Bệnh ghẻ (Citrus canker) do vi khuẩn Xanthomonas citri subp. Citri (Xcc)

Gen sarcotoxin IA của ruồi “flesh fly” tăng cường tính kháng bệnh ghẻ trên cam ngọt

Bệnh ghẻ (Citrus canker) do vi khuẩn Xanthomonas citri subp. Citri (Xcc), là một bệnh nghiêm trọng cho vùng canh tác cây có múi. Người ta ghi nhận mức độ bệnh rất khác nhau, và họ cũng có đầy đủ kiến thức để quản lý bệnh này. Sự thể hiện mạnh mẽ gen chóng lại vi khuẩn (antibacterial genes) có nhiều tiềm năng để gia tăng tính kháng bệnh. Những nghiên cứu trước đây đều cho rằng sarcotoxin IA, một peptide kháng vi khuần từ con ruồi “flesh fly” (tên khoa học là Sarcophaga peregrina), có thể kiểm soát bệnh với các chủng nòi vi khuẩn khác nhau. Adilson K. Kobayashi và ctv. thuộc “Instituto Agronômico do Paraná – IAPAR”, Brazil, đã phát triển thành công giống cam ngọt Pera chuyển gen (transgenic sweet orange) (Citrus sinensis) thể hiện ra peptide “sarcotoxin IA”. Tính kháng bệnh ghẻ cây có múi được đánh giá trên lá cây transgenic và cây non-transgenic thông qua kỹ thuật chủng bệnh Xcc. Quần thể vi khuẩn Xcc giảm thấp đáng kể trên lá cây cam transgenic so sánh với cây cam non-transgenic làm đối chứng. Vết bệnh ghẻ cây có múi nhiều hơn đáng kể trên cây cam ngọt đối chứng so với cây cam transgenic sau khi chủng bệnh. Phân tích cho thấy sự tích tụ peptide “sarcotoxin IA” trong mô cây cam không gây ra bất cứ ảnh hưởng có hại nào cho tăng trưởng và phát triển cây cam transgenic. Xem European Journal of Plant Pathology.

 

Sử dụng CRE-LOX GENE bật tắt sự thể hiện gen BT trong mô xanh của cây lúa

Các nhà khoa học Trung Quốc thuộc Đại Học Zhejiang và Viện nghiên cứu lúa Trung Quốc đã phát triển thành công gen Cre-lox cải biên, bật tắt giới hạn sự thể hiện protein Bt trong mô xanh (green tissues) của cây lúa. Họ đã sử dụng hai “cassettes” đánh dấu bằng KEY và LOCK. Chỉ thị KEY có một nuclear-localized “Cre recombinase” định vị trong nhân, do promoter chuyên biệt mô xanh là rbcS; trong khi chỉ thị LOCK có một terminator “Nos” (NosT), được sử dụng để khóa sự thể hiện gen này (GOI), bao quanh bởi các “loxP sites”. Một hệ thống bật tắt gen hoàn chỉnh được đặt trong đó với hai  “cassettes” được chồng lên trong cây lúa. Phân tử “Cre recombinase” của KEY cắt rời ra “loxP-NosT” trong LOCK và mở khóa cho GOI trong mô xanh của cây lúa, nhưng duy trì nó ở trạng thái bị khóa trong nội nhũ. Hộ thống này cho thấy khi chúng ta xét nghiệm sự thể hiện của eYFP và Bt . Sự có mặt của eYFP và Cre được xác định trong những phần có màu xanh của cây lúa bao gồm kla1 lúa, bẹ lúa, thân và glume; nhưng không thấy trong rễ lúa, bao phấn hoặc hạt thóc, nơi mà gen bị khóa bởi eYFP hybrids. Bên cạnh sự thể hiện của Bt protein trong giống lúa lai Bt, tính kháng cao đối với sâu đục thân sọc nâu và tính kháng sâu cuốn lá nhỏ cũng được quan sát. Xem Nature.

 

Hình 1: Sơ đồ “gene cassettes” và nguyên tắc của công nghệ bật tắt “Cre-lox gene”.

 

Sự thể hiện thấp gen BNFAD2 và BNFAE1 cải tiến phẩm chất dinh dưỡng hạt cải dầu (RAPESEED)

Trong thực vật, các enzymes “fatty acid dehydrogenase 2” (FAD2) và “fatty acid elongase 1” (FAE1) được người ta biết chúng có vai trò quan trọng trong sinh tổng hợ acid béo. Tuy nhiên, ảnh hưởng của sự thể hiện thấp các gen FAD2 và FAE1 trong sự tích tũy và dự trữ các hợp chất nói trên vẫn chưa được nghiên cứu nhiều. Các nhà khoa học thuộc Zhejiang Academy of Agricultural Sciences đã phát triển cây cải dầu chuyển gen [transgenic rapeseed: Brassica napus), dòng BnFAD2-Ri, BnFAE1-Ri và BnFAD2/BnFAE1-Ri, với sự thể hiện thấp các gen BnFAD2 và BnFAE1 . Cây cải dầu transgenic có sự tăng trưởng và phát triển bình thường so sánh với cây wild type. Sự biểu hiện thấp BnFAD2 và BnFAE1 đã cải biên hàm lượng acid béo, dẫn đến làm tăng oleic acid và làm giảm erucic acid trong hạt cây cải dầu transgenic. Bên cạnh đó, sự thể hiện thấp gen BnFAD2 và BnFAE1 làm cho hàm lượng dầu suy giảm một ít và gia tăng hàm lượng protein trong hạt cải dầu transgenic.

 

Kết quả chứng minh rằng sự thể hiện thấp BnFAD2 và BnFAE1 có thể cải tiến rất lớn phẩm chất dinh dưỡng của hạt cải dầu bằng cách kiểm soát sự biến dưỡng của  acid béo  và tính lũysản phẩm ấy. Gen BnFAD2 và BnFAE1 còn là mục tiêu đầy tiềm năng trong cải tiến di truyền hạt cây cải dầu về phẩm chất dinh dưỡng. Xem Plant Science.

 

Sử dụng virus làm “delivery vectors” cho hệ thống CRISPR-CAS9

HỆ THỐNG crispr-Cas9 cho phép công nghệ chỉnh sửa hệ gen đối với rất nhiểu loài thực vật. Tuy nhiên, việc vận chuyển các thành phần trong công nghệ hệ gen như vậy, ví dụ như phân tử sgRNA (single guide RNA), vào tế bào cây vẫn còn là thách thức lớn. Zahir Ali thuộc “King Abdullah University of Science and Technology”, Saudi Arabia, đã thao tác kỹ thuật di truyền trên Tobacco rattle virus (TRV) và Pea early browning virus (PEBV) để vận chuyển một hoặc nhiều phân tử sgRNAs vào cây thuốc lá (Nicotiana benthamiana) và cây Arabidopsis thaliana. Kết quả cho thấy rằng TRV và PEBV khá thành công trong vận chuyển sgRNAs vào cây được chủng, tạo nên những đột biến mong muốn ở những loci của hệ gen cây thuốc lá. Hơn nữa, trong cây thuốc lá, phân tử “PEBV-based sgRNA” vận chuyển tại nhiều hơn những đột biến có chủ đích so với “TRV-based delivery”. Như vậy, TRV và PEBV có thể được sử dụng cho công nghệ chỉnh sửa genome cây trồng và cho sản sinh ra các đột biến có chủ đích. Hai phân tử nói trên còn có thể được sử dụng để ứng dụng trong CNSH đối với nhiều loài cây khác. Xem Virus Research.

 

Phát triển giống lúa indica có hàm lượng cadmium thấp thông qua chỉnh sử hệ gen bằng CRISPR-CAS9

Hạt thóc có hàm lượng cadmium (Cd) dư thừa là mối hiểm họa nghiêm trọng đến sức khỏe con người, khi ăn cơm hàng này như nguồn tinh bột chính. Tuy nhiên, việc phát triển các giống lúa ưu việt có hàm lượng Cd thấp đang là thách thức đối với nhà chọn giống lúa truyền thống. Các nhà khoa học của “Hunan Hybrid Rice Research Center” báo cáo sự phát triển thành công giống lúa indica có hàm lượng Cd thấp mà không phải chuyển gen ngoại lai. Nhóm nghiên cứ đã thực hiện kỹ thuật “knocked-out” gen “metal transporter” có tên là OsNramp5  thông qua hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9. Phân tích các dòng lúa indica mới này, người ta thấy rằng hàm lượng Cd trong chồi thân và trong rễ lúa của những cây mutants giảm đi rất đáng kể. Hơn nữa, các khảo nghiệm trên đồng ruộng bị ngộ độ Cd còn cho thấy: hàm lượng Cd trong hạt lúa  của những dòng được chỉnh sửa gen bằng CRISPR ít hơn con số 0,05 mg/kg. Năng suất cây lúa đột biến không bị ảnh hưởng. Như vậy, theo cách tiếp cận này, người ta có thể cải tiến giống lúa indica có tích tụ Cd thấp  làm tối thiểu hóa nguy cơ tạp nhiễm trong hạt thóc. Xem Scientific Reports.

 

“Australian Ogtr” được áp dụng để hạn chế và kiểm soát cỏ nuôi  trâu GM

Theo luật “Gene Technology 2000”, cơ quan OGTR (Office of the Gene Technology Regulator) của Úc đã chấp nhấp cấp “license” (DIR 156) cho Đại Học RMIT để hạn chế và kiểm soát sự phóng thích cỏ nuôi trâu GM [buffalo grass: tên khoa học Stenotaphrum secundatum). DIR 156 là giấy phép để hạn chế và kiểm soát sự phóng thích cỏ nuôi trâu biến đổi gen kháng thuốc diệt cỏ và có dạng cây lùn. Đại Học RMIT đề nghị thực hiện khản nghiệm trên đồng ruộng vào tháng TƯ 2018 đến tháng TƯ 2019. Mỗi điểm có 200 m² để khảo nghiệm, một cây / 1 m². Địa điểm khảo nghiệm tại RMIT Bundoora East campus, Whittlesea, Victoria. Luật “Gene Regulator” sẽ tư vấn sau đó về đánh giá rủi ro, kế hoạch quản lý rủi ro (RARMP) sẽ được chuẩn bị theo luật nó trên. RARMP được người ta hi vọng sẽ được công bố vào tháng Giêng 2018.

 

Xem DIR 156 page trên website của OGTR.

 

Làm câm sự thể hiện gen midgut trong côn trùng bộ cánh vảy thông qua RNAI

Kỹ thuật làm câm gen “Plant-mediated RNAi (PMRi) silencing” đối với gen của côn trùng là kỹ thuật có nhiều khả năng bảo vệ cây trồng hiệu quả. Nhóm nghiên cứu của Spoorthi Poreddy, cùng với nhóm nghiên cứu của Max-Planck-Institute for Chemical Ecology, đã tiến hành đánh giá hiệu quả của cách tiếp cận này trên qui mô đồng ruộng. Họ chuyển vào cây thuốc lá hoang dại (Nicotiana attenuate) và cây thuốc lá trồng trọt (N. tabacum) gen mục tiêu để thể hiện phân tử dsRNA (stranded RNA) mà nó qui định những gen thể hiện trong ruột non côn trùng (insects' midgut), côn trùng ăn vào bụng “nicotine” đã kích thích cytochrome P450 monooxygenase và ăn vào bụng “lyciumoside-IV” kích thích enzyme β-glucosidase1. Các gen trong ấu trùng này rất quan trọng đối với phản ứng của ấu trùng khi tiêu hóa những độc chất. Khi con sâu Manduca sexta và Manduca quinquemaculata tấn công cây thuốc lá N. attenuata biến đổi gen, các gen trong hệ ruột của nó được ghi nhận im lặng mạnh hơn. Phân tích sâu cho thấy các phân tử transcripts của những gen mục tiêu bị suy giảm hơn 90%, mà không làm giảm transcripts của sâu non tương tự, các gen tiềm năng có tính chất “off-target” (không chủ đích). Kết luận rằng PMRi đặc biệt làm câm gen trong côn trùng. Nếu có sàng lọc cẩn thận, kỹ thuật này có thể giúp người ta bảo vệ cây trồng khỏ sự tấn công của sâu hại. Xem BMC Plant Biology.

Hình: Đánh giá các dòng PMRi phát sinh từ các gen của Manduca sexta có thể làm câm gen tương đồng của M. quinquemaculata.