Tuần tin khoa học 620 (04-10/02/2019)

Việt Nam - Xác định gen trong cây chè mã hóa các enzyme cần thiết cho sự sống

Catechins là những thành phần chính của chu trình flavonoid trong cây chè; ở đó, chúng được tổng hợp theo bốn cách thức khác nhau, dưới sự xúc tác trực tiếp của hai enzymes: leucoanthocyanidin reductase (LAR) và anthocyanidin reductase (ANR). các nhà khoa học Việt Nam đã thực hiện nội dung dòng hóa và phân tích chuỗi trình tự của những gen mã hóa ANR và LAR (đó là gen CsANR2 và CsLAR1) từ giống chè xanh Trung Du. D9o656 dài của gen CsANR2 là 1.014 bp, mã hóa protein có chuỗi trình tự 337 amino acids. Phân tích theo kiểu so sánh chuỗi trình tự nucleotide cho thấy rằng có khác biệt giữa gen CsANR2 của giống chè xanh và gen CsANR2 mà trình tự được công bố trong cơ sở dữ liệu Genbank, với tỷ lệ thống nhất về nucleotide là 98,9–99,6%, và độ tương đồng về amino acid là 95,7–99,5%. Protein CsANR2 có hai vùng mang chức năng chính, đầu N có domain giàu glycine với chức năng gắn kết với NAD hoặc NADP (GGTGFVAA); domain mang tính chất “substrate-specific” có những amino acids nằm trong phản ứng xúc tác của enzyme (S130, Y167 và K171). Kết quả cho thấy: về khác biệt về chuỗi trình tự nucleotide không dẫn đến khác biệt về sự thay đổi amino acid trong những domain có chức năng quan trọng của protein CsANR2. Độ dài của gen CsLAR1 là 1.029 bp, mã hóa protein có 342 amino acids. Khác biệt giữa CsLAR1 của giống chè xanh Trung Du và cơ sở dữ liệu GenBank thay đổi 96,3–100% về nucleotide, và 88,3–100% về trình tự amino acid. Protein CsLAR1 có 3 motifs rất bảo thủ trong nhiều loài, RFLP, ICCN và THD. Tuy nhiên, motif ICCN của protein CsLAR1 từ giống chè xanh Trung Du có một amino acid rất khác với  trình tự aa trong cơ sở dữ liệu gốc (I153T). Phân tích những domain có chức năng  của protein CsLAR1 cho thấy rằng CsLAR1 của cây chè có tính bảo thủ rất cao về chuỗi aa liên kết chặt với cơ chất này (substrate), và domain rất giàu glycine ở đầu N gắn kết với NADP có một cải biên về amino acid (GACGFIG). Cần có nhiều nghiên cứu sâu hơn để biết làm thế nào những cải biên về aa ảnh hưởng đến hoạt động enzyme CsANR2 và CsLAR1. Xem Vietnam Journal of Biotechnology.

Nhật Bản – Xác định peptide và receptor của nó ảnh hưởng đến không gian rễ cây

Một nhóm các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã xác định một peptide và receptor của nó, chúng trực tiếp tạo các rễ nhánh ngang với khoảng cách rất chính xác trong quá trình tăng trưởng. Họ đã sử dụng cây mô hình Arabidopsis, cây có thể cho họ biết được sự thể hiện mạnh mẽ của gen nào đó, ở đây, gen TOLS2, định vị trong tế bào kiến trúc nên rễ ngang (lateral root founder cells) và trong mầm sinh trưởng của rễ, chúng có thể ngăn cản sự hình thành của tế bào rễ ngang. Nghiên cứu sâu hơn cho thấy chính receptor của gen TOLS2 là RLK7, một protein biểu hiện khá phổ biến trong mặt trong của nách rễ, tại endodermis, và lớp biểu bì của cây. Rất thú vị là sự thể hiện của RLK7 expression không hề thấy tại tế bào kiến trúc ra rễ ngang và hình như nó ức chế sự hình thành rễ ngang trong các tế bào vùng cận bên của tế bào kiến trúc rễ ngang. Người ta sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR-Cas9, các nhà khoa học xác định được peptide TOLS2 và receptor RLK7 là yếu tố vô cùng quan trọng trong duy trì khoảng cách chuẩn xác giữa những tế bào kiến trúc ra rễ ngang. Theo các nhà khoa học Nhật Bản, phát hiện này có thể dẫn đến nhiều nghiên cứu khác trong tương lai để giúp các nhà khoa học hiểu được cơ chế hình thành rễ cây thảo và cây lâu năm, có khả năng điều khiển được sự hình thành rễ theo mong muốn. Xem Kobe University and Developmental Cell.

Chỉnh sửa gen có thể được sử dụng để tạo ra bánh mì an toàn về gluten

Thực phẩm không “gluten” là xu hướng cực nóng của nhân loại để bảo vệ sức khỏe mọi người tốt hơn. Tuy nhiên, thực phẩm này được thiết kế cho người mắc bệnh  CD (celiac disease), hoặc cho người không thể chịu đựng với bất cứ loại hình thức ăn nào có gluten. Gluten, một protein có trong lúa nì, lúa mạch, kiều mạch, yến mạch hoặc loài của Triticeae tương tự, hoặt động như chất kết dính khi nấu nướng trong quá trình chế biến bánh mì và bánh. Loại hình đặc biệt của gluten khi hoạt động sẽ tạo ra những hiệu ứng ngược được gọi là gliadins. Nhà nghiên cứu Aurélie Jouanin và ctv. thuộc Wageningen University and Research; đã mô tả việc áp dụng hệ thống CRISPR-Cas9 nhằm cải biên một cách chính xác những gen mã hóa gliadin và tách ra những “epitopes” có tính chất miễn dịch theo di truyền, để phát triển giống lúa mì có gluten an toàn. Theo nguyên tắc căn bản, Bà Jouanin đã phát triển giống lúa mì mà trong hệ gen của nó có những gen mã hóa gliadin đã được cải biên hoặc đã được loại bỏ. Cây lúa mì được chỉnh sửa hệ gen ấy không an toàn cho bệnh nhân CD, ví có một lượng lớn gen mã hóa gluten vẫn còn hiện diện trong lúa mì và không có gen gluten nào được xác định đích đến. Bà đã và đang tiếp tục phát triển những phương pháp có hiệu quả cao hơn để xác định các gen cải biên và duy trì nó để chính sửa tiếp tục. Xem Wageningen University and Research.

Sử dụng CRISPR để điều khiển quần thể sâu hại

Các nhà khoa học thuộc University of California-San Diego đã sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR để đề ra một phương pháp làm thay đổi gen chủ lực (key genes) điều khiển giới tính của côn trùng gây hại mùa màng và sự thụ tính của chúng. Phương pháp này có thể là biện pháp quản lý dịch sâu hại tốt và rẻ sẽ được áp dụng trong tương lai. Mô tả chi tiết về kỹ thuật này được công bố trong tạp chí Nature Communications. Kỹ thuật mới này được gọi với thuật ngữ khoa học là “precision-guided sterile insect technique” (viết tắt pgSIT). Nó khác với các hệ thống điều khiển gen (gene drive systems) mà hệ thống ấy di truyền liên tục những thay đổi di truyền cho thế hệ sau. Trong kỹ thuật mới này, khi trứng côn trùng mang pgSIT được đưa vào quần thể côn trùng gây hại mùa màng, chỉ có con đực trưởng thành xuất hiện, sáng tạo ra một quần thể chết. Người ta đang thử nghiệm trên ruồi đục trái (fruit flies), kết quả khá tốt. Các nhà nghiên cứu đang hoạch định áp dụng trong trường hợp muỗi truyền bệnh cho người như bệnh sốt xuất huyết (Dengue Fever), bệnh Zika, và bệnh Yellow Fever. Xem UC San Diego News Center.

Giống lợn transgenic biểu hiện B-Xylase cải thiện khả năng sử dụng dinh dưỡng

Các nhà khoa học thuộc South China Agricultural University và Longyan University, Trung Quốc, đã phát triển thành công giống lợn biến đổi gen (transgenic) có khả năng sử dụng dinh dưỡng tốt hơn. Công trình khoa học này được đăng trên tạp chí Transgenic Research. Xylan là một yếu tố phản dinh dưỡng (anti-nutritional factor) có trong thức ăn chăn nuôi lợn. Muốn cải tiến khả năng tiêu hóa chất xylan và khả năng hấp thu dinhd ưỡng của lợn, người ta sáng tạo ra giống lợn transgenic thể hiện được gen β-xylanase (xynB) từ nấm Aspergillus niger CGMCC1067 trong tuyến mang tai (parotid gland). Kết quả cho thấy rằng: bốn con lợn biến đổi gen đầu tiên (live transgenic founders), có hoạt tính của β-xylanase trong tuyến nước bọt (saliva) được cải tiến rất nhiều. So với giống lợn bình thường, hàm lượng protein thô (CP: crude protein) trong phân thải ra, đã giảm đi đáng kể, khả năng tiêu hóa năng lượng tổng và CP trong dòng F1 transgenic đã được tăng lên. Kết quả này chúng minh giống lợn transgenic sản sinh β-xylanase từ tuyến mang tai có thể làm giảm ảnh hưởng phản dưỡng (anti-nutritional effect) trong thức ăn gia súc và có thể cải tiến khả năng sử dụng dinh dưỡng của gia súc. Xem research article

Kiến thức mới về vận chuyển đường một cách độc đáo trong cây trồng

Hình: Sugar Transport Protein

Các nhà khoa học thuộc Aarhus University, Đan Mạch đã giải thích về cấu trúc của protein STP (sugar transport protein) chì có duy nhất trong thực vật. STP chỉ có duy nhất trong thực vật và vô cùng quan trọng để phát triển cơ quan của cây đặc biệt là hạt phấn. Đường được tạo ra bởi cây xanh thông qua quang tổng hợp rồi được vận chuyển đi ở dạng sucrose đến các cơ quan của cây thông qua các mô có tính chất sàng lọc (sieve tissue). trong các mô tế bào thuộc về sức chứa (sink tissues) như rễ, hạt phấn, và quả, cây hấp thu đường ở trạng thái sucrose hoặc sau khi bị phân cắt, là glucose và fructose. Với kiến trúc mới, các nhà khoa học chứng minh rằng dạng hình tổng quát hơn hết là “STPs” tương đồng với các transporter vận chuyển đường khác như transporter trong cơ thể người. Một domain mới chưa được mô tả trước đây, cũng được nhóm nghiên cứu này ghi nhận trong báo cáo khoa học. Họ tạo ra một “version” của protein này, mà trong đó, chúng bị loại ra. Khi chúng hoạt động, protein sẽ mất khả năng để vận chuyển đường một cách hiệu quả ở những giá trị pH nhất định nào đó. Phó GS Bjørn Panyella Pedersen đã nói rằng kết quả nghiên cứu này có liên quan đến có bao nhiêu cơ quan của thực vật đã phát triển một cách chính xác, tại cùng một thời điểm, chúng đã đóng góp rất quan trọng vào phản ứng của cây chống lại sự tấn công của côn trùng gây hại nào đó. Xem Aarhus University.