Tuần tin khoa học 520 (06-12/03/2017)

Vai trò quan trọng của họ gen NAC giúp đậu nành chống chịu hạn

Họ gen NAC khá nổi tiếng vì mức độ lớn của nó, cũng như sự liên quan của nó trong tăng cường tính chống chịu stress của thực vật. Mặc dù những hiểu biết về chức năng của protein NAC  chưa nhiều, nhưng người ta cần có một nghiên cứu sâu hơn về khả năng sử dụng of NACs trong cải tiến giống đậu nành (Glycine max) ưu tiên cho tính chống chịu khô hạn. Reem M. Hussain và ctv. thuộc Đại Học Nông Nghiệp Huazhong đã tiến hành phân tích di truyền huyết thống và phân lập ra 139 gen GmNAC. Họ áp dụng kỹ thuật “real-time quantitative PCR” trên mô lá đậu nành của cả hai nhóm giống chống chịu và không chống chịu hạn để phân tích sự thể hiện gen  của 28 gen đáp ứng với thiếu nước GmNAC. Kết quả cho thấy sự thể hiện gen GmNAC tùy thuộc vào từng giống cụ thể. Tám trong 28 gen có chọn lọc (GmNAC004, GmNAC021, GmNAC065, GmNAC066, GmNAC073, GmNAC082, GmNAC083 và GmNAC087) được tìm thấy có mức độ thể hiện cao trong giống đậu nành chịu hạn. Bên cạnh đó, giống đậu nành nhạy cảm với khô hạnbiểu hiện mức độ thể hiện gen GmNAC thấp hơn nhiều khi so sánh với gióng đậu nành chịu hạn. Nghiên cứu này khẳng định các gen thuộc họ GmNAC có thể là tiêu điểm cho nghiên cứu trong tương lai để phát triển giống đậu nành ra sản xuất chịu hạn tốt. Kết quả còn cho thấy có nhiều gen phản ứng với thiếu nước GmNAC so với các nghiên cứu trước đây. Hơn nữa, nghiên cứu còn khẳng định giống đậu nành cho kết quả khác biệt nhau trong thể hiện phản ứng chống chịu khô hạn. Xem BMC Plant Biology.

BdPP2CA6 – gen điều tiết tích cực tính chống chịu mặn của cây Arabidopsis biến đổi gen

Phytohormone abscisic acid (ABA) rất cần thiết trong cây khi chúng phản ứng với stress sinh học và phi sinh học. Cho dù mô phỏng truyền tính hiệu của ABA được xây dựng rất rõ ràng trong cây mô hìnhArabidopsis, nhưng họ “ABA receptor PYL” và họ phụ “clade A PP2C” vẫn chưa được định tính trong cây mô hình đơn tử diệp Brachypodium distachyon (hình). Fan Zhang và Qiuhui Wei thuộc Đại Học Huazhong Khoa Học và Công nghệ đã xác định được 12 PYLs và 8 clade A PP2Cs từ genome cây B. distachyon.  Sau đó, họ đã dòng hóa thành công 12 PYLs và 7 clade A PP2Cs. Phân tích cho thấy hầu hết các gen đã được xác định  đề có phản ứng với  nhiều phân tử tín hiệu và stress phi sinh học. Tuy nhiên, phân tích tương tác protein x protein  cho thấy có nhiều BdPYLs và BdPP2CAs tham gia vào lộ trình truyền tín hiệu ABA-PYL-PP2C-SnRK2. Một nhánh “A PP2C”, có tên là BdPP2CA6, tương tác với BdPYL11 khi không có sự hiện diện của ABA. Trong khi hầu hết các nhánh thuộc thành viên của A PP2C trong cây Arabidopsis cho thấy có thể hiện tiêu cực trong chu trình truyền tín hiệu ABA, sự biệu hiện mạnh mẽ gen BdPP2CA6 trong cây Arabidopsis biến đổi gen biểu hiện kiểu hình “ABA hypersensitive” (siêu nhạy cảm), làm tăng cường sự đóng lại khí khổng và chịu mặn tốt hơn. Kết quả cho thấy gen BdPP2CA6 điều tiết tích cực ABA và chu trình truyền tín hiệu trong cây non Arabidopsis biến đổi gen. Xem  Frontiers in Plant Science.

Gene Editing trong ngành rau

Chỉnh sửa lỗi của gen có thể làm tăng cường mức dinh dưỡng của rau, theo Corinne Marshall, quản lý bằng sở hữu trí tuệ, Sakata Seed America, Inc. So sánh với phương pháp chọn giống bằng hồi giao và đột biến theo truyền thống, kỹ thuật chỉnh sửa gen có độ chính xác cao hơn và hiệu quả hơn," Marshall đã nói. Công nghệ chỉnh sửa gen có thể cho phép ngành rau nâng hàm lượng dinh dưỡng đến mức có thể. "Lycopine và glucosinolates trong cây cải broccoli có thể làm giảm những bệnh kinh niên hoặc làm chậm sự phát triển của bệnh, ví dụ như ung thư. Sulforaphane là một glucosinolate trong cây cải bông xanh (broccoli), và hầu hết chúng ta đều biết rằng khi người ta nấu cải, người ta sẽ mất nhiều chất dinh dưỡng. Do vậy, công nghệ gene editing có thể giúp chúng ta giải quyết vấn đề này và làm duy trì lâu hơn chất dinh dưỡng khi luộc rau," Marshall đã nói như vậy.  Mặt khác, lycopene của cây cà chua trở nên hấp thu dinh dưỡng tốt hơn khi nấu chín. Gene editing có thể là công cụ làm cho cà chua tươi trở nên dinh dưỡng hơn. Xem Genetic Literacy Project and Agrinews.

 Phát triển giống lúa có hàm lượng amylose cao bằng CRISPR/Cas9

Mễ cốc có hàm lượng amylose cao và có tính chất “resistant starch” thường tạo khả năng tốt cho sức khỏe con người. Những nghiên cứu trước đây cho rằng enzyme phân nhánh của tinh bột (SBE) có vai trò quan trọng trong xác định câu trúc và đặc điểm của tinh bột. Tuy nhiên, kiểm soát sự phân nhánh tinh bột còn là một thách thức lớn trong cải tiến giống lúa. Nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Yongwei Sun thuộc Chinese Academy of Agricultural Sciences, đã sử dụng CRISPR/Cas9 để phát sinh ra đột biến có chủ đích tại gen SBEI và SBEIIb. Họ thu được đồng hợp tử T₀ hoặc các dòng lúa đột biến bi-allelic  SBEI và SBEIIb. Những đột biến trong các dòng T₀ đồng hợp tử, chuyển một cách ổn định tính trạng di truyền này dsang thế hệ T₁ trong khi các dòng bi-allelic phân ly theo định luật Mendel. Không có sự khác biệt nào được quan sát giữa các dòng đột biến SBEI và dòng nguyên thủy (wild type). Tuy nhiên, dòng đột biến SBEII có tỷ lệ cao hơn các nhánh dài trong cách phân nhánh của chuỗi amylopectin, làm gia tăng có ý nghĩa hàm lượng amylase và hàm lượng “resistant starch”, làm thay đổi cấu trúc mịn và đặc điểm dinh dưỡng của tinh bột. Xem Frontiers in Plant Science.

 Chỉnh sửa gen con lợn giúp tăng sức chống chịu bệnh virus

Các nhà khoa học của ĐH Edinburgh vừa tạo ra giống lợn kháng được bệnh tai xanh, hội chứng PRRS (Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome), do virus truyền bệnh thành những trận dịch lớn ở các nước sản xuất thịt lợn trên thế giới, làm thiệt hại khoảng 1,5 tỷ Euro hàng năm.  Nghiên cứu trước đây cho thấy PRRS virus xác định tế bào miễn dịch có thuật ngữ khoa học là “macrophages”. Một phân tử trên bề mặt của tế bào có tên là CD163, đóng vai trò quan trọng  cho phép virus PRRS tạo ra điều kiện lây nhiễm bệnh.  Nhóm nghiên cứu thuộc Đại Học Edinburgh's Roslin Institute, hợp tác với Genus, đã sử dụng CRISPR/Cas9 editing để cắt một đoạn nhỏ của gen CD163 trong mã DNA của con lợn. Xét nghiệm sinh học trên tế bào của lợnvới gen CD163 cải biên cho thấy một thay đổi làm khóa lại hoạt động của virus gây bệnh. Xem The University of Edinburgh.