Tuần tin khoa hoc 545 (28/08-03/09/2017)

Sự thể hiện mạnh mẽ gen GmSN1 tăng cường tính kháng virus trong cây Arabidopsis và cây đậu nành

Bệnh khảm virus cây đậu nành (SMV: Soybean mosaic virus) gây thiệt hại về năng suất rất lớn trên cây đậu nành (Glycine max). Nhóm các nhà nghiên cứu mà đứng đầu là Hongli He thuộc Northeast Normal University, Trung Quốc đã tiến hành so sánh sự thể hiện gen trong giống cây đậu nành kháng bệnh SMV và giống nhiễm bệnh. Họ quan sát thấy có một nhóm phụ (subgroup) của các gen GAST (Gibberellic Acid Stimulated Transcript) điều tiết theo kiểu UP trong giống đậu nành nhiễm bệnh SMV, nhưng không trên giống kháng. Phân tích còn cho thấy một trong những gen GAST, đó là gen GmSN1, quan hệ rất gẩn với gen Snakin-1, của cây khoai tây – gen kháng bệnh vi khuẩn. Khi cho thể hiện mãnh trên cây Arabidopsis và đậu nành, gen GmSN1 đã làm tăng cường tính kháng bệnh virus gây khảm (turnip mosaic virus) trong cây Arabidopsis, và bệnh SMV trong cây đậu nành. Phân tích sâu hơn cho thấy sự thể hiện của GmAKT2, một gen được biết tăng cường tính kháng bệnh SMV của đậu nành khi nó thể hiện mạnh, được đánh giá  trong những cây đậu nành chuyển gen. Nghiên cu1u này cho thấy gen GmSN1 có khả năng tăng cường tính kháng virus của cây thông qua ảnh hưởng đến các gen thể hiện phản ứng miễn nhiễm. Xem Plant Cell Reports.

Vai trò của gen PtrZPT2-1 của cây trồng phản ứng với nhiều stress phi sinh học

Trong cây, hầu hết các protein Cys2/His2 zinc finger có hai domain mang tên “zinc finger” (viết tắt là ZPT2) được xem như có vai trò phản ứng lại stress phi sinh học. Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Jiangxi Agricultural University, trung Quốc, đứng đầu là Dechun Liu, đã dòng hóa và nghiên cứu vai trò của họ gen ZPT2, trong đó gen PtrZPT2-1 thuộc cây cam ba lá (trifoliate orange: Poncirus trifoliata), trong phản ứng của cây đối với stress phi sinh học. Gen PtrZPT2-1 có trong nhân tế bào. Sự thể hiện của gen PtrZPT2-1 bị kích thích mạnh mẽ bởi nhiệt độ lạnh, bởi khô hạn, mặn và những stress phi sinh học khác. Thể hiện mạnh mẽ gen PtrZPT2-1 đã làm tăng mức độ sống sót của cây thuốc lá chuyển gen sau khi xử lý lạnh, khô hạn và mặn. Bên cạnh đó, các mức độ thể hiện của 15 gen liên quan đến stress phi sinh học đã tăng lên đáng kể trong cây thuốc lá transgenic thể hiện mạnh mẽ gen PtrZPT2-1 sau khi cho xử lý stress. Kết quả còn cho thấy sự thể hiện mạnh mẽ của PtrZPT2-1 trong cây thuốc lá transgenic có thể được áp dụng để cải tiến cây trồng chống chịu lạnh, khô hạn và mặn tốt hơn. Xem Plant Science.

Đột biến có chủ đích cây cỏ “switchgrass” tứ bội thể

Cỏ switchgrass (Panicum virgatum L.) là loài cỏ có tiềm năng về năng suất cao xét theo sinh khối trong đồng cỏ chăn nuôi gia súc – là cây mô hình cho loài cỏ Poaceae. Tuy nhiên, tính chất bất thụ khi cho tự thụ phấn và tính chất đa bội thể của nó làm cho người ta rất khó tiếp cận trong nghiên cứu chức năng của gen hoặc cải tiến giống cỏ trồng này. Các nhà khoa học của Iowa State University, đứng đầu là Yang Liu, đã khai thác khả năng sử dụng công nghệ CRISPR-Cas9 trong tạo ra đột biến có chủ đích đối với cỏ switchgrass tứ bội thể ấy. Đầu tiên họ tiến hành trắc nghiệm CRISPR trong cây switchgrass với GFP (green-fluorescent protein) không có chức năng bằng cách chèn ở đầu 5′ vùng mang mật mã di truyền của nó. Gen ấy được gây đột biến thành công nhờ “Cas9/sgRNA complex”, cho ra kết quả “chức năng mới được di truyền”. Biến nạp gen bằng vi khuẩn Agrobacterium trên mô sẹo (calli) dẫn xuất từ những “caryopses” đã trưởng thành hoàn toàn, xác định vị trí chuẩn xác của nhiều gen, có thuật ngữ khoa học là teosinte branched 1 (tb1) a và b, và gen phosphoglycerate mutase (PGM). Những thể transformants đầu tiên (T₀) có những đột biến chủ đích do CRISPR-Cas9 được người ta thu thập ở tần suất 95.5% (tb1a) và 11% (tb1b), với những cây đột biến T₀ biểu hiện rõ tính chất đẻ chồi khỏe. Trong khi đó, tần suất đột biến đạt tỷ lệ 13.7%  đối với gen PGM. Không có sự thay đổi kiểu hình nào được ghi nhận trên cây đột biến PGM T₀. Kết quả nghiên cứu đã minh chứng rằng hệ thống chỉnh sử gen CRISPR-Cas9 có thể tạo ra những đột biến có chủ đích hết sức hiệu quả trong cây cỏ switchgrass. Xem Plant Biotechnology Journal.

Chỉnh sửa genome nhờ CRISPR-Cas9 cây cải mù tạt

 CRISPR-Cas9 là công cụ rất có giá trị trong nghiên cứu và đ0ược áp dụng khá rộng rãi đối với nhiều loài thực vật khác nhau. Tuy nhiên, hiệu quả của phương pháp này không mấy khả thi cho loài cải mù tạt dị tứ bội thể (allotetraploid rapeseed: Brassica napus), một loài cây tròng cho dầu hạt rất quan trọng. các nhà khoa học thuộc  Huazhong Agricultural University đã tiến hành đánh giá hiệu quả của đột biến nhờ CRISPR-Cas9 đối với 12 gen trong cây rapeseed, bao gồm những gen có tính chất paralogous (tương đồng). [Ghi chú: paralogous gene được định nghĩa là hai gen hoặc chùm gen ở các vị trí khác nhau, trên nhiễm sắc thể của cùng một loài sinh vật có kiến trúc di truyền giống nhau từ một tổ tiên chung, biến đổi một cách đa dạng từ bản sao của bố mẹ, hoặc đột biến tự nhiên, và chọn lọc của con người, hoặc do sự dịch chuyển của nó].  Hiệu quả của CRISPR kích thích những đột biến có chủ đích rõ ràng ở cả hai loại hình: locus riêng biệt (single locus) và những loci nào đó của bộ gen cây rapeseed. CRISPR còn có thể gây đột biến có chủ đích trên những gen mang tính chất “paralogous”, hoặc những gen khác nhau có cùng chức năng của loài sinh vật. Vì các gen “paralogous” trong cây rapeseed có những chuỗi trình tự cực kỳ tương đồng, chúng được xác định đích đến khá thành công với sự điều hành của phân tử sgRNA. Không có những đột biến không chủ đích xảy ra (off-target mutations) trong những dòng CRISPR-Cas9, cho thấy rằng những đột biến thu nhận được được vận hành hết sức chuyên biệt. Một nửa những đột biến này, là đồng hợp tử (homozygotes), có tính chất bi-alleles, và những dị hợp tử cũng được di truyền khá ổn định ở thế hệ tiếp sau đó (T­₁) mà không xảy ra bất cứ đột biến nới nào hoặc sự đảo đoạn nào (reversions). Nghiên cứu này chứng minh rằng CRISPR-Cas9 có thể là một công cụ rất hiệu quả trong cải biên genome có chủ đích tại nhiều loci của cây cải dầu (mù tạt). Xem Scientific Reports.

Thực vật sản sinh ra vaccin mới chống virus “African Horse Sickness”

Virus gây bệnh AHS (African horse sickness) là bệnh rất nghiêm trọng. Người ta xem đó là bệnh không thể tránh được (fatal viral disease) ảnh hưởng đến đàn ngựa của châu Phi. Bệnh do dsRNA orbivirus được viết tắt là AHSV (African horse sickness virus). Mặc dù chích vaccin phòng bệnh là vũ khí hết sức hiệu quả trong cuộc chiến với bệnh AHS, nhưng vaccin có thể có được là một “version” có tính chất tiết giảm cuộc sống của virus (live-attenuated version) : được viết tắt là LAV. Điều này mâu thuẫn với những cố gắng mang tính chất không mong muốn để phát triển một vaccin thay thế vaccin cũ. Nhóm nghiên cứu của Susan J. Dennis thuộc Đại Học Cape Town, Nam Phi đã báo cáo việc sản xuất vaccin có nguồn gốc thực vật có thuật ngữ là virus-like particle (viết tắt VLP); kiểu huyết thanh (AHSV serotype) của 5 vaccin ứng cử viên. Họ tiến hành biến nạp protein mũ AHSV (capsid proteins) vào cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) chuyển gián tiếp tgho6ng qua vi khuẩn Agrobacterium. Vaccin này được tách chiết và được làm sạch từ lá cây thuốc lá chức tất cả 4 capsid proteins. Loài gặm nhắm “Guinea pigs” (hình) được sử dụng để xét nghiệm vaccin có nguồn gốc thực vật này (AHSV vaccine) để kích thích hệ miễn dịch của nó. Năm con “Guinea pigs” mà mỗi con được chủng từng nghiệm thức vaccin có biểu hiện kháng AHSV. Tất cả “Guinea pigs” được chủng vaccin đều có mức độ “neutralization capability” (khả năng không thể hiện bệnh) đối với AHSV. Kết quả cho thấy rằng vaccin có nguồn gốc thực vật AHSV có thể kích hoạt phản ứng của hệ thống miễn dịch cao trong cơ thể con “Guinea pigs”. Xem Plant Biotechnology Journal.

THÔNG BÁO

PARC chấp nhận kỹ thuật mới để phát triển nông nghiệp của Pakistan

Hội Đồng Nghiên Cứu Nông Nghiệp Pakistan (PARC: Pakistan Agricultural Research Council) chấp thuận cho phép những công nghệ nghiên cứu mới đối với phát triển cây trồng và vật nuôi, theo chủ tịch của PARC, Dr. Yusuf Zafar T.I. trong diễn văn khai mạc của ông nhân phiên họp của ủy ban chọn lựa duyệt đề tài có tính chất đấu thầu của PARK (Competitive Grant Selection Committee Meeting), Islamabad ngày 9-8-2017. Xem PARC website.