Tuần tin khoa học 846 (03-09/07/2023)

OsOLP1 và tính chống chịu khô hạn của cây lúa

Nguồn: Jianpei Yan, Vincent Ninkuu, Zhenchao Fu, Tengfeng Yang, Jie Ren, Guangyue Li, Xiufen Yang, Hongmei Zeng. 2023. OsOLP1 contributes to drought tolerance in rice by regulating ABA biosynthesis and lignin accumulation. Front Plant Sci.; 2023 May 30; 14:1163939. doi: 10.3389/fpls.2023.1163939.

Lúa, cây lương thực chính, khai thác nhiều chiến lượcđể tăng cường tính trạng chống chịu khô hạn và từ đó làm tăng năng suất. Họ protein có tên”osmotin-like proteins” được biết làm tăng cường tính kháng stress sinh học và phi sinh học. Tuy nhiên, cơ chế tính chịu hạn của “osmotin-like proteins” trong cây lúa vẫn chưa rõ ràng. Kết quả nghiên cứu này xác định protein giống như osmotin mới, OsOLP1, phù hợp với kiến trúc và đặc điểm của họ protein “osmotin” và đáp ứng với khô hạn cũng như stress bởi NaCl. Chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9 và các òng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen đích được dùng để nghiên cứu tác động của OsOLP1 làm cây lúa chống chịu khô hạn. So sánh với cây nguyên bản (wild-type), cây lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ OsOLP1 có tính chống chịu hạn với hàm lượng nước trong lá đạt 65%, tỷ lệ cây sống sót đạt 53.1% nhờ điều tiết 96% sự đóng lại khí khổng; hàm lượng proline cao gấp 2,5 lần nhờ tích tụ ABA nội sinh gấp 1,5 lần, làm tăng cường khoảng 50% tổng hợp lignin. Tuy nhiên, các dòng lúa đột biến knockout OsOLP1 biểu hiện giảm nghiêm trọng hàm lượng ABA, giảm tích trữ lignin, chống chịu hạn rất yếu. Kết quả xác định OsOLP1 có liên quan đến cách thức chịu stress khô hạn, kết với tích tụ ABA, điều tiết đóng mở khí khổng, hàm lượng proline, và tích trữ lignin. Đạy là cách nhận thức mới về chống chịu khô hạn của cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37324705/

IPA1 cải tiến chống chịu hạn của cây lúa nhờ tăng hoạt SNAC1

Nguồn: Feihe Chen, Haomin Zhang, Hong Li, Ling Lian, Yidong Wei, Yuelong Lin, Lanning Wang, Wei He , Qiuhua Cai, Hongguang Xie, Hua Zhang, Jianfu Zhang. 2023. IPA1 improves drought tolerance by activating SNAC1 in rice. BMC Plant Biol.; 2023 Jan 25;23(1):55. doi: 10.1186/s12870-023-04062-9.

Khô hạn là stress phi sinh học chủ yếu của cây lúa (Oryza sativa) suốt giai đoạn tăng trưởng. Dạng hình cây lúa lý tưởng IPA1 (Ideal Plant Architecture), với gen được dòng hóa đầu tiên  điều kiển dạng hình cây lúa lý tưởng, được người ta ghi nhận có chức năng đối với IPA1 và chịu hạn. Ở đây, người ta ghi nhận IPA1/OsSPL14, mã hóa một protein phiên mã TF, điều tiết tích cực tính chống chịu khô hạn của cây lúa. Chính IPA1 này biểu hiện và điều tiết nhờ nghiệm thức xử lý  H₂O₂, abscisic acid, NaCl và polyethylene glycol 6000 trong cây lúa. Bên cạnh đó, cây lúa đột biến knockout gen IPA1 biểu hiện sự tích tụ rất nhiều H₂O₂ khi đo lường bằng chất nhuộm màu 3,3'-diaminobenzidine ở lá lúa so sánh với cây wilt type (WT). Người ta dùng phương pháp “yeast one-hybrid, dual-luciferase và electrophoretic mobility” cho kết quả IPA1 trực tiếp kích hoạt promoter của gen SNAC1. Biểu hiện gen SNAC1 điều tiết theo kiểu “down” có ý nghĩa trong cây đột biến “IPA1 knockout”. Nghiên cứu sâu hơn cho thấy IPA1 có vai trò tích cực trong chống chịu khô hạn nhờ kích hoạt sự thu hồi ROS (reactive oxygen species) trong cây lúa. Như vậy IPA1 đóng vai trò quan trọng trong chống chịu hạn bằng cách điều tiết SNAC1, do đó, kích hoạt hệ thống chống ô xi hóa trong cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36698063/

Tích hợp tòan bộ trình tự vi khuẩn A02 cố định đạm trong lá sắn

Nguồn: Danping Huang, Jie Ren , Xi Chen, Kashif Akhtar, Qiongyue Liang, Congyu Ye, Caiyi Xiong, Huahong He, Bing He. 2023. Whole-genome assembly of A02 bacteria involved in nitrogen fixation within cassava leaves. Plant Physiol.; 2023 Jun 12; kiad331. doi: 10.1093/plphys/kiad331.

Vi khuẩn cố định đạm nội sinh A02 thuộc chi Curtobacterium (Curtobacterium sp.); vi khuẫn này rất cần thiết trong biến dưỡng nitrogen (N) của cây sắn (Manihot esculenta Crantz). Người ta phân lập được chủng nòi (strain) A02 từ giống sắn SC205 và dùng phương pháp pha loãng đồng vị phóng xạ ¹⁵N để nghiên cứu tác động của A02trên tăng trưởng và tích lũy N ở cây sắn còn non. Bên cạnh đó, toàn bộ hệ gen được giải trình tự để xác định cơ chế cố định N của chủng nòi A02. So với nghiệm thức đối chứng: N thấp (T1), chủng strain A02 (nghiệm thức T2) cho kết quả tăng trưởng cao nhất trong khối lượng khô của lá và rễ cây sắn non, hoạt động nitrogenase cao nhất là 120.3 nmol·(mL·h) được ghi nhận trong lá, đó là vị trí chủ yếu cho colonization và N-fixation. Hệ gen của A02 có độ lớn phân tử là 3.555.568 bp và có một nhiễm sắc thể vòng, một plasmid. So sánh những genomes này của các vi khẩn ngắn kháccho thấy chủng nòi A02 biểu hiện sự tiệm cận trong tiến hóa đối với vi khuẩn nội sinh NS330 (Curtobacterium citreum) được phân lập trong cây lúa (Oryza sativa) tại Ấn Độ. Hệ gen của A02 bao gồm 13 gen nif cố định đạm, đó là 4 nifB, 1 nifR3, 2 nifH, 1 nifU, 1 nifD, 1 nifK, 1 nifE, 1 nifN, và 1 nifC, hình thành nên một cluster gen hoàn chỉnh cố định N độ lớn phân tử 8-kb chiếm khoảng 0,22% độ dài genome. Phân tử nifHDK của chủng nòi vi khuẩn A02 (Curtobacterium sp.) đồng nhất với Frankia khi so sánh chuỗi trình tự. Dự đoán chức năngcho kết quả số bản sao chép cao của gen nifB liên quan đến cơ chế bảo vệ oxygen. Kết quả cung cấp thông tin quan trọng về genome vi khuẩn có liên quan đến sự cung cấp N cho nghiên cứu transcriptomic và chức năng gen đích để làm tăng hiệu quả sử dụng N trong cây sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37307568/

Xác định in silico: phân tử microRNAs trong nghiên cứu Begomoviral gây bệnh sắn

Nguồn: Muhammad Aleem Ashraf, Babar Ali , Judith K Brown, Imran Shahid, Naitong Yu. 2023. In Silico Identification of Cassava Genome-Encoded MicroRNAs with Predicted Potential for Targeting the ICMV- Kerala Begomoviral Pathogen of Cassava. Viruses; 2023 Feb 9; 15(2):486. doi: 10.3390/v15020486.

Bệnh siệu vi trên sắn CMD (cassava mosaic disease) do nhiều loài siêu vi rất đa dạng thuộc chi Begomovirus (Geminiviridae) truyền đi bở bọ phấn trắng Bemisia tabaci một loài côn trùng cực trọng. Tại Ấn Độ và những vùng khác của châu Á, siêu vi ICMV (Indian cassava mosaic virus-Kerala: ICMV-Ker) là một begomovirus trên cây sắn làm mất năng suất và chất lượng củ sắn. Phân tử RNAi (double-stranded RNA-mediated interference) là một cơ chế tiến hóa có tính bảo thủ trong sinh vật eukaryotes và có hiệu quả cao, hệ thống phòng vệ bẩm sinh nhằm ức chế sự kiện tự tái bản của siêu vi trong cây và / hoặc trong dịch mã. Mục đích của nghiên cứu này nhằm xác định và định ti1nhpha6n tử microRNAs (mes-miRNA) được mã hóa trong genome cây sắn. Nó dự đoán được ICMV-Ker ssDNA-encoded mRNAs mục tiêu, trên cơ sở bốn thuật toán in silico: miRanda, RNA22, Tapirhybrid, và psRNA. Người ta muốn khai thác các phân tử miRNAs dự đoán để kích hoạt RNAi và phát triển cây sắn có tính kháng với ICMV-Ker. Các trình tự của miRNAS của cây sắn trưởng thành được minh chứng (n = 175); người ta downloaded xuống từ cơ sở dữ liệu miRBase biological database rồi so sánh chuỗi trình tự với hệ gen ICMV-Ker. Các phân tử miRNAs này được người ta đánh giá theo base-pairing với các vùng trong hạt sắn chứa miRNA và các vị trí gắn kết bổ sung (complementary binding sites) trong phân tử mRNAs của siêu vi. Trong số 175 locus-derived mes-miRNAs được đánh giá, có một phân tử miRNA đồng dạng, mes-miR1446a, được người ta xác định có một miRNA dự đoán ở vị trí gắn kết với đích đến, tại địa chỉ 2053 trong hệ gen ICMV-Ker.

Muốn dự đoán được miRNA của sắn có khả năng gắn kết, ICMV-Ker mRNA target(s) dự đoán sẽ có thể phá vỡ sự nhiễm bệnh của siêu vi trong cây sắn, hệ thống điều tiết locus-derived miRNA-mRNA được hình thành nên nhờ sử dụng phần mềm Circos. Thao tác in silico dự đoán hệ thống locus-derived mes-miRNA-mRNA tương tác giữa miRNAs trong cây sắn trưởng thành với hệ gen ICMV-Ker mà hệ gen này đảm bảo cho phân tích in vivo, nó có thể kiểm soát sự phát triển cu3aca6y sắn kháng ICMV-Ker.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36851701/

Hình: Circos plot tích hợp dữ kiện cho thấy locus-derived mes-miRNA-mRNA cây sắn tương tác như thế nào. Những đường nối có màu sắc biểu trưng trình tự ICMV-Ker. Những plots biểu thị những dự đoán đích đến giữa locus-derived mes-miRNAs của cây sắn với các gen của siêu vi.