Gen OsMADS60 đáp ứng với auxin có vai trò gián tiếp một cách tiêu cực với khả năng đẻ nhánh lúa và năng suất hạt thông qua biểu hiện gen OsPIN5b

 Gen OsMADS60 đáp ứng với auxin có vai trò gián tiếp một cách tiêu cực với khả năng đẻ nhánh lúa và năng suất hạt thông qua biểu hiện gen OsPIN5b   

Nguồn: Wenhao Wu, Hongyu Li, Qian Zhou, Bowen Wu, Weiting Huang, Zhongming Fang. 2025. Auxin-responsive OsMADS60 negatively mediates rice tillering and grain yield by modulating OsPIN5b expression. The Plant Journal; 16 March 2025; https://doi.org/10.1111/tpj.70107

Khả năng đẻ nhánh lúa quy định năng suất hạt sau này, tuy nhiên hệ thống điều hành ở mức độ phân tử vẫn chưa được biết rõ. Trong nghiên cứu này, tác giả chúng minh rằng yếu tố phiên mã (TF) của gen OsMADS60 tăng cường sự biểu hiện của yếu tố vận chuyển auxin - OsPIN5b để gây ảnh hưởng đến phân bố auxin và ức chế tính trạng đẻ nhánhvà tính trạng năng suất hạt. Biến dị di truyện trong tự nhiên được người ta quan sát tại vùng promoter của gen OsMADS60, với mức độ biểu hiện tương quan nghịch với số chồi thân và bị cảm ứng bởi auxin. Biểu hiện mạnh mẽ của gen OsMADS60 làm cho số chối giảm đi, năng suất hạt giảm, trong khi đó, knockout gen OsMADS60 nhờ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR  làm cho số chồi tăng lên, năng suất tăng lên. OsMADS60 được tìm thấy ga81nke61t trực tiếp đến mô típ CArG [CATTTAC] trong promoter của OsPIN5b, do đó, điều tiết kiểu “up” biểu hiện gen này. Hơn nữa, người ta còn thấy hàm lượng auxin trong nhiều mô tế bào khác nhau của dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen OsMADS60 và OsPIN5b đã làm tăng một cách tương đối so với dòng lúa nguyên thủy “wild-type ZH11”, ở đó, hàm lượng auxin của dòng lúa đột biến biểu hiện xu hướng ngược lại. Kết quả phân tích di truyền sâu cho thấy OsPIN5b hoạt động ở vùng cận dưới (downstream) gen OsMADS60, cùng điều tiết biểu hiện các gen có trong tiến trình của “hormone”. Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng OsMADS60 điều chỉnh sự phân phối auxin nhờ tăng cường biểu hiện của gen OsPIN5b, vì vậy ảnh hưởng đến khả năng đẻ nhánh lúa. Cơ chế điều tiết ấy có tiềm năng đáng kể trong cải tiến di truyền kiến trúc cây lúa và năng suất hạt.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.70107

OsbZIP27 tương tác với OsHUB1 và OsHUB2 hình thành tính chống chịu hạn của cây lúa

 OsbZIP27 tương tác với OsHUB1 và OsHUB2 hình thành tính chống chịu hạn của cây lúa

Nguồn: Zuntao Xu, Yachun Yang, Fei Zhang, Hao Li, Hui Ma, Wenge Wu, Yong Ding. 2025. OsbZIP27 coordinates with OsHUB1 and OsHUB2 to modulate drought tolerance in rice. J Genet Genomics; 2025 Feb; 52(2):168-178. doi: 10.1016/j.jgg.2024.11.016.

Ubiquitine hóa histone H2B (H2Bub) liên kết năng động với sự hoạt hóa phiên mã, nhưng lập trình di truyền này bị ảnh hưởng bởi H2Bub để làm tăng cường tính chống chịu khô hạn vẫn còn chưa rõ ràng. Ở đây, người ta chỉ ra rằng OsbZIP27 tương tác trực tiếp với OsHUB1/2 để điều hòa tính chịu hạn của cây lúa bằng cách gắn kết với những promoters của OsHAK1 và OsGLN1 để có được H2Bub và thực hiện phiên mã. Một cách nhất quán là những đột biến trong gen OsbZIP27 làm giảm phiên mã của OsHAK1 và OsGLN1, cho kết quả siêu nhạy cảm với khô hạn, trong khi đó sự biểu hiện mạnh mẽ của OsHUB2 làm tăng tính chống chịu hạn. Như vậy, kết quả này cho thấy OsbZIP27 kết hợp với OsHUB1/2 làm tăng tính chống chịu hạn của cây lúa nhờ tăng H2Bub và tăng biểu hiện gen OsHAK1 và OsGLN1.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39643268/

Gen mã hóa “chalcone isomerase” (OsCHI3) làm cây lúa tăng chống chịu hạn thông qua dọn dẹp gốc ô xi tự do (ROS) nhờ tiến trình biến dưỡng flavonoid và ABA

 Gen mã hóa “chalcone isomerase” (OsCHI3) làm cây lúa tăng chống chịu hạn  thông qua dọn dẹp gốc ô xi tự do (ROS) nhờ tiến trình biến dưỡng flavonoid và ABA

Nguồn: Ting Liu, Ling Liu, Tianshun Zhou, Yinke Chen, Huang Zhou, Jiahan Lyu, Di Zhang, 

Xiwen Shi, Dingyang Yuan, Nenghui Ye, Meijuan Duan. 2025. Chalcone isomerase gene (OsCHI3) increases rice drought tolerance by scavenging ROS via flavonoid and ABA metabolic pathways. The Crop Journal; Available online 1 March 2025

Gen mã hóa chalcone isomerase (OsCHI), là một trong những gen chủ lực có trong tiến trình sinh tổng hợp flavonoid, nó có vai trò quan trọng trong cây lúa (Oryza sativa) điều khiển tính kháng với stress phi sinh học. Nghiên cứu cho thấy làm thế nào thành phần OsCHI3 của họ gen  chalcone isomerase  tham gia vào phản ứng của cây lúa đối với khô hạn thông qua điều tiết sinh tổng hợp flavonoid. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsCHI3 làm tăng tính chống chịu của cây lúa với stress khô hạn. Trái lại, chỉnh sử nhờ hệ thống CRISPR/Cas9 gây đột biến mất đoạn gen OsCHI3 sẽ làm giảm tính chịu khô hạn của cây lúa, một tác đụng có thể phản ứng ngược lại bằng xử lý ABA ngoại sinh. Phân tích transcriptomic và phân tích sinh lý, sinh hóa cho thấy flavonoids được điều tiết bởi OsCHI3 không những chỉ dọn dẹp gốc ô xi tự do ROS (reactive oxygen species) mà con làm tăng tính chịu hạn nhờ kích hoạt sinh tổng hợp ABA thông qua sự điều tiết của gen biểu hiện OsNCED1 và OsABA8ox3. Kết quả chứng minh được OsCHI3 làm tăng tính trạng chống chịu hạn cây lúa nhờ tăng hoạt động của hệ thống tự vệ nhờ antioxidant  và tăng tiến trình tạo chất biến dưỡng ABA, kết quả cho chúng ta một minh chứng mới trong nghiên cứu cải tiến giống lúa chịu hạn.

 

Xem: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514125000510

Nấm Magnaporthe oryzae xâm nhiễm cây lúa, kích hoạt tính kháng rầy nâu thông qua ảnh hưởng của jasmonic acid đến chu trình sinh tổng hợp flavonoid

 Nấm Magnaporthe oryzae xâm nhiễm cây lúa, kích hoạt tính kháng rầy nâu thông qua ảnh hưởng của jasmonic acid đến chu trình sinh tổng hợp flavonoid

Nguồn: Su Chen, Zhihuan Tao, Yanjie Shen, Rui Yang, Siyuan Yan, Zixu Chen, Bo Sun, Xiaofang Yang. 2025. Magnaporthe oryzae infection triggers rice resistance to brown planthopper through the influence of jasmonic acid on the flavonoid biosynthesis pathway. Insect Sci.; 2025 Feb; 32(1):243-259. doi: 10.1111/1744-7917.13378.

Trong hệ sinh thái nông nghiệp, thực vật bị liên tục tấn công bởi sâu  bệnh hại, và sự xâm nhiễm của một loài có thể làm thay đổi phản ứng tự vệ của thực vật với loài khác. Theo kết quả nghiên cứu này về mối quan hệ trong cây lúa, đặc biệt là rầy nâu Nilaparvata lugens (Stål) và nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae, người ta quan sát co sự gia tăng đáng kể tính kháng của cây lúa  bị xử lý nhiễm bệnh đạo ôn, đối với con rầy nâu N. lugens, như minh chứng qua tỷ lệ sống của cây trong nghiên cứu tính kháng của quần thể hẹp. Phân tích sau đó về hệ thống transcriptome cho thấy rằng: nấm lây nhiễm bệnh đạo ôn lúa có thể kích thích sự biểu hiện các gen có liên quan đến jasmonic acid (JA) và chu trình flavonoid. Giống như lộ trình flavonoid, lộ trình JA có 2 kiểu gen biểu hiện theo hướng giống nhau và hướng đối kháng nhau, khi phản ứng với xâm nhiễm của rầy nâu  N. lugens và bệnh đạo ôn. Trong những gen ấy, đột biến osjaz1và đột biến osmyc2 được xác định kết quả kiểu hình là điều tiết một cách tích cực về tính kháng của cây lúa với rầy nâu N. lugens và điều tiết một cách tiêu cực với bệnh đạo ôn. Kết quả tiếp theo trong phân tích khối phổ và những thí nghiệm định tính cho thấy áp dụng hormone ngoại sinh như methyl jasmonate (MeJA) có thể kích hoạt sự tích tụ eriodictyol, naringenin và quercetin, cũng như có biểu hiện của OsF3H, Os4CL5 và OsCHI trong lộ trình tổng hợp flavonoid. Như vậy, có một mối liên kết chặt chẽ giữa lộ trình JA và lộ trình flavonoid. Tuy nhiên, OsF3'H, điều tiết tiêu cực tính kháng của cây lúa với rầy nâu N. lugens và bệnh đạo ôn, không cho thấy sự biểu hiện gen tăng. Thí nghiệm đánh giá kiểu hình và cơ chế phân tử xác định OsMYC2 có thể kết gắn và có thể ức chế biểu hiện của OsF3'H, do vậy, chứng minh cây lúa kháng với rầy nâu sau khi xử lý chủng nhiễm nấm bệnh đạo ôn. Kết quả này giúp người ta hiểu sâu hơn những tương tác trong cây lúa, giữa rầy nâu và bệnh đạo ôn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38747085/

 

Xác định kiểu hình của cây lúa bị xâm nhiễm rầy nâu Nilaparvata lucens sau khi chủng nấm Magnaporthe oryzae, chủng nòi TH12.

Thiết kế mô hình “CoQ10 crops” trên cơ sở lịch sử tiến hóa

 Thiết kế mô hình “CoQ10 crops” trên cơ sở lịch sử tiến hóa

Nguồn: Jing-Jing Xu, Yuan Lei, Xiao-Fan Zhang, Jian-Xu Li, Qiupeng Lin, Xiang-Dong Wu, Yu-Guo Jiang, Wenyi Zhang, Runtong Qian, S Xiong, Kuo Tan, Yu Jia, Qiang Zhou, Yan Jiang, Hang Fan, Yan-Bo Huang, LJ Wang, Ji-Yun Liu, Yu Kong,  Qing Zhao, Lei Yang, Jinxing Liu, YH Hu, Shuai Zhan, Caixia Gao, Xiao-Ya Chen. 2025. Design of CoQ10 crops based on evolutionary history. Cell; February 13, 2025, Open Access

Coenzyme Q (CoQ) rất cần để sản sinh ra năng lượng bởi sự hô hấp của ty thể bộ, và đây là thực phẩm bổ sung thường dùng để tăng cường sức khỏe tim mạch. Con người làm ra CoQ10, nhưng loài mễ cốc, rau, quả tổng hợp nên CoQ9 với một chuỗi bên với 9 đơn vị isoprene. Thao tác kỹ thuạt di truyền CoQ10 trong loài cây trồng sẽ có lợi cho sức khỏe người, nhưng điều này bị cản trở bởi các gốc đặc thù của enzyme Coq1 mà enzyme này điều khiển chiều dài chuỗi chưa được biết rõ. Trên cơ sở một nghiên cứu rộng lớn về phân bố của CoQ9 và CoQ10 của thực vật mặt đất và biến thể trình tự Coq1, người ta xác định được những thay đổi của amino acid chủ yếu ở gốc của túi xúc tác Coq1 mà túi này xảy ra một cách độc lập trong nhiều loài thực vật hạt kín và tiếp tục thúc đẩy sự hình thành CoQ9. Theo kiến thức này, người ta sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen để cải biên các gen bản địa Coq1 của cây lúa và lúa mì để sản sinh ra CoQ10, mở đường cho việc phát triển thực phẩm chức năng CoQ10.

Xem https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00087-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS009286742500087X%3Fshowall%3Dtrue

 

Phân bố CoQ9 và CoQ10, kết gắn với gốc Coq1 amino acid, thực vật trồng trên đất.

Đánh giá động thái nhiễm bệnh của Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) trên cây lúa

Đánh giá động thái nhiễm bệnh của Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) trên cây lúa

Nguồn: Onchira Ritbamrung, Phithak Inthima, Kumrop Ratanasut, Kawee Sujipuli, Tepsuda Rungrat, Kittisak Buddhachat. 2025. Evaluating Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) infection dynamics in rice for distribution routes and environmental reservoirs by molecular approaches. Sci Rep.; 2025 Jan 9; 15(1):1408. doi: 10.1038/s41598-025-85422-3.

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) là vi khuẩn gây ra bệnh cháy bìa lá lúa (BLB), có thể làm thất thoát đến 70% năng suất. Nghiên cứu đánh giá mức độ lan truyền bệnh Xoo trên ruộng lúa, lấy mẫu trên đồng và sử dụng cLAMP (colorimetric loop-mediated amplification: kính lúp khuếc đại ảnh bằng màu), sử dụng PCR để phát hiện. Quantitative PCR (qPCR) được áp dụng để tính được các mức độ nhiễm bệnh. Nghiên cứu này so sánh mức độ trầm trọng bệnh lý giữa giống lúa nhiễm Phitsanulok 2 (PSL2), và giống lúa kháng bệnh PSL2-Xa21. Kết quả cho thấy sự nhiễm của Xoo giảm từ lá lúa xuống đến rễ lúa, nhưng vi khuẩn vẫn tồn tại trong đất và trong nước cho đến 12 và 6 tuần, theo thứ tự. Xét nghiệm cLAMP với LpXoo4009 primer, đã phát hiện rất hiệu quả Xoo khi ở nồng độ thấp trong cả mẫu đất và mẫu nước. Bên cạnh đó, các loài cỏ hóa thảo phổ biến ở ruộng lúa, như Eriochloa procera, Echinochloa crus-galli và Chloris barbata được xác định là ký chủ tạm thời của Xoo, tạo điều kiện cho nó lây lan. Chính Xoo pathogen này phân bố từ lá bệnh xuống rễ, rồi từ rễ lúa vào đất và nước gần đó. Cỏ dại trên ruộng góp phần vào sự kéo dài của cu kỳ lây nhiễm bệnh đóng vai trò nguồn ký chủ phụ tiềm năng duy trì sự có mặt củae pathogen trong môi trường.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39789086/

Phát triển và ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen toàn diện (Prime editing) trong phục hồi chức năng gen đột biến trên cây lúa

 Phát triển và ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen toàn diện (Prime editing) trong phục hồi chức năng gen đột biến trên cây lúa

TS. Đỗ Tiến Phát - Viện Công nghệ sinh học

Sự ra đời và phát triển của công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas đã mang lại những thành tựu vượt bậc trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu từ cơ bản tới định hướng ứng dụng trên thế giới. Các nhà khoa học tiếp tục hoàn thiện và phát triển các hệ thống chỉnh sửa gen mới có hiệu quả cao và toàn diện hơn. Prime editing là một công cụ chỉnh sửa hệ gen mới được phát triển vào năm 2019 và được khẳng định là công cụ chỉnh sửa gen có tính chính xác và linh hoạt cao hơn so với tất cả các hệ thống chỉnh sửa gene truyền thống như CRISPR/Cas9, CRISPR/Cas12 hay Base-editing. Công nghệ Prime editing này có thể tạo ra tất cả các loại thay đổi ở DNA như thay thế nhiều nucleotide, chèn đoạn DNA, làm mất đoạn DNA chính xác tại vị trí mục tiêu. Trên thực vật, ứng dụng công nghệ Prime editing vẫn còn ở mức ban đầu, thành công trong việc áp dụng công nghệ này chỉ hạn chế ở một số phòng thí nghiệm do hiệu suất chỉnh sửa gene của hệ thống này vẫn còn rất thấp.

 

Mới đây, TS. Nguyễn Xuân Cường và các đồng nghiệp tại Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam công bố kết quả nghiên cứu thành công trong việc cải tiến và phát triển hệ thống Prime editing trong cải thiện các tình trạng chất lượng trên lúa. Đây là kết quả của đề tài: Thu hút cán bộ khoa học trẻ vào làm việc tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (mã số đề tài THTNTE.01/24-25) do TS. Nguyễn Xuân Cường làm chủ nhiệm. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã phát triển hệ thống Prime editing kép TwinPE, kết hợp với các cải tiến trong nâng cao biểu hiện của trình tự định hướng pegRNA để tăng cường hiệu suất chỉnh sửa gene lên đến 44.2%, gấp 4 lần với hệ thống PE thông thường. Đặc biệt trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng hệ thống prime editing để chèn chính xác một đoạn DNA 14bp nhằm khôi phục chức năng gen Rc, một gen kiểm soát màu sắc và các hợp chất flavonid trên giống lúa mô hình Kitaake. Tính chính xác và hiệu quả của hệ thống prime editing đã được kiểm chứng thông qua phân tích trình tự gen cũng như việc chuyển đổi màu sắc hạt gạo và biểu hiện của các gen liên quan. 

Hệ thống Prime Editing và mô hình cải biến nhằm phục hồi chức năng gen đột biến rc trên các giống lúa

Thành tựu đạt được của đề tài đã mở ra cơ hội to lớn trong nghiên cứu cơ bản về chức năng gen cũng như cải tạo giống cây trồng ở nước ta. Đây cũng là cơ sở khoa học trong việc nghiên cứu, phát triển công nghệ prime editing trên các nhóm cây trồng quan trọng khác ở Việt Nam và trên thế giới. Kết quả nghiên cứu được nhóm tác giả công bố trên tạp chí uy tín về Công nghệ tế bào và gen thực vật, thuộc nhóm Q1 (Plant Cell Reports (2025) 44:57 https://doi.org/10.1007/s00299-025-03450-9)

Phân tích trình tự gen được chỉnh sửa thông qua hệ thống prime editing (A);
Sự chuyển đổi màu sắc hạt lúa khi gen Rc được khôi phục chức năng (B); Cây lúa chỉnh sửa gen sinh trưởng và phát triển trong nhà lưới

Kết hợp phân urê bình thường và urê phóng thích có kiểm soát ảnh hưởng đến phẩm chất hạt gạo và tinh bột do cải tiến carbohydrate và hạt vào chắc

 Kết hợp phân urê bình thường và urê phóng thích có kiểm soát ảnh hưởng đến phẩm chất hạt gạo và tinh bột do cải tiến carbohydrate và hạt vào chắc

Nguồn: Chang Liu, Tianyang Zhou, Zhangyi Xue, Chenhua Wei, Kuanyu Zhu, Miao Ye, Weiyang Zhang, Hao Zhang, Lijun Liu, Zhiqin Wang, Junfei Gu, Jianchang Yang. 2025. Combining Controlled-Release and Normal Urea Enhances Rice Grain Quality and Starch Properties by Improving Carbohydrate Supply and Grain Filling. Plants (Basel); 2025 Jan 2; 14(1):107. doi: 10.3390/plants14010107.

Phân đạm được phóng thích có kiểm soát càng ngày càng phổ biến cho canh tác lúa (Oryza stavia L.) để gia tăng năng suất, làm giảm tác động có hại cho môi trường. Sự vào chắc của hạt thóc rất cần để năng suất cao và phẩm chất gạo tốt. Tuy nhiên, tác động của phân đạm phóng thích có kiểm soát trên tính trạng vào chắc của hạt, cũng như mối tương quan giữa những tính trạng ấy với phẩm chất gạo vẫn còn mù mờ. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định những tính trạng nào quy định vào chắt của hạt ảnh hưởng đến phẩm chất hạt gạo, sự biểu hiện hạt gạo, phẩm chất nấu cơm, phẩm chất ăn ngon, những tính trạng hóa lý của tinh bột gạo. Theo đó, một thí nghiệm diễn ra trong hai năm trên ruộng được thực hiện bao gồm 4 nghiệm thức quản lý phân N: zero nitrogen input (CK), thực hành trên giống cao sản địa phương bón urea (split applications) (100% urea, CU), bón lót 100% phân N phóng thích có kiểm soát (CRNF), bón lót phối hợp 70% phân N phóng thích có kiểm soát với 30% urea (CRNF-CU). Kết quả cho thấy một lượng carbohydrate đầy đủ cho sự vô chắt của hạt, như được chỉ ra bởi tỷ lệ được ở hoa lúa cao hơn, cần cần cho cải tiến phẩm chất hạt. Tỷ lệ được tăng cao ở hóa lúa thúc đẩy tiến trình vô chắc của hạt, làm cho tỷ lệ hạt chắt trung bình (Gmean), tỷ lệ hạt chắc cao nhất (Gmax), cũng làm giảm tổng thời gian cần thiết vô chắc hạt (D). So với nghiệm  thức CU, CRNF và CRNF-CU không làm thay đổi đáng kể phẩm chất xay chà, nhưng làm giảm độ bạc bụng và tỷ lệ hạt bạc bụng, nhờ vây, làm tăng phẩm chất hạt gạo biểu hiện bên ngoài sáng đẹp. Những nghiệm thức này đã làm tăng hàm lượng amylose và amylosepectin, trong khi đó, làm giảm hàm lượng protein, cho dù tỷ lệ thành phần protein không đổi. Những nghiệm thức này làm cho tinh thể hạt tinh bột to hơn với bề mặt hạt gạo láng hơn. Hơn nữa, CRNF và CRNF-CU làm giảm độ kết tinh tương đối và trật tự kiến trúc hạt, trong khi đó,  làm tăng cấu trúc không định hình trong vùng ngoài mặt của hạt tinh bột, làm giảm đi mức ổn định tinh thể tinh bột gạo. Những nghiệm thức này còn làm tăng độ nhớt (viscosity) và cải tiến tính chất nhiệt động học của tinh bột, làm cho phẩm chất nấu và phẩm chất ăn ngon hơn. Như vậy, CRNF-CU là nghiệm thức có ý nghĩa nhất trong nghiên cứu này làm tăng cả năng suất và phẩm chất hạt lúa. Kỹ thuật này đảm bảocung cấp đủ carbohydrate phục vụ vào chắc của hạt, điều kiện cần và đủ cho cải tiến phẩm chất hạt and improved overall quality.

Xem  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39795366/

Tất cả trong một của “CRISPR toolbox” đầy đủ, trong sàng lọc cây đã chỉnh sửa gen

  Tất cả trong một của “CRISPR toolbox” đầy đủ, trong sàng lọc cây đã chỉnh sửa gen

Nguồn: Yanhao Cheng , Gen Li , Aileen Qi , Rushil Mandlik , Changtian Pan , Doris Wang , Sophia Ge , Yiping Qi. 2025. A comprehensive all-in-one CRISPR toolbox for large-scale screens in plants. The Plant Cell; Published: 09 April 2025; https://doi.org/10.1093/plcell/koaf081

Hệ thống chỉnh sửa hệ gen nhờ CRISP (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) - Cas (CRISPR-associated nuclease) làm thuận tiện cho kỹ thuật di truyền thường dùng trong hệ gen của một hoặc vài gen nào đó trong cùng một lúc. Tuy nhiên, việc sàng lọc quy mô lớn CRISPR với thư viện các “guide RNA” là thách thức cho thực vật. Ở đây, người ta đã phát triển cái gọi là “Tất cả trong một của CRISPR toolbox” trong chỉnh sửa gen trên cơ sở Cas9, chỉnh sửa trên cơ sở CBE (cytosine base editing), ABE (adenine base editing), trong chỉnh sửa gen trên cơ sở Cas12a và ABE, kích hoạt gen trên cơ sở CRISPR-Act3.0 trong cả hai nhóm loài thực vật  một lá mầm và hai lá mầm. Người ta đánh giá biểu hiện vector T-DNA của “tất cả trong một” của protoplast cây lúa (Oryza sativa, một lá mầm) và cây cà chua tomato (Solanum lycopersicum, hai lá mầm), kết quả cho thấy chúng có khả năng ứng dụng rộng rãi và đáng tin cậy. Để giới thiệu các ứng dụng của những vector này trong sàng lọc CRISPR, người ta thiết kế một bộ nguồn sgRNA (single guide RNA) phục vụ trắc nghiệm protoplasts cây lúa, tạo dựng nên một phương pháp tiếp cận hiệu quả cao để chọn lọc những sgRNAs có hoạt tính cao. Bên cạnh, người ta minh chứng điệu hiệu quả sàng lọc của thư viện sgRNA đối với đột biến có chủ đích của ACETOLACTATE SYNTHASE trong cây lúa, phục hồi được những alen ứng cử viên mới  kháng thuốc cỏ. Hơn nữa, người ta đã thực hiện sàng lọc hoạt động CRISPR trong cây mô hình Arabidopsis thaliana, nhanh chóng xác định được những sgRNAs mạnh mẽ đối với  sự kích hoạt FLOWERING LOCUS T mà nó liên quan đến kiểu hình trổ bông sớm. Toolbox này chứa đựng tất cả 61 vectors có tính chất linh hoạt “tất cả trong một” bao gồm hầu hết các công nghệ CRISPR thường dùng. Nó sẽ làm dễ dàng hơn cho sàng lọc di truyền quy mô lớn đối với đột biến “loss-of-function” hoặc “gain-of-function”, với nhiều triển vọng trong thực vật. Xem:

https://academic.oup.com/plcell/advance-article-abstract/doi/10.1093/plcell/koaf081/8109147?login=false

Các loci HSS1 và HSS6 điều khiển biến dị trong kiến trúc nhiễm sắc thể dẫn đến kết quả bất dục đực trong lúa lai

 Các loci HSS1 và HSS6 điều khiển biến dị trong kiến trúc nhiễm sắc thể dẫn đến kết quả bất dục đực trong lúa lai

Nguồn: Siqi Cheng, Zhenwei Xie, Hao Yu, Chaolong Wang, Xiaowen Yu, Jian Wang, Hai Zheng, Jiayu Lu, Xiaodong He, Keyi Chen, Junwen Gao, Yang Hu, Bowen Yao, Dekun Lei, Shimin You, Qiming Wang, Anqi Jian, Ling Jiang, Yulong Ren, Xiuping Guo, Yunlu Tian, Shijia Liu, Xi Liu, Shanshan Zhu, Jianmin Wan. 2025. Chromosomal structural variation loci HSS1 and HSS6 lead to hybrid sterility in rice. Theoretical and Applied Genetics; April 15 2025; vol.138; article 101

Biến dị di truyền có tính chất kiến trúc của nhiễm sắc thể dẫn đến kết quả là bất dục lúa lai, nghiên cứu này đã và đang xây dựng nên một mô hình mới về di truyền và cho kiến thức mới về bất dục đực của lúa lai.

Sử dụng cường lực ưu thế lai trong các loài cây trồng khác nhau làm tăng năng suất rất đáng kể. Tuy nhiên, việc áp dụng trực tiếp ưu điểm này bị cản trở bởi tính bất dục của con lai (HS: hybrid sterility). Ở đây, nhóm tác giả xác định được dòng SSIL (stable semi-sterile inbred line) trong lai giữa loài lúa trồng O. sativa indica với loài lúa hoang O. longistaminata. 

Cả hạt phấn và tính hữu thụ hoa lúa trong cây lúa dị hợp tử SSIL đều có bản chất “semi-sterile” (nửa bất thụ), và cây đồng hợp tử biểu thị sự hữu thụ tự nhiên. Đáng chú ý là, không giống với các loci được báo cáo trước đây về hybrid sterility, dòng lúa SSIL không kích thích “sự biến dạng trong phân ly” của con lai. Kiểu gen trên nhiễm sắc thể 1 (Chr.1) biểu hiện liên kết chặt nhưng giả (tight pseudo-linkage) trên nhiễm sắc thể 6 của quần thể con lai SSIL. Gen HSS1 và HSS6 được đặt tên trên 2 loci định vị ở nhiễm sắc thể 1 và 6. Quan sát tế bào cho thấy có những bất thường của giao tử đực và giao tử cái trong thời kỳ gián phân giảm nhiễm, dẫn đến kết quả hạt phấn và hoa lúa kiểu “semi-sterile”. Gen HSS1 được thu hẹp kích thước phân tử xuống còn 190,6-kb và gen HSS6  còn 1391,6-kb trong quần thể con lai SSIL với 10.393 cá thể. Thông qua kỹ thuật đọc trình tự chất lượng cao và thông qua sự quan sát nhiễm sắc thể trong thời kỳ phân bào gioảm nhiễm, có một sự chuyển vị có tính chất nghịch đảo (reciprocal translocation) giữa vai ngắn nhiễm sắc thể 1 và telomer của nhiễm sắc thể  6 của giao tử biểu thị loại hình RD23-type (RT-type) của con lai SSIL được người ta tìm thấy. Sự hiện hữu của giao tử RT-type trong con lai SSIL là yếu tố nguyên nhân trực tiếp làm ra “semi-sterility” trong cả giao tử đực và cái. Sự chuyển vị này dẫn đến  hiện tượng bất thường của SSIL-RT/L synapses và hình thành nên cấu trúc “tetravalent ring” trên nhiễm sắc thể trong giai đoạn pachynema. Kết quả đã phát hiện được một cặp chuyển vị nhiễm sắc thể nghịch đảo, nó điều khiển tính chất cách ly sinh sản (reproductive isolation) của cây lúa. Kiến thức này là định hướng quan trọng để tối ưu hóa những dụng sản xuất con lai có ưu thế lai, cuối cùng làm tăng các ưu điểm của heterosis trong cải tiến giống.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04887-y

Chỉnh sửa gen làm tăng tích tụ sắt trong giống lúa TBR225 nhờ sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsNRAMP7

Chỉnh sửa gen làm tăng tích tụ sắt trong giống lúa TBR225 nhờ sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsNRAMP7

Nguồn: Phuong Duy Nguyen, Van Thi Pham, Diep Hong Le, Yen Hai Hoang, Xuan Hoi Pham, Mai Quynh Le. 2025. CRISPR-enhanced iron accumulation in TBR225 rice via OsNRAMP7 overexpression. Plant Biotechnology; Published online March 26, 2025; https://doi.org/10.5010/JPB.2025.52.006.051

Lúa là cây lương thức chính nuôi sống một nửa dân số thế giới; vì vây, phẩm chất dinh dưỡng gạo là vô cùng cần thiết cho sức khỏe con người. Hội chúng anemia do thiếu sắf ảnh hưởng đến hàng tỷ con người trên thế giới này và đặc biệt phổ biến ở các quốc gia trồng lúa. Theo đó, chiến lược “rice biofortification” thông qua cải tiến di truyền là giải pháp bền vững trước thách thức khiếm dưỡng quy mô toàn cầu. Giống lúa trồng tại Việt Nam TBR225, là giống lúa cao sản và phẩm chất ưu việt, được xem là ứng cử viên lý tưởng cho nội hàm tăng cường sắt bằng sinh học. Do đó, dựa vào kết quả nghiên cứu trước đây, tác giả đã sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas9 để biểu hiện mạnh mẽ “iron transporter gene” có tên OsNRAMP7 trong giống TBR225. Kết quả phân tích kiểu gen và kiểu hình trước đây đối với biểu hiện mạnh mẽ gen OsNRAMP7 trong giống TBR225 được xem xét. Kết quả phân tích mức độ phân tử xác định viện chèn đoạn thành công của “35S promoter upstream” thuộc gen OsNRAMP7 và kết quả làm tăng biểu hiện của OsNRAMP7. Trong điều kiện nhà kính, những dòng chỉnh sửa này biểu thị sự tích tụ cao hàm lượng sắt trong rễ lúa, chối thân, và hạt gạo cao hơn so với dòng nghuey6n thủy (WT), hàm lượng sắt trong gạo tăng 18-72%. Quan trọng là sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsNRAMP7 không ảnh hưởng đến tích tụ của những kim loại khác như kẽm, cadmium, do vậy, kết quả minh chứng được tính chuyên biệt của nó trong vận chuyển sắt. Những tính trạng nông học quan trọng như thời gian tăng trưởng, chiều cao cây, năng suất hạt, phẩm chất hạt vẫn duy trì trong dòng lúa chỉnh sửa gen. Kết quả minh chứng được khả năng của sự biểu hiện mạnh gen OsNRAMP7 là một chiến lược để phát triển “ironbiofortified rice” mà không làm giảm các tính trạng nông học quan trọng khác. Cách tiếp cận này sẽ giải quyết tình trạng thiếu sắt của người tiêu dùng lúa gạo mà cẫn duy trì được sản lượng, năng suất thóc.

Xem https://www.kspbtjpb.org/journal/view.html?uid=2457&vmd=Full

Phân tích kiểu gen “OsNRAMP7” được chỉnh sửa trong giống lúa TBR225

Gen mã hóa SARS-CoV-2 glycoprotein S1 của cây lúa làm vaccine ngừa COVID-19

 Gen mã hóa  SARS-CoV-2 glycoprotein S1 của cây lúa làm vaccine ngừa COVID-19

Nguồn: Li Song, Yaya Wen, Yu Zhou, Hui Zhang, Yuqi Tian, Jing Wang, Yaodan Cui, Ruimeng Tan, Dan Xiong, Chuang Meng, Yan Zhou, Qianfeng Li, Zhiming Pan, Qiaoquan Liu, Xinan Jiao. 2025. Rice-derived SARS-CoV-2 glycoprotein S1 subunit vaccine elicits humoral and cellular immune responses. Plant Biotechnology Journal; First published: 04 April 2025; https://doi.org/10.1111/pbi.70077

Từ năm 2019, hội chứng hô hấp cấp tính nặng do coronavirus 2 (SARS-CoV-2), loại hình virus gây bệnh cúm COVID-19, đã  lan rộng và đột biến trên quy mô toàn cầu mặc dù có nhiều vaccin thương mại được phê duyệt nhanh chóng. Do đó, phát triển vaccin an toàn, hiệu quả và giá cả hợp lý rất cần để đáp ứng như cầu của thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Cây trồng transgenic nổi bật như một cơ sở đầy hứa hẹn về biểu hiện được proteins tái tổ hợp phục vụ bào chế vaccin và thuốc. Hai “binary vectors”, đó là pCAMBIA1300Gt1-S1 và pCAMBIA1300Actin-S1, có những promoters riêng biệt nhau, được cấu trúc và được chuyển nạp vào cây lúa thồng qua vi khuẩn Agrobacterium. Nhìn chung, có 56 dòng lúa transgenic riêng biệt nhau được tái sinh thành công. Phẩn tích biểu hiện gen cho thấy: protein S1 (rS1) từ cây lúa có thể biểu hiện trong hạt lúa chuyển gen pGt1::S1. Mức độ biểu hiện của protein rS1 đạt 282 μg/g khối lượng chất khô, với sự chèn đọn trong gen S1 không có ảnh hưởng bất lợi nào về kích cỡ hạt lúa và khối lượng hạt lúa. Protein rS1 này biểu hiện một ái lực cao với sự chuyển đổi enzyme chuyển hóa angiotensin 2 (ACE2) của con người in vitro. Hơn nữa, khả năng sinh miễn dịch (immunogenicity) của protein rS1 tinh khiết cùng với những chất bổ trợ khác (adjuvants) đã chứng tỏ rằng nghiệm thức chuột tiêm vaccin “Alum-adjuvant rS1” đã sinh ra các phản ứng miễn dịch với serum IgG, IgG1 rất cao và trung hòa được theo các mức độ kháng thể. Thể roi (flagellin) của Salmonella Typhimurium (FliC) được bổ trợ bởi rS1 tạo ra mức độ  “S1-specific IgG2a” mạnh hơn rất nhiều, làm tăng cường  sự sinh sản tế bào “splenocyte” và làm kích hoạt phản ứng Th1/Th2/Th17 cytokine tích hợp. Điều này được minh chứng bởi tăng tỷ lệ interferon chuyên tính với kháng nguyên (antigen-specific interferon) (IFN)-γ, interleukin-4 (IL-4) và IL-17A-positive CD4+ T lymphocytes, cho thấy khả năng tạo ra phản ứng miễn dịch dịch thể (humoral) và miễn dịch tế bào. Kết quả cho thấy rS1 protein đưa ra cách tiếp cận đầy hứa hẹn phục vụ việc sản xuất “COVID-19 subunit vaccine” với giá cả phải chăng, chiến lược này có thể được áp dụng phổ biến cho vaccin phòng virus khác.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.70077 

Kiến trúc di truyền và công việc tìm ra rS1 protein.