Tuần tin khoa học 943 (26/05-01/06/2025)

Thực hiện knockout gen ClaCSLH1 tạo giống dưa hấu lùn

Nguồn: Jiancheng Bao, Jiale Shi, Yuanyuan Qin, Shengqi Hua, Yanhong Wu, Congji Yang, Yige Gu & Wei Dong. 2025. The knockout of ClaCSLH1 induced dwarfing in watermelon. Theoretical and Applied Genetics; 19 May 2025; vol.138; article 120

Trong nông nghiệp, chọn lọc ra kiểu hình cây lý tưởng với nhiều tính trạng mong muốn, ví dụ như cây lùn và kiến trúc thân đứng thẳng, làm tăng lên có ý nghĩa năng suất và phẩm chất nông sản nhơ tối ưu hóa được khả năng hấp thu ánh sáng, khai thác hiệu quả không gian, và sử dụng tốt dinh dưỡng. Phát triển giống dưa hấu mới dạng lùn là mục tiêu cần thiết trong cải tiến giống. trong nghiên cứu này, người ta tiến hành tạo ra tập đoàn con lai F₂ thông qua giống nguyên thủy (wild-type) V063 làm bố và giống lùn dw-n làm mẹ. Tính trạng lùn được tìm thấy bởi cặp alen lặn điều khiển. Thông qua chạy trình tự BAS (bulk segregant analysis sequencing) và RNA sequencing (RNA-seq), người ta xác định được gen Cla97C02G035450, mã hóa cellulose synthase-like H1 (CSLH1), là một gen ứng cử viên gắn liền với tính trạng lùn. ClaCLSH1 thuộc về họ protein ClaCESA/CSLs, có trong quá trình hình thành thành tế bào thông qua điều tiết tổng hợp cellulose và hemicellulose. Phân tích dưới kính hiển vi cho thấy giống mẹ dw-n biểu hiện tế bào lóng thân ngắn, thành vách tế bào dày, và hàm lượng hemicellulose tăng cao so với giống V063. Nghiên cứu định vị tế bào cho thấy protein CLACSLH1 ở trong nhân và màng tế bào, thành tế bào. Chú ý, sự biểu hiện mạnh mẽ gen CLACSLH1 trong giống dw-n phục hồi lại được kiểu hình lùn. Hơn nữa, thí nghiệm còn cho thấy khi tiến hành knockdown gen CLACSLH1 cho kết quả tổng hợp hemicellulose dư thừa quá mức, ức chế sự kéo dài tế bào lóng thân, và cuối cùng dẫn đến kiểu hình lùn được quan sát trong giống dw-n. kết quả cung cấp nhận thức mới về sự phát triển của giống dưa hấu siêu lùn (superior dwarf watermelon) và những tiến bộ trong hiểu biết chúng ta  về cơ chế phân tử của tính trạng lùn cây dưa hấu.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04909-9

Biểu hiện mạnh mẽ yếu tố phiên mã gen GmbZIP60 làm tăng tính chịu mặn và khô hạn của đậu nành (Glycine max)

Nguồn: Mengnan Chai, Fan Yang, Shuping Cai, Tingyu Liu, Xiaoyuan Xu, Youmei Huang, Xinpeng Xi, Jiahong Yang, Zhuangyuan Cao, Ling Sun, Danlin Dou¹, Xunlian Fang, Maokai Yan, Hanyang Cai. 2025. Overexpression of the Transcription Factor GmbZIP60 Increases Salt and Drought Tolerance in Soybean (Glycine max). Int J Mol Sci,; 2025 Apr 7; 26(7):3455. doi: 10.3390/ijms26073455.

Các gen được đựợc điều tiết vùng cận dưới (downstream) bởi  các TFs là bước đi cần thiết trong hệ thống phản ứng với stress của cây trồng. Trong khi yếu tố phiên mã  bZIP  được biết có vai trò quan trọng trong phản ứng với stress, nhưng việc định tính chức năng của chúng trong cây đậu nành vẫn còn rất hạn chế.

Ở đây, người ta xác định được một gen mã hóa bZIP của đậu nành, gen GmbZIP60, mã hóa protein có chứa domain điển hình bZIP với một vùng cơ bản  và một vùng “leucine zipper”. Nghiên cứu định vị tế bào đã xác định được GmbZIP60 ở bên trong nhân. Phân tích biểu hiện gen cho thấy GmbZIP60 bị cảm ứng bởi stress mặn, khô hạn và các xử lý hormone  thử nghiệm, đó là abscisic acid (ABA), ethylene (ETH), và methyl jasmonate acid (MeJA). Biểu hiện mạnh mẽ của gen GmbZIP60 (OE-GmbZIP60) trong cây đậu nành và cây lúa transgenic làm tăng tính chống chịu stress mặn và khô hạn. Kết quả qRT-PCR (quantitative real-time polymerase chain reaction) cho thấy mức độ biểu hiện của các gen phản ứng với stress phi sinh học đều cao hơn đáng kể trong cây transgenic so với cây nguyên thủy (WT) trong nghiệm thức xử lý. Kết quả phân tích ChIP-qPCR (chromatin immunoprecipitation-qPCR) xác định sâu hơn là GmbZIP60 gắn kết trực tiếp với những promoters của gen chống chịu stress phi sinh học được kích hoạt nhờ ABA, ETH, JA, và salicylic acid (SA). Nhìn chung, kết quả này cho thấy GmbZIP60 là một regulator tích cực của tính trạng chống chịu mặn và khô hạn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40244391/

Tiến hành knockout gen OsKCS11 nhờ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 trong cây lúa cho thấy tương tác đầy tiềm năng giữa chuỗi rất dài acid béo và cytokinin

Nguồn: Jianping Zhou, Rui Pang, Yangshuo Han, Yachong Guo, Yibo Wang, Hongjun Yang, Wei Wang, Xinxuan Fu, Rui Zhang, Xuelian Zheng, Tao Zhang, Yong Zhang, Quan Wang. 2025. CRISPR-Cas9-mediated knockout of OsKCS11 in rice reveals potential crosstalk between very-long-chain fatty acids and cytokinin. Plant Journal; 13 May 2025; Volume 122, Issue 3; https://doi.org/10.1111/tpj.70208

Acid béo có chuỗi rất dài VLCFAs (very-long-chain fatty acids) đóng vai trò quan trọng trong nhiều tiến trình sinh lý học của cây. Kết quả nghiên cứu này dựa trên đột biến có chủ đích nhờ thư viện “knockout mutant” cây lúa thông qua hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9, tác giả xác định được một đột biến nửa lùn là CRISPR-Cas-based dwarf-1 (csd-1). Đột biến này biểu thị nhiều khuyết điểm trong phát triển, ví dụ chiều cao cây giảm, dài bông lúa giảm, kích thước hạt giảm, và mật độ đóng hạt cũng giảm. kết quả “whole-genome resequencing” cho thấy có một đảo đoạn “T-nucleotide” trong “β-ketoacyl-CoA synthase 11” (KCS11), chịu trách nhiệm bước đầu tiên trong tiến trình kéo dài chuỗi acid béo, biểu hiện những khiếm khuyết quan sát thấy ở csd-1. Nhận dạng csd-1 được xác định nhờ thông tin bổ sung di truyền và knockout trên cơ sở CRISPR-Cas9. Phân tích biểu hiện gen cho thấy OsKCS11 có mặt trong nhiều mô khác nhau, có mức độ phong phú khác nhau thông qua kết qủa RT-qPCR  và nhuộm màu “promoter GUS”, thích ứng mạnh mẽ tại vị trí nút nhờ kết quả “RNA in situ hybridization”; bên cạnh đó, protein OsKCS11 được xác định có trong mạnh võng nội chất (endoplasmic reticulum). Gen csd-1 biểu hiện đáng kể mức độ giảm linolenic acid (18:3), C24:0-OH, C28:0-alkanes, C29:0-alkanes, alpha-tocopherol, và C33:0-alkanes, trong khi, mức độ của trans-nonadecenoic acid và behenic acid được tăng lên. Phân tích cytokinin cho thấy có sự gia tăng đáng kể của isopentenyladenine (IPA) và cis-zeatin (cZ) trong cây đột biến csd-1. Kết quả nghiên cứu phân tử cho thấy  điều tiết theo kiểu “up” của các gen có trong sinh tổng hợp cytokinin hoặc truyền tín hiệu, như vậy, có một liên kết đầy tiềm năng giữa VLCFAs và tổng hợp cytokinin thông qua acetyl-CoA. Kết quả này không chỉ đề ra một phương pháp lập bản đồ gen thay thế trê cơ sở “whole-genome resequencing”, mà còn làm sáng tỏ cơ chế VLCFAs ảnh hưởng đến tổng hợp cytokinin và truyền tín hiệu.

Xem  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.70208

Tiến hóa của hệ gen chi Oryza thông qua lăng kính tứ bội (tetraploid lens)

Alice Fornasiero, Tao Feng, Noor Al-Bader, Aseel Alsantely, Saule Mussurova, Nam V. Hoang, Gopal Misra, Yong Zhou, Leonardo Fabbian, Nahed Mohammed, Luis Rivera Serna, Manjula Thimma, Victor Llaca, Praveena Parakkal, David Kudrna, Dario Copetti, Shanmugam Rajasekar, Seunghee Lee, Jayson Talag, Chandler Sobel-Sorenson, Marie-Christine Carpentier, Olivier Panaud, Kenneth L. McNally, Jianwei Zhang, Andrea Zuccolo, M. Eric Schranz2 & Rod A. Wing. 2025. Oryza genome evolution through a tetraploid lens. Nature Genetics; Volume 57 | May 2025 | 1287–1297

Oryza là một chi rất đáng chú ý có tất cả 27 species và 11 genome types, với kích cỡ hệ gen biến thiên trong độ lớn ~3.4-fold, chứa đựng nguồn gen gần như chưa được khai thác, vẫn có thể được dùng, được khai thác và tiếp tục thuần hóa  mới. Ở đây, người ta giới thiệui 11 assemblies ở mức độ nhiễm sắc thể (chí tứ bội, hai lưỡng bội) trong ngữ cảnh của ~15 triệu nắm tiến hóa và chỉ ra rằng hệ gen cốt lõi của chi Oryza (sub) chỉ lớn  khoảng ~200 Mb và mang tính đồng dạng di truyền lớn (largely syntenic), trong khi,  các phần còn lại trong nhân “nuclear fractions” (~80–600 Mb) được xếp xen kẽ, tiến hóa một cách nhanh chóng và mềm  mại (plastic and rapidly evolving). Đối với halophyte của Oryza coarctata, tác giả thấy mặc dù có phân đoạn gen trong các hệ gen phụ (subgenomes), nhưng các gen có tính chất tương đồng (homoeologous) được biểu hiện ở những mức độ cao hơn trong một subgenome nào đó so với các khác theo hình thức “mosaic” (đan xen lẫn nhau), chứng tỏ có sự tương đương của subgenome. Sự tích hợp như vậy của 11 genome tham chiếu mới với cơ sở dữ liệu của genome được công bố trước đây  cung cấp một cách nhìn hoàn chỉnh về hậu quả của tiến hóa đối với sự đa dạng hệ gen (genome diversification) ở trong chi này (Oryza).

Xem https://www.nature.com/articles/s41588-025-02183-5

Hình | Phác họa  nền tảng “syntenic” (quan hệ đồng dạng di truyền) và tái xếp đặt về cấu trúc quy mô lớn của 12 loài thuộc chi Oryza (21 (sub)genomes) với nhóm loài bền ngoài chi L. perrieri. Biều đồ “Riparian plot” biểu thị các vùng “macro-syntenic” và sự tái cấu trúc diện rộng ( lặp đoạn rất lớn và chuyển vị rất lớn) giữa các nhiễm sắc thể của 12 loài Oryza (21 (sub)genomes) và outgroup species là loài Leersia perrieri. Các kiểu gen được biểu thị tùy theo thứ tự có tính chất phylogenetic (di truyền huyết thống) trong chi này, từ trên cùng (O. sativa (genome AA)) đến tận đáy (O. meyeriana (genome GG)). Mỗi nhiễm sắc thể được cho màu khác nhau theo thứ tự: Chr1, màu cam; Chr2, màu beige; Chr3, màu celeste; Chr4, màu steel blue; Chr5, màu navy blue; Chr6, màu tím đậm; Chr7, màu plum; Chr8, màu magenta; Chr9, màu raspberry; Chr10, màu đỏ ruby; Chr11, màu coral; Chr12, màu salmon. Nhiễm sắc thể được đo lường bằng độ dài “assembly length”.