Tuần tin khoa học 937 (14-20/04/2025)

Cải tiến tính trạng năng suất nhờ chỉnh sửa gen tại promoter của Ghd7 và PRR37 của giống lúa Mei Xiang Zhan 2

Nguồn: Xiaotong Guo, Kangli Sun, Zeqiang Wu, Dongdong Xiao, Yingang Song, Shengting Li, Guangliang Wei, Weitao Li, Yu Hao, Bingqun Xu, Kai Zhang, Nan Liao, Dan Hu, Yao-Guang Liu, Wubei Zong & Jingxin Guo. 2025. Improving yield-related traits by editing the promoter and distal regulatory region of heading date genes Ghd7 and PRR37 in elite rice variety Mei Xiang Zhan 2. Theoretical and Applied Genetics; April 5 2025; vol. 138; article 92

Nhóm tác giả tiến hành chỉnh sửa trình tự vùng promoter và vùng điều tiết promoter xa (distal regulatory region) của gen đa tính trạng (pleiotropic) có tên là  Ghd7 và gen PRR37 sẽ giảm được khả năng làm trễ ngày trổ bông, trong khi đó, việc này sẽ cải tiến được khả năng làm tăng năng suất hạt, cung cấp nguồn vật liệu di truyền bố mẹ trong cải tiến giống lúa.

Ngày trổ bông là một tính trạng nông học cần thiết của cây lúa, ngày trổ điều khiển cây lúa thích ứng với canh tác theo vĩ độ khác nhau và năng suất của nhiều giống lúa. Tối ưu hóa được ngày trổ bông của giống cao sản trong cải tiến giống cụ thể có thể mở ra một cách có ý nghĩa khả năng canh tác lúa trên nhiều vùng trồng khác nhau. Gen Ghd7 và PRR37 là hai gen then chốt điều khiển tính trạng ngày trổ và làm tăng cường các tính trạng nông học mong muốn. Trong giống cao sản loại hình indica là Mei Xiang Zhan 2 (MXZ2), người ta áp dụng chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9 làm phát sinh có hiệu quả các dòng đột biến đồng hợp tử với mốt sự thay đổi theo chiều hướng thông qua kỹ thuật “multi-target editing” (chỉnh sửa nhiều vùng đích) trong khu vực “promoter” và khu vực điều tiết xa của hai gen Ghd7 và PRR37. Có nhiều mức độ khác nhau của điều tiết theo kiểu “down” trong biểu hiện gen Ghd7 hoặc PRR37, làm chức năng gen bị tổn hại, và sự tiến tri63n của tính trạng ngày trổ đã được quan sát ở dòng lúa đột biến. Một số dòng đột biến biểu hiện trổ bông sớm và năng suất tăng, trong khi, giữ nguyên vẹn phẩm chất đặc biệt của MXZ2. Kết quả này cho thấychỉnh sửa gen vùng promoter và “distal regulatory region” của gen đa tính trạng (pleiotropic) có tên Ghd7 và PRR37 làm giảm được khả năng làm trể hơn ngày trổ bông, trong khi đó, làm tăng khả năng cho năng suất hạt, tạo ra được nguồn vật liệu bố mẹ trong cải tiến giống lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40186758/

Gen mã hóa  SARS-CoV-2 glycoprotein S1 của cây lúa làm vaccine ngừa COVID-19

Nguồn: Li Song, Yaya Wen, Yu Zhou, Hui Zhang, Yuqi Tian, Jing Wang, Yaodan Cui, Ruimeng Tan, Dan Xiong, Chuang Meng, Yan Zhou, Qianfeng Li, Zhiming Pan, Qiaoquan Liu, Xinan Jiao. 2025. Rice-derived SARS-CoV-2 glycoprotein S1 subunit vaccine elicits humoral and cellular immune responses. Plant Biotechnology Journal; First published: 04 April 2025; https://doi.org/10.1111/pbi.70077

Từ năm 2019, hội chứng hô hấp cấp tính nặng do coronavirus 2 (SARS-CoV-2), loại hình virus gây bệnh cúm COVID-19, đã  lan rộng và đột biến trên quy mô toàn cầu mặc dù có nhiều vaccin thương mại được phê duyệt nhanh chóng. Do đó, phát triển vaccin an toàn, hiệu quả và giá cả hợp lý rất cần để đáp ứng như cầu của thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Cây trồng transgenic nổi bật như một cơ sở đầy hứa hẹn về biểu hiện được proteins tái tổ hợp phục vụ bào chế vaccin và thuốc. Hai “binary vectors”, đó là pCAMBIA1300Gt1-S1 và pCAMBIA1300Actin-S1, có những promoters riêng biệt nhau, được cấu trúc và được chuyển nạp vào cây lúa thồng qua vi khuẩn Agrobacterium. Nhìn chung, có 56 dòng lúa transgenic riêng biệt nhau được tái sinh thành công. Phẩn tích biểu hiện gen cho thấy: protein S1 (rS1) từ cây lúa có thể biểu hiện trong hạt lúa chuyển gen pGt1::S1. Mức độ biểu hiện của protein rS1 đạt 282 μg/g khối lượng chất khô, với sự chèn đọn trong gen S1 không có ảnh hưởng bất lợi nào về kích cỡ hạt lúa và khối lượng hạt lúa. Protein rS1 này biểu hiện một ái lực cao với sự chuyển đổi enzyme chuyển hóa angiotensin 2 (ACE2) của con người in vitro. Hơn nữa, khả năng sinh miễn dịch (immunogenicity) của protein rS1 tinh khiết cùng với những chất bổ trợ khác (adjuvants) đã chứng tỏ rằng nghiệm thức chuột tiêm vaccin “Alum-adjuvant rS1” đã sinh ra các phản ứng miễn dịch với serum IgG, IgG1 rất cao và trung hòa được theo các mức độ kháng thể. Thể roi (flagellin) của Salmonella Typhimurium (FliC) được bổ trợ bởi rS1 tạo ra mức độ  “S1-specific IgG2a” mạnh hơn rất nhiều, làm tăng cường  sự sinh sản tế bào “splenocyte” và làm kích hoạt phản ứng Th1/Th2/Th17 cytokine tích hợp. Điều này được minh chứng bởi tăng tỷ lệ interferon chuyên tính với kháng nguyên (antigen-specific interferon) (IFN)-γ, interleukin-4 (IL-4) và IL-17A-positive CD4⁺ T lymphocytes, cho thấy khả năng tạo ra phản ứng miễn dịch dịch thể (humoral) và miễn dịch tế bào. Kết quả cho thấy rS1 protein đưa ra cách tiếp cận đầy hứa hẹn phục vụ việc sản xuất “COVID-19 subunit vaccine” với giá cả phải chăng, chiến lược này có thể được áp dụng phổ biến cho vaccin phòng virus khác.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70077

Kiến trúc di truyền và công việc tìm ra rS1 protein.

Kết quả phân tích GWAS gen ứng cử viên VRN1-2 quy định chiều cao cây đậu nành

Nguồn: Le Wang, Hong Xue, Zhenbin Hu, Yang Li, Tuya Siqin & Hengyou Zhang. 2025. A genome-wide association study prioritizes VRN1-2 as a candidate gene associated with plant height in soybean. Theoretical and Applied Genetics; March 27 2025; vol.138; article 64

Chiều cao cây là tính trạng nông học quan trọng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng, sự tăng trưởng và khả năng kháng với điều kiện bất thuận. Mọi cố gắng vĩ đại đã và đang cống hiến cho cơ sở di truyền học và  cơ chế điều tiết; tuy nhiên, cơ chế phân tử về cơ bản vẫn chưa rõ ràng bởi vì thiếu thông tin gen điều khiển tính trạng ấy. Nhóm tác giả tiến hành chạy GWAS với giải pháp “single-nucleotide”  của tính trạng chiều cao cây đậu nành trong tập đoàn giống đa dạngđược thu thập từ nhiều nguồn của thế giới và sử dụng 6.7 triệu “genome-wide variants” (SNPs và Indels). Kết quả GWAS về chiều cao cây được xác định bởi 3 QTLs điều khiển định vị trên nhiễm sắc thể 10, 18, và 19, trong đó, có  một QTL trên nhiễm sắc thể 19 có bản chất “co-localized” rõ nhất với gen Dt1, đây là gen chủ lực trong tăng trưởng thân. Những loci khác không có gen nào được báo cáo trước đây về tính trạng chiều cao được coi là gen mới. Một nghiên cứu gần  trong các quãng phân từ chứa QTL cho thấy: có 9 gen biểu thị khả năng liên quan đến điều chỉnh chiều cao cây tùy thuộc vào mức độ đặc biệt trong biểu hiện khi phát triển sinh mô chồi thân. VRN1-2 là cơ sở quan trọng cho QTL có ý nghĩa trên nhiễm sắc thể 10 được ưu tiên xem xét, là gen ứng cử viên có triển vọng nhất. VRN1-2 cho thấy biểu hiện cao hơn trong giống đậu nành Williams 82 với tập quán tăng trưởng trung bình hơn giống Dongnong50 với cách tăng trưởng kiểu “semi-determinate” (bán xác định) giữa kỳ tăng trưởng (V2, V3) và kỳ phát dục (R1). Gen VRN1-2 mang những biến thể có tính chất “non-synonymous” (không đồng dạng nhau) trong vùng mã hóa di truyền, mà vùng này gắn kết có ý nghĩa với các biến thiên về chiều cao cây. Alen GT liên quan đến chiều cao cây thấp hầu như bị điều khiển bởi kết quả chọn nhân tạo trong thờ kỳ thuần hóa giống đậu nành trồng trọt. Kết quả cung cấp nguồn các loci và các gen mới để giải thích sâu hơn cơ chế điều tiết gen quy định chiều cao và những biến thể chủ lực sẽ giúp cho chiến lựơc cải tiến giống phân tử.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04875-2

Chỉnh sửa gen làm tăng tích tụ sắt trong giống lúa TBR225 nhờ sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsNRAMP7

Nguồn: Phuong Duy Nguyen, Van Thi Pham, Diep Hong Le, Yen Hai Hoang, Xuan Hoi Pham, Mai Quynh Le. 2025. CRISPR-enhanced iron accumulation in TBR225 rice via OsNRAMP7 overexpression. Plant Biotechnology; Published online March 26, 2025; https://doi.org/10.5010/JPB.2025.52.006.051

Lúa là cây lương thức chính nuôi sống một nửa dân số thế giới; vì vây, phẩm chất dinh dưỡng gạo là vô cùng cần thiết cho sức khỏe con người. Hội chúng anemia do thiếu sắf ảnh hưởng đến hàng tỷ con người trên thế giới này và đặc biệt phổ biến ở các quốc gia trồng lúa. Theo đó, chiến lược “rice biofortification” thông qua cải tiến di truyền là giải pháp bền vững trước thách thức khiếm dưỡng quy mô toàn cầu. Giống lúa trồng tại Việt Nam TBR225, là giống lúa cao sản và phẩm chất ưu việt, được xem là ứng cử viên lý tưởng cho nội hàm tăng cường sắt bằng sinh học. Do đó, dựa vào kết quả nghiên cứu trước đây, tác giả đã sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas9 để biểu hiện mạnh mẽ “iron transporter gene” có tên OsNRAMP7 trong giống TBR225. Kết quả phân tích kiểu gen và kiểu hình trước đây đối với biểu hiện mạnh mẽ gen OsNRAMP7 trong giống TBR225 được xem xét. Kết quả phân tích mức độ phân tử xác định viện chèn đoạn thành công của “35S promoter upstream” thuộc gen OsNRAMP7 và kết quả làm tăng biểu hiện của OsNRAMP7. Trong điều kiện nhà kính, những dòng chỉnh sửa này biểu thị sự tích tụ cao hàm lượng sắt trong rễ lúa, chối thân, và hạt gạo cao hơn so với dòng nghuey6n thủy (WT), hàm lượng sắt trong gạo tăng 18-72%. Quan trọng là sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsNRAMP7 không ảnh hưởng đến tích tụ của những kim loại khác như kẽm, cadmium, do vậy, kết quả minh chứng được tính chuyên biệt của nó trong vận chuyển sắt. Những tính trạng nông học quan trọng như thời gian tăng trưởng, chiều cao cây, năng suất hạt, phẩm chất hạt vẫn duy trì trong dòng lúa chỉnh sửa gen. Kết quả minh chứng được khả năng của sự biểu hiện mạnh gen OsNRAMP7 là một chiến lược để phát triển “ironbiofortified rice” mà không làm giảm các tính trạng nông học quan trọng khác. Cách tiếp cận này sẽ giải quyết tình trạng thiếu sắt của người tiêu dùng lúa gạo mà cẫn duy trì được sản lượng, năng suất thóc.

Xem https://www.kspbtjpb.org/journal/view.html?uid=2457&vmd=Full

Phân tích kiểu gen “OsNRAMP7” được chỉnh sửa trong giống lúa TBR225.