Cải tiến giống lúa kháng thuốc cỏ qua tiến hóa nhân tạo
Nguồn: Jin Dong, Xin-He Yu, Jiangqing Dong, Gao-Hua Wang, Xin-Long Wang, Da-Wei Wang, Yao Chao Yan, Han Xiao, Bao Qin Ye, Hong Yan Lin, and Guang Fu Yang. 2024. An artificially evolved gene for herbicide-resistant rice breeding. PNAS August 12, 2024; 121 (34) e2407285121
Sự khám phá và kỹ thuật di truyền gen kháng thuốc cỏ biểu trưng cho ranh giới cực trọng của chọn giống hiện đại. Người ta tập trung vào làm sáng tỏ các cơ chế phức tạp, đặc biệt là trong họ protein rất thịnh hành là 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase Inhibitor Sensitive 1-Like (HSL). Kiến trúcprotein của HSLs vô cùng phức tạp với nhiều thuốc cỏ khác nhau không những chỉ tìm thấy cách thức gắn kết ban đầu của cơ chất trong HSLs, mà còn giải thích được tính chọn lọc Biểu thị bản chất xúc tác của một vào thành viện của họ HSL. Từ những cấu trúc protein, người ta xác định được bốn residues rất cực trọng phục vụ hoạt động xúc tác. Khai thác phương pháp tiến hóa nhân tạo, những residues này được đột biến tạo ra kết quả làm tăng đáng kể tính kháng với thuốc cỏ gốc β-triketone của cây lúa. Kết quả này không những làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của HSLs kháng lại thuốc cỏ, mà còn cung cấp một con đường đầy hứa hẹn cho phát triển giống cầy trồng kháng thuốc cỏ.
Khám phá và thao tác kỹ thuật di truyền gen kháng thuốc cỏ là một thách thức cực kỳ trong cải tiến giống cây trồng. Nghiên cứu đã tập trung vào protein 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase Inhibitor Sensitive 1-Like (HSL), phổ biến ở thực vật bậc cao và biểu hiện hoạt tính xúc tác yếu đối với nhiều thuốc cỏ gốc β-triketone (β-THs). Cấu trúc tinh thể của protein HSL1A trong cây bắp rất phức tạp với β-THs đã được minh chứng rồi, xác định được 4 residues gắn kết với thốc cỏ và giải thích được hoạt tính yếu của HSL1A khi phản ứng với thuốc cỏ. Sử dụng phương pháp tiến hóa nhân tạo, người ta đã phát triển một loạt các dòng lúa đột biến HSL1 nhằm vào 4 residues này. Sau đó, các dòng đột biến ấy được đánh giá có hệ thống, xác định được những biến thể M10 có hiệu quả nhất trong cải biên β-THs. Cấu hình hoạt động ban đầu của cơ chất gắn với HSL1 cũng được tìm thấy trong những dòng đột biến này. Hơn nữa, sự biểu hiện mạnh mẽ của dòng lúa M10 làm tăng lên tính kháng có ý nghĩa đối với β-THs, dẫn đến kết quả gia tăng gấp 32 lần (folds) làm tăng tính kháng với methyl-benquitrione. Kết luận, gen tiến hóa nhân tạo M10 có tiềm năng lớn để phát triển giống lúa kháng thuốc cỏ.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét