Chỉnh sửa gen kháng bệnh cháy bìa lá lúa xa13

 Chỉnh sửa gen kháng bệnh cháy bìa lá lúa xa13

Nguồn: Changyan Li, Lei Zhou, Bian Wu, Sanhe Li, Wenjun Zha, Wei Li, Zaihui Zhou, Linfeng Yang, Lei Shi, Yongjun Lin, Aiqing You. 2022. Improvement of Bacterial Blight Resistance in Two Conventionally Cultivated Rice Varieties by Editing the Noncoding Region. Cells; 2022 Aug 16; 11(16):2535.  doi: 10.3390/cells11162535.

 

xa13 là gen lặn có bản chất gen đa tính trạng (pleiotropic), nó điều tiết tích cực để kháng bệnh cháy bìa lá lúa và điều tiết tiêu cực đối với sự thụ tinh của cây lúa; do vậy, nó rất bị hạn chế trong khai thác nguồn gen để cải tiến giống lúa. Theo nghiên cứu này, công nghệ chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR/Cas9 được sử dụng để loại bỏ trình tự một phần của promoter của gen trội Xa13, bao gồm yếu tố biểu hiện bị kích hoạt bởi vi khuẫn lây bệnh (pathogenic bacteria-inducible expression element). Lúa có vùng promoter được chỉnh sửa mất khả năng biểu hiện gen khi bị pathogen xâm nhiễm, không có biểu hiện ảnh hưởng của gen nền ở lá lúa và túi phấn, cho kết quả kháng bệnh và năng suất bình thường. Người ta sàng lọc con lai của một họ của cây lúa bao gồm thụ tinh bình thường và kháng bệnh, trong quần thể ấy  trình tự DNA mục tiêu bị mất đoạn và đoạn phân tử transgene ngoại sinh được phân lập trong thế hệ T₁  (dòng không có transgene: transgene-free line). Tính trạng nông học quan trọng của thế hệ T₂ được khảo sát. Thế hệ T₂  có/không có phân tử DNA ngoại lai biểu thị không khác biệt có ý nghĩa về thống kê so sánh với cây nguyên thủy (WT: wild type) ở giai đoạn lúa trổ bông, chiều cao cây, số bông trên bụi, chiều dài bông, hoặc tỷ lệ hạt chắc trên đồng ruộng. Hai giống lúa cổ truyền, Kongyu131 (KY131, Geng/japonica) và Huanghuazhan (HHZ, Xian/indica), được chuyển nạp thành công, dòng lúa kháng bệnh và có khả năng thụ tinh được thu thập. Hiện nay, chúng là hai giống lúa truyền thống quan trọng tại Trung Quốc có thể được sử dụng để sản xuất trực tiếp trên đồng ruộng sau khi cải tiến. Biểu hiện của gen trội Xa13 trên lá cây lúa transgenic (KY-PD và HHZ-PD) không bị kích thích sau khi chủng pathogen, cho thấy phương pháp này có thể được áp dụng phổ cập trên toàn thế giới và rất hiệu quả để tăng cường sự ứng dụng gen xa13, một gen lặn, đa tính trạng, trong trường hợp di truyền tính kháng bệnh bạc lá lúa. Nghiên cứu về điều tiết sự biểu hiện của gen bằng phương pháp editing noncoding regions (chỉnh sửa vùng không mang mật mã di truyền) cung cấp một ý tưởng mới để phát triển “chọn giống phân tử” trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36010612/  

Hình: Sơ đồ của vector chỉnh sửa trình tự DNA ở promoter Cas9: P1+P2. Kết quảcủa chỉnh sửa Xa13 promoter nhờ hệ thống Cas9: P1+P2 trong hai giống lúa cổ truyền.