Tuần tin khoa hoc 550 (02-08/10/2017)

NHX Transporters từ cây artichoke chuyển vào hệ gen cây lúa cải tiến tính chịu mặn

Những phân tử “transporters” vận chuyển cation thuộc loại hình NHX của thực vật thể hiện có sự trao đổi cation giúp cây chịu mặn và phát triển gen đồng dạng potassium. Yang Zeng và ctv. thuộc ĐH Nông nghiệp Nanjing, Trung Quốc đã phân lập hai gen đồng dạng và định tính hai gen NHX ấy, đó là HtNHX1 và HtNHX2, từ cây artichoke “Jerusalem” chống chịu mặn (Helianthus tuberosus). Người ta dòng hóa hai gen này và cho thể hiệng riêng biệt nhau trong giống lúa chuyển nạp gen. Cả hai nghiệm thức xử lý trong đất và trong môi trường lỏng đều cho kết quả thể hiện gen HtNHX1 hoặc HtNHX2 giúp cây lú chống chịu mặn. Hơn nữa, sự thể hiện gen HtNHX2 làm tăng năng suất lúa, chỉ số thu hoạch, hấp thu dinh dưỡng trong điều kiện thiếu potassium, bị stress mặn salt hoặc thiếu dinh dưỡng nói chung. Kết quả này chứng minh rằng NHX transporters có chức năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng. Xem Plant Biotechnology Journal.

Giải mã trình tự hệ gen cây kê do các nhà khoa học từ 10 quốc gia

Một consortium quốc tế bao gồm các nhà khoa học đến từ Pháp, Ấn Độ, và Trung Quốc đã công bố kết quả giải trình tự hệ gen cây kê ngọc (pearl millet: Pennisetum glaucum), một loài mễ cốc thuộc họ Hòa Bản, phát triển vùng bán sa mạc ở Sahel của châu Phi và châu Á, đặc biệt là Ấn Độ.  Họ tiến hành hợp tác với IRD (Institut de Recherche pour le Développement) của Pháp, Viện Nghiên Cứu Cây Trồng Quốc Tế phục vụ vùng nhiệt đới bán sa mạc (ICRISAT)  ở Ấn Độ, và, Viện Genome Bắc Kinh ở Trung Quốc; tiến hành nghiên cứu và công bố trên tạp chí Naturecới 63 tác giả của 10 quốc gia. Họ xác định một trình tự hệ gen cây kê theo tiêu chuẩn, bao gồm 38.000 gen. Nhóm nghiên cứu này giải mã trình tự gần 1.000 giống kê trồng trọt và quần thể kê hoang dại là tổ tiên của nó để phân tích kiến trúc di truyền, đa dạng di truyền  và sự tiến hóa  của hệ gen cây kê. Nghiên cứu cho phép họ lần theo dấu vết nguồn gốc cây kê được thuần hóa, phát hiện năm đầu tiên trồng cây này vào 4.500  năm trước trên vùng giáp ranh giữa Mali và Niger. Cây kê thích nghi với khô hạn, đất nghèo dinh dưỡng, nhóm nghiên cứu xác định những gen làm chậm lại sự mất nước của cây từ lá (do đó, bảo tồn được nước trong thân), cũng như những gen khác có liên quan đến sự chống chịu với điều kiện khô hạn. Xem IRD press release, hoặc Nature.

RNAi và tính kháng  ruồi trắng của cây cải xà lách chuyển gen

Abdulrazak B. Ibrahim thuộc Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, cùng với đồng nghiệp, đã kiến trúc được plasmid mang phân tử RNAi nhắm đích đến là v-ATPase enzyme, được biết là có chức năng đa dạng ở màng tế bào bao gồm vận chuyển ion, trong ruồi trắng (Bemisia tabaci). Transgene này được chuyển nạp thành công vào cây cải xà lách (lettuce: Lactuca sativa). Sự hiện diện của transgene được xác định ở thế hệ T₀ và T₁ của dòng cây chuyển gen, phân ly theo luật Mendel. Bảy dòng được cho lây nhiễm bởi ruồi trắng vào theo dõi liên tục suốt 32 ngày. Phân tích cho thấy trong 5 ngày đầu cho ruồi ăn xà lách, chúng có tỉ lệ chết lên đến 83.8–98.1%. Bên cạnh đó, có sự giảm rất lớn số trứng đẻ ra trong nghiệm thức nuôi bằng xà lách chuyển gen so với đối chứng nuôi bằng xà lách thông thường. Mức độ biểu hiện trong ruồi trắng hàm lượng enzyme do gen nội sinh của ruồi mã hóa v-ATPase giảm nghiêm trọng khi cho ruồi ăn xà lách chuyển gen. Xem Transgenic Research.

Phát sinh đột biến có chủ đích bằng hệ thống TALEN trên bản sao chép COMT của mía đường

Cây mía đường là nguồn thực phẩm quan trọng của nhân loại trên trái đất này trong thương mại và trong nhiên liệu sinh học. Sử dụng kỹ thuật RNAi ức chế gen sinh tổng hợp lignin, caffeic acid O-methyltransferase (COMT) đã cải tiến hàm lượng ethanol đáng kể từ sinh khối lignocellulosic. Tuy nhiên, hệ gen cây mía đường là đa bội thể sẽ nhanh chóng bị thách thức bởi sự cải biên di truyền theo những kỹ thuật này. Baskaran Kannan và ctv. thuộc ĐH Florida, Hoa Kỳ đã xác định đích đến COMT với một cặp TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease) phục vụ đột biến có chủ đích mang tính chất đa alen để cải biên hàm lượng lignincủa cây mía đường. Đột biến COMT làm giảm 19.7% hàm lượng lignin và cải thiện đáng kể hiệu quả tổng hợp saccharose. Sinh khối tạo ra trong dòng đột biến COMT có hoạt động saccharose hóa tối ưu mà không làm thay đổi đặc tính của giống gốc trong điều kiện thí nghiệm có số lần lập lại trên đồng ruộng.  Phân tích cho thấy số bản sao chép đột biến này là 107 trong 109 COMT bản sao trong dòng đột biến ở thế hệ con cháu khi sử dụng hệ thống “single TALEN pair”. Dòng đột biến này kết hợp với thành phần của thành tế bào thay đổi và hoạt động saccharose hóa rất lớn. Xem Plant Biotechnology Journal.

Các nhà khoa học quốc tế giải mã trình tự rầy chổng cách trên cây có múi

Tập thể các nhà khoa học quốc tế đứng đầu là Boyce Thompson Institute (BTI) đã công bố bản thảo tổng hợp các chuỗi trự hệ gen con rầy chổng cánh (Asian citrus psyllid (ACP): Diaphorina citri). Rầy chổng cánh là côn trùng gây hại cây có múi, là vec tơ truyền bệnh vi khuẩn “greening” (Candidatus Liberibacter asiaticus, or CLas). Nhiều nghiên cứu trên CLas và cây có múi bị nhiễm rầy và bệnh, nhưng côn trùng này vẫn chưa được quan tâm đầy đủ trong mối quan hệ tương tác giữa ký chủ và sâu hại. Sự hợp tác của các nhà khoa học đến từ 21 viện nghiên cứu, BT's Mueller và Heck Labs đã công bố bản thảo đầu tiên về hẹ gen con D. citri, gồm có 530 mô phỏng gen thủ công và 20.000 gen dự đoán bằng phần mềm tin sinh học. Họ kết hợp sự dự đoán mang tính chất tự động các gen và mang tính chất thủ công các gen. Sự cố gắng làm được “manual curation” tập trung vào gen mà nhóm nghiên cứu này cho rằng quan trọng trong điều khiển sự vận chuyển vi khuẩn vào cây có múi.  Xem BTI News.

Chỉ có hai gen điều khiển màu sắc và sọc của cánh bướm

Một cặp gen xác định các sọc và màu của cánh bướm, theo hai bài báo khao học được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences. Trong bài đầu tiên, nhóm tác giả Linlin Zhang và đồng nghiệp thuộc Đại Học Cornell sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để đột phá vào gen này, tạo cho bướm có cánh màu đen và trắng. Bài bào thứ hai được thực hiện bởi  Anyi Mazo-Vargas và ctv. thuộc Cornell  và nhiều Viện nghiên cứu khác, cho thấy khi gen WntA bị cắt ra khỏi hệ gen bằng CRISPR-Cas9, các sọc cánh biến mất. Kết quả còn cho thấy làm thế nào những gen đơn ấy có những tác động vô cùng lớn lao như vậy. Họ đề nghị rằng việc điều khiển những tính trạng phức tạp ấy ví dụ dự thành phần tạo màu sắc của cánh bướm bao gồm rất nhiều gen khác nhau.  Xem Cornell University.