Tuần tin khoa học 971 (15-21/12/2025)

Phân tích haplotype và phát triển bộ chỉ thị phân tử của gen điều khiển tính trạng chống chịu lạnh OsCTS11 ở giai đoạn mạ của cây lúa

Nguồn: Jianghui Yu, Shaoran Suo, Huang Zhou, Yunpeng Peng, Zhijun Wang, Huan Cao, Yongkang Liu, Xiwen Shi, Ling Liu, Dingyang Yuan, Cheng Zheng & Meijuan Duan. 2025. Haplotype analysis and molecular marker development for the cold tolerance gene OsCTS11 at the seedling stage of rice. Theoretical and Applied Genetics; December 1 2025; vol. 138; article 315

Tổn thương do lạnh đối với cây lúa giai đoạn mạ là thách thức to lớn cũa tăng trưởng và năng suất thóc. Cho dù người ta đã xác định được QTLs trên bản đồ di truyền và ghi nhận được các gen đích của tính trạng chịu lạnh, những mọi cố gắng trong cải tiến giống lúa vẫn còn đối mặt với sự thiếu nhiều các chỉ thị phân tử chính xác. Trong nghiên cứu này người ta tiến hành phân tích 529 mẫu giống lúa từ tập đoàn  3K Rice Genomic Diversity để nghiên cứu các biến thể di truyền của gen OsCTS11, một regulator âm tính với tính chống chịu lạnh vào giai đoạn mạ. Phân tích giá trị LD (linkage disequilibrium) xác định được ba “LD blocks” cực trọng (BLOCK1-3) trong phân tử gen OsCTS11. Mỗi block có 4  haplotypes khác biệt nhau. Phân tích di truyền kiểu “association” cho thấy Hap4 trong BLOCK1, Hap3 trong BLOCK2, và Hap4 trong BLOCK3 làm tăng đáng kể tỷ lệ sống sót cây mạ bị xử lý lạnh; với kết quà 65,38%, 58,41%, và 51,48%, theo thứ tự, ưu thế thuộc về loại hình cây lúa japonica. Những haplotypes có ưu thế thuận lợi này minh chứng được tính thích nghi của cây lúa với vùng canh tác lúa ôn đới (30°–40°N) và cao nguyên trồng lúa nhiệt đới (cao trình 800–1500 m), phù hợp với quá trình tiến hóa của tính chống chịu lạnh của cây lúa japonica. Việc sử dụng KASP molecular markers trên cơ sở các vị trí của SNP được minh chứng thông qua kết quả này. Trong số 42 giống lúa được sàng lọc, giống indica R676 và giống japonica Nangeng 5718, cả hai đều có những haplotypes trội (dominant), biểu hiện tỷ lệ cây sống cao hơn so với giống lúa thiếu các haplotypes như vậy. “Marker-assisted backcrossing” (hồi giao nhờ chỉ thị phân tử) giúp cho việc phát triển ra 4 nguồn vật liệu chịu lạnh mới (YR05-YR08) được tích hợp trong những haplotypes OsCTS11 có lợi. Chú ý, YR08 (Hap4 + Hap3 + Hap4) biểu thị sự cải tiến đáng kể sự phát triển cây mạ bị stress lạnh, minh họa lợi ích cộng dồn  của những haplotypes chồng lấp lên nhau. Kết quả  ghi nhận tiềm năng của việc tận dụng haplotypes có biến thể tự nhiên để sáng tạo nên những markers chính xác phục vụ xác định haplotypes của gen OsCTS11. Kết quả cung cấp một phương pháp tiếp cận mới nhằm khai thác hiệu quả gen điều tiết có tính chất tiêu cực trong chương trình lai tạo giống lúa.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05071-y

Xác định gen đích trên toàn hệ gen cây hồ tiêu – gen BAHD trong tiến trình sinh tổng hợp piperine.

Nguồn: M A Fayad, Sona Charles, S Shelvy, T E Sheeja, K Sangeetha, U B Angadi, Gitanjali Tandon, Mir Asif Iquebal, Sarika Jaiswal, Dinesh Kumar. 2025. Whole genome based identification of BAHD acyltransferase gene involved in piperine biosynthetic pathway in black pepper. J Biomol Struct Dyn.; 2025 Aug; 43(12):5806-5818. doi: 10.1080/07391102.2024.2313164.

Hồ tiêu (Piper nigrum L.), loài cây trồng thuộc chi Piper, một gia vị rất quan trọng có ý nghĩa cao về khinh tế và sinh môi. Hồ tiêu được xem là "Vua của Gia vị" vì độ cay nồng của nó, có sự đóng góp của chất piperine.

 Enzyme BAHD acyl transferase, rất cần thiết cho chu kỳ cuối để sinh tổng hợp chất piperine được người ta tập trung nghiên cứu nhằm mục đích xác định được isoform (chất đồng phân) ứng cử viên khi tổng hợp piperine. Phân tích hệ gen tham chiếu của cây hồ tiêu xác định được sáu BAHD-AT isoforms và lập bản đồ di truyền của những trình tự ấy cho thấy được các thể đồng phân (isoforms) định vị trên 6 nhiễm sắc thể khác biệt nhau. Thông qua những cặp mồi chuyên tính đối với những phân tử transcripts, kết quả qPCR tại những mô thực vật khác nhau cũng như ở các giai đoạn hạt tiêu (berry stages) để có được kết quả: “những sản phẩm khuếch đại có thể nhận diện được”. Phổ biểu hiện gen của những đồng phân trên nhiễm sắc thể 6 có tương qua chặt chẽ với hàm lượng piperine so với 5 isoforms còn lại, qua kết quả xét nghiệm mô, do đó, người ta giả định là đây chính là sinh tổng hợp piperine. Bên cạnh, người ta còn có thể xác địnhnhững “binding sites” của phân tử yếu tố phiên mã MYB trong các vùng “cis-regulatory” của những isoforms này. Người ta còn có thể sử dụng in-silico docking và mô phỏng toán về động thái phân tử để tính ra được năng lượng không kết nối  (binding free energy) của phân tử ligand rồi xác định rằng trong tất cả những isoforms này, BAHD-AT của nhiễm sắc thể 6 có năng lượng “free binding” thấp nhất và ái lực cao nhất đối với phân tử ligand. Kết quả được kỳ vọng sẽ giúp cho việc phân lập các gen mới kết gắn với những enzymes trong lộ trình sinh tổng hợp piperine, có ý nghĩa trọng trong tương lai về những thao tác trong công nghệ biến dưỡng (metabolic engineering).

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38344997/

Chỉnh sửa gen nhờ hệ thống CRISPR-Cas9 đối với gen mã hóa starch branching enzyme, SBE2 của hệ gen cây khoai tây, tăng cường hàm lượng tinh bột kháng có lợi cho sức khỏe

Nguồn: Sudha Batta, Sundaresha Siddappa, Neha Sharma, Rajender Singh, Reena Gupta, Dinesh Kumar, Brajesh Singh, Ajay Kumar Thakur. 2025. CRISPR-Cas9 mediated editing of starch branching enzyme, SBE2 gene in potato for enhanced resistant starch for health benefits. Genome Editing; Volume 7 - 2025 – (26 November 2025)

Khoai tây là loài cây trồng sinh sản vô tính rất quan trọng, củ khoai tây rất giàu tinh bột kháng. Giống khoai tây có hàm lượng amylose cao chức nhiều tinh bột kháng cung cấp cho người tiêu dùng những lựa chọn lành mạnh hơn. Tuy nhiên, hàm lượng tinh bột kháng này khá thấp trong hầu hết giống khoai tây đang trồng. Trong nghiên cứu, người ta dùng phương pháp đột biến có chủ đích của gen starch branching enzyme2 (SBE2.1 & SBE2.2 isoforms) xử lý các giống khoai tây đang trồng thương mại, giống Kufri Chipsona-I nhờ chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR-Cas9 để phát triển dòng khoai tây có hàm lượng amylose cao. SBE2 là một trongng những enzymes chủ chốt trong phản ứng sinh tổng hợp amylopectin, một hợp phần của tinh bột. Hai gen đồng phân, SBE2.1 & SBE2.2, được xử lý đột biến qua hệ thống CRISPR-Cas9 của công nghệ genome editing. Sau khi chuyển nạp gen gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium-mediated, người ta thu được 50 dòng khoai tây chuyển nạp gen đột biến có chủ đích; chúng được nuôi cấy trên môi trường có thuốc cỏ Basta để sàng lọc, hơn 70% cá thể  là phản ứng dương tính với gen bar và gen Cas9. Sáu dòng đột biến, viz. K301, K302, K303, K304, K305, K306, dẫn xuất từ cây sự kiện khác nhau, biểu thị mất đoạn (deletions) và thay đoạn (substitutions) tại các exons đích. Chỉnh sử nhờ CRISPR-Cas9 dòng khoai tây K304 biểu thị cả đột biến “insertion–deletion” (InDel) và đột biến “substitution” của 3 thuộc 4 đích đến thông qua cả hai gen này (SBE2.1 & SBE2.2), do đó, người ta xác định được dòng khoai tây chỉnh sửa gen hiệu quả nhất. Củ khoai tây được thu hoạch của giống đột biến SBE2.1 & SBE2.2 là K304 cho thấy hàm lượng amylose cao nhất (95,91%); hàm lượng tinh bột kháng đạt 8,69 g/100 g. Đánh giá tinh bột bằng X-ray crystallography (XRD) minh chứng một chỉ số thay đổi có tên “crystallinity index” (viết tắt CI%) trong 6 cây sự kiện đột biến so với WT. Hơn nữa, kết quả nghiên cứu ¹H-NMR cho thấy một suy giảm đáng kể của sự vương dài nhánh amylopectin, do đó, mức độ phân nhánh thấp trong khoảng  1,15%–3,66% của dòng đột biến, tương đối giống wild type (5,46%). Kết quả chứng minh sự hữu hiệu của đột biến bằng CRISPR-Cas9 đối với gen quy định tính trạng tinh bột để phát triển dòng khoai tây có hàm lượng amylose cao, với tinh bột kháng cao phục vụ sức khỏe cộng đồng người tiêu dùng khoai tây.

Xem https://www.frontiersin.org/journals/genome-editing/articles/10.3389/fgeed.2025.1686412/full

Thông qua hệ thống CRISPR/Cas9 làm bất hoạt gen agglutinin Le1 để cải thiện tính trạng phẩm chất hạt đậu nành

Nguồn: João Matheus Kafer, Alessandra Koltun, Rodrigo Thibes Hoshino, Larissa Girotto, Cesar Augusto Silveira, Silvana Regina Rockenbach Marin, Elibio Leopoldo Rech Filho, Alexandre Lima Nepomuceno, Liliane Marcia Mertz-Henning. 2025. CRISPR/Cas9-mediated inactivation of the soybean agglutinin Le1 gene to improve grain quality. FRONTIER Plant Science; Sec. Plant Biotechnology; 29 Nov 2025 (accepted)

Áp dụng công nghệ chỉnh sửa gen nhờ hệ thống CRISPR/Cas9 để làm bất hoạt hàm lượng agglutinin của đậu nành, một yếu tố nổi tiếng là phản dưỡng (antinutritional) có trong hạt cây họ Đậu, nhằm mục đích cải tiến mức độ dễ tiêu hóa phục vụ công nghệ thức ăn gia súc. Gen Le1 (Glyma.02G012600), mã hóa lectin chủ lực trong hạt đậu nành, là gen đích trong giống đậu nành BRS 537. Muốn đạt được điều ấy, người ta thiết kế “binary vector” thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens phương pháp chuyển nạp gián tiếp, mang hai phân tử gRNAs mà chúng đã tạo ra được 20 cây sự kiện có tính độc lập nhau và kết quả chỉnh sử hiệu quả 10%. Theo đó, cây sự kiện được chỉnh sửa gen là AF12-13-1 mang một mất đoạn 4-bp trong gen đích Le1, làm cho protein bị truncated (cắt chụt) và không bền. Mất chức năng lectin được xác định nhờ xét nghiệm sinh hóa bổ sung: SDS-PAGE cho thấy mất ~30 kDa trong lectin band, và xét nghiệm hemagglutination (ngưng kết hồng cầu) cho kết quả không có hoạt động ngưng kết nào xảy ra, phù hợp với sự gián đoạn của khả năng gắn kết carbohydrate. Quan trọng là, đột biến này bần, di truyền được, cây T2 không có transgene thiếu mất trình tự của công cụ chỉnh sửa gen (editing machinery) (Bar, Cas9, AtU6 promoter) mà người ta đã xác định được. Đánh giá kiểu hình nông học cho thấy dòng chỉnh sửa gen vẫn duy trì được tính trạng nông học ưu việt cần thiết so với giống wild-type, không có khác biệt nào xảy ra về năng suất, khối lượng 100 hạt, như vậy, tính trạng nông học then chốt vẫn được bảo tồn. Kết quả chứng minh được chỉnh sửa gen Le1 là phương pháp có hiệu quả nhằm phát triển giống đậu nành có gia trị dinh dưỡng tốt, dễ tiêu hóa mà không ảnh hưởng xấu nào đến tính trạng nông học cần thiết của đậu nành. Dễ tiêu hóa còn có thể làm tăng cường khả năng hấp thu dinh dưỡng, tối ưu hóa hiệu quả thức ăn, và cuối cùng hỗ trợ mục tiêu tăng cân tốt hơn đặc biệt cho gia súc dạ dày đơn (monogastric animals).

Xem https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2025.1737513/abstrac