Tuần tin khoa học 511 (02-08/01/2017)

GEN OsMADS1  ức chế microRNA172 trong sự vươn dài của võ trấu trên và trấu dưới của hạt thóc

Nguồn: Zhengyan Dai, Jiang Wang, Mulan Zhu, Xuexia Miao, Jiang Wang, Mulan Zhu, Xuexia Miao and Zhenying Shi. 2016. OsMADS1 Represses microRNA172 in Elongation of Palea/Lemma Development in Rice. Front. Plant Sci., 20 December 2016 | https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01891

Tính chất chuyên biệt của cơ quan hoa lúa là tiêu chí quan trọng đối với phát triển hình thái của hoa và kiến trúc hoa tự. Mặc dù có rất nhiều gen tham gia việc điều tiết sự hình thành kiến trúc hoa lúa, những những hiểu biết hiện nay của chúng ta về hệ thống điều tiết ấy vẫn còn rất tãn mạn. Các gen mã hóa MADs-box là những thành viên rất căn bản trong mô phỏng ABCDE, mà mô phỏng này định dạng cơ quan hoa lúa. Gen OsMADS1 chuyên biệt hóa có tính chất quyết định sinh mô tạo hoa và sự xác định võ trấu trên / võ trấu dưới (lemma/palea) của hạt thóc. Tuy nhiên, trong lộ trình này, gen OsMADS1 điều tiết các cơ quan gắn liền với hoa lúa vẫn còn mù mờ; ở đây, người ta đã xác định họ microRNA172 (miR172) (di truyền biểu sinh) có thể là regulators ở miền dưới của gen OsMADS1. Kết quả nghiên cứu di truyền cho thấy có sự biểu hiện mạnh mẽ của mỗi gen miR172 làm so võ trấu trên / võ trấu dưới vươn dài ra và tính chất không xác định được của hoa lúa, tương tự như kiểu hình đột biến osmads1. Trái lại, sự biểu hiện mạnh mẽ của mỗi gen mục tiêu APETALA2 (AP2) làm cho võ trấu trên và dưới đều ngắn lại. Mức độ biểu hiện và tính chuyên biệt của từng miR172 bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi OsMADS1, theo phân tích Northern blot và phân tích In situ hybridization.Về di truyền học, AP2-3 và AP2-2 biểu hiện mạnh sẽ cứu được tính vươn dài của võ trấu và cho phép nó phát triển rất trái ngược nhau của trấu trên và trấu dưới trong cây lúa biến đổi gen can thiệp OsMADS1RNAi. Theo kết quả này, người ta đề nghị rằng trong cây lúa, gen OsMADS1 và miR172s/AP2s đã hình thành một hệ thống điều tiết trong sự phát triển cơ quan của hoa lúa, đặc biệt là sự vươn dài ra của võ trấu trên / trấu dưới. Xem: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2016.01891/full

HÌNH 1. Kiểu hình của cây lúa có miR172Oes

Ứng dụng CRISPR trong hoa phong lan Dendrobium

Dendrobium officinale là loài hoa phong lan đặc biệt có thể tăng trưởng mà không cần trãi qua sự thụ hàn (vernalization). Vì trình tự genome của D. officinale đã được thực hiện xong xuôi, nên loài phong lan này có thể có thể trở thành cây mô hình trong nghiên cứu  họ Orchidaceae. Tuy nhiên, thao tác di truyền cây D. officinale rất ít được nghiên cứu. Do đó, các nhà khoa học Trung Quốc, đứng đầu là Ling Kui, mong muốn áp dụng thành công hệ thống CRISPR/Cas9 để sửa chửa genome cây D. officinale. Thông qua chuyển nạp gián tiếp nhờ ci khuẩn Agrobacterium, nhóm nghiên cứu áp dụng CRISPR/Cas9 trong genome editing cây phong lan D. officinale bằng cách sàng lọc  năm gen đích (C3H, C4H, 4CL, CCR và IRX) theo chu trình sinh tổng hợp lignocellulose. Kết quả cho thấy rằng kỹ thuật này có thể tạo nên một mức độ thành công 10 đến 100%. Nhóm nghiên cứu còn so sánh hoạt động gen dưới điều kiện xử lý promoter khác nhau và thấy rằng MMV, CVMV, và PCISV hiệu quả giống như 35S promoter trong chuyển nạp gen. Kết quả cho thấy những công cụ thao tác di truyền có thể làm cho biểu hiện thành công các gen ngoại sinh cũng như chỉnh sửa gen của loài D. officinale. Những côn cụ ấy có thể giúp cho chúng ta sáng tạo ra giống hoa phong lan mới D. officinale và có thể làm cho nội dung nghiên cứu phân tử trở nên thuận lợi hơn  đối với họ Orchidaceae. Xem Frontiers in Plant Science.

Genome của ruồi trắng (whitefly) giải đáp tại sao nó là mối đe dọa đáng sợ đối với an ninh lương thực

Các nhà khoa học đứng đầu là  Phó Giáo Sư Zhangjun Feithuộc Boyce Thompson Institute (BTI) đã tiến hành giải trình tự genome con ruồi trắng (tên tiến Anh là whitefly, tên khoa học là Bemisia tabici), một loài côn trùng có tính xâm nhiễm mạnh và truyền đi bệnh do virus trên toàn thế giới, gây thiệt hại hàng tỷ đô la mỗi năm trên sản xuất cây trồng. Kết quả nghiên cứu genome ruồi cho thấy nhiều manh mối tại sao nó kháng được nhiều loại thuốc sâu, truyền đi hơn 300 virus tấn công thực vật, và ăn được ít nhất 1.000 loài thực vật khác nhau.  Các nhà nghiên cứu của BTI cùng với đồng nghiệp thuộc nhiều tổ chức quốc tế đã tìm thấy điều này, so sánh với các loài có liên quan, ruồi trắng đã và đang phát tán họ gen có chức năng “giải độc” thuốc (detoxification). Nó còn có những gen “extra” (thừa thải) mã hóa protein có liên quan đến tính chất xâm nhập của virus (virus acquisition) và tính chất truyền bệnh (transmission) của virus, cũng như tính kháng thuốc trừ sâu.  Theo đó, một ví dụ có tính chất khá ấn tượng là  di chuyển gen theo chiều ngang (horizontal gene transfer), ruồi trắn sở hữu 142 gen của vi khuẩn hay vi nấm, bao gồm một vài gen mã hóa ra những enzymes, chúng phá vỡ các hợp chất hóa học lạ. Những gen này cho phép ruồi trắng ăn nhiều loài thực vật và nhanh chóng tiến hóa tính kháng cua nó đối với thuốc trừ sâu. Xem BTI.

Sự biểu hiện mạnh mẽ gen AtWRI1 và gen Hemoglobin làm gia tăng hàm lượng dầu trong hạt cây Lepidium campestre

Cây “Field cress” (hình) có tên khoa học là Lepidium campestre  là cây rất có tiềm năng cho dầu từ hạt trong sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên, các tính trạng nông học của cây cây phải được cải tiến nhiều hơn, ví dụ như gia tăng hàm lượng dầu hạt còn rất thấp. Với mục tiêu gia tăng hàm lượng dầu trong hạt cây field cress, nhóm nghiên cứu của Emelie Ivarson, thuộc ĐH Khoa Học Nông nghiệp đã du nhập gen WRINKLED1 (AtWRI1) vào cây field cress. Họ đã thử nghiệm các gen hemoglobin  của cây Arabidopsis thaliana (AtHb2) hoặc cây Beta vulgaris (BvHb2) với hi vọng rằng sẽ làm tăng hàm lượng dầu.  Cây filed cress chuyển nạp biểu hiện mạnh mẽ AtWRI1 làm tăng 29,9%  hàm lượng dầu. Trong khi đó, cây có gen AtHb2 tăng 20,2% và cây có gen BvHb2 tăng 25,9% hàm lượng dầu. Hơn nữa, thành phần dầu trong hạt của các dòng transgenic không làm khác biệt đáng kể thành phần dầu của cây nguyên thủy (wild types). Xem Frontiers in Plant Science.

THÔNG BÁO

HỘI NGHỊ CHỈNH SỬA GENOME THỰC VẬT & KỸ THUẬT GENOME

Sự kiện “Plant Genome Editing & Genome Engineering” xảy ra tại Bundesamtsgebäude Radetzkystraße, Hintere Zollamtsstraße 1, 1031 Vienna, Austria; vào ngày 3-4, tháng Bảy năm 2017. Xem chi tiết conference website.