Tuần tin khoa học 528 (01-06/05/2017)

Gen OsCOL16 ức chế lúa trổ bông

Thời gian trổ bông là một tính trạng nông học quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến tiềm năng về năng suất của nhiều loài cây mễ cốc. Họ gen CONSTANS (CO) đóng vai trò quan trọng trong sự kiện điều tiết lúa trổ bông. Những protein có thuật ngữ là “CO-like proteins” được chia thành 4 nhóm di truyền có quan hệ với nhau trong bộ gen cây lúa. Trong khi nhiều gen của nhóm I, III, và IV được người ta định tính, thì người ta rất ít hiểu biết những gen của nhóm II. Weixun Wu và ctv. thuộc Viện nghiên cứu quốc gia về lúa gạo, Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp, Trung Quốc đã hoàn thành việc đánh giá chức năng của “inhibitor” một cách căn bản về sự trổ bông, gen OsCOL16 trong bộ gen cây lúa. Gen này mã hóa một nhóm giống protein “nhóm II CO” nó làm chậm trễ thời gian trổ bông và làm gia tăng chiều cao cây cũng như năng suất hạt. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsCOL16 làm cho trổ bông trễ trong cả điều kiện ngày dài và ngày ngắn. Nhóm nghiên cứu này cũng thấy rằng OsCOL16 điều tiết theo kiểu UP đối với “repressor” ức chế trổ bông, gen Ghd7 (Grain number plant height and heading date 7), dẫn đến sự điều tiết theo kiểu DOWN sự thể hiện của các gen Early heading date 1, Heading date 3a, và RICE FLOWERING LOCUS T1, làm cho cây lúa trổ bông muộn. Phân tích cho thấy gen OsCOL16 có một vai trò quan trọng trong điều tiết sự trổ bông theo quang chu kỳ, cho phép cây lúa thích ứng với khí hậu.XemPlant Science.

Nghiên cứu những thay đổi trong biến dưỡng khi cải biên di truyền giống lúa giàu resveratrol

Resveratrol là chất antioxidant phổ biến có trong vỏ nho, rất có lợi cho tim. Do vây, các nhà khoa học đã phát triển giống lúa biến đổi gen giàu chất RR (resveratrol-enriched rice) có chứa  gen mã hóa “stilbene synthase” làm kích hoạt việc sản sinh ra resveratrol và gen mã hóa “phosphinothricin-N-acetyltransferase” liên quan đến tính chống chịu thuốc diệt cỏ. Min Sung Kim và ctv. thuộc Incheon National University, Hàn Quốc, đã đánh giá khi có những thay đổi biến dưỡng  của cây lúa giàu chất resveratrol. Họ tiến hành trồng cây lúa “non-RR” và cây lúa “RR”trong hai vụ tại 3 địa điểm khác nhau ở Hàn Quốc với những điều kiện khí hậu vô cùng khác biệt nhau. Họ phân tích các yếu tố chính của hai giống lúa, cho thấy các hợp phần hóa học bị ảnh hưởng theo mùa vụ và địa điểm trồng nhiều hơn là sự chuyển nạp trong di truyền. Thêm vào đó, phân tích thống kê cho thấy không có sự khác biệt ý nghĩa về câu trúc hóa sinh của cây “RR”so với cây “non-RR”. Kết quả còn cho thấy xử lý thuốc cỏ không làm ảnh hưởng đến thành phần hóa học của RR.  Xem Applied Biological Chemistry.

Đột biến có chủ đích giống bông vải bằng hệ thống CRISPR-Cas9

Hệ thống CRISPR-Cas9 đã và đang được sử dụng phổ biến trong chỉnh sửa bộ genome của nhiều loài thực vật vì tính chất đơn giản, hiệu quả cao và thiết kế mềm dẻo, linh hoạt của nó. Tuy nhiên, chỉ có một vài báo cáo nói về CRISPR-Cas9 được ứng dụng trong đột biến có chủ đích trong cây bông vải. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Xiugui Chen thuộc Chinese Academy of Agricultural Sciences và Huazhong Agricultural University báo cáo chỉnh sửa genome cây bông vải Gossypium hirsutum bằng hệ thống CRISPR/Cas9. Họ đã thiết kế hai phân tử “guide RNAs” để xác định đúng các vị trí cần chỉnh sửa của gen cây bông vải Cloroplastos alterados 1 (GhCLA1) và vacuolar H⁺-pyrophosphatase (GhVP). Những đột biến trong hai gen này đã được tìm thấy trong protoplasts của cây bông vải. Những vectors được chuyển nạp vào cây bông thông qua đỉnh chồi thân với vi khuẩn Agrobacterium, cho kết quả rất hiệu quả trong nội dung chỉnh sửa có chủ đích. Hầu hết các đột biến thuộc dạng mật đoạn (nucleotide deletions), và  hiệu quả đột biến đạt 47.6–81.8% trong cây bông được chỉnh sửa. Không có những đột biến ngoài chủ đích được tìm thấy. Điều này chứng tỏ rằnghệ thống CRISPR-Cas9 rất hiệu quả và là công cụ đặc biệt trong đột biến có chủ đích bộ genome của cây bông vải. Xem Scientific Reports.

Chỉnh sửa genome bằng CRISPR-Cas9 cây cải dầu đa bội thể

Trong các loài cây trồng đa bội, việc thay đổi một tính trạng có tính chất ngẫu nhiên do phát sinh đột biến rất kém hiệu quả bởi vì đặc điểm “gene redundancy” (thừa gen) của chúng. Gen ALC điều khiển sự phát triển “valve-margin” và điều khiển tính rụng hạt khi quả chín. Thực hiện kỹ thuật “knocking out” gen ALC sẽ làm tăng tính kháng sự rụng hạt này và tránh được sự mất hạt trong khi thu hoạch bằng máy. Janina Braatz và cộng sự của cô thuộc Christian-Albrechts-University of Kiel, Cộng Hòa Liên Bang Đức, đã sử dụng CRISPR-Cas9 để đánh trúng đích hai gen đồng dạng của ALCATRAZ (ALC) (homoeologs) của cây cải dầu tứ bội thể. Họ thu được cây thế hệ T1 với 4 alen đột biến alc. Tất cả những đột biến di truyền khá ổn định đến thế hệ cây T2. Thế hệ T2 không có bất cứ cây có alen ALC của dòng nguyên thủy. T-DNA và các ALC loci không được liên kết với nhau theo cách thức phân ly ngẫu nhiên ở thế hệ T2. Do vậy, những dòng đột biến kép đều không có T-DNA này, có thể sẵn sàng phục vụ việc chọn lựa thế hệ con lai đầu tiên. Trong khi toàn bộ cơ sở dữ liệu trình tự bộ gen cho thấy có ít nhất 5 đoạn chèn vào (insertions) khá độc lập của những trình tự nền của vector (backbone sequences), nhóm nghiên cứu không tìm thấy  bất cứ ảnh hưởng không chủ đích nào trong hai vùng của genome mang tính chất đồng dạng (homologous) với chuỗi trình tự đích. Việc chỉnh sửa đồng thời những gen đồng dạng (multiple homoeologs) trong loài tứ bội bằng hệ thống CRISPR-Cas9 thông qua phát sinh đột biến sẽ cung cấp chúng ta cách tiếp cận mới để cải tiến giống cây cải dầu (rapeseed breeding). XemPlant Physiology.

Công cụ CRISPR mới giúp người ta ngăn ngừa các bệnh di truyền xấu nhất

Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR đã và đang trở nên rất phổ cập với Cas9, một protein đóng vài trò như một công cụ có tính chất“snipping” (cắt nhỏ ra). Một protein khác có tên làCPf1, đang trở nên là một công cụ vô cùng triển vọng để chỉnh sửa bộ gen ngườibởi vì nó có kích thước nhỏ hơnvà đơn giản hơn.  Các nhà khoa học thuộc Đại Học Texas đã báo cáo trên tạp chíScience Advancesrằng CRISPR-Cpf1 có thể được sử dụng để sửa chính xác những đột biến liên quan đến hội chứng Duchenne muscular dystrophy (loạn dưỡng cơ Duchenne, hình), một bệnh dẫn đến sự teo cơ, phân rả cơ. Họ đã sử dụng CRISPR-Cpf1 của tế bào cơ tim người và ngăn ngừa thành công diễn tiến của bệnh. Trong chuột, với bệnh lý như vậy, công cụ di truyền này đã thành công trong việc làm thay đổi diễn tiến xấu của triệu chứng viêm nhiễm (inflammatory symptom). Họ cho rằng CRISPR-Cpf1 có thể trở thành một công cụ đầy tiềm năng để chữa bệnh cho người có liên quan mật thiết đến nhiều sự kiện đột biến khác nhau.Xem Science Advances.

Giải trình tự bộ gen của tảo lục (Green Microalga)

Nhóm các nhà khoa học của Đại Học Texas A&M AgriLife Research đã hoàn thành bản nháp của trình tự genome tảo lục (nguồn vật liệu tạo nên nhiên liêu sinh học), tên khoa học là Botryococcus braunii.Theo Dr. Tim Devarenne, AgriLife Research, một nhà hóa sinh và nghiên cứu viên cao cấp của Trường College Station, tảo lục là loài tảo thuộc nhóm “colony-forming”, với nhiều tế bào riêng rẻ (individual cells)tăng trưởng để tạo ra hình dạng “colony” (quần tụ). Các tế bào này cung cấp rất nhiều hydrocarbons có thể chuyển hóa thành nhiên liêu sinh học. Kích Cỡ bộ genome của tảo lục B. braunii khoảng 166 triệu cặp base. Họ phát hiện có khoảng 18.500 gen có trong genome tảo lục, ở đó các phần của gen được gọi bằng thuật ngữ khoa học “untranslated regions” (vùng không giải mã) có chiều dài khá lớn. Dr. Devarenne nói rằng đó là một thách thức để chúng ta tổng hợp lại bộ genome của tảo B. braunii ví nó mất quá nhiều các chuỗi trình tự có tính lập lại (repetitive sequences). XemAgriLife Today.

THÔNG BÁO

 Khóa đào tạo trực tuyến về chọn giống cây trồng chịu hạn

Khóa đào tạo trực tuyến về chọn giống cây trồng chịu hạn (Plant Breeding for Drought Tolerance), 1-credit, graduate level (Mùa Thu 2017), tại Colorado State University; ngày 21-8 đến 15-12-2017. Xem chi tiết course website.