Tuần tin khoa học 513 (16-22/01/2017)

MicroRNA 157 điều tiết sự phát triển cơ quan của hoa và tạo bầu noãn bông vải

Trong bông vải (Gossypium hirsutum), có một vài phân tử miRNAs đã và đang được xác định trong quá trình phát triển cơ quan của hoa, một thành tố vô cùng quan trọng của năng suất bông. Các nhà khoa học thuộc Đại Học Nông nghiệp Huazhong, đứng đầu là Nian Liu, đã nghiên cứu vai trò của miRNA156/157 trong quá trình phát triển hoa của cây bông vải. Họ đã thể hiện thành công cả hai tiền chất của miRNA trong cây bông vải để vén bức màn bí mật về chức năng của chúng. Sự thể hiện mạnh mẽ tiền chất GhmiRNA157 làm cho các cơ quan của hoa trở nên nhỏ hơn, ít bầu noãn hơn, và giảm số hạt bông. Nguyên nhân là do sự ức chế của phân bào và sự kéo dài của tế bào. Phân tích cho thấy có năm gen SQUAMOSA promoter-binding protein-like (SPL) gắn liền với GhmiRNA157, được minh chứng bởi mức biểu hiện giảm của những GhSPLs trong dòng bông vải thể hiện mạnh mẽ miR157. Hai gen MADS-box, liên quan đến sự phát triển của cơ quan hoa và phát triển sinh dục cây bông vải, cũng bị ức chế trong những dòng bông vải thể hiện mạnh mẽ miR157. Hơn nữa, các gen nhạy cảm với auxin cũng bị điều tiết theo kiểu DOWN, và sự truyền tín hiệu auxin có vẻ thuận lợi hơn trong những dòng bông vải thể hiện mạnh mẽ miR157. Kết quả cho thấy rằng GhmiR157 điều khiển sự tăng trưởng của những cơ quan của hoa và sản sinh ra bầu noãn bằng cách điều tiết những gen MADS-box và truyền tín hiệu auxin. Nghiên cứu này có thể được xem là cơ sở để người ta cải tiến giống bông vải có năng suất cao. Xem BMC Plant Biology.

Kiến trúc gen dạng “triple” liên quan đến tính kháng sâu hại và kháng thuốc cỏ của cây thuốc lá

Nhiều loài sâu hại, và bệnh xoăn lá bông vải (CLCuD: viết tắt từ cotton leaf curl disease) và cỏ dại trên đồng ruộng là những đe dọa quan trọng cho ngành trồng bông trên toàn thế giới. Nhằm giải quyết vấn đề nói trên, cơ quan NIGBE (National Institute for Biotechnology and Genetic Engineering) đã phát triển một kiến trúc gen có dạng “triple” mang các gen Cry1Ac, Cry2Ab và EPSPS để chuyển nạp vào cây trồng làm tăng cường tính kháng với sâu hại thuộc cánh vảy (lepidopterans) và kháng thuốc cỏ glyphosate. Họ đã sử dụng cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) làm cây mô hình để xem xét đặc tính của cấu trúc gen “triple” này. Trong sáu dòng cây thuốc là transgenic, người ta tiến hành xét nghiệm sinh học và cho kết quả như sau: thể hiện thành công protein tương ứng của những gen chuyển nạp. Mức độ hiệu quả của Cry1Ac và Cry2Ab được người ta đánh giá thông qua thanh lọc đối với sâu hại [tên tiếng Anh là armyworm”: Spodoptera littoralis). Những cây thuốc lá transgenic thể hiện số lượng sâu chết rất đáng kể  so với cây đối chứng. Ba trong sáu dòng cây thuốc lá transgenic thể hiện đến 100% sâu chết, trong khi ba dòng khác biểu thị 40-86% sâu chết.  Nghiên cứu cho thấy chuyển nạp gen theo cấu trúc gen “triple” như vậy có thể áp dụng trên cây bông vải kháng sâu hại và kháng thuốc cỏ. Xem Frontiers in Plant Science.

Genome Editing trên bộ gen cây có múi liên quan đến tính nhiễm bệnh ghẻ trở nên kháng bệnh - gen CsLOB1

Sản xuất cây có múi gặp rất nhiều thách thức về sâu bệnh hại, ví dụ như bệnh “bacterial canker” (bệnh ghẻ trên vỏ da trái) và bệnh vàng lá gân xanh (HLB: Huanglongbing). Giống kháng là giải pháp tỏ ra hiệu quả hơn hết để quản lý các bệnh này. Tuy nhiên, các phu7ong pháp chọn giống truyền thống cây có múi vẫn còn là thách thức lớn vì tính chất đa bộ thể của họ cây có múi, cũng như chu kỳ sinh trưởng quá dài. Công nghệ chỉnh sửa lỗi genome có thể được xem là một tiềm năng rất lớn để cải tiến giống cam quýt kháng bệnh trong thời gian thực hiện ngắn hơn. Sử dụng công nghệ CRISPR/Cas9, các nhà khoa học của ĐH Florida đã chỉnh sửa  gen nhiễm bệnh canker, CsLOB1, trong cây bưởi đắng Duncan (grapefruit). Sáu dòng riêng biệt nhau, D_LOB2, D_LOB3, D_LOB9, D_LOB10, D_LOB11 và D_LOB12, đã được tạo ra thành công. Khi chủng nguồn bệnh “canker” do vi khuẩn Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), các cây D_LOB2 và D_LOB3 có biểu hiện bên ngoài giống với cây bưởi grapefruit nguyên thủy. Không có dấu hiệu bệnh canker được tìm thấy trên cây D_LOB9, D_LOB10, D_LOB11 và D_LOB12 ở giai đoạn 4 ngày sau khi chủng bệnh. Các mụn trên da vỏ trái (pustules) do vi khuẩn Xcc cũng được quan sát trên cây D_LOB9, D_LOB10, D_LOB11 và D_LOB12 ở các giai đoạn sau đó, nhưng rất ít một cách có ý nghĩa khi so sánh với cây nguyên thủy (wildtypes). Các nốt mụn trên da vỏ trái của cây D_LOB9 và D_LOB10 không phát triển thành triệu chứng canker điển hình. Không có ảnh hưởng phụ cũng như đột biến ngoài mong muốn được ghi nhận. Xem Plant Biotechnology Journal.

CRISPR/Cas9 nhờ đột biến trong SELF PRUNING 5G làm cây cà chua có phản ứng trung tính với độ dài ngày và cho năng suất sớm

Sự nhạy cảm với độ dài ngày trong cây trồng làm hạn chế  mùa vụ trồng của nông sản quan trọng, việc cải tiến phản ứng của cây đối với quang kỳ tính rất cần thiết trong quá trình thuần hóa cây hoang dại thành cây trồng trong lịch sử. Yếu tố “repressor” trong sự trổ bông, có tên chuyên môn là SELF-PRUNING5G (SP5G), sự thể hiện này cực kỳ nhạy cảm trong thời điểm ngày dài ở các loài hoang dại, không có trên loài cà chua trồng trọt bởi vì có sự biến dị mang tính chất cis-regulatory.  Sebastian Soyk và ctv. thuộc Cold Spring Harbor Laboratory, Hoa Kỳ đã sử dụng công nghệ CRISPR/Cas9 để tạo ra những đột biến trong SP5G của cây cà chua với hi vọng thao tác thành công phản ứng đối với quang kỳ tính. Những đột biến thông qua công nghệ CRISPR/Cas9 của yếu tố ức chế SP5G làm cho sự trổ bông nhanh và thúc đẩy tập tính tăng trưởng cô đọng hơn của cây cà chua trồng trên ruộng, kết quả làm cho cà chua ra nụ nhanh, trổ hoa nhanh, và co năng suất sớm hơn bình thường. Nghiên cứu còn cho thấy có biến dị trước khi yếu tố ức chế SP5G xuất hiện làm thuận lợi cho kéo dài mùa vụ trồng cà chua, và chứng minh rằng công nghệ chỉnh sửa genome cà chua có khả năng cải tiến năng suất cà chua. Xem Nature Genetics.

THÔNG BÁO

HIỆN TRẠNG CÂY NGÔ GM TRỒNG Ở VIỆT NAM

Trong hội nghị “Kỷ niệm 20 năm thương mại hóa cây trồng biến đổi gen” tại Trung tâm Công Nghệ Sinh Học, TP Hồ Chí Minh, người ta đã báo cáo rằng có 1.180 ha diện tích cây ngô biến đổi gen được phát triển trong năm 2015. Năng suất trung bình cây ngô GM đạt 4,48 t/ha. Theo Cục Trồng Trọt, có 50 giống ngô đã và đang được đăng ký khảo nghiệm. Trong đó, 16 giống ngô GM đã được công nhận. Việt Nam đang tiếp tục nhập khẩu hạt giống ngô GM. Tháng Tám 2016, có khoảng 1.000 tấn hạt giống ngô GM được nhập khẩu. Giá ngô thương mại hóa này có xu hướng giảm đáng kể. Bởi vì giá cao và sự khác biệt về kỹ thuật canh tác cây ngô GM là lý do khiến nông dân ngần ngại sử dụng giống ngô mới này. Hội nghị đề xuất Chính phủ nên có thêm chính sách phù hợp cũng như hướng dẫn nông dân về cây trồng GM, người tiêu dùng chấp nhận cây trồng GM, trong phát triển nông nghiệp. Xem Agrobiotech.