Tuần tin khoa học 538 (10-16/07/2017)

Các nhà khoa học Trung Quốc phát triển giống lúa có gạo màu tím giàu chất chống ô xi hóa bằng công nghệ di truyền

Các nhà khoa học thuộc ĐH Nông Nghiệp Nam Trung Hoa đã phat triển thành công giống lúa có gạo tím giàu chất antioxidants. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Molecular Plant.  Giống lúa giàu beta-carotene và folate đã được phát triển thành công nhờ công nghệ di truyền. Những nỗ lực nghiên cứu trước đó nhằm phát triển giống lúa giàu chất anthocyanin bị thất bại vì chu trình sinh học này vô cùng phức tạp. Yao-Guang Liu và ctv. thuộc ĐH Nông Nghiệp Nam Trung Hoa (South China Agricultural University) bắt đầu phân tích chuỗi trình tự các gen mã hóa trong chu trình tạo ra anthocyanin với nhiều giống lúa khác nhau, sau đó, họ xác định các gen không có chức năng trên giống lúa thuộc loại hình japonica và indica không sản xuất được anthocyanins. Theo phân tích này, họ đã phát triển một chiến lược nghiên cứu tập họp lại các gen mục tiêu (transgene stacking) ngoại lai để thực hiện việc thể hiện 8 gen có trong chu trình sinh tổng hợp các anthocyanin ở trong nội nhũ hạt gạo. Điều ấy dẫn đến kết quả phát triển giống lúa có gạo tím bằng kỹ thuật di truyền lần đầu tiên, giàu chất anthocyanin và giàu hoạt tính “antioxidant” trong nội nhũ gạo. Các nhà khoa học này có kế hoạch phát triển tiếp trên những loài mễ cốc khác giàu anthocyanin. Xem Science Mag và Molecular Plant. 

Cây trồng thể hiện độc đáo hệ thống gen điều khiển tính chống chịu lạnh và khô hạn

Một nhóm nghiên cứu đứng đầu là Samuel Scarpino đã khai thác tính chất đồng thể hiện gen  theo hệ thống mà hệ thống gen ấy giúp cây trồng chống chịu được khô hạn và lạnh. Bài báo khoa học được đăng trên tạp chí Proceedings of the Royal Society B, tập trung trên cây mô hình Arabidopsis và xác định hai hệ thống gen độc đáo: một thích nghi với lạnh cold, và một thích nghi với khô hạn.

Cả hai hệ thống này đáp ứng với chiến lược khác nhau, theo tuổi cây khác nhau. Khi cây bị khô hạn, các mô của rễ, thân và lá cây khởi động riêng biệt nhau. Khi cây bắt đầu bị lạnh, các tế bào trong mỗi mô ấy thực hiện một chức năng giống như nhau, thông qua đó, chúng có thể được người ta ứng dụng vào trong một mô phỏng (prototype) bằng cách thức mà các tổ tiên của chúng từ một tế bào đơn trong hàng thiên niên kỷ trước đã thực hiện  (single-celled ancestors eons). Các nhà nghiên cứu này đã tìm thấy những gen hợp tác với nhau một cách rất chuyên biệt trong khi bị lạnh, được lập bản đồ tại cá vị trí trung tâm với mạng lưới vô cùng rộng lớn với khoảng 10.000 genes. Trái lại, các gen phối hợp với nhau khi cây bị khô hạn, được lập bản đồ, có tính chất hình thành các clusters qui tụ xung quanh (peripheral clusters) trong hệ thống. Họ đã kết luận rằng những kiến trúc của hai hệ thống gen như vậy cho thấy rõ ràng là cây trồng làm thế nào xử lý được hai loại hình stress như thế để sống sót. Xem Santa Fe Institute News.

Cây trồng sử dụng hydrogen peroxide để bảo vệ cây chống là ánh sáng gay gắt của mặt trời

 Hình: Chloroplasts (màu đỏ) kết hợp với một nhân (nucleus). Nhân này biểu hiện màu xanh lục do huỳnh quang của hydrogen peroxide protein, rất nhạy cảm.

Một nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc Đại Học Exeter và ĐH Essex phát hiện ra hydrogen peroxide, một hợp chất được biết rất rõ trong việc tẩy trắng, đã được cây sử dụng làm chất kiểm soát giúp tế bào thực vật phản ứng với nhiều mức độ khác nhau của ánh sáng mặt trời. Hydrogen peroxide và được xem như phụ phẩm (by-product) trong quang hợp ở cơ quan lục lạp (chloroplasts). Giáo sư Nick Smirnoff, ĐH Exeter, nói rằng "Điều quan trọng là cây trồng có khả năng phát hiện ra ánh sáng đang ở mức độ nào, để nó có thể ứng phó một cách tốt nhất trong quang tổng hợp". Họ sử dụng “fluorescent protein” để phát hiện ra “hydrogen peroxide” và quan sát làm thế nào mà cây chuyển dịch được những lục lạp và có thể được phát hiện trong nhân tế bào. Tiến trình ấy cho thấy cây kích hoạt các gen cần thiết để lá cây thích nghi với ánh sáng yếu, mà ở đó có khả năng làm cây bị ảnh hưởng bất lợi. Thông tin của lục lạp với một cơ quan kha1xc nào đó làm cho cây tiếp tục được bảo vệ khi quang hợp, và điều tiết theo các điều kiện ánh sáng khác nhau trong cùng một thời gian như nhau. Xem University of Exeter Research News.

MsmiR156 cải thiện sự cố định đạm của cây Alfalfa

Các nhà khoa học của tổ chức AAFC (Agriculture and Agri-Food Canada) đã báo cáo rằng microRNA156 (miR156) ảnh hưởng đến sự thể hiện gen và kích động khả năng tái sinh của rễ cũng như hoạt động cố định đạm trong cây cỏ alfalfa. Bài báo khao học được công bố trên tạp chí Transgenic Research. Theo nghiên cứu trước đó, các nhà kho học của AAFC đã tạo ra giống cây alfalfa có khả năng biểu hiện mạnh mẽ miR156 (MsmiR156OE) đồng dạng và tìm thấy  ba gen trong số các gen SPL chủ đích của nó. Những cây này có năng suất cao hơn, có thời gia trổ bông muộn hơn, và rễ dài hơn. Theo nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học muốn hiểu rõ ảnh hưởng của miR156 đối với hệ thống rễ, đặc biệt là sự tạo ra nốt rễ và sự cố định đạm. Sự thể hiện mạnh mẽ MsmiR156 làm cho khả năng tái sinh rễ mạnh hơn trong cây alfalfa, tuy nhiên, nó cho ảnh hưởng thấp hơn đối với tính trạng sinh khối rễ ở giai đoạn đầu khi rễ cây phát triển. Nó cải thiện được sự cố định đạm khá rõ ràng bằng cách điều tiết theo kiểu UP  những gen có chức năng mã hóa nitrogenase. Thêm vào đó, phân tích sự thể hiện gen còn cho thấy  miR156 ảnh hưởng đến những gen có chức năng tạo nốt rễ, phát triển rễ, và sinh tổng hợp các phytohormone. Như vậy miR156 có thể được người ta sử dụng như một công cụ trong cải tiến di truyền giống cỏ alfalfa và những loài cây trồng quan trọng khác. Xem Transgenic Research.

Bông vải transgenic có biểu hiện hùynh quang màu đỏ nhờ chỉnh sử gen bằng CRISPR-Cas9

Các nhà khoa học thuộc Huazhong Agricultural University đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để chỉnh sửa genome của cây bông vải tứ bội thể (allotetraploid), Gossypium hirsutum, với bộ genome cực kỳ phức tạp. Kết quả được đăng trên tạp chí Plant Biotechnology Journal. Các nhà khoa học đã xác định đích đến trong gen chuyển nạp ngoại lai Discosoma red fluorescent protein2 (DsRed2) và một gen nội sinh GhCLA1. Họ thấy rằng: cây có chỉnh sửa gen DsRed2 ở thế hệ T₀ chuyển ngược lại những tính trạng của nó như cây ở trạng thái nguyên thủy (wild type), với huỳnh quang đỏ không còn nữa trên toàn thân cây. Bên cạnh đó, kiểu hình và kiểu gen đột biến truyền được sang thế hệ T₁. Có 75% cây được chỉnh sửa gen GhCLA1 thể hiện bạch tạng (albino) với những nucleotides khá rõ và sự mất đoạn DNA khá rõ. Hiệu quả cao của chỉnh sửa gen đạt đến 67-100%  tại mỗi vị trí “đích”. Không có đột biến không chủ đích xảy ra. Kết quả này cho thấy hệ thống chỉnh sửa bộ gen bằng CRISPR-Cas9 có hiệu quả chỉnh sửa genome rất cao và đáng tin cậy đối với loài bông vải dị tứ bội (allotetraploid cotton).

Xem Plant Biotechnology Journal.

THÔNG BÁO

HỘI NGHỊ LẦN THỨ 50 của AIFST (Viện Khoa Học và Công Nghệ Lương Thực của Úc)

Hội nghị lần thứ 50 AIFST (50th AIFST Convention) được tổ chức tại Australian Institute of Food Science and Technology; Sydney, Australia; vào ngày 17-18 tháng Bảy năm 2017. Chủ đề là “The Future of Food” (Tương Lai của Lương Thực và Thực phẩm).

Xem  AIFST website.

HỘI NGHỊ TOÀN CẦU VỀ KHOA HỌC THỰC VẬT VÀ SINH HỌC PHÂN TỬ 2017 (GPMB 2017)

Hội nghị toàn cầu về khoa học thực vật và sinh học phân tử (Global Conference on Plant Science and Molecular Biology: GPMB) 2017, được tổ chức tại Eurostars Rey Don Jaime, València, Tây Ban Nha; vào ngày 11-13 tháng Chín năm 2017. Xem conference website.