Tuần tin khoa học 503 (31/10-06/11/2016)

Phân tích chức năng gen Phytoene Synthase 1 trong cây lúa mì

Phytoene synthase 1 (PSY1) là enzyme điều hòa rất quan trọng trong sinh tổng hợp carotenoid. Tuy nhiên, chức năng của nó trong cây lúa mì (Triticum aestivum) chưa được biết rõ. Các nhà khoa học Trung Quốc, đứng đầu là Shengnan Zhai thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông nghiệp, đã nghiên cứu chức năng và sự điều tiết của gen Psy1 thông qua phương pháp nghiên cứu di truyền ngược (reverse genetics). Mức độ phân tử transcript của gen Psy1 trong các dòng lúa mì có xử lý phân tử RNA can thiệp đều giảm. Hàm lượng sắc tố vàng (YPC) giảm đáng kể so với đối chứng, xác định vai trò của tích lũy carotenoid. Nhóm nghiên cứu còn quan sát một loạt các gen ứng cử viên có trong chu trình thứ cấp và trong những tiến trình biến dưỡng then chốt mà những nội dung ấy đáp ứng với sự điều tiết theo kiểu DOWN của gen Psy1. Nghiên cứu sâu hơn cho thấy rằng domain giàu “aspartate” rất quan trọng cho chức năng của gen Psy1, với những nucleotides được bảo tồn bên cạnh ảnh hưởng của domain YPC thông qua điều tiết sự thể hiện gen, hoạt tính của enzyme hoặc sự kiện splicing xen kẽ. Kết quả cho thấy những khía cạnh về điều tiết màu sắc của bột mì và sự cải tiến về di truyền về phẩm chất lúa mì xét trên màu sắc và/hoặc tính chất dinh dưỡng đặc biệt của nó. Xem BMC Plant Biology. (Hình: Sơ đồ của phân tử “RNAi cassette” trong plasmid pRNAiPsy1.)

Biểu hiện flavodoxin của vi khuẩn lam gắn liền với tính kháng stress phi sinh học của cỏ Creeping Bentgrass

Flavodoxin (Fld) là nguồn sống của vi sinh vật quang hợp giống như một thể mang electron có tính chất luân phiên trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Fld của vi khuẩn lam (cyanobacteria) có khả năng bù đắp ferredoxin từ thực vật bậc cao vào hầu hết tiến trình vận chuyểnt electron trong điều kiện bị stress. Một nhóm các nhà khoa học đứng đầu là Zhigang Li thuộc ĐHNN Huazhong, Trung Quốc, đã khai thác tiềm năng của Fld nhằm cải tiến phản ứng với stress của thực vật, đặc biệt là cây cỏ “creeping bentgrass” (Agrostis stolonifera L.) (hình). Cây chuyển gen biểu hiện mạnh mẽ Fld sẽ tăng cường nhiều hơn sự phản ứng với oxi hóa (oxidative), khô hạn và stress nóng cũng như khi cây “đói” nitrogen so với giống đối chứng (wild-type). Nghiên cứu sâu hơn cho thấy sự biểu hiện mạnh mẽ Fld ảnh hưởng sự thể các gen khác liên quan đến stress, kích thích gen mã hóa những protein sốc nhiệt (heat-shock protein). cây transgenic còn làm tăng sự tích tụ  N và tăng hàm lượng chlorophyll tổng số nhiều hơn cây đối chứng. Kết quả cho thấy vai trò cực kỳ quan trọng của Fld trong lập trình sự tăng trưởng và phát triển của cây cũng như sự đáp ứng của cây đối với các stress do môi trường ngoại cảnh gây ra. Khả năng sử dụng Fld trong cây trồng đáp ứng với công nghệ tạo ra sự chống chịu stress của cây. Xem Plant Biotechnology Journal.

Phát sinh đột biến gen đích P450 liên quan đến tính bất dục đực trong cây một lá mầm

Phát sinh đột biến gen đích thông qua việc sử dụng những endonuclease DNA có lập trình, ví dụ như CRISPR và TALENs, là phương pháp đầy triển vọng trong nghiên cứu chức năng của gen trong thực vật và cải tiến năng suất cây trồng. Gần đây, có một phương pháp làm giảm được công sức khử đực cây mẹ tự phối trong sản xuất thương mại hạt ưu thế lai đã được người ta mô tả. Hệ thống ấy liên quan đến việc xác định các gen mục tiêu đối với sự phát triển hạt phấn hoặc bao phấn, đó là gen P450 hữu thụ trong cây bắp, được biết với tên gọi là Ms26. Tuy nhiên, gen P450 này chưa được xác định trong những cây một lá mầm khác với cây bắp. Nhóm các nhà nghiên cứu, đứng đầu là A. Mark Cigan thuộc DuPont Pioneer đã thiết kế và sử dụng một “homing endonuclease, Ems26+” để phát sinh những đột biến in planta trong cây lúa, lúa miến và lúa mì những loài đồng dạng (orthologs) của cây bắp Ms26. Giống như bắp, các đột biến gen “Ms26 ortholog” trong cây lúa và cây lúa miến ngăn ngừa được sự hình thành của hạt phấn, gây quả gây bất dục đực cho cây. Tuy nhiên, cây lúa mì tứ bội theo kiểu “allohexaploid” có những đột biến gen P450 tương tự chỉ trong một thuộc ba genome là hữu thụ mà thôi. Phát sinh đột biến có vị trí đích cụ thể và đặc điểm “subsequent”  của những gen hữu thụ đực trong cây lúa miến và cây lúa mì có thể là bước khởi đầu vô cùng quan trọng để cải thiện năng suất thông qua công nghệ sản xuất hạt lai. Xem Plant Biotechnology Journal.

Protein xử lý việc lạm dụng cocaine trong lá cây thuốc lá

 Gần đây, người ta cho rằng cocaine hydrolase (CocH3) dung hợp với vùng có chứa sắt dưới dạng tinh thể (crystallizable) trong “immunoglobulin G1” của người, ký hiệu là CocH3-Fc, là một cách chữa trị đầy triển vọng đối với người nghiện nặng. Tuy nhiên, sản xuất đại trá protein này với enzyme vẫn còn khó khăn rất lớn. Do vậy, một nhóm các nhà kho học  thuộc ĐH Kentucky, Hoa Kỳ, đứng đầu là Guojun Wang, có gắng xác định được nguồn vật liệu giá rẽ, khá thi và ổn định của CocH3-Fc. Họ đã cho biểu hiện thành công CocH3-Fc trong lá cây Nicotiana benthamiana (tobacco). Protein biểu hiện trong cây, ký hiệu là pCocH3-Fc, đã được tìm thấy  rất tích cực hoạt động trong tế bào động vật có vú. Tuy nhiên, so với CocH3-Fc biểu hiện trong tế bào động vật có vú, thì pCocH3-Fc có đời sống ngắn ngủi hơn một nửa. Sự dung hợp như vậy với Fc không kéo dài được một nửa ấy của pCocH3-Fc, tuy vậy, nó đã làm gia tăng năng suất  của enzyme biểu hiện trong cây dưới cùng những điều kiện như nhau. Nghiên cứu đã chứng minh rằng khả năng biểu hiện trong thực vật của pCocH3-Fc là khả thi. Nhóm nghiên cứu còn đề nghị rằng  sản xuất pCocH3-Fc trong thực vật nên tập trung vào việc phát triển những vectors với các gen phụ trợ/các promoters cầ thiết để cải thiện phẩm chất và năng suất. Xem BMC Biotechnology. (hình: Phân tích động thas1i và điện di của pCocH3-Fc và CHO cells-expressed CocH3-Fc.)

THÔNG BÁO

Hội nghị khoa học về cây trồng GMO

Hội nghị khoa học về cây trồng GMO được tổ chức tại: Taking Stock – 20 Years of GM Crops – 40 Years of ‘Genetic Engineering, Mexico City, MEXICO; vào ngày 1-2 tháng 12, 2016. Xem chi tiết conference website.

Các nhà khoa học “Biofortification” nhận giải thưởng  World Food Prize năm 2016, tại Des Moines

Giải thưởng World Food Prize năm 2016 thuộc về Drs. Maria Andrade, Howarth Bouis, Jan Low, và Robert Mwanga trong ngày trao giải thưởng này 13 tháng Mườ năm 2016 tại Iowa State Capitol, Des Moines, Iowa, Hoa kỳ. Drs. Andrade, Low, và Mwanga là người của Trung Tâm Nghiên Cứu Khoai Tây Quốc tế (CIP) được vinh danh nhờ công trình nghiên cứu "the single most successful example of biofortification" với giống khoai lang “orange”. Dr. Bouis là người sáng lập ra HarvestPlus, một tổ chức tập trung cải tiến dinh dưỡng và sức khỏe cộng đồng thông qua chiến lược “biofortification” (không dùng thuốc tây mà sử dụng thực phẩm ăn được).

Xem World Food Prize.