Đột biến có chủ đích cải tiến độ bạc bụng hạt gạo

 Đột biến có chủ đích cải tiến độ bạc bụng hạt gạo

Nguồn: Peter James Icalia Gann, Dominic Dharwadker, Sajedeh Rezaei Cherati, Kari Vinzant, Mariya Khodakovskaya, Vibha Srivastava. 2023. Targeted mutagenesis of the vacuolar H+ translocating pyrophosphatase gene reduces grain chalkiness in rice. The Plant Journal; (Published on line: May 2023); Volume115, Issue5; September 2023; Pages 1261-1276

 

Hình: Độ bạc bụng hạt gạo (Oryza savtiva L.) (Mitsui et al. 2013).

 

Độ bạc bụng (grain chalkiness) có dính  đến sản lượng gạo bởi vì nó tác động đến năng suất gạo xay chà và phẩm chất nấu, làm giảm giá trị thị trường gạo. Một gen mã hóa protein có tên “vacuolar H+ translocating pyrophosphatase” (gen V-PPase), là một locus trong hệ gen giống lúa loại hình indica, điều khiển tính trạng bạc bụng. Hoạt động phiên mã cao hơn của gen này gắn liền với kết quả bạc bụng tăng. Tuy nhiên, việc ức chế gen V-PPase có thể làm giảm bạc bụng vẫn chưa rõ ràng. Hơn nữa, biến dị trong tự nhiên về độ bạc bụng của loại hình cây lúa japonica không liên kết chặt với gen V-PPase. Ở đây, tác giả mô tả promoter đặc trưng của gen japonica V-PPase mà nó làm dẫn đến sự kiện làm giảm bạc bụng và phát triển ra nhiều hạt gạo trong. Sự gián đoạn của phân tử GATA theo giả định bởi hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 ức chế hoạt động của gen V-PPase, làm giảm bạc bụng và tác động tăng trưởng của hạt sau khi nẩy mầm; nó có thể được cứu bằng cách cung cấp thêm từ bên ngoài một chút đường sucrose. Hạt trưởng thành của dòng lúa chỉnh sửa gen đích biểu hiện tỷ lệ rất thấp  bạc bụng nhiều và bạc bụng trung bình. Chú ý, các dòng chỉnh sửa gen đã phát triển hạt gạo ít bạc bụng hơn trong điều kiện trời nóng, một tác nhân chính làm hạt gạo bạc bụng. Phân tích metabolomic cho thấy các chu trình có liên quan đến biến dưỡng tinh bột, biến dưỡng đường đều bị ảnh hưởng khi hạt lúa phát triển ở dòng lúa chỉnh sửa gen, chúng tương quan với pyrophosphate vô cơ cao hơn và hàm lượng tinh bột cao hơn, chúng điều tiết theo kiểu “up” đối với các gen sinh tổng hợp tinh bột. Tóm lại, việc tiếp cận phương pháp công nghệ sinh học làm giảm bạc bụng hạt gạo nhờ kỹ thuật “downregulating” hoạt động phiên mã của gen V-PPase dẫn đến kết quả tỷ chất chất biến dưỡng thay đổi đáng kể, bao gồm tinh bột, làm cho các hạt tinh bột đóng chặt hơn và tạo ra hạt gạo trong suốt.

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.16317