Tuần tin khoa học 515 (30/1-05/02/2017)

Biểu hiện mạnh mẽ gen ferritin của lúa mì làm tăng cường tính chống chịu nóng và stress phi sinh học

Năng suất lúa mì (Triticum aestivum L.) bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất bởi nhiệt độ nóng. Tuy nhiên, cơ chế phân tử về tính chống chịu nóng như vậy vẫn chưa được biết nhiều. Xinshan Zang và Xiaoli Geng thuộc Đại Học Nông Nghiệp Trung Quốc cùng với nhiều động nghiệp khác đã xác định được một gen ferritin mới có tên là TaFER, từ một nghiên cứu trước đó về tính chống chịu nóng của lúa mì. Muốn nghiên cứu chức năng của gen TaFER-5B trong cây lúa mì, người ta tiến hành chuyển gen TaFER-5B vào giống lúa mì trồng trọt Jimai5265 (JM5265), tạo ra những cây lúa mì transgenic biểu hiện tính chống chịu stress nhiệt. Họ cũng cho biểu hiện thành công TaFER-5B trong một dòng đột biến thiếu ferritin của cây Arabidopsis. Transgene này có liên quan đến sự gia tăng tính chống chịu nóng đối với kiểu hình nhạy cảm với nóng của dòng đột biến Arabidopsis. Thêm vào đó, sự thể hiện mạnh mẽ gen TaFER-5B đã làm tăng cường tính chống chịu hạn, chống chịu tính trạng oxi hóa (oxidative) vàchống chịu sự thừa sắt gây ngộ độc cây. Cây Arabidopsis transgenic và cây lúa mì cũng biểu hiện được hàm lượng sắt trong lá có tính chất cải tiến nhiều hơn. Kết quả đã khẳng định rằng gen TaFER-5B có vai trò quan trọng trong việc tăng cường tính chống chịu stress do nhiệt độ cao và những stress khác có tính chất phi sinh học. Xem BMC Plant Biology.

Nicotianamine Synthase 2 của cây lúa cải tiến hàm lượng sắt và kẽm trong hạt lúa mì

Chất vi lượng rất cần thiết trong thức ăn của con người để thực hiện những phản ứng biến dưỡng quan trọng và thực hiện các chức năng sinh học. Phần lớn cộng đồng con người trên quả địa cầu này thiếu các chất vi lượng cần thiết ấy. Điều đó tác động tiêu cựcđối với sự sống và sự phát triển kinh tế. Chiến lược “biofortification” (bồi dưỡng sự thiếu chất bằng thức ăn thay vì uống thuốc) đối với cây lương thực chủ chốt là một chiến lược bền vững và có hiệu quả nhằm giảm thiểunhiều vấn đề thuộc về sức khỏe nhân loại có liên quan đến sự thiếu chất vi lượng. Simrat Pal Singh và ctv. thuộc ETH Zurich và Switzerland, đã phát triển thành công các dòng lúa mì biểu hiện gen NICOTIANAMINE SYNTHASE 2 (OsNAS2) của cây lúa và gen FERRITIN (PvFERRITIN) của đậu Hà Lan, cả hai đều là gen đơn được tái phối hợp với nhau. GenNAS thực hiện phản ứng xúc tác sinh tổng hợp nicotianamine (NA), là tiền chất của DMA (iron chelator deoxymugeneic acid) rất cần cho sự chuyển vị sắt theo khoảng cách rất dài. Mặt khác, FERRITINvô cùng quan trọng đối với nội dung dự trữ sắt trong cây. Sự gia tăng đáng kể sắt và kẽm được người ta quan sát trong cây lúa mì ở những cây biểu hiện từng gen OsNAS2hoặcPvFERRTIN, hoặc cả hai gen cùng một lúc. Đặc biệt, các dòng lúa mì biểu hiện gen OsNAS2 luôn vượt ngưỡng cực trọng 30% xét theo dinh dưỡng EAR (estimated average requirement) đối với sắt, và 40% EAR đối với kẽm. Các dòng lúa mì có hàm lượng sắt và kẽm tăng đáng kể trong nghiên cứu này có thể được xem như nguồn vật liệu bố mẹ tốt phục vụ cho chương trình lai tạo giống lúa mì giúp nhân loại giảm thiểu hội chứng thiếu nguyên tố vi lượng trong bữa ăn hàng ngày. Xem Theoretical and Applied Genetics.

Hình:Sơ đồ vector chuyển nạp gen

Đột biến đa alen tại vị trí mục tiêu của giống khoai tây tứ bội thể thông qua CRISPR-Cas9

Hệ thống CRISPR-Cas9 đã và đang được ghi nhận cải tiến đáng kể công nghệ chọn tạo giống mới vì nó có thể dễ dàng thích nghi với nhiều mục tiêu chọn giống khác nhau. Mariette Andersson và đồng nghiệp thuộc Swedish University of Agricultural Sciences đã áp dụng CRISPR-Cas9 trong chỉnh sửa bộ genome đối với những protoplasts thuộc cây khoai tây tứ bội thể (Solanum tuberosum). Các đột biến do CRISPR/Cas9 với bốn alen mục tiêu đạt 2% số dòng tái sinh cây thành công. Ba vùng khác nhau của gen GBSS (granule-bound starch synthase) được xác định vị trí thông qua nhiều thí nghiệm, kết qua cho ra những đột biến với ít nhất một alen đạt 12% chồi tái sinh thành công, với đa alen bị đột biến, 67% dòng đã xác định có đột biến. Hầu hết kết quả đột biến ấy do tính chất InDel khá bé nhỏ (insertions/deletions). Phân tích kiểu hình của tinh bột cho thấy có sự kiện “full knockout” của hoạt tính enzyme GBSS do bốn alen bị đột biến nói trên. Kết quả khẳng định rằng mộtalen “wildtype” được duy trì là đủ để thao tác cho hoạt tính của enzyme GBSS nhằm sản sinh ra hàm lượng amylose mong muốn. XemPlant Cell Reports.

Chỉnh sửa “DNA-free” của lúa mì thông qua công nghệ CRISPR/Cas9 Ribonucleoprotein Complex

Nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa hệ thống CRISPR/Cas9 trong chọn tạo giống cây trồng. Ngoài ra người ta còn mong muốn tránh được sự hợp nhất của transgene và sự giảm đi của những đột biến không mong muốn. Zhen Liang và ctv. thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Trung Quốcmuốn triển khai một hệ thống chỉnh sửa genome cho cây lúa mì thông qua CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs). Họ đã đề suất một qui trình để thực hiện chỉ trong vòng bảy đến chín tuần lễ. Bốn trong năm dòng đột biến độc lập nhau được tạo ra từ 100 phôi mầm chứa trưởng thành của lúa mì. Phân tích sâu cho thấy có rất ít cơ hội cho ra đột biến không mong muốn (off-target mutations)trong kỹ thuật “RNP-mediated genome editing” so với hệ thống CRISPR/Cas9 DNA. Hơn nữa, không có những đột biến không mong muốn xảy ra trong các dòng đột biến. Bởi vì không có DNA lạ được sử dụng trong kỹ thuật “CRISPR/Cas9 RNP-mediated genome editing”, cho nêncác dòng đột biến này hoàn toàn là những dòng có tính chất  “transgene-free”. Phương pháp ấy có thể được triển khai rộng để phục vụ cải tiến cây trồng bằng genome editing. Xem Nature Communications.

Sản sinh ra tiền chất hormone người trong nấm men Pichia pastoris

Relaxin, là một dạng hormone sinh dục, rất hữu ích trong chữa bệnh, trở thành một dạng thuốc rất có tiềm năng phục vụ nhiều mục tiêu y học khác nhau. Vì khi ly trích relaxin từ mô động vật sẽ phát sinh nhiều vấn đề, cho nên người ta thường sử dụng vi khuẩn Escherichia coli làm ký chủ để thể hiện relaxin của người. Tuy nhiên, relaxin bị kết tủa thành những dạng phức trong cơ thể và cần nhiều bước phục hồi rất tốn kém chi phí trước khi nó được thu nhận. Donatella Cimini và đồng nghiệp thuộc Second University, của Naples và trường Đại Học Campania Luigi Vanvitelli, Italy, đã chứng minh được chúng ta có khả năng sản xuất ra pro-relaxin người, đó là tiền chất của relaxin, thông qua nấm men Pichia pastoris (hình) như là ký chủ dùng để biểu hiện. Chất methanol này kích thích promoter AOX1 đã được người ta sử dụng làm thể hiện thành công dạng tự nhiên và histidine của pro-relaxin H2. Cả hai protein nói trên đề thể hiện thông qua các dạng hình có kiến trúc chính xác, chúng minh rằng đó có tính chất năng động về sinh học (biologically-active). Chiến lược sản xuất bằng vi sinh vật như vậy đối với pro-relaxin tái tổ hợp của người, thông qua nấm men Pichia pastoris là một nguyên tắc đầy triển vọng cho những nghiên cứu trong tương lai khi liệu pháp chữa trị bằng relaxin. Xem BMC Biotechnology.

Ấn Độ phát triển quần thể muỗi “Friendly™ Aedes” trong quản lý bệnh xương khớp do muỗi truyền bệnh

Tổ chức “India's Gangabishan Bhikulal Investment and Trading Limited” (GBIT) và Oxitec thông báo một dự án nghiên cứu phát triển “Friendly™ Aedes” để chống lại mối đe doạ của bệnh truyền nhiễm gây đau xương khớp truyền đi bởi muỗi gây bệnh sốt rét, sốt xuất huyết, và bệnh chikungunya. Ấn Độ vừa có sáng kiến thực hiện các thí nghiệm bên ngoài phòng thí nghiệm với muỗi “Oxitec's Friendly™ Aedes” nhằm chứng minh mức hữu hiệu của quần thể “Friendly™ mosquitoes” trong ức chế quần thể muỗiAedes aegypti. Dr. Soumya Swaminathan, Tổng Giám Đốc tổ chức Indian Council of Medical Research (ICMR) and Secretary of Department of Health Research đã tuyên bố phương tiện thí nghiệm có tính chất “outdoor cage trial” tại Dawalwadi, Jalna, Maharashtra nhằm triển khai trên đồng ruộng đại tra quần thể muỗi “Friendly™”, được sự cho phép của chính quyền địa phương. Bệnh sốt xuất huyết và bệnh chikungunya gây thiệt hại to lớn cho cư dân Ấn Độ hàng năm. Chính phủ Ấn Độ cần có những công cụ mới để chiến đấu với muỗi A. aegypti, là vector chủ yếu mang bệnh viruses ví dụ như dengue, chikungunya, Zika, và yellow fever. Bệnh sốt xuất huyết đang ảnh hưởng đến 5,8 triệu người Ấn Độ mỗi năm, chi phí tốn khoảng 1 tỷ đô la Mỹ hàng năm. Năm 2016, nhiều thành phố kể cả Delhi được ghi nhận bùng phát bệnh chikungunya. Xem Oxitec.

THÔNG BÁO

ĐẠI HỘI LẦN THỨ 17 CÔNG NGHỆ SINH HỌC CHÂU ÂU

Đại hội lần thứ 17 Châu Âu về Công nghệ sinh học (17^th Euro Biotechnology Congress: ECB) được tổ chức tại Berlin, Germany vào ngày 25-27, thángChín 2017.

XemECB websitehoặcCongress brochure.