Tuần tin khoa hoc 567 (29/01-04/02/2018)

Gen “copine” cây lúa OsBON1 và OsBON3 có chức năng như những suppressors giúp cây lúa kháng bệnh phổ rộng

Yin X và ctv. vừa công bố trên tạp chí Plant Biotechnology (22-1-2018) về kết quả nghiên cứu gen kháng bệnh đạo ôn phổ rộng. Chọn tạo giống kháng bệnh là chiến lược nghiên cứu hiệu quả nhất để quản lý bệnh hại đối với nhiều loài cây trồng. Tuy nhiên, những hiểu biết về cơ chế và gen kháng với phổ kháng rộng, đối với nhiều chủng nòi khác nhau vẫn còn hạn chế giữa tính chất tự vệ của cây và sự tăng trưởng của cây. Các tác giả công trình này đã minh chứng được rằng gen “copine” của cây lúa: OsBON1 và OsBON3 là những phân tử “suppressors” vô cùng cần thiết cho tính miễn dịch. Cả hai OsBON1 và OsBON3 đã thay đổi vị trí protein ở mức độ tế bào (subcellular) trước thách thức xâm nhiễm của pathogen. Thực hiện kỹ thuật “knockdown” gen OsBON1 và tạo đột biến âm tính mang alen trội OsBON3 đã tăng cường tính kháng đối với nhiều chủng nòi gây bệnh đạo ôn và bệnh bạc lá lúa với cả hai trạng thái “hemibiotrophic” (nửa ký sinh) hoặc “necrotrophic” (hoại sinh) trong đời sống của vi sinh gây bệnh. Hoạt động tự vệ của đột biến OsBON1 (knockdown) kết hợp với sự tăng trưởng kém của cây lúa, cả hai đều bị ức chế mạnh mẽ bởi nhiệt độ nóng. Trái lại, sự thể hiện mạnh mẽ gen OsBON1 hoặc OsBON3 làm giảm tính kháng bệnh và tăng cường sự tăng trưởng của cây lúa. Tuy nhiên, không phải OsBON1 hoặc OsBON3 có thể cứu được kiểu hình cây lùn  của đột biến knockout BON1 trong cây Arabidopsis, như vậy, có một sự đa dạng trong đột biến này trong những gen “copine” của cây lúa và cây Arabidopsis. Nghiên cứu còn cho thấy những gen “copine” của cây lúa có vai trò tiêu cực trong điều hòa tính kháng bệnh và sự thể hiện của chúng ở mức độ định vị protein dường như có tác động lớn trong cân bằng giữa tăng trưởng và sự miễn dịch. Xem http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12890/epdf

Mối liên kết giữa các chất biến dưỡng thứ cấp đối với những chùm gen thể hiện qua phân tích trình tự hệ gen của sáu loài nấm Aspergillus.

Công trình nghiên cứu của Inge Kjærbølling và ctv. được công bố trên PNAS ngày 23-1-2018 đã đề cập đến các loài của chi Aspergillus và những tác động của chúng đối với cây trồng và bệnh trên người, đối với công nghệ sinh học thực phẩm, công nghệ enzyme, và bệnh đối với sinh vật mô hình, cũng như sự chọn lọc của những “extremophiles”. Ở đây, các tác giả đã nghiên cứu sáu hệ gen của sáu loài thuộc chi Aspergillus thông qua giải trình tự DNA, biểu thị các nhánh chưa khai thác của chi Aspergillus. So sánh các hệ gen này với những hệ gen trước đó, người ta thực hiện hàng loạt các phân tích hóa học, kết quả cho phép chúng ta phân lập được những gen điều khiển tạo ra toxins, antibiotics (chất kháng sinh), và chất chống ung thư. Kết quả còn cho thấy Aspergillus novofumigatus là vi nấm có khả năng  gây bệnh giống như Aspergillus fumigatus. Nó có mức độ đa dạng nhiều hơn với những hợp chất sinh hóa tiết ra. Đây là kết quả khá lý thú cho ngành công nghiệp dược phẩm, và những nghiên cứu y học. Đặc biệt, nhóm vi nấm này có thể sản sinh ra rất nhiều các chất biến dưỡng thứ cấp (SMs) đặc biệt, tác động sinh học tích cực (bioactive). Bốn loài Aspergillus (A. campestris, A. novofumigatus, A. ochraceoroseus, avà A. steynii) đã được giải trình tự DNA toàn bọ genome theo công cụ “PacBio” để tạo cơ sở dữ liệu tham chiếu về di truyền trong ba sections của chi Aspergillus. Loài A. taichungensis và A. candidus còn được giải trình tự trên cơ sở làm sáng tỏ chất biến dưỡng thứ cấp (SM). Mười ba hệ gen của Aspergillus đã được phân tích với thuật toán hệ gen so sánh (comparative genomics) nhằm xác định cây gia hệ và mức độ đa dạng di truyền. kết quả cho thấy mỗi genome ở đây có chứa 15–27% gen chưa hề được tìm thấy trong Aspergilli đã được giải trình tự trước đây. Đặc biệt loài A. novofumigatus khi so sánh về tính phát sinh bệnh với loài A. fumigatus cho kết quả tương đương. Như vậy, A. novofumigatus có thể sản sinh ra hầu hết các chất gây dị ứng (allergens) giống với A. fumigatus, độc tố cũng giống nhau, các yếu tố phát sinh bệnh cũng giống nhau. Như vậy, A. novofumigatus có thể là loài vi nấm gây bệnh giống như A. fumigatus. Hơn nữa, các SMs được liên kết với những chùm gen (gene clusters) trên cơ sở sinh học và hóa học,  trên cơ sở trình tự genome, và trên cơ sở thuật toán dự báo. Người ta lập lập các chất SM giả định theo tứng chùm (clusters) đối với độc tố aflatoxin, chlorflavonin, và ochrindol trong loài A. ochraceoroseus, A. campestris, và A. steynii, theo thứ tự, kế đến novofumigatonin, ent-cycloechinulin, và epi-aszonalenins trong loài A. novofumigatus. Như vậy có sáu hệ gen của nấm cho thấy tính đa dạng rất lớn trong chi Aspergillus. Xem http://www.pnas.org/content/115/4/E753.full

FRUCTOKINASE-LIKE PROTEIN 1 tương tác với TRXz để điều tiết sự phát triển lục lạp cây lúa

Nhóm nghiên cứu của L He vừa công bố trên tạp chí Integrative Plant Biotechnology; ngày 10 tháng 1 năm 2018 (trực tuyến) về hệ gen lục lạp cây lúa. Các gen trong lục lạp được phiên mã bởi PEP hoặc NEP.  FRUCTOKINASE – LIKE  PROTEINS (FLNs). Chúng là những kinase có tên gọi là phosphofructokinase-B (PfkB)-type carbohydrate kinases. Chúng hoạt động như một phần trong phức PEP complex. Tuy vậy, những cơ chế phân tử gắn với hoạt động của FLNs trong cây lúa vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ. Trước đó, nhóm tác giả đã phân lập và định tính đột biến gen hsa1 một kiểu hình bạch tạng rất nhạy cảm với nhiệt độ nóng. Thực hiện kỹ thuật “map-based cloning” cho thấy gen HSA1 mã hóa một protein giả định có tên là OsFLN2. Nhóm tác giả đã chứng minh rằng khi “knockdown” hoặc “knockout” gen OsFLN1, có một dạng đồng phân của HSA1/OsFLN2, ức chế sự phát sinh gen trong lục lạp (chloroplast biogenesis). Khi knockout gen đột biến fln1 bằng hệ thống CRISPR/Cas9, kết qảu cho ra phiểu hình bạch tạng cực nặng và gây chết cây con. Thêm vào đó, OsFLN1 còn định vị trong lục lạp. Áp dụng phương pháp nghiên cứu có tên là “Yeast two-hybrid, pull-down and bimolecular fluorescence complementation”; kết quả cho thấy OsFLN1 và HSA1/OsFLN2 tương tác với THIOREDOXINZ (OsTRXz) để điều hòa sự phát triển của lục lạp. Thực hiện “knockout” gen OsTRXz cho ra một kiểu hình bạch tạng tương tự và kiểu hình gây chết cây mạ trong các dòng đột biến fln1. Phân tích RT-PCR và phân tích “immunoblot” cho thấy sự phiên mã và dịch mã của những gen lệ thuộc vào PEP bị ức chế mạnh mẽ trong những dòng đột biến fln1 và trxz. Kết quả cho thấy nếu không có chức năng của  OsFLN1, HSA1/OsFLN2, hoặc OsTRXz thì sự ổn định của nhiễm sắc thể và hoạt động PEP đều bị ảnh hưởng trong qáu trình phiên mã. Như vậy OsFLN1 và HSA1/OsFLN2 có đóng góp tích cực vào quá trình “biogenesis” của lục lạp và tăng trưởng của cây.

Xem http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12631/full

Xác định gen điều khiển bệnh cháy lá bắp (Northern corn leaf blight) – nghiên cứu mới

URBANA, Ill. – Triệu chứng: những vết bệnh màu xám xanh trên lá chạy dọc mép bìa phiến lá bắp. Các gen kháng đã được người ta phân lập, nhưng bệnh do vi nấm gây ra chưa rõ ràng trong quan hệ với hệ thống tự vệ của cây bắp. Hiện nay, các nhà khoa học đã có thể phác họa con đường vi nấm tấn công gây bệnh cho cây bắp như thế nào. Công trình của Santiago Mideros và ctv. thuộc Đại Học Illinois, (Department of Crop Sciences) thực hiện và công bố. Đây là một nghiên cứu rất mới công bố trên tạp chí khoa học Phytopathology. Mideros và ctv. đã xác định được hai gen gây ra bệnh này trên cây bắp. Nhưng để hiểu rõ hơn ý nghĩa khoa học của nó, người ta phải phân tích chặt chẽ tương tác giữa gen cây bắp và gen của của nấm gây bệnh ra sao. Nhiều gen cây bắp kháng được các chủng nòi (strains) khác nhau của “northern corn leaf blight”: đó là Ht1, Ht2, Ht3, và HtN. Các gen ấy tạo ra tín hiệu cho protein có chức năng bảo vệ cây không bị nấm xâm nhiễm, nhưng người ta không biết cơ chế này một cách chính xác. Sự phá vỡ tính kháng bệnh khi cây bắp bị tấn công những lần sau đó có thể do sự tiến hóa của nấm chóng lại cây chủ. Tương tác giữa những gen của cây chủ và gen của vật gây bệnh đã được biết trong nhiều thập kỷ, nhưng cho đến này, các nhà khoa học chưa rõ cơ chế phân tử của những gen như vậy trong hệ gen của nấm. Muốn thu thập được thông tin này, họ tiến hành lai giũa các chủng nòi nấm khác nhau: một gây bệnh trên cây bắp có gen Ht1, một không gây bệnh. Họ tiến hành lập bản đồ di truyền các gen ấy trong quần thể con lai. Họ tìm thấy gen cho phép vi nấm gây ra bệnh (phát sinh bệnh). Vị trí của gen trong hệ gen vi nấm cũng được xác định, AVRHt1, họ tìm thấy một vị trí ứng cử viên (candidate location) cho một gen khác, AVRHt2. Những chỉ thị phân tử cũng được công bố trong các chủng nòi gây bệnh cho cây bắp. Tên của bài báo “Determinants of virulence and in-vitro development colocalize on a genetic map of Setosphaeria turcica,” được công bố trên Phytopathology. Nhóm tác giả bao gồm Mideros, Chia-Lin Chung thuộc National Taiwan University; Jesse Poland thuộc USDA-ARS; và Tyr Weisner-Hanks, Donliang Wu, Ariel Fialko, Gillian Turgeon, Rebecca Nelson thuộc Cornell University. Công trình khoa học được tài trợ bởi McKnight Foundation và USDA Hatch Project.

Xem http://news.aces.illinois.edu/news/northern-corn-leaf-blight-genes-identified-new-study