Tuần tin khoa học 784 (18-24/4/2022)

MeSPL9 tiết giảm tính kháng khô hạn thông qua tín hiệu JA trong cây sắn

Nguồn: Shuxia Li, Zhihao Cheng, Zhibo Li, Shiman Dong, Xiaoling Yu, Pingjuan Zhao, Wenbin Liao, Xiang Yu & Ming Peng. 2022.  MeSPL9 attenuates drought resistance by regulating JA signaling and protectant metabolite contents in cassava. Theoretical and Applied Genetics: March 2022’ vol. 135: 817–832

Phân tích các gen liên quan đến khô hạn trong cây sắn bao gồm gen MeSPL9 quy định tính trạng chống chịu hạn và biểu hiện mạnh mẽ của một mẫu hình dominant-negative của gen này, chúng tỏ vai trò thụ động của nó (negative roles) trong tính trạng kháng stress khô hạn.

Stress khô hạn làm thiệt hại nặng nề năng suất cây trồng và người ta xem đó như mối đe dọa cho an ninh lương thực trên toàn thế giới. Mặc dù, gen SQUAMOSA promoter binding protein-like 9 (SPL9) đóng góp rất rộng trong nhiều tiến trình mang tính chất phát triển và trong phản ứng của cây đối với những kích động của nhân tố phi sinh học, tuy vậy vài trò của gen này và lộ trình điều tiết trong cây sắn (Manihot esculenta) phản ứng với khô hạn vẫn còn mù mờ. Trong kết quả nghiên cứu này, người ta chứng minh rằng gen của cây sắn SPL9 (MeSPL9) đóng vai trò thụ động (negative roles) trong tính kháng với stress khô hạn. Biểu hiện của gen MeSPL9 bị ức chế rất mạnh mẽ bởi nghiệm thức xử lý khô hạn. Sự biểu hiện mạnh mẽ của  một dominant-negative form từ phân tử miR156-resistant MeSPL9, rMeSPL9-SRDX, mà trong đó, có một trình tự 12-amino acid repressor được dung hợp  với rMeSPL9 ở gốc C, liên quan đến tính trạng chống chịu hạn, không ảnh hưởng xâu đến toàn bộ tăng trưởng của cây. Các dòng có biểu hiện mạnh mẽ rMeSPL9-SRDX không chỉ biểu hiện gia tăng các chất biến dưỡng có tính chất osmoprotectant bao gồm chất proline và anthocyanin, mà còn tích tụ nhiều hơn jasmonic acid (JA) nội sinh và các phân tử đường dễ hòa tan. Phân tích ở mức độ transcriptomic và real-time PCR cho thấy rằng: các gen biểu hiện ra vô cùng khác biệt nhau có trong chu trình sinh tổng hợp được hoặc JA, chu trình truyền tín hiệu, và chu trình biến dưỡng trong cây sắn transgenic khi cho xử lý trong nghiệm thức khô hạn. Nghiệm thức xử lý chất ngoại sinh JA khẳng định rằng JA liên quan đến cải tiến tính kháng hạn và làm tăng cường sự đóng lại khí khổngở lá sắn. Tóm lại, kết quả gợi ra rằng MeSPL9 ảnh hưởng tính trạng kháng hạn thông qua module vận hành các mức độ chất biến dưỡng có tính chất tự vệ (protectant metabolite) và chu trình truyền tín hiệu JA, mà tác động có tính chất bổ sung diễn ra trong bộ máy di truyền điều khiển tính trạng chống chịu khô hạn của cây trồng.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-04000-z

Di truyền tính chống chịu hạn và kháng bệnh của hệ gen cây lúa bởi OsbHLH057

Nguồn: Jiazong Liu, Yanting Shen, Hongxiang Cao, Kang He, Zhaohui Chu, Ning Li. 2022. OsbHLH057 targets the AATCA cis-element to regulate disease resistance and drought tolerance in rice. Plant Cell Rep.; 2022 Mar 12.  doi: 10.1007/s00299-022-02859-w.

AATCA motif được xác định là phản ứng với sự xâm nhiễm của pathogens tại vùng promoter của gen tự vệ Os2H16. OsbHLH057 kết gắn với motif này để tích cực điều tiết tính kháng bệnh của cây lúa và tính chống chịu khô hạn. Bệnh đốm vằn (ShB), gây ra bởi nấm hoại sinh Rhizoctonia solani, gây bệnh rất nặng cho cây lúa (Oryza sativa L.). Sự điều tiết phiên mã  của gen tự vệ từ cây chủ khi cây phản ứng với xâm nhiễm của nấm gây bệnh đốm vằn R. solani được người ta biết rất ít. Trong nghiên cứu này, tác giả phân lập một phân tử cis-element, AATCA, trong vùng promoter của gen Os2H16, một gen được xác định trước đây  có tính chất multifaceted trong tự vệ của cây phản ứng với sự tấn công của khuẩn. Người ta sử dụng phương pháp DNA pull-down assay kết hợp với  sắc ký khối phổ (mass spectrometry), người ta xem xét một phân tử basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factor có tên là OsbHLH057 tương tác với AATCA cis-element nói trên. Protein OsbHLH057 bị kích hoạt một cách nhanh chóng bởi nấm R. solani, vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), và stress do áp suất thẩm thấu (osmotic stress). Bên cạnh đó, sự biểu hiện mạnh mẽ OsbHLH057 làm tăng cường tính kháng bệnh và tính chống chịu khô hạn của cây lúa, Khi “knock out” OsbHLH057 cây lúa trở nên nhiễm bệnh và chịu hạn kém. Kết quả này chứng minh rằng OsbHLH057 và AATCA module điều tiết một cách hỗ tương lẫn nhau đối với kết quả biểu hiện gen Os2H16 để cây lúa phản ứng với nấm R. solani, vi khuẩn Xoo, và khô hạn với gen OsASR2 và GT-1 module.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35278106/

Chỉnh sửa gen cây có múi thích ứng với biến đổi khí hậu

Nguồn: Lamiaa M. Mahmoud, Prabhjot Kaur, Daniel Stanton, Jude W. Grosser & Manjul Dutt. 2022.  A cationic lipid mediated CRISPR/Cas9 technique for the production of stable genome edited citrus plants. Plant Methods: Vol. 18, Article number: 33 (2022)

Công nghệ di truyền phục vụ cây trồng đã và đang làm tăng năng suất trong điều kiện đối phó với biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan, đáp ứng sự bùng nổ dân số toàn cầu thông các tính trạngdi truyền mong muốn, bao gồm tăng cường tínhchống chịu stress sinh học và strss phi sinh học nhằm cải thiện nông nghiệp. Hệ thống CRISPR/Cas9) đã và đang được vận dụng hiệu quả, là một công nghệ triển vọng  của genomic editing. Tế bào trần (protoplasts) thường được dùng làm vật liệu để phát triển cây trồng biến đổi gen thông qua hợp nhất in vitro của đoạn phân tử recombinant DNA vào hệ gen cây trồng. Người ta tiến hành chỉnh sửa gen cây có múi, gen Nonexpressor of Pathogenesis-Related 3 (CsNPR3), một regulator tiêu cực trong hệ thống kích hoạt tự vệ SAR (systemic acquired resistance); nó điều hành đích đến làm suy thoái proteasome của NPR1 và phát triển kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen hướng về đích đến protoplast DNA trong cây có múi, để sản sinh ra  cây có múi chỉnh sửa hệ gen có sự phát triển ổn định.

Người ta xác định các thể vật chất ở mức độ nano có tên là best cationic lipid nanoparticles để phóng thích phân tử donor DNA và làm nên  một quy trình sử dụng Lipofectamine™ LTX Reagent với PLUS Reagent để làm nền cho sự kiện DNA delivery vào trong tế bào trần của cây có múi. Thiết kết Cas9 có gRNA định hướng đến gen CsNPR3 trong tế bào chất cây có múi, sử dụng cationic lipid transfection agent Lipofectamine có hoặc không có polyethylene glycol (PEG, MW 6000). Hiệu quả chuyển dịch tối ưuT đối với kỹ thuật bao (encapsulation) là 30% trong Lipofectamine, 51% trong Lipofectamine có PEG, và 2% chỉ với PEG mà thôi. Thêm vào đó, kỹ thuật làm plasmid encapsulation trong Lipofectamine cho kết quả sống sót tế bào cao nhất (45%) so với sử dụng PEG. Chín cây có múi được chỉnh sửa gen thành công và được xác định  trên cơ sở xét nghiệm T7EI và xét nghiệm chạy trình tự Sanger. Các dòng chỉnh sửa gen này biểu hiện bản chất điều tiết theo kiểu “down” của gen CsNPR3 và kiểu “up” của gen CsPR1.

Xem: https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-022-00870-6

OsSOS2 và tính trạng chống chịu mặn, khô hạn của cây lúa

Nguồn: Gautam Kumar, Sahana Basu, Sneh L Singla-Pareek, Ashwani Pareek. 2022. Unraveling the contribution of OsSOS2 in conferring salinity and drought tolerance in a high-yielding rice. Physiol Plant; 2022 Jan;174(1):e13638.  doi: 10.1111/ppl.13638.

Stress phi sinh học và mối đe dọa tiềm ẩn cho nông nghiệp bền vững trên toàn thế giới. Sự mặn hóa và khô hạn đất trồng lúa là là những yếu tố then chốt trong tương lai đối với năng suất lúa. Lộ trình SOS (Salt Overly Sensitive) có vai trò chủ yếu của tính trạng chống chịu mặn thông qua dùy trì sự kiện sinh lý ở tế bào là ion homeostasis, với SOS2, một  S/T kinase, là một thành phần quy định sự sống. Nghiên cứu này tập trung khảo sát vai trò của  OsSOS2, một đồng dạng của SOS2 trong cây lúa, giúp cải tiến tính chống chịu mặn và khô hạn. Cây lúa transgenic có biểu hiện mạnh mẽ (OE) hoặc biểu hiện knockdown (KD) của OsSOS2 đều được trồng với giống cao sản đối chứng IR64. Áp dụng cách tiếp cận kết hợp trên cơ sở sinh lý học, sinh hóa học, giải phẩu học, công cụ kính hiển vi,phân tích đánh giá ở mức độ phân tử, và tính trạng nông học, các chứng cứ trong kết quả này để khẳng định OsSOS2 có vai trò cải tiến tính chống chịu măn và khô hạn trong cây lúa. Phẩn bỉu hiện mạnh mẽ OE được quan sát thấy có những ion và hiện tượng sinh lý redox homeostasis khi trồng trong nghiệm thức mặn, trong khi cây biểu hiện KD có kết quả ngược lại. Nhiều gen đóng vai trò chủ chốt phản ứng với stress được tìm thấy, chúng hoạt động trong một cách thức được gọi là orchestrated manner làm nên kiểu hình ấy. Đáng chú ý là, cây OE biểu thị tính chống chịu stress ở cả hai giai đoạn: mạ và sinh dục, khẳng định đó là hai giai đoạn nhạy cảm nhất của cây lúa. Nghiên cứu nhấn mạnh khả năng của OsSOS2 đối với việc áp dụng công nghệ sinh học để cải tiến tính chịu mặn và chịu hạn của giống lúa cao sản.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35092312/

Di truyền tính chống chịu nóng của cây lúa thông qua “long non-coding RNAs”

Nguồn: Zhengfeng Zhang, Huahua Zhong, Bo Nan & Benze Xiao. 2022. Global identification and integrated analysis of heat-responsive long non-coding RNAs in contrasting rice cultivars. Theoretical and Applied Genetics; March 2022; Vol. 135: 833–852

Phân từ lncRNAs (long non-coding RNAs) có vai trò quan trọng giúp cây phản ứng lại với những thách thức ngoại cảnh. Hiểu biết tốt về sự điều tiết của gen bằng phương pháp  lncRNAs và sự xác định có tính chất hệ thống của chúng sẽ cung cấp cho chúng ta những lợi ích vô cùng to lớn cho nông nghiệp hiện đại. Theo nghiên cứu này, người ta đã hoàn thiện được chạy kết quả trình tự DNA của strand-specific RNA đối với hai giống lúa, giống chịu nóng ZS97B  và giống nhạy cảm với nhiệt độ nóng SYD2. Có tất cả 2743 phân tử lncRNAs giả định được người ta phân lập. Phổ biểu hiện gen khi phản ứng với nhiệt độ nóng cũng được thiết lập. Người ta xác định 231 phân tử DELs (differentially expressed lncRNAs) trong nghiệm thức stress nóng, bao gồm 31 DELs phổ thông trong cả hai giống lúa và 103 DELs chuyên biệt của giống ZS97B; 97 DELs chuyên biệt của giống SYD2. Tất cả đưpọc định nghĩa là phân tử heat-responsive lncRNAs (viết tắt HRLs). Các gen đích mang mật mã di truyền của HRLs đã được dự đoán, và GO cũng như KEGG đều được chú thích di truyền rõ ràng (annotated) của các gen đích HRL cho thấy chức năng trong các gen HRLs có thể được xem xét rõ ràng. Mạng lưới tương tác giữa HRLs, gen đích và phân tử relevant miRNAs được người ta thiết kế. Chính các HRLs và những targets của chúng được người ta so sánh với những QTLs đã nghiên cứu trước đây đối với tăng trưởng cây lúa giai đoạn mạ trong điều kiện có xử lý mặn. Mười HRLs và mười hai gen đích đã được liên kết với năm QTLs liên quan đến stress nhiệt độ nóng. Kết quả chạy trình tự DNA cho thấy có rất nhiều motifs phong phú hơn đáng kể trong chuỗi trình tự DNA của 231 HRL. Kết quả cung cấp cho người ta một nguồn vật liệu di truyền đáng giá để định tính xét về lâu dài phân tử lncRNAs liên quan đến stress nhiệt độ nóng và cải tiến tính trạng chống chịu nóng của cây lúa.

Xem Global identification and integrated analysis of heat-responsive long non-coding RNAs in contrasting rice cultivars | SpringerLink