Tuần tin khoa học 587 (18-24/06/2018)

Gen PvTRX1h tham gia điều tiết tạo nốt sần cho cây đậu cô ve

Tương tác cộng sinh giữa vi khuẩn Rhizobium và loài cây họ Đậu đã và đang được nghiên cứu rất nhiều và đã được định tính khá rõ. Tuy nhiên, người ta còn có rất ít thông tin về vai trò của hệ men histone lysine methyltransferases trong mối tương tác như vậy, cũng như sự hình thành của nốt sần trong cây đậu cô ve (common bean, Phaseolus vulgaris). Nhóm nghiên cứu của Aarón Barraza thuộc Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional đã thực hiện công trình nghiên cứu nhằm tìm hiểu cơ chế của việc điều khiển sự hình thành nốt sần trong cây đậu cô ve. Họ đã tập trung vào vai trò của gen mã hóa enzyme histone lysine methyltransferase - gen PvTRX1h, khi cây phát triển nốt sần và sinh tổng hợp auxin. Thông qua di truyền ngược (reverse genetics), nhóm nghiên cứu này đã tạo ra dòng đậu cô ve đột biến bằng cách knocked-down gen PvTRX1h. Sự điều tiết hoạt động gen PvTRX1h theo kiểu DOWN gia tăng khi số nốt sần của cây tăng, giảm khi số đơn vị “colony-forming” (tập đoàn vi khuẩn cộng sinh) tái hồi phục trong nốt sần. Phân tích sâu hơn cho thấy các gen trong chu trình sinh tổng hợp indole-3-acetic acid được điều tiết theo kiểu UP. Gen PvTRX1h điều tiết theo kiểu DOWN cũng làm thay đổi sự tích lũy tinh bột. Theo đó, gen PvTRX1h gần như làm thay đổi được tín hiệu truyền của hệ thống auxin để xác định sự cộng sinh của vi khuẩn, số nốt sần, hàm lượng tinh bột tích lũy, hàm lượng hormone và mức độ phân bào cell trong cây đậu cô ve. Xem Plant Science.

Gen TaPSTOL điều khiển các tính trạng nông học quan trọng của cây lúa mì

Phosphorus (P) là đa lượng cần thiết cho cây tăng trưởng, cây cần số lượng lớn bởi các giống cây trồng cải tiến để gia tăng năng suất. Làm thế nào cây có thể duy trì được năng suất trong điều kiện bón phân lân ít là mục tiêu mong muốn của các nhà nông học. Nhóm nghiên cứu của Matthew J. Milner thuộc The John Bingham Laboratory, Anh Quốc đã tiến hành công trình nghiên cứu này trên cây lúa mì (Triticum aestivum), gen TaPSTOL để tìm hiểu vai trò của dinh dưỡng lân và tác động của nó đến những tính trạng nông học quan trọng. Gen TaPSTOL là một gen đơn, gen này mã hóa một “kinase protein” giả định, gen có chức năng chia sẻ với mức độ đồng dạng cao so với gen OsPSTOL (O. sativa P starvation tolerance) trong cây lúa. Họ xác định được sự thể hiện gen TaPSTOL trong những điều kiện xử lý bón lân khác nhau; họ thấy rằng: promoter của gen này bị kích hoạt bởi đầu rễ và lông rễ khi lân trổ thành yếu tố hạn chế P. Sự thể hiện mạnh mẽ gen TaPSTOL trong cây lúa mì transgenic cho thấy những ảnh hưởng tích cực đáng ghi nhận xét theo sinh khối rễ, số chồi thân và năng suất hạt, tương quan thuận giữa TaPSTOL  và các tính trạng nói trên. Trong khi, làm câm gen bằng RNAi cho thấy kết quả trái ngược lại hoàn toàn. Thao tác gen TaPSTOL trong hệ gen cây lúa mì cho thấy nó có vai trò trong rất nhiều kiểu hình có lợi giống như ảnh hưởng của gen OsPSTOL trên cây lúa, ngoại trừ năng suất. Hơn nữa, Nghiên cứu này còn cho thấy gen TaPSTOL đóng góp vào nhiều tính trạng nông học quan trọng,như thời gian trổ bông và kích thước hạt lúa. Xem BMC Plant Biology.

Promoter của cà chua làm tăng hiệu quả của CRISPR-Cas9

Nhiều hệ thống thể hiện đối với phân tử “multiple gRNAs” đã và đang được nhiều công ty CNSH phát triển để phục vụ cho công nghệ chỉnh sửa hệ gen với hệ thống CRISPR-Cas9 nhằm kích thích được nhiều gen cải biên tính trạng mong muốn của cây. Nhóm nghiên cứu Ryosuke Hashimoto thuộc ĐH Tokushima, Nhật Bản đã đánh giá hiệu quả đột biến của hệ gen cây cà chua với “multiplex CRISPR-Cas9 vectors” bao gồm sự biểu hiện vô cùng đa dạng của Cas9 promoters với kết hợp biểu hiện của “multiple gRNA”. Trong các mô sẹo của cà chua được kích thích bởi những vectors như vậy, kết quả đột biến tùy thuộc vào promoters được sử dụng để thể hiện Cas9. Theo đó, hiệu quả đột biến cao đã được ghi nhận trong hệ gen cây cà chua khi Cas9 này cải biên promoter có thuật ngữ khoa học là: ELONGATION FACTOR-1α (SlEF1α) promoter. Kết quả cho thấy người ta có khả năng tối ưu hóa sự thể hiện của Cas9 promoter được dùng trong hệ thống CRISPR-Cas9 để cải tiến chỉnh sửa hệ gen phức hợp (multiplex genome editing). Xem Frontiers in Plant Science.

Gen OsSLA4 có chức năng trong phát triển thể lạp (chloroplast) cây lúa

Trong thực vật, những phân tử transcrip trong lục lạp thực hiện cải biên sau khi phiên mã, như splicing, editing, trimming, trước khi dịch mã. Bước đi cần thiết ấy được điều hòa bởi một bộ các protein có tính chất được mạ hóa ở trong nhân (nuclear-encoded proteins). Zhong-wei Wang và ctv. thuộc China National Rice Research Institute, đã định tính một gen đột biến của cây lúa (Oryza sativa) gây chết cây mạ, gen bạch tạng sla4. Đột biến sla4 biểu hiện kiểu hình bạch tạng từ khi cây nẩy mầm cho đến giai đoạn có ba lá và rồi cây chết dần dần. Đột biến sla4 còn làm thiếu sắc tố có trong quang hợp và thiếu nghiêm trọng khi quang tổng hợp diễn ra cũng như ở giai đoạn phát triển sớm của lục lạp. Phân tích cho thấy có một sự kiện mất đi 13 cặp base trong vùng mang mật mã của gen OsSLA4 trên nhiễm sắc thể 7 của cây có kiểu hình bạch tạng. Đột biến albino được phát sinh ra bởi kỹ thuật knocking-out gen OsSLA4 bằng hệ thống CRISPR-Cas9. Gen OsSLA4 mã hóa protein có tên là “chloroplast-localized pentatricopeptide repeat (PPR) protein”. Đột biến mất chức năng (loss-of-function) gen OsSLA4 d6a4n đến kết quả là mất đi nghiêm trọng “intron splicing” của rất nhiều gen cũng như sự giảm đi đáng kể số phân tử transcript trong “chloroplast ribosomal RNAs” và trong một vài sự phát triển chloroplast cũng như gen có liên quan đến quang hợp. Kết quả cho thấy rằng gen OsSLA4 vô cùng quan trọng cho sự phát triển giai đoạn sớm của lục lạp và tăng trưởng cây mạ non. Xem Plant Growth Regulation.

CRISPR xác định gen ứng cử viên điều khiển kích thước lá đòng của lúa

Kích cỡ lá lúa là một chỉ tiêu chính của kiến trúc cây lúa và tiềm năng về năng suất hạt. Tuy nhiên, cơ chế điều hòa kích cỡ lá vẫn chưa được biết rõ ràng. Nhóm nghiên cứu của Xinxin Tang thuộc National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, Trung Quốc đã nghiên cứu QTLs (quantitative trait loci) điều khiển dài lá đòng và rộng lá đòng. Mười bốn QTLs qui định chiều dài lá đòng, chín QTLs qui định chiều rộng lá đòng đã được xác định. Một QTL chủ lực cho cả hai tính trạng dài và rộng lá đòng là Ghd7.1. Họ xác nhận kết quả này thông qua những đột biến của gen Ghd7.1 được tạo ra bằng hệ thống CRISPR-Cas9, mà đột biến như vậy làm giảm kích cỡ lá. Những phân nti1ch sâu hơn sau đó đã minh chứng một lẫn nữa vai trò của gen Ghd7.1 với chức năng của một gen ứng cử viên điều khiển kích cỡ lá lúa, khả năng quang hợp và những tính trạng khác có liên quan đến năng suất lúa. Xem Theoretical and Applied Genetics.

Cà chua kháng bệnh “Fusarium Wilt”

Dòng cà chua đột biến rmc (reduced mycorrhizal colonization) không có khả năng tạo nên mycorrhiza và trở nên nhiễm bệnh “Fusarium wilt”. Dòng đột biến rmc này có một mất đoạn nhiễm sắc thể làm ảnh hưởng đến năm gen, một trong gen ấy rất giống với CYCLOPS. Làm mất gen này sẽ gây ra hiện tượng “non-mycorrhizality” trong cây đột biến rmc, nhưng không làm tăng mức độ nhiễm bệnh “Fusarium wilt”. Nhóm nghiên cứu Cahya Prihatna thuộc Đại Học Western Australia đã tiến hành nghiên cứu gen thứ hai trong tháo tác làm mất đoạn rmc, ký hiệu là Solyc08g075770, thể hiện tại vùng rễ. Phân tích cho thấy Solyc08g075770 mã hóa protein ở vu2nmg xuyên màng rất nhỏ tại vị trí tác động phosphoryl hóa và glycosyl hóa. Người ta dự đoán chức năng của nó là vận chuyển ion xuyên màng và/hoặc đóng vai trò như một receptor trên mặt ngoài của tề bào. Hệ thống CRISPR-Cas9 Solyc08g075770 được dùng để knockout tạo ra dòng mutants biểu hiện tính nhiễm bệnh  Fusarium wiltgiống như trường hợp của rmc, cho thấy rằng chức năng gen Solyc08g075770 của cà chua trong phản ứng với bệnh Fusarium wilt. Đậy là công trình nghiên cứu đầu tiên cho thấy Solyc08g075770 là một “contributor” đối với tính cống chịu bệnh Fusarium wilt mà nó đã bị mất trong dòng đột biến rmc. Xem Frontiers in Microbiology.

THÔNG BÁO

ĐẠI HỘI CÔNG NGHỆ SINH HỌC THẾ GIỚI LẦN THỨ BA

3^rd World Biotechnology Congress

Đại hội công nghệ sinh học thế giới lần thứ Ba diễn ra vào ngày 3-4 tháng 12 năm 2018; tại Sao Paulo, Brazil. Xem chi tiết tại the conference website.