Tuần tin khoa học 532 (29/05-04/06/2017)

Làm câm gen SlPL của cây cà chua liên quan đến việc tăng cường độ chắc quả cà chua  

Các gen mã hóa enzyme pectate lyase đã được người ta tư liệu hóa thành những ứng cử viên tuyệt vời để cải tiến độ chắc thịt quả cà chua (fruit firmness). Tuy nhiên, phương pháp này giúp điều tiết quá trình thối rửa của qua sau thu hoạch vẫn chưa được khai thác đầy đủ. Lu Yang và cộng sự thuộc Đại Học Chongqing, TQ đã xác định được những gen mã hóa enzyme “pectate lyase” trong quả cà chua và tập trung chủ yếu vào gen SlPL.  Kỹ thuật RNA interference làm cho sự can thiệp vào gen SlPL gây tác động độ chắc của quả được tăng cường đáng kể và làm thay đổi lớp tế bào biểu bì. Thêm vào đó, quả cà chua SlPL-RNAi đã cho thấy chống lại sự thối rửa tốt hơn rất nhiều, cũng như khả năng chống lại các pathogen gây hại trên quả. So sánh với cây cà chua nguyên thủy (wild types), quả cây cà chua SlPL-RNAi có hàm lượng cellulose và hemicellulose cao hơn rất nhiều, trong khi hàm lượng pectin thấp hơn. Hoạt tính enzyme “peroxidase, superoxide dismutase” và “catalase” cũng cao hơn trong quả cà chua SlPL-RNAi. Kết quả phân tích chuỗi trình tự RNA cho thấy số lượng rất lớn của các gen thể hiện vô cùng khác biệt nhau bao gồm sự truyền tín hiệu hormone, sự cải biên thành tế bào, stress có tính chất ô xi hóa, và tính kháng pathogen. Điều ấy chứng tỏ pectate lyase có vai trò quan trọng trong cả hai tính trạng “sự mềm quả” và sự kháng pathogen. Đây có thể là cơ sở khoa học để cải thiện phẩm chất quả cà chua sau thu hoạch cũng như các loài cây trồng ăn quả tươi khác. Xem Plant Biotechnology Journal.

Ức chế gen OsMADS7 làm ổn định hàm lượng amylose hạt gạo khi bị stress do nhiệt độ nóng

Nhiệt độ nóng làm thay đổi hàm lượng amylose của lúa gạo, làm cho phẩm chất cơm rất kém. Theo đó, chỉ có một vài gen / loci liên quan đến tiến trình này được người ta nghiên cứu. Cơ chế của tiến trình ấy vẫn chưa rõ ràng. Hua Zhang và nhóm nghiên cứu của ông thuộc Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, đã xác định trong cơ quan hoa lúa có gen OsMADS7, điều khiển sự ổn định hàm lượng amylose ở nhiệt độ nóng. OsMADS7 bị kích thích rất mạnh mẽ bởi  nhiệt độ nóng trong giai đoạn đầu khi hạt lúa chắc hạt. Ức chế OsMADS7 không chỉ ổn định hàm lượng amylose trong đk của stress nóng, mà còn làm thấp sự thụ tinh của hoa. Tuy nhiên, cây lúa có cả hai tính trạng: hàm lượng amylose ổn định ở nhiệt độ nóng và sự thụ tính hoa lúa bình thường có thể được ghi nhận bởi kỹ thuật ức chế đặc biệt gen OsMADS7 trong nội nhũ. GBSSI là enzyme chính có chức năng sinh tổng hợp amylose. Mức độ vào chắc thấp và biểu hiện cao của gen GBSSI được tìm thấy trong cây có OsMADS7 RNAi ở nhiệt độ cao, mà điều có thể tương quan với sự ổn định hàm lượng amylose trong hạt cây lúa transgenic bị xử lý nhiệt độ nóng. Sự ức chế đặc biệt của OsMADS7 trong nội nhũ có thể cải tiến tính ổn định hàm lượng amylose hạt gạo ở nhiệt độ cao, và những nguồn vật liệu như vậy có thể là một nguồn di truyền đáng giá phục vụ lai tạo giống lúa chống chịu nóng lý tưởng. Xem Plant Biotechnology Journal.

CRISPR-Cas9 và đột biến có chủ đích gen GmFT2a làm trì hoãn trổ bông đậu nành

Trổ bông đánh dấu sự chuyển giai đoạn từ tăng trưởng sang sinh dục và có những ảnh hưởng cần phải xem xét trong cây đậu nành (Glycine max).Các nhà khoa học Trung Quốc đứng đầu là Yupeng Cai, đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để tạo ra đột biến có chủ đích đối với gen GmFT2a, một “integrator” trong chu trình trổ bông có tính chất quang chu kỳ của cây đậu nành. Giống đậu nành Jack được chuyển nạp ba vectors sgRNA-Cas9 nhắm đích đến tại các vị trí khác nhau của gen GmFT2a. Đột biến trực tiếp tại điểm (site-directed mutations) được người ta quan sát tại tất cả các điểm ấy bằng kỹ thuật phân tích trình tự DNA. Thế hệ đậu nành T1  đồng hợp tử  đối với các “null alleles” của gen GmFT2a đã thể hiện kiểu hình trổ bông muộn trong điều kiện tự nhiên tại Bắc Kinh, TQ. Sự đột biến có chủ đích như vậy còn được thấy có tính di truyền ổn định ở thế hệ T2. Sau đó nhóm nghiên cứu đã quan sát cây đậu nành "transgene-clean" đồng hợp tử đối với các “null alleles” của gen GmFT2a và không có bất cứ “transgenic element” nào trong thế hệ T1 và T2. Các đột biến ấy là thể dùng làm vật liệu bố mẹ cho nghiên cứu sâu hơn chức năng của gen GmFT2a. Xem  Plant Biotechnology Journal.

Các nhà di truyền sử dụng CRISPR để chính xác hóa xung đột trong chọn giống cà chua

Trong thập niên 1950s, các nhà khoa học đã tìm thấy một loài cà chua hoang dại trong vùng Galapagos Island. Nó không có phần phình ra ở thân, tại mối nối giữa hai lóng thân. Mối nối ấy là nơi yếu nhất của thân làm cho quả cà chua gãy rụng ra khỏi thân. Các nhà chọn giống đã phát triển giống cà chua không có mối nối ấy (thuật ngữ tiếng Anh là jointless tomatoes) nhằm duy trì dài hơn thờ gian quả đính trên thân. Tuy nhiên, khi giống cà chua “jointless” này được lai tạo với những giống hiện hữu, kết quả sẽ cho cây có nhiều nhánh thân mang hoa, mà nhánh ây sản sinh rất nhiều nhánh phụ làm kiến trúc cây như một cây chổi (broom).. Do đó, số quả bị giảm đi.  Sau đó nhiều năm, nhà di truyền học Zachary Lippman thuộc Cold Spring Harbor Laboratory, New York và các nhà khoa học khác đã lần theo dấu vết của gen có chức năng điều khiển tính kháng “jointless” như vậy. người ta cũng lần theo dấu vế một gen khác điều khiển sự hình thành tính trạng “green cap” rất lớn, có kiến trúc giống như lá ở đỉnh quả cà chua. Hệ thống CRISPR-Cas9 được sử dụng để chỉnh sửa cho đúng xung đột của những tính trạng nói trên, dẫn đến kết quả cây cà chua với những kiến trúc hoàn toàn khác hẳn, cây có nhánh thân mang hoa mảnh khảnh trở thành nhánh rậm rạp (bushy), giống như cải bông (cauliflower), một vài giống có năng suất cao.  Xem Nature.

Giải mã trình tự cây hướng dương

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, từ Đại Học Georgia (UGA) đã công bố lần đầu tiên giải mã trình tự cây hướng dương. Nhóm nghiên cứu này ở Bắc Mỹ và Châu Âu  đã giải trình tự bộ genome cây hoa hướng dướng đã được thuần hóa Helianthus annuus L., và thực hiện các phân tích có tính chất so sánh cũng như tính chất “genome-wide”. Kết quả cung cấp cho chúng ta kiến thức về  lịch sử tiến hóa của Asterids, một subgroup của cây có hoa  như khoai tây, cà chua và cà phê.  Hướng dương là loài cây trồng cho dầu quan trọng của thế giới, có khả năng thích ứng với biến đổi khí hậu và duy trì năng suất cho dù bị stress do môi trường gây ra, ví dụ như khô hạn. Nhóm nghiên cứu đã xác định những gen ứng cử viên mới và hệ thống di truyền mang tính chất tái cấu trúc có khả năng kiểm soát thời gian trổ bông và biến dưỡng hàm lượng dầu hạt, hia tính trạng chính trong chọn tạo giống hướng dương. Người ta còn thấy rằng hệ thống trổ bông hướng dương được chỉ rõ bởi tính chất lặp đoạn các trình tự trước đó trong toàn bộ genome. Phát hiện này cho thấy các bản sao chép từ xưa của những gen có thể duy trì chức năng của chúng và còn ảnh hưởng đến những tính trạng rất hấp dẫn từ mười triệu năm trước đây.  Bài viết đồng chủ biên bởi John M. Burke, giào sư chuyên ngành sinh học thực vật và thành viên của UGA Plant Center nói rằng: genome cây hướng dương lớn hơn genome cây bắp 40 %, lớn hơn bộ genome người khoảng 20 %, và có tính chất lặp đoạn rất cao tạo cho nó một thách thức riêng biệt trong khi tổng hợp lại tòn bộ genome (assembly). Xem Nature hoặc UGA Today.