Tuần tin khoa hoc 572 (05-11/03/2018)

Knockdown gen GmFAD2-1B bằng kỹ thuật RNAi để cải tiến phẩm chất dầu đậu nành

Dầu đậu nành có chứa khoảng 20% oleic acid và 63% các acid béo không bảo hòa, điều này làm cho sự ổn định về ô xi hóa rất kém (poor oxidative stability). Gia tăng hàm lượng oleic acid trong hạt đậu nành có thể cải thiện được tính ổn định này giúp cho sức khỏe người dùng dầu đậu nành tốt hơn. Enzyme FAD2 (Endoplasmic reticulum-associated delta-12 fatty acid desaturase 2) là enzyme chủ chốt có chức năng chuyển hóa những tiến chất của oleic acid biến thành linoleic acid trong chu trính biến dưỡng sinh tổng hợp lipid. Jing Yang và đồng sự thuộc Jilin Academy of Agricultural Sciences, Trung Quốc, đã sử dụng kỹ thuật RNAi để thực hiện knockdown gen GmFAD2-1B trong hạt đậu nành để làm tăng hàm lượng oleic acid. Gen GmFAD2-1B đã điều tiết theo kiểu DOWN trong hạt đậu nành của những cây thuộc dòng bị knockdown do RNAi. Hàm lượng oleic acid đã gia tăng đáng kể, từ 20% lên 80% trong hạt cây đậu nành transgenic so với cây nguyên thủy (wild types). Hàm lượng acid béo có phổ thể hiện (profile) thay đổi dần trong ba thế hệ liên tục. Hơn nữa, hàm lượng protein tổng số và hàm lượng dầu tổng số cũng như các tính trạng nông học chính  của cây đậu nành transgenic không có bất cứ khác biệt nào so với cây nguyên thủy. Xem trong tạp chí Transgenic Research.

 Gen của cây lúa giúp cây có múi kháng bệnh ghẻ (Citrus Canker)

Kỹ thuật di truyền vừa cho kết quả đáng quan tâm trong phương pháp lai tạo giống truyền thống - giống quýt ‘W. Murcott' (Citrus sp.), một trong giống cây có múi quan trọng về mặt thương mại của thế giới. Ahmad Omar và cộng sự thuộc Đại Học Florida và Đại Học Zagazig của Ai cập, đã sử dụng công nghệ di truyền để tạo ra giống quýt W. Murcott kháng bệnh ghẻ trái. Chuyển nạp gen vào cây quýt W. Murcott theo phương pháp chuyển qua tế bào trần với gen Xa21 của cây lúa, gen này kháng ổn định với bệnh cháy bìa lá do vi khuẩn Xanthomonas gây ra trên cây lúa. Mười cây transgenic này được phát triển từ chuyển nạp gen cây lúa vào, chúng biểu hiện tính kháng bệnh ghẻ trái thông qua xét nghiệm “syringe inoculation” trong điều kiện phòng thí nghiệm. Những cây transgenic ấy có số vết bệnh giảm, quần thể vi khuẩn gây bệnh trong vết bệnh giảm so với cây nguyên thủy làm đối chứng. Đây là cách tiếp cận mới để quản lý bệnh ghẻ trong giống quýt. Tuy nhiên, Cây quýt W. Murcott chuyển gen cần được đánh giá sâu hơn trong điều kiện ở ngoài đồng ruộng để minh chứng mức độ kháng bệnh. Xem Transgenic Research.

CRISPR-Cas9 được ứng dụng để nghiên cứu di truyền ngược cây Parasponia

 Parasponia (hình) đặc trưng cho năm loài cây nhiệt đới thuộc họ Cannabeacea, là loài cây duy nhất được xếp bên cây họ đậu; nó có thể tạo ra nốt rễ cố định đạm thông qua vi khuẩn Rhizobium. Phân tích giữa những cây họ đậu với cây Parasponia cho phép chúng ta xác định  hệ thống di truyền điều khiển sự kiện cộng sinh này. Tuy nhiên, những nghiên cứu hiện này đều thiếu do không có những công cụ của ngành di truyền ngược (reverse genetic tools) đối với chi Parasponia. Nhóm nghiên cứu của Arjan van Zeijl thuộc Wageningen University and Research; Hà Lan, đã tiến hành nghiên cứu đốt biến gen có chủ đích thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 trên cây Parasponia andersonii. Sử dụng CRISPR, nhóm nghiên cứu này đã gây đột biến bốn gen, PanHK4, PanEIN2, PanNSP1, và PanNSP2, chúng điều khiển cytokinin, ethylene hoặc hệ thống hormone “strigolactone”. Bộ gen tương tự rất cần thiết cho chức năng cộng sinh của cây học đậu. Họ tiến hành ‘knockout” để có dòng đột biến Panhk4 và Panein2 có kiểu hình phát triển, giảm hoạt động procambium trong cây Panhk4 và làm rối loạn sự phóa tính dục trong cây đột biến Panein2. Kiểu hình cộng sinh của hai dòng mutants này khác với cớ chế cộng sinh của cây họ đậu. Trái lại, PanNSP1 và PanNSP2 được thấy rằng chúng vô cùng cần thiết cho sự hình thành nốt sần ở rễ, một kiểu hình tương tự như cây họ đậu. Áp dụng hệ thống chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR-Cas9 trên các loài thuộc chi Parasponia đã được chứng minh với kết quả tốt và được khuyến cáo sử dụng trong nghiên cứu di truyền ngược (reverse genetics). Xem Frontiers in Plant Science. 

Knock-out gen lncRNA1459 làm thay đổi kiểu hình chín quả cà chua

Một số phân tử lncRNAs (long non-coding RNAs) (phân tử RNA trình tự dài, không mang mật mã di truyền) có vai trò quan trọng trong các tiến trình sinh học. Tuy nhiên, chức năng sinh học của chúng (hầu hết các phân tử lncRNAs) vẫn chưa được biết rõ ràng. Nhóm nghiên cứu của Ran Li thuộc China Agricultural University, trước đây đã khám phá ra phân tử lncRNA có liên qua đến sự chín của quả cà chua, đó là phân tử lncRNA1459. Họ thực hiện nghiên cứu lncRNA1459 và giải thích chức năng của nó khi quả cà chua chín. Họ đã ứng dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRSIPR-Cas9 để phát triển cây đột biến thuộc dạng “loss-of-function” đối với lncRNA1459. So sánh với quả cà chua của cây nguyên thủy, tiến trình chín của quả cà chua đã bị ức chế đáng kể bởi đột biến lncRNA1459. Việc sản sinh ra ethylene và tích lũy lycopene cũng bị ức chế trong những cây mutants ấy. Hơn nữa, các gen có liên quan đến sản sinh ra ethylene và sinh tổng hợp carotenoid cũng điều tiết theo kiểu DOWN trong cây mutants so với quả cà chua của cây nguyên thủy. Sự thể hiện của nhiều gen có liên quan đến nội dung chín quả cà chua, đều có trong mối quan hệ với phân tử lncRNAs, đã được thay đổi đáng kể sau khi tiến hành “knocking out” phân tử lncRNA1459. Kết quả cho chúng ta nhận thức mới về lncRNA1459 trong sự chín quả cà chua. Xem The Plant Journal.

Áp dụng CRISPR-Cas9 để chỉnh sửa lá cây ca cao

Các nhà sản xuất ca cao thường bị mất mùa do một loạt các vi sinh gây bệnh hại cây tác động. Phát triển giống ca cao kháng bệnh là nội dung cấp bách để đối phó với mối đe dọa này, nhưng trong ngân hàng gen cây ca cao rất hạn chế nguồn di truyền cung cấp gen kháng và thời gian của thế hệ con lai diễn ra chậm chạp đối với cây trồng này. Nhóm nghiên cứu của Andrew Fister thuộc Pennsylvania State University và những cộng tác viên của tố chức khác, lần đầu tiên áp dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để chính sửa hệ gen vây ca cao đặc biệt trên lá và tế bào trục mang lá mầm (cotyledon cells). Như một luận điểm ngược, nhóm nghiên cứu Fister tập trung vào gen TcNPR3 (Non-Expressor of Pathogenesis-Related 3), một “suppressor” trong phản ứng tự vệ của cây. Họ đã xác định sự hiện diện của các đột biến trong gần ~30% của các bản sao chép TcNPR3 trên những mô đã được trắc nghiệm. Các mô được chỉnh sửa ấy biểu hiện gia tăng tính kháng bệnh do Phytophthora tropicalis gây ra.  Các gen trong hệ thống tự vệ “downstream” cũng được ghi nhận có sự điều tiết theo kiểu UP. Phân tích những đột biến không chủ đích không cho thấy có đột biến nào bất lợi. Như vẫy, điều này khẳng định rằng NPR3 là phân tủ repressor trong hệ thống miễn dịch của cây ca cao, việc áp dụng CRISPR-Cas9 là khả thi trong chỉnh sửa hệ gen cây ca cao. Xem Frontiers in Plant Science.

Mở khóa lại mật mã di truyền về kiểu hình màu sáng nhất và màu rực rỡ nhất trong thiên nhiên

Các nhà khoa học đã và đang mở khóa lại mật mã di truyền về kiểu hình màu sáng nhất và màu rự rỡ nhất trong thiên nhiên. Nghiên cứu này được in trong tạp chí PNAS: làm thế nào di truyền học có thể làm thay đổi màu sắc và sự xuất hiện của tất cứ loại hình sinh học nào của vi khuẩn. Vi khuẩn Flavobacterium là một loại hình vi khuẩn, nó tập họp lại với nhau trong nhiều colonies, phát sinh ra những màu sắc có ánh kim hết sức thu hút, ngần ấy không phải đi từ các sắc tố, mà từ cấu trúc bên trong, phản ánh ra thành ánh sáng ở bất cứ độ dài sóng nào. Họ đã so sánh các thông tin di truyền về tính trạng quang học ấy và so sánh kết quả giải phẩn học sinh vật nguyên thủy (wild-type) cũng như các colonies của vi khuẩn đột biến để hiểu như thế nào các gen điều hoà được màu sắc của colony. Thông qua số liệu của các vi khuẩn đột biến, họ đã thay đổi kích thước hay khả năng di chuyển, mà những nội dung như vậy đã làm thay đổi bản chất hình học của colonies vi khuẩn. Tiến trình làm thay đổi màu sắc color từ màu xanh lục nguyên thủy ánh kim của colony này sang màu xanh dương, rồi màu đỏ đã được quan sát. Xem University of Cambridge Research News.

THÔNG BÁO: HỘI NGHỊ QUỐC TẾ BIO Asia.

Hội nghị quốc tế BIO Asia; được tổ chức vào ngày 19-20, tháng Ba năm 2018; tại Tokyo, Nhật Bản. Xem conference website.