Di truyền tính chống chịu hạn của cây lúa thông qua biểu hiện gen OsNAC5

 Di truyền tính chống chịu hạn của cây lúa thông qua biểu hiện gen OsNAC5

Nguồn: Seung Woon Bang,Seowon Choi,Xuanjun Jin,Se Eun Jung,Joon Weon Choi,Jun Sung Seo,Ju-Kon Kim. 2021. Transcriptional activation of rice CINNAMOYL-CoA REDUCTASE 10 by OsNAC5, contributes to drought tolerance by modulating lignin accumulation in roots. Plant Biotechnology Journal; 17 November 2021; https://doi.org/10.1111/pbi.13752

 

Khô hạn là stress phi sinh học thường gặp nhất cho thực vật trên trái đất này, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và phát triển cây trồng. Những nghiên cứu gần đây cho thấy lignin có vai trò quan trọng để cây chống chịu khô hạn  plant drought tolerance; tuy nhiên cơ chế phân tử của tính chống chịu này vẫn chưa được biết rõ ràng. Ở đây, các tác giả công trình nghiên cứu  này tiến hành trên cây lúa (Oryza sativa); khai thác gen CINNAMOYL-CoA REDUCTASE 10 (OsCCR10) được hoạt hóa trực tiếp bởi yếu tố phiên mã OsNAC5, nó đóng vai trò trung gian chống chịu khô hạn thông qua điều tiết hàm lượng lignin tích tụ. CCR là enzyme đầu tiên trong lộ trình tổng hợp monolignol, và sự biểu hiện của 26 gen CCR được người ta quan sát làm kích thích rễ lúa phát triển trong điều kiện khô hạn. Các xét nghiệm định vị ở quy môi dưới tế bào (subcellular) cho thấy rằng OsCCR10 là một enzyme xúc tác tích cực, định vị trong tế bào chất. Phân tử transcript OsCCR10 được tìm thấy để làm gia tăng phản ứng của cây đối với stress phi sinh học, như khô hạn, mặn nhiều, và abscisic acid (ABA), những phân tử transcripts này được tìm thấy trong rễ lúa ở tất cả giai đoạn phát triển. Hoạt tính của enzyme in vitro và in vivo xử lý thanh phần lignin cho kết quả rằng OsCCR10 có trong chu trình sinh tổng hợp H- và G-lignin. Cây lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen OsCCR10 chứng minh cải tiến được tính chống chịu khô hạn ở giai đoạn tăng trưởng, làm hiệu quả quang hợp tốt hơn, làm tỷ lệ mất nước thấp hơn, và làm hàm lượng lignin tăng cao hơn trong rễ lúa so với cây lúa non-transgenic (NT) làm đối chứng. Trái lại, chỉnh sửa gen đích theo hệ thống CRISPR/Cas9-để tạo dòng đột biến OsCCR10 knock-out biểu hiện sự suy giảm hàm lượng lignin tích tụ trong rễ, làm cây lúa kém chống chịu khô hạn hơn. Đáng chú ý là, cây lúa transgenic có biểu hiện mạnh mẽ ở rễ lúa OsCCR10 có năng suất hạt cao hơn cây lúa NT đối chứng trong điều kiện xử lý nghiệm thức khô hạn ngoài đồng, cho thấy sinh tổng hợp lignin qua trung gian của OsCCR10 góp phần rất đáng kể vào chống chịu khô hạn.

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13752