Tuần tin khoa học 521 (13-19/03/2017)

Gen của cây bông vải GaRPL18 điều tiết tính kháng bệnh héo rũ “Verticillium Wilt”

Verticillium dahliae là một loài vi nấm gấy bệnh khô mạch dẫn truyền (vascular wilt) của cây bông vải. Thêm vào đó, sự hiểu biết về cơ chế tính kháng bệnh này (Verticillium wilt) vẫn còn quá ít. Việc xác định một gen kháng có thể là một sự hữu ích để quản lý bệnh này. Một nhóm các nhà nghiên cứu đứng đầu là Qian Gong và Zhaoen Yang thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trưng Quốc đã dòng hóa gen ribosomal protein L18 (GaRPL18), mà gen này điều hòa tính kháng bệnh héo rũ Verticillium, gen có từ một loài bông hoang dại Gossypium arboreum. Sau đó, người ta xác định chức năng của gen trong cây bông và cây mô hình Arabidopsis thaliana. Gen GaRPL18 mã hóa một protein có tính chất “ribosomal subunit” 60S  rất quan trọng trong sinh tổng hợp protein bên trong tế bào. Nhóm nghiên cứu thấy rằng sự nhiễm bệnh do V. dahliae kích thích gen GaRPL18  thể hiện. Hơn nữa, sự thể hiện gen GaRPL18 tương ứng với mức độ kháng bệnh của những giống bông khảo sát. Sự thể hiện gen GaRPL18 còn được tìm thấy có kiểu điều tiết UP trong xét nghiệm salicylic acid (SA), điều này gợi ra rằng nó nằm trong chu trình truyền tín hiệu SA. Công nghệ làm câm gen do virus được áp dụng ngay sau đó, để xác định rằng gen GaRPL18 thể hiện sẽ gây ra ảnh hưởng đối với tính kháng bệnh của bông vải. Cây bông kháng bệnh “héo rũ” có gen đột biến, bị câm GaRPL18 sẽ trở nên nhiễm bệnh V. dahliae so với đối chứng. Các tác giả đã chuyển nạp vào cây mô hình A. thaliana với gen GaRPL18. Những cây ấy đã biểu hiện mạnh mẽ gen GaRPL18 trở nên kháng nhiều hơn sự xâm nhiễm của vi nấm V. dahliae so với cây không chuyển gen. Những khám phá này cho chúng ta một nhận thức mới về vai trò của gen GaRPL18 trong tính kháng bệnh “Verticillium wilt” của cây bông vải. Xem BMC Plant Biology.

Cry10Aa là gen kháng sâu đục quả bông trong cây bông transgenic

Các nhà khoa học thuộc Washington State University, đứng đầu là Da Lu, đã phát triển thành công giống bông vải chuyển gen có tính kháng cao với sâu đục quả bông CBW (cotton bollworm) với gen đích là cry10Aa, nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt). Họ đã thiết kế vector mang gen cry10Aa  được vận hành nhờ promoter uceA1.7 và cho du nhập vào giống bông vải của Brazil thông qua kỹ thuật súng bắn gen (biolistic transformation). Các xét nghiệm sinh học đề ghi nhận rằng có mức độ phiên mã cao của cry10Aa trong cây chuyển nạp gen T₀ trên lá và nụ hoa. Phân tích cho thấy cây T₀ có một hoặc hai bản sao chép của transgene. Sâu CBW trong xét nghiệm sinh học về tính nhiễm cho thấy có một ảnh hưởng đáng kể giống  thuốc trừ sâu và có mức độ sâu chết rất mạnh mẽ. Phân tích phân tử cho thấy tính ổn định của transgene này và ảnh hưởng giết chết sâu CBW đã được duy trì sang thế hệ T₁, với độc tố Cry10Aa biểu hiện cao trong các mô. Xem Plant Biotechnology Journal.

Chỉnh sửa gen trên cây hoa cúc Chrysanthemum thông qua transgenes có nhiều bản sao làm gen đích

Hệ thống CRISPR-Cas9 đã và đang xuất hiện như là một kỹ thuật chính để sáng tạo ra những đột biến có chủ đích trong bộ genome sinh vật. Tuy nhiên, việc du nhập những đột biến như vậy vào các loài cây trồng đa bội cao, đặc biệt là những loài chưa có đủ thông tin về bộ genome của chúng, trở nên vô cùng khó khăn. Mitsuko Kishi-Kaboshi thuộc National Agriculture and Food Research Organization, Nhật Bản đã cố gắng hoàn thiện công nghệ “gene editing”  thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 để đưa vào những đột biến trong cây hoa cúc (Chrysanthemum morifolium), một loài thực vật lục bội thể (hexaploid). Họ đã cấu trúc nên một cây hoa cúc transgenic biểu hiện protein “yellowish-green fluorescent protein” được mã hóa từ gen Chiridius poppei (CpYGFP). Họ tập trung chỉnh sửa CpYGFP, chọn lọc ra hai “sgRNAs” để sửa tại những vị trí khác nhau của gen CpYGFP. Nhóm nhà khao học này đã thu nhận được các mô sẹo “transgenic” có chứa gen đột biến CpYGFP (CRISPR−CpYGFP-chrysanthemum). Phân tích và quan sát “fluorescence” cho thấy rằng các tế bào mang gen bị đột biến có chủ đích CpYGFP phát triển một cách độc lập  trong tế bào có gen CpYGFP nguyên bản trong một callus. Từ đây, họ thu thập được chồi thân CRISPR−CpYGFP-chrysanthemum có một đột biến trong trình tự gen CpYGFP. Đây là báo cáo đầu tiên trong chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 đối với cây hoa cúc. Xem Plant & Cell Physiology.

Hệ thống CRISPR-Cas9 đạt hiệu quả cao trong đột biến có chủ đích của cây bông vải

Bộ genome vô cùng phức tạp có tính chất “allotetraploid” là một trong những thách thức chủ yếu làm sao ức chế được sự thể hiện gen trong cây bông vải. Do đó, việc phát triển ra một đột biến tại một điểm đặc biệt (site-specific DNA mutation) là một giấc mơ của các nhà khoa học trong chọn giống bông vải. Hệ thống CRISPR-Cas9 là một kỹ thuật có tính chất mạnh mẽ đối với gây đột biến DNA có chủ đích. Sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 system, Chao Li thuộc Đại Học East Carolina đã thiết kế hai phân tử sgRNAs, GhMYB25-like-sgRNA1 và GhMYB25-like-sgRNA2, trực tiếp áp dụng trên chỉnh sửa genome cây bông “allotetraploid” (tứ bội thể). Người ta ghi nhận tần suất cao các cây sự kiện “CRISPR-Cas9-induced specific truncation”, cả GhMYB25-like A DNA site hoặc GhMYB25-like D DNA site, đạt giá trị hơn 50% cây bông được chỉnh sửa. Phân tích sâu hơn cho thấy tần suất đột biến đạt 100% xảy ra trên GhMYB25-like-sgRNA1 và 98.8% xảy ra trên GhMYB25-like-sgRNA2 target sites. Xem Nature.

Knockdown các gen chitinase của sâu “Northern Armyworm” thông qua miệng của những RNAi Effectors

 Công nghệ làm câm gen bằng phân tử RNA can thiệp (RNA interference) laà một trong những thành tựu khoa học làm câm gen đích thông qua tính chất đặc biệt của chuỗi trình tự, và công nghệ này đã và đang được sử dụng trong phát triển cây trồng kháng bệnh (anti-pathogenic). Sâu Mythimna separata (tên tiếng Anh là Northern armyworm - hình) thuộc họ bướm đêm (Noctuidae) - bộ cánh vảy (Lepidoptera). Sâu có sức phá hại gây ảnh hưởng lớn đến kinh tế cây trồng. Các nhà khoa học của Đại Học Inner Mongolia thực hiện nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển phương thức quản lý mới đối với sâu hại nói trên. Họ tập trung sự chú ý vào các gen chitinase thể hiện có ưu thế tại thành ruột côn trùng và là những điểm đích làm câm gen lý tưởng  trong nhiều loài côn trùng. Những trình tự mang tính chất can thiệp chống lại chức năng gen đích đã được dòng hóa vào trong vector có tên là L4440 để tạo ra sequence-specific dsRNAs (double-stranded RNAs). Những vector mang tính chất tái tổ hợp L4440 được chuyển nạp vào  chủng nòi vi khuẩn Escherichia coli có tên là HT115 (DE3) có hoạt động làm thoái hóa dsRNA, nhằm bảo quản phân tử dsRNA này không bị thoái hóa. Người ta trộn vi khuẩn vào thức ăn nhân tạo để cho sâu M. separata ăn. Cách thức chuyển quan miệng như vậy (oral delivery) của phân tử dsRNA tạo ra ảnh hưởng can thiệp RNAi trong côn trùng. Kết quả phân tích PCR cho thấy những mức độ biểu hiện ra của MseChi1 và MseChi2 trong mô ruột của con sâu M. separata có tính chất điều tiết theo kiểu DOWN, sau khi chuyển qua miệng những con vi khuẩn đã được chuyển gen, thể hiện phân tử dsRNA tương ứng. Knockdown gen MseChi1 và MseChi2 đã làm gia tăng tỷ lệ chết và làm giảm khối lượng thân của sâu. Đây là nghiên cứu chỉ rõ cơ sở khoa học của làm câm gen bằng phân tử RNA can thiệp (RNAi technology) như một công cụ làm đột biến mang tính chất “loss-of-function” đối với sâu  Mythimna separata. Xem BMC Biotechnology.

THÔNG BÁO

HỘI NGHỊ KHOA HỌC CÂY TRỒNG CỦA ĐẠI HỌC FLORIDA

Hội nghị khoa học cây trồng của Đại Học Florida (University of Florida Plant Science Symposium) được tổ chức tại  “Cancer and Genetics Research Complex”, Đại Học Florida, Gainesville, Florida, Hoa Kỳ, vào ngày 13-14, tháng Tư năm 2017. Xem chi tiết tại Symposium website.