Tuần tin khoa học 851 (06-13/08/2023)

Osa-miR162a tăng cường tính kháng rầy nâu thông qua cơ chế biến dưỡng α-linolenic acid trong cây lúa (Oryza sativa)

Nguồn: Jie Chen, Qin Liu, Longyu Yuan, Wenzhong Shen, Qingxing Shi, Guojun Qi, Ting Chen, Zhenfei Zhang. 2023. Osa-miR162a Enhances the Resistance to the Brown Planthopper via α-Linolenic Acid Metabolism in Rice ( Oryza sativa). J Agric Food Chem; 2023 Jul 26. doi: 10.1021/acs.jafc.3c02637. 

Rầy nâu (BPH) là côn trùng gây hại lúa nghiêm trọng nhất gây thất thoát năng suất lúa. MicroRNAs (miRNAs) được xem xét như như những modulators chủ chốt trong tương tác giữa cây chủ và sâu hại. Theo nghiên cứu này, osa-miR162a được kích hoạt trong phản ứng của cây lúa khi bị rầy nâu tấn công ở giai đoạn mạ, chuyển trạng thái kháng của cây lúa đối với BPH thông qua lộ trình biến dưỡng α-linolenic acid nhờ kết quả phân tích sắc ký khối phổ lồng ghép (gas chromatography/liquid chromatography-mass spectrometry). Biểu hiện mạnh mẽ của osa-miR162a làm ức chế sự tăng trưởng và phát triển của rầy nâu, đồng thời làm giảm việc phóng thích 3-hexenal và 3-hexen-1-ol của rầy, để khóa lại khả năng ghi nhận cây chủ của rầy nâu. Hơn nữa, knockdown gen OsDCL1, mà gen này được làm đích bởi osa-miR162a, ức chế biến dưỡng α-linolenic acid để làm tăng tính kháng BPH, điều này giống với cây lúa biểu hiện mạnh mẽ  miR162a. Kết quả này làm rõ cơ chế tự vệ mới thông qua di truyền biểu sinh với phân tử miRNAs, chúng được phát triển trong quá trì tiến hóa lâu dài khi có tương tác giữa ký chủ và sâu hại, kết quả cung cấp ý tưởng mới trong xác địnhnguồn kháng của cây lúa, và tăng cường sự hiểu biết tốt hơn về quả lý sâu hại.

See https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37493591/

Giống lúa biến đổi gen đáp ứng vơi biến đổi khí hậu và sức khỏe con người

Nguồn: Kaori Kobayashi, Xiaohui Wang and Weiqun Wang. 2023. Genetically Modified Rice Is Associated with Hunger, Health, and Climate Resilience. Foods 2023, 12(14), 2776; https://doi.org/10.3390/foods12142776

Gần một trong chín người trên thế giới này đang bị đói, một trong tám người bị béo phì, và tất cả số phận của họ đang bị đe dọa bới biến đổi khí hậu. Sản xuất lúa, một loài mễ cố quan trọng và ổn định cho dân cư trên thế giới, đang đối mặt với biến đổi khí hậu, bùng nổ dân số, và sự có mặt đồng thời của nạn đói, béo phì trên trái đất này. Nội dung nói trên có thể được  giải quyết ít nhất phần nào nhờ công nghệ cải biên di truyền. Kỹ thuật di truyền đã và đang được phát triển như vũ bão hơn một thế kỷ. Giống lúa GM được chấp nhận bởi ISAAA’s GM approval database như kết quả tiêu dùng an toàn cho nhân loại. D0a82ng sau kết quả giống lúa này người ta còn có mục đích cải tiến năng suất lúa,  giá trị dinh dưỡng của nó, và đảm bảo an toàn lương thực của lúa gạo. Bài tổng quan cung cấp cho chúng ta tóm tắt về cơ sở dữ liệu cây lúa GM và vai trò đầy tiềm năng của giống lúa ấy trong cải thiện gánh nặng kép  về khiếm dưỡng, trước hết tăng phẩm chất dinh dưỡng cũng như dạng hạt thóc và năng suất hạt. Người ta còn quan tâm đến những tiện ích về sức khỏe của  một số thành phần hoạt tính sinh học được tạo ra bởi giống lúa GM. Bên cạnh đó, người ta đã thảo luận những giải pháp khả thi đối với những thách thức nói trên, bao gồm sử dụng giống cây trồng GM và xác định những QTLs (quantitative trait loci) điều khiển khối lượng hạt, phẩm chất dinh dưỡng. Đặc biệt là một QTL điều khiển khối lượng hạt trên nhiễm sắc thể 6 được người ta phân lập thành công, locus này được khuếch đại bởi Kasa allele, làm cho tăng cường khối lượng hạt và hạt gạo lứt. Biểu hiện mạnh mẽ gen đích của cây lúa Oryza sativa tại màng plasma H+-ATPase1, được người ta quan sát và ghi nhận để cải tiến khả năng hấp thu, khả năng đồng hóa ammonium của rễ lúa, cũng như tăng cường độ mở khí khổng, hiệu suất quang hợp của lá lúa trong điều kiện ánh sáng tốt. Nghiên cứu dòng hóa gen đích cũng có thể xác định được nhiều QTLs mong muốn bao gồm tính trạng khối lượng hạt và phẩm chất dinh dưỡng. Cuối cùng, nghiên cứu này thảo luận nguy cơ tăng lên của biến đổi khí hậu ví dụ phát thải khí methane, khí nitrous oxide và sự ấm lên toàn cầu, làm thế nào chúng có thể được cải tiến đáng kể nhờ nhờ giống lúa GM thông qua cải biên kỹ thuật quản lý nước. Góp lại tất cả, đây là tổng quan quan trọng trong lĩnh vực “bioactive components” (thành phần hoạt tính sinh học) cu3aha5t mễ cốc và công nghệ thực phẩm để sản xuất ra thực phẩm chất lượng cao, có chức năng nhờ kỹ thuật di truyền.

Xem https://www.mdpi.com/2304-8158/12/14/2776

Giải pháp Lúa Vàng (Golden Rice) (Saini et al., 2020)

Chỉnh sửa gen hành tây (Allium cepa L.) thông qua hệ thống CRISPR/Cas9

Nguồn: Pawan Mainkar, TUSHAR K. MANAPE, Viswanathan Satheesh, Sivalingam Anandhan. 2023. CRISPR/Cas9-mediated editing of PHYTOENE DESATURASE (AcPDS) gene in onion (Allium cepa L.). Front. Plant Sci., Volume 14 - 2023 | doi: 10.3389/fpls.2023.1226911

Hệ thống CRISPR-Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) là công cụ chỉnh sửa gen chính xác được sử dụng để du nhập những cải biên di truyền có phổ ứng dụng rộng trên nhiều loài cây trồng. Cho đến nay, chưa có báo cáo về chỉnh sửa gen qua CRISPR/Cas9 trên cây hành tây (Allium cepa L.). Theo nghiên cứu này, người ta nhắm đích đến là hai exons để chỉnh sửa đối với gen mã hóa Phytoene desaturase (AcPDS) trong giống hành tây cv. Bhima Super. Phân tử sgRNA mang vec tơ thiết kế (constructs) được nuôi cấy mô sẹo phôi (embryogenic calli) 8 tuần tuổi, chuyển nạp gián tiếp qua vi khuẩn Agrobacterium và ủ ấm trên môi trường không có vec tơ chọn lọc hygromycin B. Trong tổng số 617 mô sẹo nuôi cây, có 21 mô (3.4%) tái sinh ra chồi thân vớ 3 kiểu hình khác nhau; bạch tạng (albino), khảm (chimeric), và màu xanh nhạt (pale green); so với chồi thân cây. Hàm lượng diệp lục tổng số giảm đáng kể trong chồi thân albino và giảm có ý nghĩa trong chồi thân chimeric. Một trong sáu chồi thân tái sinh được xác định bằng PCR, có hai chồi biểu hiện kiểu hình bạch tạng vì có đột biến indels và base bị thay thế, ở tại vị trí đích AcPDS và xung quanh đó. Thực hiện “deep amplicon sequencing” cho thấy tần suất biến thể indel có ý nghĩa giữa hai phân tử sgRNAs, từ 1.2% đến 63.4%, trung bình đạt 53.4% base thay thế. Đột biến này của gen AcPDS đã phát sinh ra kiểu hình albino rất rõ, do đó, chỉnh sửa gen AcPDS thành công. Đây là lần đầu tiên người ta chỉnh sửa gen cây hành tây theo hệ thống CRISPR/Cas9thành công, với gen AcPDS như một ví dụ điển hình. Kết quả này phục vụ cho nhà chọn giống hành tây.

Xem https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2023.1226911/abstract

Kết hợp transcriptomics và metabolomics để xác định gen chủ chốt phản ứng với độ độc nhôm của hệ rễ cây con Brassica napus L.

Nguồn: Chenyang Li, Hongsong Shi, Lu Xu, Mingli Xing, Xiaoru Wu, Yansong Bai, Mengyuan Niu, Junqi Gao, Qingyuan Zhou & Cui Cui. 2023. Combining transcriptomics and metabolomics to identify key response genes for aluminum toxicity in the root system of Brassica napus L. seedlings. Theoretical and Applied Genetics August 2023; vol. 136, Article number: 169

Tích hợp kết quả “QTL mapping”, “transcriptomics” và “metabolomics”, có 138 hub genes được người ta phân lập thành công trong rễ cây cải dầu (rapeseed) khi nó phản ứng với stress do aluminum và chủ yếu có trong biến dưỡng lipids, carbohydrates và cơ chất biến dưỡng thứ cấp.

Độ độc nhôm trong đất là một trong những yếu tố gây stress quan trọng cho cây trong đất acid, đất này ngăn cản sự hấp phụ nước và dưỡng chất tại vùng rễ, kết quả là làm chậm lại sự tăng trưởng của cây trồng. Hiểu biết sâu sắc cơ chế phản ứng stress như vậy của cây cải dầu Brassica napus có thể cho phép chúng ta xác định gen chống chịu và sử dụng thông tin này phục vụ công tác cải tiến giống. Theo nghiên cứu này, người ta sử dụng quần thể con lai cận giao tái tổ hợp gồm 138  dòng RILs. Chúng được xử lý trong nghiệm thức có stress “aluminum”, và bản đồ QTL (quantitative trait locus) được sử dụng để định vị các QTL liên quan đến aluminum stress. Mô rễ của cây cải non của dòng kháng aluminum (R) và dòng nhiễm (S) từ quần thể RIL được thu thập để chạy trình tự transcriptome và xác định metabolome. Kết hợp cơ sở dữ liệu QTGs (quantitative trait genes), DEGs (differentially expressed genes), và DAMs (differentially accumulated metabolites), gen ứng cử viên chính có liên quan đến  chống chịu độ độc nhôm của cải dầu được người ta xác định. Kết quả cho thấy có  3186 QTGs trong quần thể RIL, có 14.232 DEGs và 457 DAMs khi so sánh giữa dòng R và dòng S. Có tất cả 138 hub genes được người ta chọn lọc có tương quan thuận và nghịc có ý nghĩa với 30 cơ chất biến dưỡng quan trọng (|R|≥ 0.95). Những gen này bao gồm hoạt đồng biến dưỡng lipids, carbohydrates cà cơ chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolites) khi phản ứng với stress độ độc nhôm. Kết quả không những cung cấp phương pháp nghiên cứu có hiệu quả để thanh lọc các gen chủ lực bằng cách tích hợp QTLs, transcriptome sequencing và phân tích metabolomic, mà còn liệt kê được những gen chủ chốt phục vụ khai thác cơ chế  phân tử của tính chống chịu độ độc nhôm trong rễ cây non “cải dầu”.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04412-z