Tuần tin khoa học 624 (04-10/03/2019)

Sự thể hiện mạnh mẽ gen biến đổi trong cây bắp làm tăng cường tính chống chịu hạn và mặn cho cây thuốc lá

Sumoylation, là một tiến trình cải biên hậu giải mã có trong những vật chất cải biên (modifiers) có thuật ngữ khoa học là SUMO (small ubiquitin-like modifiers), chúng có vai trò sống còn của thực vật bậc cao phản ứng lại với stress. Tuy nhiên, cơ chế Sumoylation trong phản ứng với stress vẫn chưa được khai thác bao nhiêu. Các nhà khoa học Trung Quốc thuộc Henan Agricultural University đã thực hiện một nghiên cứu nhằm tìm hiểu ảnh hưởng của SUMO gắn với gen mã hóa enzyme trong chống chịu mặn và khô hạn của cây. Kết quả được in ấn trên tạp chí nổi tiếng Plant Science. Họ đã xác định và phân tích một SUMO giả định gắn với enzyme tương đồng của hệ gen cây bắp (ZmSCE1e).Kết quả phân tích cho thấy rằng ZmSCE1e có chứa một domain tích cực hoạt động có tính chất trung tâm giống như protein SCE1 đã được biết trước đó, nhưng đây là dạng isoform đặc hiệu của mễ cốc mà thôi. Họ còn cho thể hiện thành công ZmSCE1e trong cây thuốc lá, điều này dẫn đến kết quả làm tăng mức độ gắn kết của SUMO và cải tiến được tính chống chịu hạn và mặn. Kỹ thuật khuếch đại cho thấy rằng  những gen bảo vệ cây chống chịu stress đã được tăng cường đáng kể trong cây biến đổi gen ZmSCE1e-. Kết quả nghiên cứu này có thể góp phần thúc đẩy sự cải tiến về di truyền của cây trồng chống chịu được những stress phi sinh học. Xem Plant Science.

Phát triển phương pháp chuyển nạp và tái sinh của cây “groundcherry” (Physalis peruviana)

Groundcherry (Physalis peruviana), hay còn gọi là husk cherry, thuộc họ Cà, là cây cho quả ăn được, kích thước nhỏ, màu vàng, giàu dinh dưỡng với lớp võ bao bọc hạt như giấy, được gọi là “papery husk”. Quả cherry này có thể được xem như “superfood” của tương lai, nhưng có một vài tính trạng không mong muốn cần phải cải tiến thêm, ví dụ như tập tính tăng trưởng của nó và quả rất dễ rụng. Do đó, các nhà khoa học Hoa Kỳ thuộc Boyce Thompson Institute và Cornell University đã phát triển một phương pháp mới về tái sinh cây và chuyển nạp nhằm mục đích cải tiến giống groundcherries. Công trình khoa học này được công bố trên tạp chí Journal of Plant Biotechnology. Lá mầm và trục mang lá mầm được sử dụng để nuôi cấy phục vụ cho thí nghiệm tái sinh cây. Chỉ có trục mang lá mầm (hypocotyl) được tái sinh thành công cho ra chồi thân. Đối với chuyển nạp, đối tượng trục mang lá mầm được chuyển nạp gen gián tiến qua vi khuẩn A. tumefaciens có một vec tơ “binary” với một gen “reporter”  và một gen làm chỉ thị chọn lọc – gen nptII. Sau khi cấy đồng thời, trục mang lá mầm được chuyển qua môi trường tái sinh cây và thực hiện kỹ thuật khuếch đại DNA trên môi trường nuôi cấy (200mg/L kanamycin) với hiệu suất chuyển nạp thành công cao nhất. Các tác giả nghiên cứu này nhận thấy rằng đây là thí nghiệm lần đầu tiên áp dụng chuyển nạp nhờ vi khuẩn A. tumefaciens trên cây groundcherry. Kết quả này có thể góp phần cải tiến giống groundcherry cho sản xuất nông nghiêp của ngày mai. Xem Journal of Plant Biotechnology.

Sử dụng hệ thống CRISPR-CAS9 để phát triển giống lúa giàu lignin

Cải tiến hàm lượng lignin trong sinh khối cây trồng là yếu tố sống còn khi tăng cường tiến trình sinh học vì lignin có khả năng tăng theo sinh khối sản xuất năng lượng mong muốn, là tiềm năng trong lĩnh vực hóa nông nghiệp. Tuy nhiên, kỹ thuật lai tạo giống theo sinh học phân tử như vậy còn rất ít thông tin chính thống nhằm cải tiến hàm lượng lignin cho các loài Hòa Thảo, ví dụ như cây lúa, cây mô hình của họ Hòa Thảo. Các nhà khoa học của Đại Học Kyoto đã khai thác hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 để phát triển cây lúa transgenic giàu lignin. Công trình khoa học này được in trong tạp chí The Plant Journal. Họ tạo ra những cây lúa transgenic có hàm lượng lignin cải tiến thông qua đột biến có chủ đích tại phân tử “transcriptional repressor” có tên là OsMYB108 bằng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9. Họ tiến hành knockout gen OsMYB108 tạo ra cây lúa đột biến thể hiện mạnh mẽ các gen đóng vai trò sinh tổng hợp chất lignin và cải tiến sự lắng đọng chất lignin trong thành tế bào của thân rạ. Phân tích sâu hơn, người ta thấy rằng: thành tế bào của cây lúa đột biến có hàm lượng cao chất lignin ở trạng thái γ-p-coumaroylated và tricin, đây là thành phần then chốt của chất ligninh của cỏ Hòa Thảo. Mức độ phong phú tương đối của những loại hình lignin chính đã được cải biên thành công trong cây lúa đột biến. Xem The Plant Journal.

Chỉnh sửa gen qua hệ thống CRISPR-CAS9 nêu bật vai trò của SUMO protease giúp cây lúa chống chịu mặn

Một họ gen rất lớn trong hệ gen cây lúa có trách nhiệm sản sinh ra chất cải biên SUMO (small ubiquitin-like modifiers), đây là yếu tố sống còn giúp cây phản ứng với các tín hiệu của môi trường bên ngoài. Trong một nghiên cứu trước đó, người ta chứng minh rằng lớp OsOTC của protein “SUMO proteases” có vai trò cực trọng phản ứng với stress mặn và khô hạn thông qua phản ứng làm câm gen hoặc phân tử RNA can thiệp (RNAi). Tuy nhiên, vai trò của từng thành viên trong họ gen này đề không thể tiến hành bằng RNAi. Do đó, Ari Sadanandom (hình) thuộc Durham University và cộng sự đã đã thực hiện một nghiên cứu khác, sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 để thực hiện đột biến có chủ đích tại OsOTS1 trong giống lúa Kitaake. Kết quả cho thấy rằng phân tử “guided RNA” trong đột biến OsOTS1 rất có hiệu quả, đạt gần 95% số cây transgenic biểu hiện được ảnh hưởng mong muốn, không có đột biến không chủ đích xảy ra. Hơn nữa, các đột biến này có thể di truyền cho những thế hệ sau. Dòng lúa OsOTS1 CRISPR cải tiến được mức độ nhạy cảm với mặn thông qua sự giảm sinh khối rễ và chồi thân; ngần ấy cho thấy OsOTS1 có vai trò chính giúp cây lúa chống chịu mặn. Xem BioRxiv.

THÔNG BÁO

Hội nghị quốc tế về chọn giống cây trồng vì sự phát triển bền vững

Hội nghị quốc tế lần thứ 50  về chọn giống cây trồng vì sự phát triển bền vững (50th Anniversary of the Korean Society of Breeding Science and the 14th Conference of Society for the Advancement of the Breeding Research in Asia and Oceana) được tổ chức vào này 2-5 tháng Bảy 2019, tại Gwangju, Korea. Xem conference website.