Tuần tin khoa học 499 (03-09/10/2016)

OsABCG26 hình thành biểu bì túi phấn và hình thành màng ngoài của hạt phấn lúa

Chất sáp, lớp cutin biểu bì, và “sporopollenin” là cơ quan hình thành nên lớp cutin của túi phấn và màng ngoài của hạt phấn. Tiền chất của chúng được sản sinh ra bởi sự tiết ra từ thành tế bàosinh dưỡng của bào tử (secretory tapetal cells) và được vận chuyển đến bao phấn cũng như mặt ngoài của tiểu bào tử (microspore). Zhenyi Chang và ctv. thuộc Shenzhen Institute of Molecular Crop Design, cùng nhiều viện khác của Trung Quốc đã định tính được một dòng đột biến bất dục đực của cây lúa osabcg26, để nghiên cứu cơ chế hình thành lớp cutin của bao phấn và exin của hạt phấn cây lúa. Phân tích dòng đột biến này cho thấy đó là đột biến điểm của gen mã hóa một protein có tên là “ATP binding cassette transporter G26”, viết tắt là OsABCG26. Protein này thể hiện trong túi phấn và nhị đực. Phân tích sâu hơn về hình thái học cho thấy có những khiếm khuyết trong tế bào tapetum, exin của hạt phấn,  và lớp cutin của túi phấn của dòng lúa đột biến osabcg26. Sự thể hiện của những gen chủ lực có trong biến dưỡng và vận chuyển lipid đã bị thay đổi đáng kể trong túi cây của cây đột biến. Hơn nữa, sự giao phấn chéo với hạt phân cây nguyên thủy (wild type) cho thấy có một khiếm khuyết trong tăng trưởng của nhị hoa đực osabcg26, dẫn đến đậu hạt thấp. Kết quả cho thấy gen OsABCG26 giữa vai trò quan trọng trong hình thành lớp cutin của bao phấn và exin của hạt phấn cũng như tương tác giữa chúng với nhị hoa đực trong cây lúa. Xem bài viết trong Plant Science.

Gia tăng hàm lượng palmitic acid trong tinh dầu hạt bông vải thông sự điều tiết kiểu “down” của gen GhKAS2

Palmitic acid (C16:0) làm ra khoảng  25% acid béo tổng số của tinh dầu hạt bông vải truyền thống. Tuy nhiên, việc cải tiến hàm lượng palmitic acid có thể làm gia tăng tính ổn định của hiện tượng oxid hóa (oxidative stability) đối với hàm lượng dầu hạt bông, được người ta sử dụng làm “margarine” và bánh mứt. Qing Liu và ctv. thuộc tổ chức CSIRO Agriculture & Food, Úc thực hiện một nghiên cứu nhằm mục đích gia tăng hàm lượng dầu palmitic bằng kỹ thuật có thuật ngữ khoa học là “seed-specific RNAi-mediated downregulation” của β-ketoacyl-ACP synthase II (GhKASII) trong cây bông vải (Gossypium hirsutum). Họ đã thành công trong việc làm gia tăng acid béo C16 trong tinh dầu hạt bông, đạt hơn 65% acid béo tổng số. Mức độ tăng đáng kể C16 như vậy ưu tiên cho palmitic acid (51%), palmitoleic acid (C16:1, 11%) và hexadecadienoic acid (C16:2- 3%). Sự nẩy mầm hạt bông biến đổi gen chưa bị ảnh hưởng gì, khi có sự thay đổi của hàm lượng acid béo. Sự giao phấn chéo giữa dòng có palmitic cao với dòng có hàm lượng oleic cao và stearic cao cho thấy các tính trạng ấy đều có thể được chồng vào cùng một dòng. Tuy nhiên, gia tăng stearic acid bị ngăn cản bởi hàm lượng cao của palmitic acid. Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình 1: Cây di truyền của họ gen ghKAS2 của bông vải  và thể đồng dạng của KAS2s từ loài cây khác.

Zinc Finger Nuclease được phát triển trong công nghệ gen của cây cà chua

Xác định chính xác  vị trí mục tiêu của gen trong loài cây trồng là nội dung cần nhiều thời gian để phục vụ cho nghiên cứu chức năng của gen. Một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Zoe Hilioti, “Centre for Research and Technology Hellas”, Hi Lạp đã phát triển công nghệ dựa trên cơ sở zinc finger nuclease (ZFN) trong cây cà chua (Solanum lycopersicum) và đánh giá hiệu quả của nó thông qua tạo đột biến gen đích nào đó cần muốn nghiên cứu. Họ đã thiết kế một ZFN đối với “regulator phát triển” có thuật ngữ là LEAFY-COTYLEDON1-LIKE4 (L1L4) và thể hiện transgene trong hạt cà chua. Chính ZFN này cắt được vị trí mục tiêu và đã kích hoạt  sự sửa lỗi có tính chất chưa hoàn hảo được dẫn dắt bởi kỹ thuật “non-homologous end-joining”. Kết quả được ghi nhận rõ ràng, khi người ta đưa những đột biến này vào vị trí mục tiêu. Đột biến L1L4 có liên quan đến những kiểu hình không theo qui tắc nào cả. Kết quả cho thấy khả năng của một ZFN được thiết kế trong phát sinh đột biến đích của cây cà chua, điều đó giúp chúng ta tiếp cận được cách nghiên cứu và chọn tạo giống cây trồng hữu hiệu hơn. Xem Plant Cell Reports.

ISU thực hiện tổng quan nghiên cứu thực trạng của công nghệ chỉnh sửa genome với hành lang pháp lý của cây trồng mới

Genome editing với những enzyme thao tác trong công nghệ di truyền “nucleases” (GEEN) là công cụ rất có hiệu quả để phát triển nhanh  những kiểu hình mới và hữu ích. Kỹ thuật này tạo nên kiểu hình  không thể phân biệt được với kiểu hình đột biến kinh điển, mà nó không đụng chạm gì đến việc cải biên gen thông qua biến nạp. Một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Jeffrey D. Wolt thuộc Iowa State University, đã tóm tắt lại thành tựu của nội dung hành lang pháp lý các sản phẩm của GEEN. Tính không rõ ràng (vagueness) của qui trình điều tiết ấy trong kỹ thuật “genome editing” trở nên vô cùng cần thiết để người ta sử dụng khi muốn phát triển những tính trạng hữu ích nào đó. Tập trung liên tục trong xây dựng hành lang pháp lý theo một qui trình sử dụng hơn là kết quả phát triển kiểu hình mới với sự nhầm lẫn của “regulators”, phát triển sản phẩm, và công chúng chấp nhận. Thành công của GEEN  tiên tiến và những công nghệ liên quan trong cải tiến giống cây trồng sẽ bị hạn chế nếu công luận không chấp nhận và hành lang pháp lý tiếp tục bị cấm đoán với cách nghĩ đó là sản phẩm của GMO. Tính chất tập của của các nhà làm luật phải dựa trên cơ sở tính trạng của thực vật, vì đó là tiêu chuẩn đánh giá cần kíp nhất. Cho dù các nhà soạn thảo luật lệ cang đang ngỗn ngang với các dự thảo, cách tiếp cận trong ứng dụng “genome editing” để cải tiến giống cây trồng vẫn đang được ủng hộ. Tổng quan này tin tưởng rằng những tiêu chuẩn dựa trên cơ sở sản phẩm đối với luật lệ  của công nghệ chọn giống mới mẽ ấy phải được cụ thể hóa. Xem Plant Biotechnology Journal.

Phát hiện gen có thể làm suy giảm muỗi cái

Các nhà khoa học thuộc Virginia Polytechnic Institute và State University (VirginiaTech) tìm thấy một gen có thể làm suy giảm quần thể muỗi cái trong nhiều thế hệ kế tiếp. Muỗi cái chích hút máu người để sinh đẻ trứng, và truyền nguồn bệnh cho người như sốt rét, Zika, sốt xuất huyết.  Zhijian Tu và ctv. đã tìm thấy rằng: khi đặt một gen đặc biệt trong nhiễm sắc thể Y  trên “autosomes” của muỗi Anopheles stephensi (loài muỗi truyền bệnh sốt rét) sẽ giết chết 100% tất cả phôi của con muỗi cái mà tính chất ấy được di truyền bởi gen. Số bản sao chép quá nhiều  gen này, gọi là Guy1, được truyền đi không phải cho cả hai giới tính mà chỉ truyền cho con muỗi cái mà thôi.  Chính “extra copy” của gen Guy1 truyền cho một nửa dòng con, để lại vào muỗi cái không di truyền được gen này. Muốn sản sinh nhiều hơn thế hệ con là muỗi đực, thế cả dòng muỗi con ấy cần di truyền số “extra copy” của Guy1. Nhóm nghiên cứu đã nói rằng  đó là mục tiêu tương lai, mục tiêu này có thể phải cần công nghệ “genome editing”. Xem VirginiaTech News.

Điều tiết theo kiểu DOWN gen GIGANTEA-like  làm tăng cường sự tăng trưởng và tính chống chịu mặn của cây bạch dương (poplar)

Regulator của thời kỳ trổ bông GIGANTEA (GI) liên quan chặt đến hệ thống  chuyển dịch trong giai đoạn phát triển và đáp ứng với stress phi sinh học của cây Arabidopsis. Tuy nhiên, vai trò của nó trong tăng trưởng và phát triển chưa rõ ràng cũng như đối với những thách thức trong phản ứng với môi trường của cây poplar. Các nhà khoa học thuộc “Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology”, Hàn Quốc; đó là Qingbo Ke và ctv. đã phân lập được ba gen GI-like genes: PagGIa, PagGIb  và PagGIc trong cây (Populus alba × Populus glandulosa). PagGIs được tìm thấy thể hiện có tính chất chu kỳ, đạt đỉnh cao tại thời điểm “zeitgeber 12” theo điều kiện ngày dài. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen PagGIs trong cây Arabidopsis nguyên thủy (WT) kích hoạt trổ bông sớm và làm giảm tính chống chịu mặn. Trái lại, biểu hiện mạnh mẽ gen PagGIs trong cây đột biến không có gi-2 phục hồi lại tính trạng trổ bông bị trì hoãn và chống chịu mặn. Điều tiết theo kiểu DOWN của gen PagGIs dẫn đến sự thể hiện tăng trưởng mạnh, sinh khối lớn và thúc đẩy tính chống chịu mặn của cây poplar chuyển gen. Kết quả cho thấy gen GI-like genes trong cây poplar có thể được xen như cơ sở của tính chống chịu mặn. Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Hình thái học củ cây poplar RB.