Tuần tin khoa hoc 546 (04-10/09/2017)

GaMYB85 có vai trò quan trọng trong chống chịu khô hạn của cây Arabidopsis transgenic

Yếu tố phiên mã MYB luôn được đề cập trong các tiến trình mang tính chất cấu trúc, chức năng và đa dạng sinh học. Trước đây, người ta rất ít nghiên cứu về R2R3 MYB chỉ thấy trong cây bông vải khi nó phản ứng với stress phi sinh học. Hamama Islam Butt và ctv. thuộc “Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agricultural Science” đã thể hiện được gen GaMYB85, một yếu tố phiên mã R2R3 MYB, trong cây mô hình Arabidopsis thaliana để nghiên cứu chức năng  của yếu tố phiên mã (TF) này của cây transgenic. Cây Arabidopsis thể hiện mạnh mẽ gen GaMYB85 có mức độ nẩy mầm hạt rất khá khi phản ứng với nghiệm thức mannitol và stress mặn, có mức độ chịu hạn cao hơn với hiệu quả theo cơ chế tránh né so với cây nguyên thủy (wild-type). Những cây này cón có mức độ cao hơn rất nhiều hàm lượng proline tự do và hàm lượng diệp lục tố với sự mất nước thấp hơn và giữ nước được nhiều hơn. Sự nẩy mầm hạt của cây chuyển nạp gen “GaMYB85” được người ta quan sát thấy chúng khá nhạy cảm với abscisic acid (ABA). Hơn nữa, khi cho xử lý với nghiệm thức có có những nồng độ ABA khác nhau, cây chuyển nạp biểu hiện mật độ khí khổng giảm xuống, với kích thước khí khổng lớn hơn và sự mở khí khổng ít hơn cây nguyên thủy. Sự thể hiện gen GaMYB85 dẫn đến kết quả làm tăng cường  của nhửng gen đóng vai trò chỉ thị có liên quan đến stress ví dụ như RD22, ADH1, RD29A, P5CS, và ABI5. Như vậy kết quả nghiên cứu này đã minh chứng kết quả trước đó về gen GaMYB85. Người ta thấy rằng nó liên quan rất tốt với tính chống chịu khô hạn, mặn, và lạnh giá, thông qua chu trình kích hoạt ABA. Chính TF ấy đã có thể được sử dụng để phát triển tính chống chịu stress phi sinh học của cây bông vải. Xem BMC Plant Biology.

Hình: Phân tích điện di và qRT-PCR trong cây chuyển nạp gen GaMYB85 [a]. Xác định gen GaMYB85 với CDS (771 bp) hợp nhất vào genome ở thế hệ T₀ biểu hiện mạnh mẽ trong cây Arabidopsis. Phân tử DNA của cây WT (Col-0) được sử dụng làm đối chứng âm (lane 1) và 35S:GaMYB85 DNA được sử dụng trong lane 1–10, 11–16. M; DNA marker III, 1 kb. [b] Sự thể hiện tương đối của gen GaMYB85 trong quần thể T₂ thông qua phân tích qRT-PCR có tỷ lệ phân ly 3:1 trên môi trường chọn lọc, ba phân tử cDNA đã được sử dụng và thanh giá trị sai số trên cơ sở độ lệc chuẩn SD. Gen AtUBQ10 (Accession no: AT4G05320) được sử dụng như một tiêu chí trong phân tích qRT-PCR.

CRISPR thực hiện thao tác knockout gen SaF/SaM  qui định tính bất dục đực của cây lúa

Lúa lai giữa hai subspecies indica và  japonica (Oryza sativa) thường bất thụ, mà tính chất ấy làm ngăn trở sử dụng ưu thế lai trong chương trình lai có tính chất khai thác ưu thế lai giữa các loài phụ. Locus khá phức tạp Sa bao gồm hai gen nằm kế cận nhau, gen SaF và SaM, chúng tương tác với nhau để tạo ra sự bất thường của hạt phấn (abortion) mang alen của loài phụ japonica  trong con lai japonica-indica. Theo thí nghiệm này, Yongyao Xie và ctv. thuộc South China Agricultural University đặt mục tiêu nghiên cứu sao cho phục hồi tính hữu thụ đực trong con lai giữa indica-japonica thông qua làm câm gen SaF hoặc SaM. HỌ áp dụng kỹ thuật RNA-i trên tính trạng hữu thụ đực được phục hồi (restored male fertility) trong con lai giữa indica-japonica với Sa dị hợp tử. Sau đó, họ sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR-Cas9  để thực hiện thao tác knockout gen SaF và SaM của một dòng lúa indica để tạo dòng con lai có khả năng tiếp hợp. Những alen theo cách ấy không ảnh hưởng đến sức sống của hạt phấn và những tính trạng nông học khác, nhưng đã làm phá vỡ phân tử đóng vai trò rào cản khả năng sinh sục (reproductive barrier) trong con lai. Họ đã thấy rằng có một vài dòng lúa biểu hiện tính chất trungt tính của alen Sa-n, mà alen này có tính tiếp hợp (compatible) với các alen của japonica hoặc indica điển hình trong con lai. Nghiên cứu cung cấp cho chúng ta cơ sở lý luận về thế hệ các dòng con lai có khả năng tiếp hợp rộng thông qua thao tác “knocking” locus Sa hoặc sử dụng alen tự nhiên Sa-n để khắc phục tính bất dục đực của con lai trong chương trình cải tiến giống. Xem Journal of Integrative Plant Biology.

Bướm sâu tơ biến đổi gen được phép khảo sát trên đồng ruộng tại New York

Bướm đực (diamondback moth: sâu tơ, tên khoa học là Plutella xylostella) biến đổi gen được phát triển thành công bởi Oxitec ở trong phòng thí nghiệm, sẽ được phép khảo sát trên đồng ruộng tại  New York. Bướm biến đổi gen này (biotech moths) mang gen có tên là "time bomb", gen ấy giết những con của chúng, như vậy sẽ làm giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu để quản lý sâu tơ phá hại mùa màng. Sâu tơ  đã và đang gây hại hàng tỷ đô la mỗi năm cho cây trồng. Ít tháng nữa, trước khi mùa đông sẽ giết chết sâu tơ, các nhà khoa học của ĐH Cornell thực hiện một quan sát làm thế con bướm chuyển gen ấy hoàn thiện chức năng của chúng khi cho phơi nhiễm trong môi trường với đồng loại của chúng, những “wild cousins”. Nếu khảo sát này có kết quả dương tính, nó có thể là một bước khởi đầu rất tốt hướng đến thương mại hóa con sâu tơ biến biển gen này. Xem Scientific American.

Vaccine sản sinh từ thực vật phòng ngừa visus gây bệnh Zika được thử nghiệm trên chuột

Virus Zika (ZIKV) bộc phát trên toàn thế, nó gắn liền với phụ nữ mang thai và hội chứng sinh ra em bé có khung đầu nhỏ giới ảnh hưởng đến phát triển não cho đến khi trưởng thành. Do đó, người ta phải quản lý bệnh bằng phương pháp chủng vaccine. Các nhà khoa học thuộc Đại Học Arizona State, đứng đầu là Ming Yang, đã phát triển một “subunit vaccine” trên cơ sởprotein tạo võ ZIKV (E) và nghiên cứu tính miễn dịc trên chuột. Biểu hiện của ZIKV E (zE) có trong cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) cho thấy có sự tích lũy rất nhanh ở lá cây. Phân tích hóa sinh  cho thấy ZIKV E (PzE) phát sinh từ cây đã thể hiện một sự gắn kết đặc biệt đối với một “panel” của kháng thể đơn dòng (monoclonal antibodies). Kháng thể này ghi nhận nhiều “conformational epitopes” khác nhau của zE. Bên cạnh đó, phân tử PzE như vậy có thể được tinh sạch đến >90% về tính đồng dạng (homogeneity) với tiến trình “one-step” trong sắc ký (chromatography). Hai liều lượng PzE vận hành được cả hai nội dung: kháng thể “potent zE-specific” và “phản ứng miễn dịch ở tế bào” chuột. Quan trọng nhất là nồng độ zE-specific và sự trung tính của kháng thể vượt mức yêu cầu và tương quan với tính miễn dịch bảo vệ cơ thể chống lại nhiều chủng nòi (strains) của ZIKV. Kết quả đã chứng được tính khả thi của kháng nguyên protein phát sinh từ cây trồng ZIKV tỏ ra rất có hiệu quả, an toàn và là vaccine có đủ khả năng chống lại virus Zika  (ZIKV). Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Tinh sạch PzE từ cây thuốc lá Nicotiana benthamiana. Protein tổng số trên lá được tách chiết trên lá N. benthamiana, và PzE được tinh sạch bởi Ni²⁺ theo kết quả sắc ký anion kim loại bất động (IMAC). Điện di trên gel 12% SDS-PAGE và hiển thị bởi Coomassie blue staining. Lane 1: protein tổng số trên được chuyển bởi cột sắc ký Ni²⁺ IMAC; Lane 2: Ni²⁺ IMAC flow; Lane 3: tách rửa Ni²⁺ IMAC; M: marker căn cứ theo khối lượng phân tử protein. Tất cả lanes từ điện di trên một gel với lane không liên quan được bỏ ra.

Bản đồ di truyền tính chống chịu nóng của đậu Hà Lan

Biến đổi khí hậu và sự ấm lên của khí quyển là yếu tố hạn chế chính đến năng suấ đậu Hà lan (pea). Một nghiên cứu mới được thực hiện tại Đại Học Saskatchewan cho thấy rằng: giống đậu Hà lan nào (Pisum sativum) có thời gian trổ hoa lâu hơn và số quả (pod) nhiều hơn  có thể kháng được stress nóng. Rosalind Bueckert, tác giả chính của bài báo khoa học này cho rằng, tính chống chịu với stress nóng của cây đậu Hà lan đường như độc lập với một vài các tính trạng khác. Tuy nhiên, có hai tính trạng quan trọng nhất là: số quả đậu nhiều hơn và thời gian trổ bông lâu hơn liên kết rất chặt chẽ với tính chống chịu nóng.  Bueckert cùng với đồng nghiệp của Bà là Tom Warkentin và Shaoming Huang là những người đầu tiên khám phá ra vị trí của gen điều khiển tính chống chịu nóng trong cây đậu Hà lan. "Stress nóng làm cho ít bông hơn, ít quả đậu hơn, nghiêm trọng hơn là năng suất thấp hơn," theo Bà Bueckert. Cây đậu Hà lan  có nhiều qua 3 đậu sẽ cho năng suất cao hơn sau khi stress nóng xảy ra. Bueckert bổ sunh thêm rằng nếu giống đậu Hà lan  nào trổ bông dài hơn, nó sẽ có nhiều cơ hội hơn có có năng suất cao, ngay  cả khi bị stress nóng, bởi vì cây có nhiều thời gian hơn để phục hồi khi thời tiết cực đoan trong suốt quá trình trổ bông.  Họ đã đánh giá hơn một trăm giống đậu Hà lan khác nhau để xác định những tính trạng ấy vô cùng quan trọng để chiến đấu với nóng. Ngoài tính trạng kéo dài thời gian trổ và số trái đậu - hai tính trạng quan trọng nhất để chống chịu nóng, nhóm nghiên cứu này còn xem xét thêm những tính trạng khác nữa:  giống Hà lan bị mất lá một nửa "semi-leafless” chống chịu nóng tốt hơn giống có lá đầy đủ," Bueckert đã nói. Xem American Society of Agronomy News.

Hình: Nhiệt độ nóng cực đoan ảnh hưởng đến sự trổ bông của đậu Hà lan, làm cây đậu cho ra ít trái. Ảnh chụp của Rosalind Bueckert.