Tuần tin khoa học 508 (12-18/12/2016)

Phát triển giống cà chua kháng bệnh thông qua công nghệ chuyển gen Bt

Sâu đục trái cà chua (Helicoverpa armigera) là một trong những côn trùng gây hại nặng nề nhất trong sản xuất cà chua, đặc biệt tại Ấn Độ Trong cà chua, không có gen kháng sâu đục tráivà công việc lai tại giống truyền thống để quản lý sâu hại này không hiệu quả. Một nhóm các nhà khoa học Ấn Độ đã sử dụng công nghệ Btđể phát triển giống cà chua kháng sâu đục trái. Thông qua chuyển gian giáp tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium, giống cà chua Arka Vikas thể hiện được protein Cry2A tạo ra tính kháng lại sâu đục trái cà chua. Sự hợp nhất vào genome của transgene được người tác xác định bằng kỹ thuật PCR và ELISA. Cây transgenic thể hiệntính kháng rất mạnh mẽ sâu đục trái. Trung bình có 95%sâu chết trong vòng 24 giờ sau khi thả sâu vào trái cà chua. Theo đó, công nghệ Bt có thể xem là phương tiện hữu hiệu để phát triển giống cà chua kháng sâu hại nói chung. XemJournal of Horticultural Sciences.

Xác định gen kháng bệnh Fusarium Head Blight của lúa mì

Cải tiến thành tế bào (cell wall fortification) là một trong những cơ chế tính kháng tốt nhấtcủa lúa mì (Triticum aestivum) đối với sự tấn công của nấmFusarium graminearum,gây ra bệnh FHB (Fusarium head blight). Phân tích các dòng lúa mì gần như đẳng gen kháng bệnh FHB (NIL-R) dẫn đến việc xác định nhiều cơ chất biến dưỡng (metabolites)có liên quan đến tính kháng (RR: resistance related), gồm có những hydroxycinnamic acid amides, ví dụ nhưcoumaroylagmatine vàcoumaroylputrescine. Sử dụng các metabolites như vậy, nhóm nghiên cứu của ông Udaykumar Kage thuộc McGill University, Canada đã xác định một genmã hóaagmatine coumaroyl transferase, có tên là genTaACT, một ứng cử viên để kháng được FHB. GenTaACTđược tìm thấy nằm trong vùngFHB quantitative trait loci trên nhiễm sắc thể số 2DL (FHB QTL-2DL). Phân tích trình tự gen TaACTtrong các dòng lúa mì kháng và nhiễm bệnh FHB cung cấp cho chúng ta nhiềuchỉ thị SNPs(single nucleotide polymorphisms) và có hai“inversions” trong gen này, nó có thể rất quan trọng về chức năng của gen. Vai trò củaTaACTtrong tính kháng bệnh FHB được chứng minhthông qua kỹ thuật VIGS (virus-induced gene silencing) trong cây lúa mì cũng như thông qua các nghiên cứu bổ sung trên đột biếnactcủa cây Arabidopsis.XemPlant Biotechnology Journal.

Cải biên genome thông qua gen “Sequence-Specific Nucleases” trong cải tiến giống cây trồng

Genome editing là kỹ thuật cho phép con người cải biến một cách chính xác trình tự DNA và thu được một tiềm năng cực lớn trong cải tiến giống cây trồng. Thao tác trong bộ genome cây trồng có liên quan đếnnội dung khởi đầu của phân tử DNA dây xoắn kép được tháo ra và đứt gãy bằng SSN (sequence-specific nucleases) để bắt đầu hoạt động sửa lỗi DNA, cả kỹ thuật NHEJ (non-homologous end joining) hoặc kỹ thuật HDR (homology-directed repair). Sự cải biện bộ genome thông qua phương pháp SSNs-mediated HDR trong xác định gen đích cho phép chúng ta thay thế hoặcdu nhập vào những đột biến điểm rất chính xác, cũng nhưhợp nhất gen ngoại lai tại những vị trí đặc biệt bào đó. Xu hướng sử dụng SSNs có tính chất lập trình, ví dụ nhưzinc finger nucleases (ZFNs), và TALENs(transcriptional activator-like effector nucleases), cũng như xu hướng sử dụng hệ thống CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat) giúp cải biên bộ genome thực vậtvới thao tác mang tính chất quản lý của con người tốt hơn. Tuy nhiên, khả năng của kỹ thuật “gene targeting” vẫn chưa thực sự cải tiến được tính trạng của cây, vìNHEJ chiếm ưu thế nhiều hơn tiến trình chỉnh sửa lỗi DNA trong tế bào somatic và cạnh tranh mạnh mẽ với chu trìnhHDR. Nhóm các nhà nghiên cứu của Yongwei Sun thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc đã tổng kết phát triển và ứng dụng gần đây của kỹ thuật định vị gen đích một các chính xác trong thực vật với ba hệ thốngSSN. Họ đối diện với thách thức và đưa ra những triển vọng trong tương lai nhằm tạo thuận lới trong thực hiện công nghệ chỉnh sử genome thông qua kỹ thuậtSSNs-mediated gene targetingtrong cải tiến giống cây trồng. Xem Frontiers in Plant Science.

Genetic Editing giống nho và táo qua chỉnh sửa protoplasts với CRISPR/Cas9 Ribonucleoproteins

Khả năng của giải trình tự bộ genome và  những công cụ trong “genome editing” là nội dung quan trọng của cách mạng công nghệ sinh học đối với loài cây ăn tráithông qua những thay đổi di truyền. Trong khi việc phân phát qua plasmid của kỹ thuật genome editing tỏ ra vô cùng hiệu quả, thì nó lại tạo ra những hạn chế mới. Hơn nữa, nó có thể cắt mất luôn các tiến trình có trong văn kiện pháp lý GMO, để thương mại hóa giống cây trồng mới.Mickael Malnoy thuộc Foundation Edmund Mach, Italy, cùng với các đồng nghiệp đã phát triển kỹ thuật trực tiếp chạy CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs) thuần khiết vào protoplast của giống nho đang canh tác: giống Chardonnay, và giống táo ngon Golden, th6ong qua kỹ thuật vô cùng hiệu quảlà đột biến điểm. Họ đã nhắm đích đếnMLO-7, một gen nhiễm để gia tăng tính kháng bệnh phấn trắng (PM: powdery mildew) của cây nho. Mặt khác, học xác định đúng vị trí của genDIPM-1, DIPM-2vàDIPM-4trong cây táo, với hi vọng là gia tăng tính kháng bệnh“fire blight”. Đột biến theo vị trí đích như vậy cho phép sự chèn vào hoặc sự cắt đi (indel) với nhịp độ kiểm soát được phân tích thông qua giải trình tự sâu (deep sequencing). Kết quả cho thấy chuyển trực tiếp CRISPR/Cas9 RNPs vào hệ thống protoplast cho phép chỉnh sửa gen đích trong cây nho và cây táo. Đây là báo cáo đầu tiên ghi nhận sự thành công của CRISPR/Cas9 RNPs trong chuyển nạp vào protoplast của giống nho và giống táo. Xem Frontiers in Plant Science.

THÔNG BÁO

Plant Genomics and Gene Editing Congress - Asia

Đại Hội Genomics Thực Vật và Chỉnh Sử Gen: Á Châu được tổ chức tại Hong Kong, vào ngày 10-11, tháng Tư năm 2017. Xem thông báo chi tiết tại event website.