Tuần tin khoa học 518 (20-26/02/2017)

Sự thể hiện “ferredoxin-like protein” làm cải thiện khả năng quang hợp của cây lúa

Sự thể hiện có tính liên tục của gen mã hóa PFLP (plant ferredoxin-like protein) cải thiện được quang tổng hợp trong cây lúa, theo một nghiên cứu vừa được in ấn trên tạp chí Transgenic Research. Hầu hế những nghiên cứu về gen mã hóa protein PFLP đã tập trung vào khả năng ảnh hưởng của nó kháng lại pathogen xâm nhiễm cây trồng, với rất ít thông tin về ảnh hưởng trên quang tổng hợp. Do đó, Hsiang Chang và đồng nghiệp thuộc Yuanpei University of Medical Technology đã nghiên cứu tác động của thể hiện mạnh mẽ gen pflp trên khả năng quang hợp. Họ tạo ra hai dòng lúa transgenic thể hiện mạnh mẽ gen pflp. Kết quả cho thấy: cả hai dòng này để thể hiện  sự cải tiến hiệu quả quang hợp. Sản phẩm quang hợp ví dụ như fructose, glucose, sucrose, và tinh bột được quan sát cao hơn trong những dòng transgenic này. Số bông, số chồi trên một cây lúa có mang gen pflp đều tăng lên đáng kể so với cây đối chứng không mang gen này và không có khác biệt ý nghĩa trong các dòng lúa transgenic. Sự thể hiện có tính chất liên tục gen pflp có thể cải tiến sản lượng lúa thông qua sự tăng cường quang tổng hợp. Xem Transgenic Reseach.

Xác định gen ứng cử viên điều khiển kiến trúc dạng cây dưa leo

Dạng cây thấp và gọn (compact) là tính trạng nông học quan trọng trong cải tiến giống cây trồng. Một số gen điều khiển chiều cao cây và được phân lập, mà những gen ấy thường được xem xét thông qua quang tổng hợp hoặc truyền tín hiệu các kích thích tố thực vật ví dụ như brassinosteroids (BR). Tuy nhiên, không có gen nào liên quan đến kiến trúc của cây dưa leo. Từ một quần thể cây đột biến, các nhà khoa học thuộc Northwest A&F University và University of Wisconsin đã xác định một đột biến dưa leo có dạng hình tán siêu gọn SCP (super compact) của Cucumis sativus L., dòng C257, không có vươn dài lóng thân như cây dưa leo khác. Trong điều kiện trồng trong bóng tối, dòng đột biến C257 phải trãi qua sự kiện “skotomorphogenesis” (phát sinh hình thái trong điều kiện bóng tối), tăng nhanh trục mang lá mầm để vươn tìm ánh sáng, và đột biến này có thể được cứu bằng chất ngoại sinh brassinolide, điều đó cho thấy:  đây có thể là đột biến thiếu BR (BR-deficient mutant). Nhóm nghiên cứu đã xác định CsCYP85A1, là một thành viên của nhóm cytochrome thực vật “P450 monooxygenase gene family”, gen này có thể là ứng cử viên điều khiển kiến trúc cây dưa leo. Nó mã hóa BR-C6-oxidase trong chu trình sinh tổng hợp BR. Ba bản sao chép của gen CsCYP85A đều hiện diện trong bộ  genome cây dưa leo, tuy nhiên, chỉ có gen scp-1/CsCYP85A1 dường như hoạt động mạnh nhất.Thể hiện của nó cao hơn trong bông so với lá và thân và sự thể hiện này giảm ở dòng C257 do với giống dưa leo nguyên gốc. Xem Frontiers in Plant Science.

Phát triển missa 2.0 để tổng hợp các hệ thống “crispr/cas” trực giao

Thế hệ con lai có hiệu quả trong cây mang những đột biến của nhiều gen vẫn cón là một thách thức hiện nay. Sử dụng hai hoặc nhiều hệ thống CRISPR/Cas trực giao (orthogonal CRISPR/Cas systems) có thể phát sinh cây với đa đột biến (multi-gene mutations). Tuy nhiên, tổng hợp lạu những hệ thống như vậy rất cần một công cụ có tính chất mạnh mẽ, khả năng thao tác cao. Các nhà khoa học thuộc China Agricultural University đã phát triển MISSA 2.0 (multiple-round in vivo site-specific assembly 2.0), một “toolkit” phục vụ tổng hợp hai hoặc nhiều hệ thống CRISPR/Cas. Họ đã phát triển một hệ thống mới có “suicide donor vector" trên cơ sở “plasmid RK2”, mà plasmid này có khả năng cloning cao hơn nguyên gốc, hệ thống plasmid R6K. Au đó, họ thử nghiệm việc tổng hợp nhiều gen. Nghiên cứu này cho thấy khả năng cloning cao hơn của “RK2-derived MISSA 2.0 donor vectors”, giúp người ta tổng hợp hai hệ thống trực giao CRISPR/Cas, giúp phát triển các dòng transgenic thao tác theo những hệ thống như vậy. MISSA 2.0 được kỳ vọng trong công nghệ “multiplex genome editing” sử dụng hai hoặc nhiều hệ thống CRISPR/Cas9. Xem Nature.

Phát triển đột biến lúa tại gen đạc biệt thông qua công cụ “avrxa23-based talens”

TALENS (Transcription activator-like effector nucleases) đang được người ta sử dụng rất nhanh như một công cụ đầy tiềm năng phục vụ chỉnh sửa genome trong một số loài sinh vật. Những nghiên cứu trước đây đã và đang dòng hóa gen avrXa23 của vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae và đã phát triển một  hệ thống  tổng hợp trên cơ sở AvrXa23 đối với TALENs. Fu-jun Wang thuộc Chinese Academy of Agriculture Sciences đã sử dụng TALENs để kli1ch thích tạo ra đột biến gen ERF của cây lúa (ethylene response factor) - yếu tố phiên mã OsERF922 để trắc nghiệm hiệu quả của kỹ thuật gene-editing của hệ thống TALENS trên cơ sở AvrXa23. Một cặp TALENs (T-KJ9/KJ10) được tổng hợp và được sử dụng cho chuyển nạp gen cây lúa. Họ quan sát tần suất đột biến tế bào sô ma với 15,0% trong mô sẹo cây lúa transgenic và ghi nhận có hai đột biến do mất nucleotide hoặc chèn thêm nucleotide  tại vùng “designer target”. Kết quả cho thấy TALENS trên cơ sở AvrXa23 có thể được sử dụng để thực hiện chỉnh sửa gen cây lúa tại vị trí đặc biệt. Xem Journal of Integrative Agriculture.

Bò kháng bệnh lao nhờ crispr-cas9n

Một nhóm các nhà khoa học thuộc College of Veterinary Medicine at Northwest A&F University, Shaanxi, Trung Quốc, vừa thành công trong thao tác một dạng cải tiến  trong kỹ thuật “genome-editing với CRISPR” để chèn vào một gen mới trong genome bò nhằm tạo ra giống bò kháng bệnh lao. Theo nghiên cứu viên thâm niên Yong Zhang, họ đã sử dụng một version mới của CRISPR có tên là CRISPR/Cas9n để chèn thành công một gen kháng bệnh lao, gen NRAMP1, vào genome bò – tế bào fibroblasts của bào thai. Những tế bào này được dùng làm “donor cells”. Trứng được nuôi trong phôi nhân tạo ở phòng thí nghiệm, và được chuyển vào bò mẹ để thực hiện chu trình mang thai. Phân tích di truyền cho thấy NRAMP1 đã dung hợp thành công vào mật mã di truyền tại vùng mục tiêu ở tất cả bò cái thử nghiệm. Khi bò cái biểu hiện Mycobacterium bovis, vi khuẩn này sẽ gây ra bệnh lao (bovine tuberculosis), các nhà nghiên cứu thấy rằng con bò transgenic gia tăng đáng kể khả năng kháng bệnh thông qua những “standard markers” trong mẫu máu. Họ ghi nhận bạch huyết cầu của những bò cái ấy kháng rất mạnh với M. bovis trong điều kiện phòng thí nghiệm. Xem GEN News and Highlights.