột biến này và cây nguyên thủy. Kết quả cho thấy CRISPR/Cas9 có thể là phương pháp tiếp cận hữu hiệu nhằm tăng cường tính kháng bệnh đạo ôn cho cây lúa. Xem Public Library of Science.

Hình 1. CRISPR/Cas9-kích hoạt sự cải biên của gen OsERF922 trong cây lúa.

Nguồn cây vani có tiềm năng cho mùi vị

Cây vani (vanilla: Vanilla planifolia) (hình)  là một trong những cây gia vị phổ biến nhất trên thế giới. Tuy nhiên, có ít hơn 1% hương vị vanilla trên thị trường bắt nguồn từ thiên nhiên (tài nguyên thực vật tự nhiên), với cái gọi là “vanilla orchid”. Năm 2015, nhiều công ty thực phẩm Hoa Kỳ bao gồm Nestlé đã tuyên bố rằng họ chỉ sẽ sữ dụng nguyên liệu tự nhiên (natural flavors) trong sản phẩm của họ, cùng lúc ấy nguồn vanilla tự nhiên vô cùng khan hiếm. 

Trong tạp chí ACS Chemical and Engineering News (C&En), mọi nỗ lực của các công ty hương liệu phải đáp ứng được yêu cầu có vanilla tự nhiên được thảo luận. Evolva, một doanh nghiệp công nghệ sinh học, đã phát triển một qui trình sử dụng vi khuẩn biến đổi gen để tạo ra vanillin glucoside. Nhóm đường thuộc “glucoside” phải được tách ra để lấy vanillin. Vi khuẩn này đã sử dụng vanillin sản sinh ra như một sản phẩm tạo hương vị mà không vi phạm luật lệ của Hoa Kỳ về dán nhãn GMO và có thể tự bước ra khỏi sự phê phán về cái gọi là “no-artificial ingredient”. 

Nhà thực vật học Nethaji Gallage và Birger Møller thuộc ĐH Copenhagen đã báo cáo rằng bất cứ tế bào thực vật nào trong nhân hạt cây “green vanilla” đều chuyển đổi enzyme từ dạng “free ferulic acid” thành ra “vanillin glucoside”. Những tế bào ấy biểu hiện một gen mã hóa enzyme cực kỳ năng động, đó là vanillin synthase. Họ có thể sử dụng sự biến thiên của gen này để tạo ra vanillin trong một chủng nòi cải biên của nấm men (yeast) và trong cây thuốc lá cải biên cũng như cây lúa mạch cải biên.  Xem C&En và GLP.

Di truyền cây bắp giúp các nhà khoa học nghiên cứu tính thích ứng với biến đổi khí hậu

Các nhà khoa học thuộc ĐH California Davis đang thực hiện một dự án nghiên cứu về tính thích ứng về mặt di truyền của cây bắp đối với những điều kiện môi trường khác nhau. Họ đang xem xét cơ sở di truyền của tính thích ứng của cây bắp với các môi trường có độ cao khá lớn (high-elevation), nhằm phát hiện ra làm thế nào cây bắp hoang dại và cây bắp thuần hóa thích ứng với những khí hậu mới. Họ so sánh các tính trạng nông học và tính trạng di truyền của nhiều giống bắp từ cao trình thấp đến cao, sự dụng loài bản địa và loài hoang dại từ các vùng sinh thái khác nhau. Họ còn nghiên cứu di truyền quần thể bắp teosinte, để xem làm thế nào teosinte này đáp ứng với những điều kiện khác nhau như đã nói ở trên. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng giống bắpđể xem sự thích ứng của cây trong cải tiến giống, bởi vì nó được trồng trên diện rộng và khả năng thích nghi rất lớn đối với vùng sinh thái trên thế giới. Đây là cơ hội để học có được những kiến thức vô cùng sâu rộng về tài nguyên di truyền thực vật trong nghiên cứu di truyền cây bắp. Xem UC Davis website.