Tuần tin khoa học 580 (30/04-06/05/2018)

Tại sao rầy nâu không ưa cây lúa Bt

Hình: Sự ưa thích của rầy nâu với cây lúa Bt chưa bị phá hại và cây lúa non-Bt

rice plants. Dấu hiệu sâu Caterpillar cho thấy sự thiệt hại của ấu trùng sâu tuổi 3 của Chilo suppressalis. Tất cả các xét nghiệm được xem xét 20-23 lần lập lại, mỗi lần có 20 rầy nâu. Số lượng rầy nâu đại diện cho giá trị trung bình hàng ngày trong quan sát 7 ngày. Dấu hoa thị chỉ sự khác biệt có ý nghĩa: * P<0.05, **P<0.01; NS không khác biệt có ý nghĩa (P>0.05) (paired-sample t-test).

Dòng lúa chuyển gen Bt kháng sâu đã được phát triển thành công tại Trung Quốc. các điều tra trên đồng ruộng cho thấy cây lúa Bt này ít xuất hiện rầy nâu (Nilapavata lugens) hơn cây lúa không có gen Bt, mặc dù rầy nâu không phải là đối tượng cho mục tiêu chuyển gen mã hóa protein Bt diệt sâu hại lúa. Do vậy, Xingyun Wang và ctv. thuộc Chinese Academy of Agricultural Sciences đã thực hiện một nghiên cứu về cơ chế tìm hiệu cặn k4 hiện tượng ấy. Kết quả cho thấy số lượng rầy nâu ít trên dòng lúa có gen Bt liên kết với sự giảm thiệt hại do sâu bướm caterpillar (hình). Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhà lưới và trên đồng ruộng đều cho thấy rầy nâu  không ưa thích chích hút cây lúa Bt chưa tổn thương, hoặc không Bt, nhưng cực kỳ thích với cây lúa Bt không bị sâu caterpillar phá hại hoặc cây lúa không có Bt. Phân tích sâu hơn cho thấy thiệt hại do sâu caterpillar làm cho cây phóng thích chất bay hơi hấp dẫn rầy nâu tấn công. Họ khuyến cáo rằng sử dụng cây lúa không Bt làm nơi cư trú giống như một cái bẩy đối với rầy nâu và làm trì hoãn sự phát triển của tính kháng  Bt. Xem Plant Biotechnology Journal.

Sự chuyển nạp gen mã hóa GA20-oxidase trong cây thuốc lá

Sự thể hiện mạnh mẽ gen GA20ox mã hóa gibberellin 20-oxidase (GA20-oxidase) trong thực vật là kết quả của sự kéo dài thân được cải tiến và tốc độ tăng trưởng nhanh. Tuy nhiên, sự thể hiện mạnh mẽ ấy của GA20ox dẫn theo promoter cấu trúc CaMV 35S thường đồng hành với các kiểu hình không mong muốn, ví dụ như rễ phát triển kém và lá nhỏ. Một nhóm nghiên cứu của Việt Nam đã xác định nơi nào thể hiện GA20-oxidase trong cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) sẽ làm tăng sự kéo dài thân và làm tăng sự hình thành mô libe. Vector pBI101 mang gen GA20 mã hóa GA20-oxidase (binding c-myc tail) dưới sự điều khiển của “xylem-specific promoter” CAD4 đã được thiết kế thành công và chuyển nạp vào trong cây nhờ vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens chủng nòi C58. Tất cả dòng cây transgenic biểu hiện sự hình thành mô libe đặc biệt của GA20-oxidase khi thẩm định bằng kỹ thuật RT-PCR. Tất cả 5 dòng cây thuốc lá transgenic được chọn biểu hiện sự gia tăng việc kéo dài thân khi so sánh với cây nguyên thủy (WT) làm đối chứng, chiều cao thân cây transgenic tăng 20 - 60% cao hơn cây WT. Mức độ kéo dài thân cây transgenic cao hơn đáng kể so với cây WT. Nhuộm phẩm màu mô của thân cây cho thấy tất cả cây transgenic được chọn thể hiện một sự gia tăng đáng kể sự biệt hóa trong mạch gỗ so với cây WT, chiều ngang mạch libe cây transgenic tăng 17-59% hơn cây WT. Như vậy, GA20 ảnh hưởng đến sự phân hóa trong mạch gỗ và làm tăng sự hình thành gỗ. Xem  Journal of Science.

OsPK2 là gen có chức năng trong tổng hợp tinh bột và sự vào chắc của hạt thóc

Tinh bột là hình thức chính của sự tích lũy năng lượng trong thực vật bậc cao. Trong khi đó, phần lớn sinh tổng hợp tinh bột đã được người ta xác định, nhưng cơ chế đầy đủ này vẫn chưa được biết rõ ràng. Muốn nghiên cứu sâu hơn chu trình này, nhóm nghiên cứu của Yicong Cai thuộc Viện Nghiên Cứu Lúa Trung Quốc, đã xác định khiếm khuyết trong tính trạng vào chắc của hạt (grain filling) của cây lúa đột biến, gen ospk2, có chức năng làm khối lượng hạt thấp hơn, làm giảm hàm lượng tinh bột và làm thay đổi thành phần của tinh bột so với cây nguyên thủy (WT). Các hạt tinh bột bình thường giảm đáng kể và cho ra nhiều hạt đơn làm đầy nội nhũ dòng đột biến ospk2. Nhóm nghiên cứu này còn tìm thấy sự nẩy mầm của hạt cây đột biến ospk2 sau một năm tồn trữ trong kho bị giảm đáng kể so với hạt của cây WT. Hơn nữa, đột biến này còn dẫn đến kết quả làm xáo trộn biến dưỡng rất nhiều của dòng độpt biến ospk2. Phân tích gen OsPK2 cho thấy nó mã hóa pyruvate kinase, một enzyem khởi đầu cho bước chuyển hóa thành glycolysis. Protein của gen OsPK2 có trong chloroplasts. Kết quả cho thấy hiểu biết về vai trò của gen OsPK2 trong sự phát triển hạt thực vật, đặc biệt trong giai đoạn hình thành tinh bột và sự đầy hạt. Gen này có thể được sử dụng trong công nghệ di truyền  để cải tiến năng suất và phẩm chất cây lúa. Xem Plant Biotechnology Journal.

Alen trội ức chế sự tạo nốt rễ của vi khuẩn Rhizobium trong cây đậu nành

Vi khuẩn Sinorhizobium fredii là một loài cộng sinh ở rễ, thực hiện cố định đạm với sự thích ứng rộng trong các loài thực vật họ đậu. Đối với đậu nành (Glycine max), tương tác này cho thấy biểu hiện mức độ cao tính chuyên biệt vì chủng nói S. fredii chỉ hình thành nốt sần ở rễ đối với các giống đậu nành khá hạn chế. Nhóm nghiên cứu của Yinglun Fan thuộc Liaocheng University, Trung Quốc đã phân lập được một gen trong cây đậu nành làm hạn chế sự hình thành nốt rễ với vi khuẩn S. fredii USDA193. Sử dụng phương pháp trắc nghiệm bổ sung bằng kỹ thuật CRISPR-Cas9 để knock-out, họ thấy alen Rfg1 có chức năng điều khiển tính kháng sự hình thành nốt rễ của S. fredii USDA193. Theo những nghiên cứu trước đó, alen Rfg1 mã hóa một lớp protein thể hiện tính kháng của cây với sự hình thành nốt rễ của chủng nòi vi khuẩn S. fredii là USDA257 và USDA205. Một version khác của gen này cũng hạn chế sự hình thành nốt rễ của vi khuẩn Bradyrhizobium japonicum chủng nòi USDA122. Gen Rfg1 dường như tạo ra được phổ kháng rộng đối với hình thành nốt rễ của đậu nành. Xem Frontiers in Plant Science.

Đột biến có chủ đích và thay thế gen trong cây cà chua

Chỉnh sửa hệ gen có chủ đích đang bắt đầu trở thành một công cụ quan trong có ý nghĩa làm cho cải tiến giống cây trồng trở nên chính xác hơn. Nhóm nghiên cứu của Tal Dahan‐Meir thuộc Weizmann Institute of Science, Israel đã sử dụng phương pháp kết hợp hệ thống CRISPR‐Cas và replicon của virus gây vàng lùn trong đậu đỗ nhằm làm dễ dàng hơn  nội dung đột biến có chủ đích và thay thế gen trong hệ gen cây cà chua. Họ chọn gen đích carotenoid isomerase (CRTISO) và phytoene synthase 1 (PSY1) trong sinh tổng hợp chu trình carotenoid nhờ phát hiện kiểu hình bằng mắt dễ dàng. Họ đã sử dụng “geminiviral replicon” khuếch đại tạo ra một số lượng lớn “donor template” đối với thí nghiệm thay thế gen. Họ đạt kết qua cải biên chính xác hai loci CRTISO và PSY1 với hiệu quả 90%. Trong thí nghiệm thay gen, đích là alen crtiso có tất cả 281bp mất đoạn. Mất đoạn này được sửa lỗi bảng “donor template” thông qua tái tổ hợp có tính chất tương đồng. Sự thay gen như vậy thành công 25% trong cây chuyển nạp. Như vậy, đột biến có chủ đícch và sự thay gen đạt hiệu quả thành công nhờ sử dụng một vector đơn, có thể thích ứng với những gen khác của hệ gen cà chua cũng như cây trồng khác. Xem The Plant Journal.

Chỉnh sửa gen nhờ CRISPR-Cas9 trên dâu tây hoang dại

 Hệ thống chỉnh sử gen CRISPR-Cas9 là công cụ rất hữu hiệu trong thực vật và động vật. Tuy nhiên, chỉ có rất ít báo cáo về ứng dụng CRISPR-Cas9 đối với cây nghề vườn (horticultural plants). Nhóm nghiên cứu của Junhui Zhou thuộc University of Maryland, Hoa Kỳ,  đã đánh giá sự ứng dụng CRISPR-Cas9 trong dâu tây hoang dã (Fragaria vesca) (hình) nhờ xác định gen đích sinh tổng hợp auxin - gen TAA1 và gen  Auxin Response Factor 8 (ARF8). Họ đã thành công trong việc phát sinh ra cây CRISPR được chỉnh sửa với những đột biến tại các vị trí đích đến. Cây được chỉnh sửa hệ gen bằng đồng hợp tử arf8 do đột biến knockout mọc nhanh hơn cây nguyên thủy (WT). Để xét nghiệm di truyền của những đột biến có chủ đích ấy, thế hệ con (T0) của cây chỉnh sửa hệ gen theo kiến trúc hệ thống CRISPR được phân tích, kết quả cho thấy cây mang đột biến trong thế hệ T0. CRISPR có thể được sử dụng để chỉnh sửa hệ gen cây dâu tây hoang dã với hiệu quả rất cao. Điều này mở ra những cơ hội mới cho công nghệ di truyền cây dâu tây trồng trọt và cây trồng thuộc nghề vườn có giá trị kính tế cao. Xem Plant Biotechnology Journal.

Phát triển sự thiếu insulin của heo để nghiên cứu bệnh đái tháo đường

Sử dụng đối tượng con heo để vận dụng cho nghiên cứu tiểu đường sẽ rất có lợi do nó có cùng kích thước, chu trình phát sinh bệnh, sinh lý học, và biến dưỡng học trong con người. Tuy nhiên, chỉ có một vài mô hình con heo biểu hiện triệu chứng của bệnh đái tháo đường.

 Nhóm nghiên cứu của Bumrae Cho thuộc Biotechnology Research Institute, Hàn Quốc đã phát triển thành công mô hình con heo thiếu insulin (insulin-deficient pigs) bằng cách đánh dấu đích đến của gen “porcine INS” trong con heo thông qua hệ thống CRISPR-Cas9. Trước tiên, họ tạo ra những tế bào sô ma mang gen “CRISPR-Cas9-knocked-out INS”.  Hệ thống CRISPR cho kết quả đến 40.4%. Từ những tế bào ấy, có ba heo con sống sót và năm con được sinh ra. Heo con INS-knockout thể hiện áp huyết cao với mức độ glucose cao, tất cả được xem xét qua nước tiểu của heo con. Mức độ insulin trong máu của heo chứa gen “INS-knockout” luôn luôn là hằng số ổn định sau khi cho ăn và sự biểu hiệu insulin trong tụy tạng không thấy. Nghiên cứu chứng minh rằng việc ứng dụng hệ thống CRISPR-Cas9 khi phát sinh ra heo mô hình mới là khả thi. Heo thiếu insulin có thể được sử dụng để nghiên cứu bệnh đái tháo đường đối với người, nhằm xét nghiệm mức độ hiệu quả và an toàn của thuốc cũng như việc nghiên cứu các chiến lược ghép tạng tối ưu. Xem Transgenic Research.

THÔNG BÁO

2018 BIO International Convention

Hội nghị quốc tế BIO 2018 (2018 BIO International Convention) được tổ chức vào ngày 4-7, tháng Sáu năm 2018; tại Boston, USA. Xem chi tiết conference website.