Tuần tin khoa hoc 548 (18-24/09/2017)

Lysin Motif có trong protein có vai trò quan trọng trong cây bông vải  tự bảo vệ đối với Verticillium dahliae

Những protein có lysin motif (LysM)có vai trò vô cùng quan trọng trong thực vật đối với các phân tử tiếp nhận thông tin thuộc PRRs (pattern recognition receptors). Chức năng của PRR giúp tế bào nhận biết MAMPs (microbe-associated molecular patterns) (những cấu trúc phân tử của vi khuẩn) và nó còn có chức năng tự vệ chống lại sự tấn công của nguồn vi sinh gây bệnh (pathogen). Hiện nay, các gen LysM vẫn chưa được phân tích một cách đầy đủ trong cây bông vải (Gossypium hirsutum) hoặc được khai thác một cách hiệu quả tính kháng bệnh. Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Jun Xu thuộc Nanjing Agricultural University, Trung Quốc, đã phân lập được tất cả các gen LysM từ trình tự của 4 loài bông vải. Những gen LysM này được phân ra thành 4 nhóm có cấu trúc rất khác nhau, trong đó có một giống bông biểu hiện các patterns rất khác nhau trong mô và cơ quan khác nhau, khi bị kích thích bởi chitin hoặc Verticillium dahliae. Sau đó, họ quyết định chỉ tập trung nghiên cứu 3 gen, Lyp1, Lyk7,và LysMe3. Các gen này biểu hiện sự gia tăng đáng kể khi phản ứng với những tín hiệu có chitin, sự xuất hiện của V. dahliae, và các tín hiệu khác liên quan đến stress. Protein Lyp1, Lyk7, và LysMe3 được ghi nhận tích tụ tại màng plasma. Làm câm gen mã hóa sự thể hiện protein ấy trong cây bông vải, ngay lập tức làm tổn hại đến nội dung tạo ra hàm lượng salicylic acid, jasmonic acid, và ROS (reactive oxygen species). Nghiệm thức “silencing” còn tác động đến hoạt động các gen có vai trò phòng vệ và gen kháng với V. dahliae. Như vậy gen Lyp1, Lyk7, và LysMe3 là những PRRs rất quan trọng có chức năng nhận biết tín hiệu chitin để kích hoạt tiến trình tự vệ ở vùng downstream và kích thích hệ thống tự vệ của cây bông vải đối với bệnh do V. Dahliaegây ra. Xem BMC Plant Biology.

CAAS phát triển cải bắp ge kháng sâu tơ (Diamondback Moth)

Các nhà khoa học của Viện Hàn Lâm Khoa Học Trung Quốc đã thành công trong việc đưa gen Bt vào trong cải bắp để cải thiện tính kháng sâu tơ (Plutella xylostella). Kết quả này được công bố trên tạp chí Scientia Horticulturae. Họ chuyển nạp gen gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens để phát triển cây bắp cải transgenic với gen Bacillus thuringiensiscry1Ia8. Những cây chuyển gen này có thể kiểm soát được cả ấu trùng sâu tơ nhiễm và kháng Cry1Ac. Kế đến, họ phân tích sự thể hiện và di truyền của gen Bt trong 4 dòng có bản sao đơn (single-copy lineages) và các con lai hữu tính. Phân tích cho thấy transgene như vậy được chèn vào bộ genome cây cải bắp thành công và di truyền của gen ấy trong thế hệ con lai phân ly theo định luật Mendel. Những dòng cây chuyển gen như vậy biểu hiện sự ổn định về di truyềnvà được dùng làm dòng cho gen (donor) trong chương trình chọn tạo giống cải bắp.Xem research article.

CRISPR-Cas9 làm biến đổi màu sắc hoa Morning Glory

Các nhà khoa học thuộc ĐH Tsukuba, tổ chức NARO (National Agriculture and Food Research Organization), và ĐH Yokohama City, Nhật Bản lần đầu tiên làm thay đổi được cây nhà vườn Nhật Bản truyền thống, có thuật ngữ chuyên môn là “Japanese morning glory” (Ipomoea nil hoặc Pharbitis nil), tên Việt là dây bìm bìm lam. Hoa biến từ màu tím violet thành màu trắng, thông qua việc thao tác trên một gen đơn. Hoa bìm bìm lam, hay hoa Asagao, đã được chọn làm đối tượng nghiên cứu vì nó là một trong hai loài cây trồng mô hình truyền thống trong nghề vườn trong NBRP (National BioResource Project), Nhật Bản. Các nhà khoa học đánh dấu một gen đích, dihydroflavonol-4-reductase-B (DFR-B), mã hóa enzyme sinh tổng hợp anthocyanin, có chức năng sáng tạo ra màu sắc của thân cây, lá cây và hoa. Hệ thống CRISPR-Cas9 được ứng dụng trên phôi, thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô cây hoabìm bìm lam. Enzyme DFR-B bị bất hoạt, cho ra kết quả ước khoảng 75% cây transgenic có thân màu xanh và hoa màu trắng. Phân tích di truyền khẳng định: trình tự đích DNA đã được thay đổi trong cây transgenic, cả DNA thêm đoạn và DNA mất đoạn trong cả hai bản sao của gen DFR-B (được gọi là bi-allellic mutants). Gen có liên hệ khác là DFR-A và DFR-C, được xem xét và cho thấy không có đột biến nào khác được ghi nhận, điều ấy xác định rằng có sự chuyên tính rất cao của hệ thống CRISPR-Cas9. Xem University of Tsukuba Research.

CRISPR-Cas9 trong đột biến có chủ đích genSlMAPK3 làm giảm tính chịu hạn của cây cà chua

Stress do khô hạn là một trong những yếu tố ngoại cảnh gây thiệt hại nghiêm trọng nhất cho cây cà chua. MAPS (Mitogen-activated protein kinases) vô cùng quan trọng trong sự truyền tín hiệu trong phản ứng của cây đối với khô hạn. Liu Wang và ctv. thuộc American Chemical Society đã tiến hành nghiên cứu gen SlMAPK3, vì nó bị cảm ứng khi có stress do khô hạn. Họ đã sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để tạo đột biến mất chức năng (loss-of-function) gen đột biến slmapk3.  Hai dòng độc lập T1 và dòng cà chua nguyên thủy (wild type) được sử dụng để phân tích tính chống chịu khô hạn. So với cây WT, cây đột biến slmapk3 biểu hiện: khô héo cực trọng (severe wilting), hàm lượng hydrogen peroxide cao hơn, hàm lượng các enzyme trong “antioxidant” thấp hơn, và chịu sự thương tổn nhiều hơn ở màng tế bào khi bị stress khô hạn. Thêm vào đó, áp dụng kỹ thuật knockout gen SlMAPK3 cho kết quả ảnh hưởng sự thể hiện của  các gen khác có liên quan đến stress khô hạn. Như vậy SlMAPK3 có vai trò trong phản ứng của cây cà chua đối với khô hạn bằng cách bảo vệ các màng tế bào tránh bị tổn thương do ô xi hóa (oxidative damage). Nó là sự kiện phiên mã mẫu mực trong các gen có liên quan đến kháng stress. Xem Journal of Agricultural and Food Chemistry.

Sự thể hiện mạnh mẽ của HbERF-IXc5làm tăng cường tính chống chịu với stress phi sinh học và tạo ra mũ cao su

ERF1 (ethylene response factor 1) trong cây Arabidopsis kết hợp với rất nhiều gen khác giúp cây thể hiện hoạt động tự bảo vệ. Yếu tố tương đồng của gen này (orthologue) trong cây cao su (Hevea brasiliensis), HbERF-IXc5, được người ta giả định là có vai trò chính trong biến dưỡng laticifer và chống chịu với stress khi người ta thu hoạch mũ cao su, điều ấy ảnh hưởng rất lớn đến năng suất mũ. Retno Lestari và ctv. thuộc “French Agricultural Research Centre for International Development” đã tiến hành nghiên cứu các dòng cao su chuyển gen biểu hiện mạnh mẽ gen HbERF-IXc5. Sự biểu hiện mạnh mẽ ấy làm tăng cường rất lớn sự tăng trưởng của cây cao su và giúp cây duy trì các thông số sinh lý cần thiết để chống lại stress phi sinh học ví dụ như thiếu nước, lạnh và mặn. Phân tích còn cho thấy HbERF-IXc5 có chức năng rất đặc biệt trong cây cao su ở những cây cao su chuyển gen thể hiện mạnh mẽ HbERF-IXc5. Chúng sẽ tích lũy nhiều tinh bột hơn và có nhiều tế bào latex hơn (nơi sản xuất mũ cao su). Xem Plant Biotechnology Journal.

Hình: Ảnh hưởng của thiếu nước trên cây cao su 8 tháng tuổi từ cây nguyên thủy và cây chuyển gen, và FTSW của chúng