Tuần tin khoa học 507 (28/11-04/12/2016)

Gen OsCOS12 điều khiển sự hình thành exine trong hạt phấn và phát triển túi phấn của cây lúa

Trong cây Arabidopsis, acyl-CoA synthetase5 (ACOS5) có trong sporopollenin, một thành phần chủ lực của exine hạt phấn hoa, là tiền chất trong sinh tổng hợp exine. Nhóm nghiên cứu của Yueling Li thuộc Đại Học Shanghai Normal đã xác định tính đồng dạng của nó hiện hữu ở cây lúa (Oryza sativa), gen OsACOS12, và họ so sánh nó với gen của cây Arabidopsis. Phân tích cho thấy OsACOS12 có đến 63.9% chuỗi trình tự amino acid giống với ACOS5. Gen đột biến lặn OsACOS12 được tạo ra bởi một stop codon chưa đầy đủ trong LOC_Os04g24530 đã biểu hiện một kiểu hình bất dục đực của cây lúa. Nghiên cứu sâu hơn cho thấy gen OsACOS12 được biểu hiện trong “tapetal cells” và các bào tử cực nhỏ. Protein của nó tích tụ trong “tapetal cells” và những locules của bao phấn. Gen OsACOS12, khi cho vận hành với promoter ACOS5, có thể duy trì phục hồi phấn hoa từng phần trên gòng đột biến lặn ACOS5 của cây Arabidopsis. Kết quả nghiên cứu cho thấy OsACOS12 là dạng orthologue trong cây lúa đối với gen ACOS5 mà gen này vô cùng cần thiết cho sinh tổng hợp sporopollenin của cây lúa. ACOS5 và OsACOS12 có chức năng trong sự hình thành vách té bào hạt phấn của cây một lá mầm và cây hai lá mầm. Xem BMC Plant Biology.

Thể hiện mạnh mẽ gen RAG2 cải tiến năng suất hạt và phẩm chất lúa gạo

Gia tăng năng suất hạt và cải tiến phẩm chất gạo là mục tiêu hàng đầu trong chọn tạo giống lúa. Do đó, sự hiểu biết về các yếu tố nào góp phần vào phẩm chất hạt và phẩm chất dinh dưỡng của cây lúa là là cơ sở khoa học để phát triển một chiến lược mới trong chọn tạo giống lúa. RAG2 là một gen có tính chất “inhibitor” đối với hệ enzyme 14-to-16-kDa α-amylase/trypsin của cây lúa. Đó là albumin của protein dự trữ trong hạt thóc. Nhóm nghiên cứu của Wei Zhou thuộc Đại Học Nông Nghiệp Huazhong, Trung Quốc đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của gen RGA2 đối với năng suất lúa. Họ đã thấy rằng gen RAG2 biểu hiện khá đặc biệt trong hạt thóc đã hoàn toàn trưởng thành và đỉnh điểm của phiên mã xảy ra giữa ngày 14 đến ngày 21 sau khi lúa trổ. Khi biểu hiện, kích thước hạt thóc và khối lượng 1.000 hạt đã gia tăng đáng kể trong các dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen RAG2 so với dòng đối chứng (wild type). Trái lại, kích thước hạt giảm đi trong các dòng ức chế RAG2. Protein này và tổng lượng lipids tăng lên trong dòng biểu hiện mạnh mẽ RAG2, và giảm trong dòng ức chế RAG2. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen RAG2 làm gia tăng đáng kể kích thước hạt thóc và đồng thời cải tiến phẩm chất hạt cũng như năng suất hạt. Điều này cho thấy gen RAG2 đóng vai trò quan trọng trong điều hòa  khối lượng hạt  cũng như phẩm chất hạt. Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Phân tích kiến trúc và trình tự gen RAG2.

Sự bất hoạt của hoạt động gen cố định đạm trong cộng sinh của cây Locus japonicus thông qua việc sử dụng CRISPR-Cas9

Kỹ thuật chỉnh sửa genome (genome editing) với hệ thống CRISPR/Cas9 đã và đang được áp dụng phổ biến nhằm cải biên gen đích nào đó. Longxiang Wang và ctv. thuộc Đại Học Nông Nghiệp Huazhong, trung Quốc muốn chỉnh sửa gen có liên quan đến hoạt động cố định đạm do cộng sinh (SNF: symbiotic nitrogen fixation) của cây họ Đậu Lotus japonicus thông qua sử dụng CRISPR/Cas9. Họ đã thực hiện theo cách thức của phân tử sgRNA đối với các loci của gen đích SYMRK (symbiosis receptor-like kinase) và tạo ra được 20 cây transgenic T₀, hai trong số những cây ấy có tính chất của đột biến đồng hợp tử “biallelic”. Thành công của việc cải biên này đối với gen SYMRK, đã giúp cho nhóm nghiên cứu thiết kế được hai sgRNAs tương ứng với ba loci đồng hợp tử leghemoglobin. Đó là; LjLb1, LjLb2, LjLb3. Họ tiến hành trắc nghiệm khả năng phát sinh ra  những knockouts của gen này. Hai mươi trong số 70 cây chuyển gen đã biểu hiện các nốt rễ màu trắng, với ít nhất hai gen có tính chất đột phá (disrupted) LjLbs có trong mỗi cây. Những knockouts có tính chất “triple mutant” của LjLbs được ghi nhận bởi sự biến nạp ổn định thông qua hai phân tử sgRNAs.  Kết quả đã minh chứng rằng hệ thống CRISPR/Cas9 có thể hỗ trợ có hiệu quả việc chỉnh sử một gen đơn hoặc chỉnh sửa cùng một lúc nhiều gen trong cây Lotus japonicus (hình). Xem Frontiers in Plant Science.

Các nhà khoa học Trung Quốc lần đầu tiên chỉnh sửa gen người thông qua CRISPR

 Các nhà khoa học thuộc ĐH Sichuan, Trung Quốc đã thực hiện một nghiên cứu lần đầu tiên về chỉnh sửa gen của genome người bằng hệ thống CRISPR-Cas9. Các tế bào được cải biên ấy được chích vào một bệnh nhân mắc bệnh ung thư phổi tại bệnh viện West China, Chengdu. Theo báo cáo được công bố trên tạp chí Nature, các tế bào miễn dịch có trong máu của bệnh nhân đã được thu thập. Những gen đặc biệt có tính chất khiếm khuyết ấy đã được xử lý CRISPR-Cas9, trong đó, người ta cho phối hợp một enzyme phân cắt DNA với một chỉ thị phân tử định hướng (molecular guide) cho phép lập trình để enzyme hoạt động rất chính xác ở nơi cần hoạt động phân cắt. Gen khiếm khuyết ấy mã hóa protein PD-1. Protein này thường thường có vai trò như một cái thắng đối với phản ứng miễn dịch của tế bào: bệnh ung thư nhân cơ hội thực hiện sự tăng tế bào ung thư rất nhanh. Các nhà nghiên cứu đã cây vào những tế bào đã được chỉnh sửa rồi, nhân nhanh chúng lên, tiêm vào bệnh nhân ung thư. Họ hi vọng rằng không có PD-1, các tế bào được chỉnh sửa sẽ tấn công và triệt hạ tế bào ung thư. Họ hoạch định tiêm chích khoảng 10 bệnh nhân. Họ sẽ được theo dõi liên tục trong 6 tháng đầu xem coi có phản ứng bất lợi nào xảy ra hay không. Họ se được tiếp tục theo dõi sau đó, để xem kết quả của liệu pháp này. Xem Nature.

Hình: Gene-editing có thể cải thiện khản năng miễn dịch tế bào chống lại ung thư (Nguồn: Steve Gschmeissner/Science Photo Library)

DBT chuẩn bị cho Ấn Độ thực hiện "Brucella-Free Villages"

DBT (Department of Biotechnology) của Ấn Độ đã và đang bắt tay vào công việc tạo ra một chương trình đầy tham vọng của họ về khoa học và xã hội để làm sao mỗi một ngôi làng tại Ấn Độ không có bệnh Brucella. Vi khuẩn Brucella gây ra hội chứng Brucellosis – một bệnh truyền nhiễm trên trâu bò, làm cho sữa bị tạp nhiễm ảnh hưởng đến tất cả nhựng nông sản được chế biến từ sữa, và làm cho đại gia súc bị bệnh tấn công ở các mô và hệ thống bài tiết. Ở người, bệnh Brucellosis gây ra triệu chứng giống như bệnh cúm, gây thiệt hại về mặt kinh tế tương đương với một giá trị là 2.800 triệu rupee.  Bộ Trưởng Khoa Học, Công Nghệ và Khoa Học Trái Đất Ấn Độ  ngài Y.S. Chowdary đã thông báo một chương trình trong điểm có tên là "Brucella-Free Villages" với 50 làng mô hình phủ trên 10 Tiểu Bang, trong diễn văn khai mạc “Hội nghị quốc tế lần thứ 69 về  Xã Hội học bệnh Brucellosis, và Hội nghị quốc tế Brucellosis 2016”. Sự kiện này được tố chức bởi DBT kết hợp với ICAR (Indian Council for Agriculture Research), tại thủ đô New Delhi.

Xem  DBT Network Project website.