Tuần tin khoa học 585 (04-10/06/2018)

Gen của cây khoai sọ được sử dụng chuyển vào cây cải mù tạt giúp cây kháng rầy mềm

 Rầy mềm trên cây mù tạt (Mustard aphid: Lipaphis erysimi) là đối tượng gây hại quan trọng th6ng qua chích hút nhựa cây mù tạt Ấn Độ (Indian mustard: Brassica juncea L.). CEA là một agglutinin của cây khoai sọ (taro: Colocasia esculenta) đã được người ta nghiên cứu trước đâylà hợp chất rất hiệu quả chống lại sự chích hút của rầy mềm và nhiều loài thuộc bộ cánh nửa (Hemiptera) trong nghiệm thức cho ăn nhân tạo. Ayan Das và đồng nghiệp của ông thuộc Bose Institute, Ấn Độ, đã tiến hành một nghiên cứu nhằm phát triển cây mù tạt transgenic thể hiện CEA lấy từ cây khoai sọ. Phân tích cây transgenic cho thấy có sự hợp nhất khá ổn định gen cea vào hệ gen cây mù tạt. Biểu hiện  CEA trong những cây transgenic cũng được người ta xác định. Trong kỹ thuật xét nghiệm côn trùng in planta, protein CEA thể hiện trong giống mù tạt Ấn Độ này đã làm tăng tỷ lệ côn trùng chết rất ý nghĩa. Sự sinh sản của rầy mềm trên cây mù tạt cũng giảm đáng kể so với cây đối chứng. Xét nghiệm sinh học cây transgenic, protein của cây B. juncea chứa CEA cũng được người ta phân tích. Kết quả cho thấy rằng protein CEA thể hiện trong cây mù tạt transgenic không gây ra bất cứ hiện tượng  dị ứng nào. Như vậy CEA là mốt chất trừ sâu hiệu quả và là protein không gây dị ứng, sẽ được sử dụng để quản lý dịch hại cải mù tạt do rầy mềm gây ra cũng như do những côn trùng tương tự thuộc bộ cánh nửa. Xem Plant Cell Reports.

Protein nội sinh biểu hiện trên cây bắp thông qua khảo nghiệm trên nhiều ruộng tại Ấn Độ

Cây trồng GM được khảo nghiệm tại nhiều địa điểm trên đồng ruộng để phân tích đặc tính nông học, thành phần và hàm lượng những protein có tính chất transgenic, mà những protein ấy là mục tiêu xem xét chủ yếu cho đánh giá an toàn sinh học trong thử nghiệm giống cây trồng GM. Các protein tham chiếu được kỳ vọng là duy trì tính chất thể hiện tương đối bền vững trong những cây khỏe mạnh, có chức năng thuộc chức năng đa dạng của mỗi nhóm tế bào khác nhau. Hiểu biết về ảnh hưởng của giống, giai đoạn tăng trưởng đặc biệt, vị trí của protein tham chiếu có thể cung câp cho chúng ta những kiến thức cần thiết về sự đóng góp của những yếu tố này, điều ấy có thể giúp chúng ta biết được hàm lượng protein có tính chất transgenic trong giống cây trồng GM. Các nhà khoa học Ấn Độ, Hoa Kỳ, Thái Lan đã tiến hành nghiên cứu nồng độ của ba proteins nội sinh (actin, elongation factor 1-alpha, và glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) trong nhiều tổ hợp con lai bắp được trồng tại nhiều địa điểm khác nhau trên đồng ruộng trong hơn hai năm. Họ thu thập mầu lá bắp từ những cây khỏe mạnh vào nhiều giai đoạn tăng trưởng khác nhau trong suốt mùa vụ. Kếtquả chạy ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) cho thấy nồng độ của ba  proteins này tương đối ổn địnhxét theo cơ sở con lai (hybrid backgrounds), khi so sánh ở cùng một giai đoạn tăng trưởng nào đó và tại một địa điểm nào đó (2–26%CV), nồng độ proteins này trong cùng một tổ lợp lai và cùng một gđ tăng trưởng qua nhiều địa điểm khác nhau thì biến động rất nhiều (12–64%CV). Nhìn chung, nồng độ protein xem xét qua hai năm nghiên cứu cho thấy có xu hướng thay đổi, và biến thiên. Theo các tác giả này, một vài biến thiên về nồng độ protein được kỳ vọng là xảy ra trên cả protein có tính chất transgenic và protein nội sinh. Trong trường hợp cây trồng GM, biến thiên di truyền về nồng độ protein do địa điểm khác nhau được giải thích bởi mô phỏng toán “multi-location field testing”. Xem Transgenic Research.

Hình: Phân tích phương sai về sự đóng góp của địa điểm, giống lai hybrid, location × hybrid, block (replication) và sai số góp của biến thiên về hàm lượng Actin tương đối, GAPDH và EF1-alpha qua nhiều giai đoạn tăng trưởng khác nhau [vegetative (VS), grand growth (GS) và reproductive stage (RS), tương ứng với V3–V4, V10–V12, và R1–R2, theo thứ tự]. Panels a và b biểu thị kết quả phân tích năm 2013 và 2014, theo thứ tự.

Gen ứng cử viên của tính trạng chống chịu khô hạn trong cây lúa mì

CLB (calcineurin B-like protein) tương tác với CIPK (kinase protein) trong phản ứng của chu trình truyền tín hiệu các stress phi sinh học. Nhóm nghiên cứu của Xiao-Yu Cui và Yong-Tao Du thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học Nông Nghiệp Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu gen CIPK23 của cây lúa mì (Triticum aestivum). Gen CIPK23 được tìm thấy khi cây bị kích hoạt bởi các stress phi sinh học như khô hạn, mặn,và abscisic acid (ABA). Sự thể hiện mạnh mẽ gen TaCIPK23 của lúa mì và các dòng Arabidopsis cho thấy tỷlệ cây sống sót sẽ cao hơn trong điều kiện bị khô hạn cũng như làm tăng cườngtỷ lệ hạt nẩy mầm, phát triển hệ thống rễ, và giảm tỷ lệ mất nước. Phân tích sự thể hiện mạnh mẽ gen TaCIPK23 làm cho cây transgenic nhạy cảm với ABA, được minh chứng bởi sự trì hoãn sự nẩy mầm hạt và kích thích sự đóng lại của khí khổng. Kiểu hình nhạy cảm với ABA là phổ biến, mức độ thể hiệngen đáp ứng với  khô hạn và ABA cũng tăng lên trong điều kiện xử lý  khô hạn đối với cây transgenic. Kết quả cho thấy rằng TaCIPK23 có vai trò quan trọng giúp cây lúa mì phản ứng với ABA và khô hạn. Xem BMC Plant Biology.

Trung Quốc phát triển giống dưa hấu kháng thuốc cỏ

Tại Trung Quốc, mật độ trồng dưa hấu (Citrullus lanatus) rất thưa trên ruộng dẫn đến cỏ dại phát triển mạnh, vì độ che phủ thấp, cỏ dại cạnh tranh với dưa hấu. Hiện nay, chỉ có 5 loại thuốc diệt cỏ được đăng ký trên ruộng dưa hấu tại Trung Quốc, chủ yếu để kiểm soát cỏ lá rộng. Do đó, giải pháp quản lý cỏ dại ở đây rất cần cho sự chăm sóc bằng tay của nông dân trồng dưa hấu. Theo kết quả nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu của Shouwei Tian thuộc Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, đã công bố công trình khoa học của họ về gen acetolactate synthase (ALS) với hi vọng kiểm soát được cỏ dại nhờ giống dưa hấu kháng thuốc cỏ. Phân tử sgRNA được thiết kế đã được chuyển nạp vào lá mầm của giống dưa hấu ZG94, một giống ưu việt trong sản xuất có hạt ăn được, và làm giống bố mẹ cho sản xuất hạt lai. Phân tích cho thấy 45 trong 199 cây transgenic có đột biến như mong muốn, đạt hiệu quả 23% ở thế hệ T0. Những đột biến mong muốn này đã có thể di truyền cho các thế hệ sau. Kết quả chỉnh sửa gen như vậy đã giúp chúng ta tạo ra giống dưa hấu kháng thuốc cỏ “sulfonylurea”. Như vậy hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 một lẫn nữa chứng minh là công cụ tốt để cải tiến giống cây dưa hấu . Xem  Plant Cell Reports.

Gen kháng đạo ôn trên cây lúa

Gen kháng bệnh của cây trồng thông qua protein được mã hóa với domaim NLR (nucleotide binding site-leucine rich repeat) là chủ đề của nghiên cứu này. Nhóm nghiên cứu của Haijun Zhao thuộc USDA ARS Dale Bumpers National Rice Research Center, Hoa Kỳ, đã tiến hành nghiên cứu gen Ptr trong cây lúa (Oryza sativa), mã hoámột protein khác so với gen kháng điển hình, họ đặt giả thuyết rằng đây có thể là một gen kháng trong cây lúa. Ptr có tính kháng phổ rộng thông qua gen kháng R NLR, Pi-ta, và một gen R  kết hợp, Pi-ta2. Gen Ptr còn được thấy ở tế bào chất. Mất hai bp (base pair) trong vùng mã hóa của gen Ptr, người ta thu được dòng đột biến M2354 cho kết quả nhiễm đạo ôn (Magnaporthe oryzae). Đột biến có chủ đích gen Ptr trong giống lúa kháng bệnh sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 làm cho cây lúa trở nên nhiễm, khẳng định được chức năng kháng của nó. Như vậy gen Ptr điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn và là một gen ứng cử viên có phổ kháng bệnh rộng. Xem Nature Communications.

Chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR cải tiến carotenoid quả cà chua

Carotenoids là chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolites) có vai trò quan trọng trong thực phẩm của động vật bậc cao, do các chức năng quan trọng của chúng trong nhiều tiến trình sinh lý. Nhóm nghiên cứu của Caterina D'Ambrosio thuộc Agenzia Lucana per lo Sviluppo e l'Innovazione in Agricoltura, Italy, đã tiến hành khảo sát mức độ hiệu qua của CRISPR-Cas9 trong cây cà chua bằng cách chọn hai gen chủ đích trong sinh tổng hợp carotenoid, Psy1 và CrtR-b2. Gen Psy1 và CrtR-b2 được chọn làm mục tiêu trong chỉnh sửa hệ gen theo CRISPR vì thực hiện thao tác knockout khá dễ dàng. Hai cấu trúc CRISPR-Cas9 được thiết kế để đánh dấu đích đến của mỗi gen. Ba mươi bốn trong 49 cây được chuyển nạp thành công (69%) cho kiểu hình đột biến dạng “loss-of-function” vìthực hiện chỉnh sửa gen trên cả hai loci. Tuy nhiên, do kích hoạt cây cà chua chỉnh sửa gen chỉ trên hai loci, nên mức độ “genome-editing” đạt 84%. Kết quả chứng minh rằng hệ thống CRISPR-Cas9 có thể là phương pháp rất hiệu quả và nhanh chóng sáng tạo ra đột biến mới trong cây cà chua, nên được sử dụng ctrong chọn tạo giống. Xem Transgenic Research.

Trình tự mới của cà phê Arabica

Biến đổi khí hậu được dự đoán sẽ làm giảm diện tích trồng cà phê 50% vào năm 2050. Các nhà khoa học của Đại Học California Davis (UC Davis) phấn đấu tạo giống cà phê kháng bệnh đáp ứng với biến đổi khí hậu toàn cầu. Năm 2017, các nhà di truyền học của UC Davis lần đầu tiên  đã công bố trình tự của hệ gen cây cà phê Coffea arabica. Cà phê Coffea arabica là loài đáp ứng với 70 % sả lượng cà phê toàn cầu. Hiện nay, giải mã trình tự mới của gệ gen cây cà phê đã hoàn tất và đăng tải trên mạng Phytozome.net, cơ sở dữ liệu về hệ gen mang tính chất so sánh  phối hợp với tổ chức U.S. Department of Energy's Joint Genome Institute. Nó sẵn sàng cho mọi người sử dụng, các nhà khao học, các nhà chọn giống trên toàn thế giới. Juan Medrano, nhà di truyền học của UC Davis, College of Agricultural and Environmental Sciences và các đồng sự giải mã trình tự gen, nói rằng trình tự mới này bao gồm các thông tin rất cần thiết để phát triển giống cà phê có chất lượng tốt, kháng bệnh, thích ứng với biến đổi khí hậu mà theo họ sẽ là giải pháp tốt cho 30 năm sắp tới. Đây là nội dung khoa học vô cùng có ý nghĩa của Đại Học California, nơi câh cà phê được trồng phục vụ thương mại lần đầu tiên tại Hoa Kỳ, và là công nghệ làm cà phê đặc sản. Xem UC Davis news article.

THÔNG BÁO

Đối thoại về biến đổi khí hậu

Diễn đàn “Đối thoại về biến đổi khí hậu” (Conversations on Climate Change) được diễn ra vào ngày12 tháng 6 năm 2018 tại Geary Auditorium, University of Charleston, Charleston, West Virginia, USA; với 4 diễn giả Dr. Michael Mann, Dr. David W. Titley, Dr. Patrick Moore, và Dr. Judith Curry.

Xem forum website.

Hội Thảo "Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử" cây cải dầu mù tạt

Hội thảo “Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử cây cải dầu” (Workshop on Marker Assisted Breeding in Oilseed Mustard) được tổ chức vào ngày 20-25, tháng Tám năm 2018; tại Centre for Genetic Manipulation of Crop Plants, University of Delhi South Campus, New Delhi, Ấn Độ.

Xem thông báo tại Help Biotech.