Tuần tin khoa học 504 (07-13/11/2016)

Biểu hiện mạnh mẽ gen HvPAPhy_a làm tăng hoạt tính phytase trong rơm rạ và hạt lúa mạch

Phytases thủy phân thành phytic acid, hợp chất phosphor dự trữ quan trọng nhất trong hạt thực vật. Trong quá trình phân giải phytic acid, các men “phytases” thực sự có khả năng sinh học (bioavailability) của phosphate. Một nhóm nghiên cứu, đứng đầu là Inger Bæksted Holme thuộc Đại Học Aarhus, Đan Mạch vừa công bố công trình khoa học của học về gen HvPAPhy_a (phytase purple acid phosphatase), biểu hiện trong quá trình phát triển hạt lúa mạch (Hordeum vulgare), xác định sự gia tăng của hoạt tính men phytase trong hạt, cũng như trong cơ quan khác của cây lúa mạch. Nhóm nghiên cứu này biểu hiện mạnh mẽ gen này trong lúa mạch và men phytase được quan sát thấy biểu hiện thường xuyên trong lúa mạch. Hoạt động phytase được tìm thấy trong hạt chín, trong lá còn xanh cũng chất khô của các phần trong cơ quan tăng trưởng của cây. Thế hệ T₂ của HvPAPhy_a biến nạp trong cây lúa mạch cho thấy hoạt tính của men phytase tăng lên gấp 19 lần. Hơn nữa, hoạt tính của men phytase tăng lên đáng kể trong lá xanh và trong rơm khô. Cây lúa mạch chuyển gen HvPAPhy_a có hoạt tính rất cao men phytase bao gồm nhiều khả năng sử dụng khác nhau, bao gồm việc sử dụng hạt lúa mạch làm thức ăn để có đủ dinh dưỡng phosphate theo kiểu tận dụng khả năng sinh học thay vì uống thuốc (bio-available phosphate). Tiềm năng sử dụng khác là gốc rơm rạ chứa nhiều phytase có thể được cày vùi vào trong đất để phóng thích phosphate liên kết với phytate phục vụ cho yêu cầu tăng trưởng cây trồng. Xem Plant Biotechnology Journal. Hình: Sơ đồ của T-DNA với 35S:PAPhy_a vector và vị trí phân cắt hạn chế của BamHI.

TaCAD12 – gen điều khiển tính kháng bệnh mắt én (Sharp Eyespot) của cây lúa mì

 Bệnh mắt én (Sharp eyespot) do nấm Rhizoctonia cerealis gây ra là đối tượng gây hại nghiêm trọng trên cây lúa mì (Triticum aestivum L.). Trong cây Arabidopsis, bất cứ hệ men CADs (cinnamyl alcohol dehydrogenases) nào đều được biết có liên quan đến sự tổng hợp monolignol và phản ứng của cây đối với  pathogen là vi khuẩn gây hại. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về  CADs trong hệ thống tự vệ của cây lúa mì. Nhóm nghiên cứu của Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc, đứng đầu là Wei Rong, đã xác định được một gen CAD của lúa mì, đó là gen TaCAD12 có vai trò tự vệ của cây lúa mì. Các múc độ biểu hiện phân tử transcript của gen TaCAD12 trong dòng lúa mì kháng bệnh mắt én thể hiện rất cao so với mức độ biểu hiện transcript của các dòng nhiễm bệnh. Phân tích cho thấy protein TaCAD12 trong  CAD enzyme là đáng tin cậy và hiệu quả xúc tác khá rõ ràng đối với cả hai coniferyl aldehyde và sinapyl aldehyde. Người ta tiến hành knockdown gen TaCAD12 trong cây lúa mì đã ức chế đáng kể tính kháng bệnh mắt én, trong khi sự biểu hiện mạnh mẽ gen TaCAD12 đã tăng cường tính kháng bệnh của cây lúa mì transgenic. Hơn nữa, bất cứ gen tự vệ nào và bất cứ gen điều hành sinh tổng hợp monolignol đều điều tiết theo kiểu UP  trong cây lúa mì biểu hiện mạnh gen TaCAD12, nhưng điều tiết theo kiểu DOWN trong cây bị câm gen TaCAD12. Xem Frontiers of Plant Science.

Công cụ dựa trên kỹ thuật CRISPR để tìm hiểu tương tác giữa cây chủ và pathogen

 Khoa học hiện đại “OMICS” đã và đang được ứng dụng trong xác định khả năng của gen kháng / nhiễm trong bất cứ loài sinh học nào, tạo ra khả năng rất lớn trong bảo vệ mùa màng. Tuy nhiên, minh chứng cho các gen mục tiêu ấy vần còn bị cản trở bởi sự thiếu hệ thống gen hiệu quả, nhanh và chính xác của thực vật. Đặc biệt, CRISPR/Cas9 đang tiến triển với những nghiên cứu mới bên cạnh kỹ thuật chỉnh sử genome (genome editing) của sinh vật prokaryotes và eukaryotes. Abdellah Barakate và ctv. thuộc James Hutton Institute, Anh Quốc (hình) đã mô tả hệ thống CRISPR/Cas9 và những ứng dụng trong kỹ thuật thao tác gen. Họ tóm lược  những nghiên cứu gần đây nhất, tập trung vào pathogens của cây trồng và thảo luận khả năng ứng dụng CRISPR/Cas9 trong nghiên cứu kiểm soát côn trùng gây hại cũng tương tác giữa ký chủ và ký sinh đối với chương trình cải tiến giống cây trồng và bảo vệ thực vật. Xem Frontiers in Plant Science.

Công nghệ mới về “gen  editing” giúp chữa bệnh do rối loạn trong máu của chuột

Các nhà khoa học của Carnegie Mellon University và Yale University đã phát triển một công nghệ có thuật ngữ là “next-generation gen editing system” chữa được bệnh huyết học có tính di truyền  trong chuột với sự hỗ trợ của nghiệm thức “simple intra-venous”. Hệ thống mới này sử dụng phân tử PNA (state-of-the-art peptide nucleic acid), một loại hình nucleotide tổng hợp tại Carnegie Mellon's Center for Nucleic Acids Science and Technology. Nó tránh được các sự kiện trước đây thường hay gặp khi thực hiện kỹ thuật editing với CRISPR, mà kỹ thuật này gắn liền với kỹ thuật “DNA-cutting enzymes” để cắt hạn chế phân tử DNA  tại vị trí mục tiêu nào đó khi chỉnh sửa một gen mục tiêu. Hệ thống mới của Carnegie Mellon/Yale được thiết kế để mở  dây xoắn kép DNA và gắn rất gần với vị trí mục tiêu theo một cách thức rất chuyên môn hóa mà không cắt tế bào trong quá trình chỉnh sửa khiếm khuyết của gen “hemoglobin subunit beta”. Đây là liệu pháp chữa bệnh huyết học ví dụ như “beta thalassemia” và “sickle cell”.

Xem Carnegie Mellon University website.