Tuần tin khoa học 636 (27/05-02/06/2019)

Enzymes của khoai lang biểu hìện trong cây Arabidopsis để bổ sung chức năng của men VPEs

Enzyme VPEs (vacuolar processing enzymes: enzyme được tổng hợp trong không bào) đã được người ta tìm thấy trong nhiều tiến trình sinh học chủ yếu của thực vật, đặc biệt là lập trình chết của tế bào, tiến trình phát triển cây trồng và các phản ứng của cây đối với stress sinh học, phi sinh học, mang tính chất góp phần tương tác, bởi vì sự tương đồng của nó với hiện tượng “apoptosis”, đặc biệt là men “regulator caspase-1”. Công trình khoa học được công bố trên tạp chí BMC Plant Biology cho thấy rằng VPE còn đóng vai trò quan trọng trong sự tích lũy sucrose và vai trò làm trái cây chín. Các nhà khoa học thuộc Jiangsu Normal University, Trung Quốc đánh giá chức năng của men VPE từ cây khoai lang, đầu tiên là phân tích sự thể hiện của gen IbVPE1 trong suốt giai đoạn phát triển và giai đoạn hóa già (senescence). Sự thể hiện mạnh mẽ gen IbVPE1 trong cây mô hình Arabidopsis cho thấy kích thước lá giảm đáng kể, số lá cũng giảm, trổ bông sớm, ngần ấy chứng tỏ có sự hoạt động của các tiến trình ở mức độ phân tử. Kết quả nghiên cứu này cho thấy rằng chức năng của họ gen VPE trong giai đoạn phát triển và giai đoạn hóa già, trong sự điều hòa thời gian trổ bông, kích thước lá, số lá, và kiểu hình hóa già của lá ngắn ngay dài trong cây Arabidopsis. Xem BMC Plant Biology.

Hình: Phân tích trình tự gen, di truyền huyết thống, và thể hiện tại những mô đặc biệt của IbVPE1; (a) kiến trúc gen IbVPE1 hộp vàng là exon, màu xanh blue là intron. (b) IbVPE1 amino acid sequence; hộp xám là amino acids cần thiết cho hoạt động của men caspase-1. (c) Cây gia hệ của IbVPE1 theo dử liệu “alignments” với VPE proteins từ nhiều loài khác nhau, pp cây gia hệ “neighbor-joining in MEGA 5.0”. (d) Thể hiện từng phần của gen IbVPE1 trên mô đặc biệt trong cây khoai lang; IbTublin làm đối chứng.

Sự chèn vào transposon liên quan đến tính kháng BT trong bông vải của sâu đục quả bông

 Sâu hại kháng giống cây trồng chuyển gen Bt đang phát triển tại nhiều quốc gia trên thế giới. Sâu hại có khả năng tiến hóa rất nhanh để làm giảm hiệu lực của giống cây trồng biến đổi gen Bt. Công trình khoa học này được công bố trên tạp chí Scientific Reports bởi các nhà khoa học thuộc Hubei Academy of Agricultural Sciences và Chinese Academy of Agricultural Sciences. Học ghi nhận rằng: sự chèn vào của transposon gây nên hiện tượng có thuật ngữ khoa học là “cadherin mis-splicing”, liên quan đến tính kháng của sâu đục quả trên giống bông vải Bt (pink bollworm), một đối tượng gây hại rất lớn cho ngành bông vải của thế giới. Họ đã tìm thấy alen r15 trên đoạn chèn vào như vậy, tại một ruộng trồng bông ở Trung Quốc. Họ mô tả đoạn chèn vào này như một phân tử MITE (miniature inverted repeat transposable element) với hai transposons có tính chất thêm vào, bỗ trợ nhau và sản sinh ra hai phân tử “mis-spliced transcript variants”. Một chủng nòi đồng hợp đối với alen r15 kháng với protein Cry1Ac có kích thước 290-fold, có ít hoặc không có tính kháng chéo xảy ra với protein Cry2Ab, và hoàn toàn kháng chéo / chu kỳ sống của giống bông vải Bt sản sinh ra Cry1Ac. Họ ghi nhận tế bào của sâu hại, sự nhiễm với Cry1Ac cao hơn trong tế bào sản sinh ra cadherin nguyên thủy so với tế bào chứa đột biến lặn r15 mã hóa protein.

Tính kháng tương tự của sâu đục quả bông đối với Cry1Ac trong phòng thí nghiệm – ngoài đồng – những sâu hại được chọn lọc của Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ đều cung cấp những kết quả hết sức cơ bản để người ta phát triển kỹ thuật canh tác quản lý tính kháng này mang tính chất hợp tác quốc tế. Xem Scientific Reports.

Sử dụng CRISPR-CPF1 để chỉnh sửa hệ gen của cây bông vải

Nhiều công cụ đang được thử nghiệm trong công nghệ chỉnh sửa hệ gen cây trồng rất cần cho ngành genome học về chức năng của cây bông vải, một loài cây trồng có hệ gen vô cùng phức tạp. Công cụ CRISPR-Cpf1, là một bổ sung mới trong hệ thống CRISPR-Cas9, nó có 3 kiều chính của Cpf1 để chỉnh sửa hệ gen: AsCpf1, LbCpf1 và FnCpf1. Nghiên cứu gần đây ghi nhận rằng CRISPR-Cpf1 tỏ ra hiệu quả và thành công trong chỉnh sửa gen của cây lúa, đậu nành, thuốc lá, và bắp. Các nhà khoa học thuộc Huazhong Agricultural University và Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Trung Quốc đã ghi nhận tính hiệu quả của hệ thống CRISPR-Cpf1 để thực hiện chỉnh sửa hệ gen cây bông vải. kết quả nghiên cứu khẳng định rằng hệ thống CRISPR-Cpf1 đối với chỉnh sửa hệ gen cây bông vải đạt hiệu quả rất cao (87%) mà không có ảnh hưởng nào không chủ đích. Các tính trạng đột biến có thể di truyền được cho thế hệ sau. Theo kết quả ấy, hệ thống CRISPR-Cpf1 rất đặc trứng và rất hiệu quả phục vụ chỉnh sửa hệ gen cây trồng. Xem Plant Biotechnology Journal.

Làm mất đoạn thành công “retrotransposon” trong hệ gen cây lúa nhờ CRISPR-Cas9

 Một ví dụ thành công về kỹ thuật làm mất đoạn “transposon” bằng CRISPR-Cas9 như một kỹ thuật khả thi trong chọn giống cây trồng bởi các chuyên gia của National Agriculture and Food Research Organization, Nhật Bản và Đại Học Yokohama City. Kết quả nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí khoa học Plant Cell Reports. Người ta ghi nhận rằng sự chuyển vị (transposition) của những nguyên tố Tes (transposable elements) có tác động trên những gen ở kế cận nó, dẫn đến sự thay đổi tính trạng di truyền, bao gồm cả mức độ thể hiện gen và thành phân gen thể hiện, tình trạng splicing và di truyền biểu sinh (epigenetics), chức năng của các gen bên trong hoặc rất gần với locus bị ảnh hưởng. Sự thay đổi không mong muốn của những loci kề cận với TEs hoặc ngay bản thân của TEs sử dụng hệ thống chỉnh sửa hệ gen có thể bắt chước sự chuyển vị tự nhiên của TEs, dẫn đến kết quả phát triển những cây mới. Do vậy, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã hoàn thiện sự mất đoạn “Tos17 retrotransposon”, kế cận ở hai đầu chuỗi trình tự LTP (long terminal repeat) thông qua chỉnh sử gen trong cây lúa. Kết quả cho thấy nội dung làm mất đoạn thành công với đột biến có chủ đích của LTR, và làm mất đoạn ngay nơi mong muốn  giữa những LTRs. Từ những calli chuyển nạp ấy, thế hệ kế tiếp của quần thể con lai đều thiếu Tos17. Như vậy, sự mất đoạn thành công đối với “Tos17 retrotransposon” của hệ gen cây lúa thông qua việc sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9. Xem Plant Cell Reports.

Giải trình tự giống dưa hấu “Charleston Gray”

 Các nhà khoa học của Bộ nông Nghiệp Hoa Kỳ (ARS - USDA) và những cộng tác viên của họ từ nhiều Đại Học đã giải trình tự giống dưa hấu "Charleston Gray," được đưa vào sản xuất rất phổ biến từ năm 1954 bởi ARS. Họ đã sử dụng những công nghệ tiến tiến nhất trong giải trình tự DNA hiện nay trong một nghiên cứu dài hạn để tìm ra trình tự của hệ gen  "Charleston Gray", đánh giá kiểu gen 1.365 dòng dưa hấu trong ngân hàng gen của NPGS (USDA National Plant Germplasm System). Họ đã xác định được các vùng của hệ gen dưa hấu có liên quan đến tính kháng bệnh hoặc điều khiển nhiều tính trạng phẩm chất quả dưa hấu. Đứng đầu nhóm nghiên cứu là nhà di truyền học của ARS, tên là Amnon Levi và Zhangjun Fei công tác tại Boyce Thompson Institute (BTI), cộng tác với nhà khoa học của BTI, North Carolina State University, Michigan State University, và West Virginia State University, để đánh giá  đa dạng di truyền của tập đoàn dưa hấu PI (USDA watermelon Plant Introduction). Xem USDA ARS press release.