OsNAC120 làm cân bằng giữa tăng trưởng và tính trạng chịu hạn của cây lúa

 OsNAC120 làm cân bằng giữa tăng trưởng và tính trạng chịu hạn của cây lúa

Nguồn: Zizhao Xie, Liang Jin, Ying Sun, Chenghang Zhan, Siqi Tang, Tian Qin, Nian Liu, Junli Huang. 2024. OsNAC120 balances plant growth and drought tolerance by integrating GA and ABA signaling in rice. Plant Commun.; 2024 Mar 11; 5(3):100782. doi: 10.1016/j.xplc.2023.100782.

 

Tác độ tương hỗ giữa sự truyền tín hiệu của gibberellin (GA) và abscisic acid (ABA) rất cần thiết cho việc giữa cân bằng của tăng trưởng và thích nghi của cây với stress ngoại cảnh. Tuy nhiên, cơ chế phân tử của sự đối kháng với nhau như vậy vần còn mù mờ. Trong nghiên cứu này, tác giả nhận thấy rằng  knockout gen OsNAC120 mã hóa yếu tố phiên mã TFs như NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2) ức chế tăng trưởng của cây nhưng lại tăng cường tính trạng chống chịu khô hạn, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsNAC120 sản sinh ra kết quả ngược lại. Hàm lượng GA ngoại sinh có thể cứu được kiểu hình “semi-dwarf” (nửa lùn)  của giống lúa đột biến osnac120, và kết quả nghiên cứu sâu hơn cho thấy OsNAC120 làm tăng hoạt sinh tổng hợp GA thông qua kích thích phiên mã của gen OsGA20ox1 và OsGA20ox3. Protein DELLA có tên là SLENDER RICE1 (SLR1) tương tác với OsNAC120 và cản trở khả năng giao dịch của nó, nghiệm thức xử lý GA có thể làm mất sự kiện ức chế hoạt động giao dịch này bởi SLR1. Trái lại, OsNAC120 điều tíết một cách tiêu cực tính chống chịu khô hạn của cây lúa bởi ức chế sự đóng lại khí khổng kích thích do  ABA. Điều tra cơ học cho thấy OsNAC120 ức chế sinh tổng hợp ABA thông qua ức chế có tính chất phiên mã của gen liên quan đến sinh tổng hợp ABA, đó là OsNCED3 và OsNCED4. Protein KINASE 9 (OsSAPK9) bị kích hoạt bởi OSMOTIC STRESS/ABA tương tác theo hoạt động lý học với OsNAC120 và đóng vai trò trung gian cho phosphoryl hóa của nó, điều này làm cho OsNAC120 bị suy thoái. Nghiệm thức xử lý ABA làm tăng nhanh sự suy thoái OsNAC120 và làm giảm hoạt động giao dịch của nó. Kết quả nay minh chứng OsNAC120 có vai trò tích cực trong cân bằng tăng trưởng trên cơ sở GA với chống chịu khô hạn  bởi ABA của cây lúa. Kết quả giúp chúng ta hiểu được cơ chế đánh đổi giữa tăng trưởng thực vật và chống chịu stress; thao tác công nghệ di truyền kháng stress, năng suất cao.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38148603/

Gen OsLRR-RLP2 điều tiết tính trạng miễn nhiễm với nấm Magnaporthe oryzae trong cây lúa loại hình japonica

 Gen OsLRR-RLP2 điều tiết tính trạng miễn nhiễm với nấm Magnaporthe oryzae trong cây lúa loại hình japonica

Nguồn: Hyo-Jeong Kim, Jeong Woo Jang, Thuy Pham, Van Tuyet, Ji-Hyun Kim, Chan Woo Park, Yun-Shil Gho, Eui-Jung Kim, Soon-Wook Kwon, Jong-Seong Jeon, Sun Tae Kim, Ki-Hong Jung, Yu-Jin Kim. 2024. OsLRR-RLP2 Gene Regulates Immunity to Magnaporthe oryzae in Japonica Rice. Int J Mol Sci.; 2024 Feb 12; 25(4):2216. doi: 10.3390/ijms25042216.

 

Lúa là loài mễ cốc quan trọng trên thế giới, tăng trưởng của lúa bị ảnh hưởng bởi bệnh đạo ôn, do nấm Magnaporthe oryzae. Biến đổi khí hậu làm thay đổi sự đa dạng của pathogens, gen kháng bệnh (R genes) phải được phân lập chính xác. Các gen chủ lực kháng bệnh đạo ôn được phân lập trên loài phụ indica; do đó, giống lúa thuộc loại phu japonica có gen R hiện nay cần được xác định. Bởi vì protein thuộc LRR domain (leucine-rich repeat) có đặc điểm của gen R, cho nên, tác giả sử dụng phân tích tin sinh học để xác định những “LRR domain” ứng cử viên có bản chất receptor-like proteins (OsLRR-RLPs). Gen OsLRR-RLP2, có 6 LRR domains, biểu thị khác biệt trong chuỗi trình tự DNA, bao gồm 43 chỉ thị phân tử SNPs trong indica và japonica subpopulations. Kết quả phân tích chủng bệnh M. oryzae cho thấy giống lúa thuộc indica có sự kiện “partial deletion” của gen OsLRR-RLP2, dẫn đến kết quả nhiễm bệnh, trong khi giống lúa thuộc japonica, có gen OsLRR-RLP2 nguyên vẹn dẫn đến kết quả kháng bệnh. Đột biến oslrr-rlp2, được phát sinh thông qua hệ thống CRISPR)/ Cas9, biểu hiện gia tăng tính nhiễm pathogen, trong khi đó, cây lúa có biểu hiện mạnh mẽ gen này biểu hiện tính kháng pathogen. Kết quả cho thấy gen OsLRR-RLP2 liên quan đến tính kháng của cây lúa, gen OsLRR-RLP2 có thể hữu ích để cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38396893/

 

Chỉ số đường huyết [Glycemic Index: GI] của giống lúa Italian, loài phụ japonic

 Chỉ số đường huyết [Glycemic Index: GI] của giống lúa Italian, loài phụ japonic

Nguồn: Filip Haxhari, Francesco Savorani, Mariangela Rondanelli, Enrico Cantaluppi, Luigi Campanini, Edoardo Magnani, Cinzia Simonelli, Gentian Gavoci, Alessandro Chiadò, Mattia Sozzi, Nicola Cavallini,  Angelica Chiodoni, Clara Gasparri, Gaetan Claude Barrile, Alessandro Cavioni, Francesca Mansueto, Giuseppe Mazzola, Alessia Moroni, Zaira Patelli, Martina Pirola, Alice Tartara, Davide Guido, Simone Perna, Roberto Magnaghi. 2024. Endosperm structure and Glycemic Index of Japonica Italian rice varieties. Front Plant Sci.; 2024 Jan 5: 14:1303771. doi: 10.3389/fpls.2023.1303771.

 

Người ta cho rằng gạo đóng vai trò chủ chốt trong lương thực của dân số toàn cầu và với chẩn đoán bệnh nhân mắc bệnh đái tháo đường ngày càng tăng, mục tiêu trong nghiên cứu cải tiến di truyền được đặt ra nhằm xác định giống lúa có chỉ số đường huyết thấp (low GI). Điều này cần phải thực hiện mà vẫn duy trì được phẩm chất hạt gạo.

 

25 giống lúa Italian được định tính bằng cách đo chỉ số GI "in vivo", cùng với 29 giống Italian và không phải Italian khác được người ta nghiên cứu nhằm đánh giá cấu trúc bên trong hạt thông qua kỹ thuật Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). Sử dụng thuật toán được phát triển đặc biệt (ad-hoc developed algorithm), đặc điểm hình thái được lấy ra từ kết quả chụp ảnh FESEM, rồi được kiểm tra bằng phương pháp phân tích đa biến.

 

Kết quả có biến thiên rất lớn về giá trị GI (49 đến 92 đối với glucose), cũng như đặc điểm hình thái của nội nhũ hạt gạo. Theo kết quả phần trăm độ xốp (pority) người ta phần biệt các giống lúa có tinh thể hạt (< 1.7%), nhóm gạo thường dùng làm món ăn risotto (> 5%), và gạo nhóm ba có đặc điểm trung gian. Giống lúa dẽo cơm (waxy rice) không đồng nhất về mức độ xốp, nhưng chúng có chung đặc điểm độ lệch tâm của hạt tinh bột thấp. Dựa vào đặc điểm hình thái học, giống lúa có GI thấp (<55) dường như có đặc điểm hạt tinh bột to và giá trị độ xốp thấp (porosity). Dữ liệu này chứng minh được sự đa dạng của canh tác lúa ở Ý, mang lại thông tin có ích cho chương trình cải tiến giống lúa trong tương lai, tìm thấy được cấu trúc của  nội nhũ, đặc điểm cụ thể của mỗi giống khác nhau.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38250450/

Chấp nhận của người tiêu dùng Việt Nam về công nghệ chỉnh sửa gen

 Chấp nhận của người tiêu dùng Việt Nam về công nghệ chỉnh sửa gen

Nguồn: Nguyen Thi Hao, Seifeddine Ben Taieb, Masahiro Moritaka, Susumu Fukuda. 2024. Consumer acceptance and valuation of quality-improved food products derived by genome editing technology. A case study of rice in Vietnam. Agribusiness; First published: 15 March 2024; https://doi.org/10.1002/agr.21929

 

Không giống như biến đổi gen, công nghệ chỉnh sửa hệ gen (genome editing: GE) có thể được sử dụng để mang lại kết quả không có transgene, mà điều này là một khía cạnh quan trọng trong tăng cường sự chấp nhận của người tiêu dùng đối với thực phẩm GE. Hơn nữa, với sự ra đời của hệ thống CRISPR/Cas9, nó trở nên đặc biệt đối với những công cụ trong chỉnh sửa gen, GE trờ thành công nghệ áp dụng đầy tiềm năng phục vụ cải tiến giống cây trồng để sáng tạo ra nhiều tính trạng mong muốn đa dạng, đặc biệt là tính trạng phục vụ nhu cầu người tiêu dùng như phẩm chất nông sản và dinh dưỡng. Người ta hi vọng rằng chợ bán thực phẩm GE sẽ vượt qua được thành kiến về thực phẩm GMO. Mặc dù một vài sản phẩm GE đã và đang được tiếp thị, nhưng người ta vẫn phải nghiên cứu đánh giá sự chấp nhận của người tiêu dùng và đánh giá thực phẩm GE so sánh với thực phẩm GMO và thực phẩm truyền thống. Tuy những nghiên cứu tập trung chủ yếu vào tính trạng gắn với hiệu quả canh tác, nhưng người ta vẫn không biết người tiêu dùng thích cái gì.

 

Ở đây chỉ ra rằng người tiêu dùng đánh giá thực phẩm GE cao hơn một chút so với thực phẩm GMO, người tiêu dùng hi vọng giá rẻ hơn đối với  thực phẩm GE. Áp dụng chỉnh sửa gen đối với các tính trạng nhắm đến người tiêu dùng còn có tiềm năng tích cực hợn xét theo sự chấp nhận. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá sự chấp nhận của người tiêu dùng và đánh giá chất lượng sản phẩm GE nhắm đến người tiêu dùng. Chúng tôi xác định các yếu tố quyết định và dự đoán thái độ sẵn sàng trả tiền mua gạo GE với giá cao hơn so với GMO và gạo truyền thống bằng cách sử dụng phương pháp định giá ngẫu nhiên giới hạn kép theocác phương pháp xử lý thông tin khác nhau. Thực hiện điều tra tại Việt Nam, nơi mà người tiêu dùng chưa thể hiện thông tin về chỉnh sửa gen thông qua truyền thông xã hội; điều đó có thể dẫn đến quan đểm thiên vị (biased perspective). Bối cảnh như vậy khá lý tưởng để nghiên cứu ảnh hưởng của cung cấp thông tin trong giai đoạn giới thiện sản phẩm GE ra thị trường. Kết quả chính gợi ra rằng người tiêu dùng sẽ chấp nhận rộng rãi sản phẩm GE chất lượng tốt đáp ứng thị hiếu của người tiêu dùng, cũng như ảnh hưởng tích cực của thông tin chuyên sâu (in-depth information provision) về chấp nhận của người tiêu dùng. [EconLit Citations: Q10: Agriculture: General].

 

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/agr.21929

GWAS xác định gen Pb4 điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa; mã hóa kinase ở thành tế bào

 GWAS xác định gen Pb4 điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa; mã hóa kinase ở thành tế bào

Nguồn: Yunxin Fan, Lu Ma, Xiaoqian Pan, Pujiang Tian, Wei Wang, Kunquan Liu, Ziwei Xiong, Changqing Li, Zhixue Wang, Jianfei Wang, Hongsheng Zhang, Yongmei Bao. 2024. Genome-Wide Association Study Identifies Rice Panicle Blast-Resistant Gene Pb4 Encoding a Wall-Associated Kinase. Int J Mol Sci.; 2024 Jan 9; 25(2):830. doi: 10.3390/ijms25020830.

 

Đạo ôn lúa là một trong những bệnh có sức tàn phá lớn nhất, gây ra giảm sản lượng lượng ở quy mô toàn cầu. Phát triển và sử dụng giống kháng bệnh được chứng minh là phương pháp tiếp cận có hiệu quả và rẻ tiền nhất để quản lý bệnh đạo ôn.

 

Tuy nghiên, do áp lực của môi trường và tính chọn lọc của pathogen rất mãnh liệt, cho nên tính kháng này nhanh chóng bị phá vỡ, và các gen kháng ổn định đang được khám phá thêm. Theo nghiên cứu này, một gen mới bắn với kinase thành tế bào (WAK), gen Pb4, điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa, được người ta phân lập thành công thông qua GWAS – sử dụng 249 mẫu giống lúa khác nhau. Pb4 bao gồm peptide tín hiệu có đầu N, domain mang tính chất ngoại bào GUB, domain EGF, domain EGF-Ca2+, và domain “protein kinase” có tên Ser/Thr. Domain ngao5i bào (GUB domain, EGF domain, và EGF-Ca2+ domain) của Pb4 có thể tương tác với domain ngoại bào CEBiP. Thêm vào đó, biểu hiện của nó bị kích hoạt bởi chitin và polygalacturonic acid. Hơn nữa, cây lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen Pb4 sẽ làm tăng cường tính kháng bệnh đạo ôn.

 

Tóm lại, nghiên cứu đã xác định được một gen kháng đạo ôn mới có tên là  Pb4, và cung cấp cơ sở lý luận để chúng ta hiểu rõ vai trò của  WAKs trong việc trung gian của tính kháng cây lúa  đối với bệnh đạo ôn.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38255904/

 

Tích hợp gen kháng rầy nâu trong điều kiện biến đổi khí hậu

 Tích hợp gen kháng rầy nâu trong điều kiện biến đổi khí hậu

Nguồn: Chih-Lu Wang, Pei-Qi Luo, Fang-Yu Hu, Yi Li, Chang-Lin Sung, Yun-Hung Kuang, Shau-Ching Lin, Zhi-Wei Yang, Charng-Pei Li, Shou-Horng Huang, Sherry Lou Hechanova, Kshirod K Jena, Chia-Hung Hsieh, Wen-Po Chuang. 2024. Pyramiding BPH genes in rice maintains resistance against the brown planthopper under climate change. Pest Manag Sci.; 2024 Apr; 80(4):1740-1750. doi: 10.1002/ps.7902.

 

Rầy nâu (BPH) có tên khoa học Nilaparvata lugens là đối tượng gây hại chính cho sản xuất lúa ở châu Á, làm thiệt hại năng suất rất lớn. Tích hợp (pyramiding) nhiều gen kháng BPH với tính trạng kah1ng đa dạng vào giống lúa trồng cao sản là chiến lược vô cùng hiệu quả để quản lý sâu hại này. Tuy nhiên, phản ứng của tổ hợp “pyramiding” như vậy với thay đổi của môi trường  vẫn chưa được biết rõ. Nhằm khắc phục lổ trống này, người ta tiến hành thực hiện 3 dòng lúa pyramiding (BPH2 + 32, BPH9 + 32, and BPH18 + 32) trong ngữ cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, đảm bảo tương tác giữa cây lúa và rầy nâu N. lugens đầy đủ. Sau đó, người ta thiết kế 3 nghiệm thức môi trường [30/25 °C (ngày/đêm) với nồng độ CO2 là 500 ppm, 32/27 °C (ngày/đêm) với nồng độ CO2 600 ppm, và 35/30 °C (ngày/đêm) với nồng độ CO2 là 1000 ppm].

 

Tất cả 3 dòng lúa tích hợp gen kháng duy trì được tính tráng rầy nâu trong 3 nghiệm thức nói trên. Đặc biệt là, dòng lúa BPH18 + 32 biểu hiện ảnh hưởng antibiotic (kháng sinh) và antixenosis (kháng hóa sinh) chống lại N. lugens. Bên cạnh đó dòng lúa BPH18 + 32 phục hồi chồi thân tốt hơn trong khi bị rầy nâu xâm nhiễm, trong khi hiệu suất của 2 dòng lúa tích hợp được chọn khác biến thiên di truyền. Mặc dù gen BPH2, BPH9, và BPH18 đặc trưng cho 3 alen ở cùng một locus, nhưng mức độ kháng của chúng với N. lugens có thể khác nhau trong những kịch bản biến đổi khí hậu khác nhau, minh chứng bởi hiệu suất của rầy nâu trên 3 dòng lúa pyramiding này.

 

Kết quả chỉ ra rằng tất cả 3 dòng lúa tích hợp gen kháng được khảo nghiệm duy trì được tính kháng côn trùng của chúng đối diện với các kịch bản biến đổi khí hậu. Tuy vậy, những dòng lúa này biểu hiện  phản ứng xua đuôi rất khác nhau và khả năng phục hồi khi phản ứng với biến đổi khí hậu cũng khác nhau. Do đó, tổ hợp các gen “pyramiding” cần được xem xét trong cải tiến giống lúa cao sản kháng rầy của tương lai.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38015011/

Gạo tăng cường sinh học nhằm chống lại sự thiếu hụt Vitamin B1

 Gạo tăng cường sinh học nhằm chống lại sự thiếu hụt Vitamin B1

Vitamin B1 là một vi chất dinh dưỡng cần thiết cho con người. Sự thiếu hụt của nó là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh về hệ thần kinh và tim mạch. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Geneva (UNIGE), phối hợp với các nhóm tại ETH Zurich và Đại học Quốc gia Chung Hsing (NCHU) của Đài Loan, đã đạt được tiến bộ đáng kể trong cuộc chiến chống lại tình trạng thiếu vitamin B1, thường liên quan đến chế độ ăn chủ yếu là gạo. Bằng cách nhắm mục tiêu cụ thể vào các mô nuôi dưỡng của hạt gạo, các nhà khoa học đã thành công trong việc tăng đáng kể hàm lượng vitamin B1 mà không ảnh hưởng đến năng suất nông nghiệp. Những kết quả này, được đăng trên Tạp chí Công nghệ sinh học thực vật, có thể giúp giải quyết một vấn đề sức khỏe cộng đồng lớn ở những vùng coi gạo là lương thực chính.

 

Hầu hết các loại vitamin cơ thể con người không thể tự sản xuất được mà phải được cung cấp qua chế độ ăn uống. Khi chế độ ăn uống đa dạng, nhu cầu vitamin thường được đáp ứng. Nhưng ở những cộng đồng nơi ngũ cốc như gạo là nguồn thực phẩm chính hoặc thậm chí là duy nhất thì tình trạng thiếu hụt là phổ biến. Điều này đặc biệt đúng với vitamin B1 (thiamine), sự thiếu hụt chất này sẽ gây ra nhiều bệnh về thần kinh và tim mạch.

 

Vitamin B1 trong gạo bị mất đi trong quá trình chế biến

 

Lúa là cây trồng chủ yếu của một nửa dân số thế giới, đặc biệt ở các nước nhiệt đới ở châu Á, Nam Mỹ và châu Phi. Hạt gạo có hàm lượng vitamin B1 thấp và các bước chế biến như đánh bóng (tức là loại bỏ cám bằng cách mài các lớp ngoại vi) thậm chí còn làm giảm hàm lượng vitamin B1 hơn nữa, chiếm tới 90%. Điều này làm trầm trọng thêm tình trạng thiếu hụt mãn tính.

 

Phòng thí nghiệm của Teresa Fitzpatrick, Giáo sư tại Khoa Khoa học Thực vật tại Khoa Khoa học UNIGE, chuyên về quá trình sinh tổng hợp và phân hủy vitamin ở thực vật. Nhóm của bà, phối hợp với một nhóm từ ETH Zurich và NCHU của Đài Loan, tập trung vào việc cải thiện hàm lượng vitamin B1 trong nội nhũ của gạo, tức là mô nuôi dưỡng tạo nên phần lớn hạt.

 

“Những nỗ lực trước đây của các nhóm khác đã thành công trong việc tăng hàm lượng vitamin B1 trong lá và cám - lớp ngoài của hạt gạo - nhưng không thành công trong hạt gạo ăn liền. Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đặc biệt nhắm mục tiêu tăng hàm lượng vitamin B1 trong nội nhũ”, Teresa Fitzpatrick, tác giả đầu tiên của nghiên cứu giải thích.

 

Các nhà khoa học đã tạo ra các dòng lúa biểu hiện gien cô lập vitamin B1 một cách có kiểm soát trong các mô nội nhũ. Sau khi trồng trong nhà kính, thu hoạch và đánh bóng hạt gạo, họ nhận thấy hàm lượng vitamin B1 trong hạt gạo từ những dòng này tăng lên. Sau đó, các dòng này được gieo hạt trên một cánh đồng thí nghiệm ở Đài Loan và được trồng trong vài năm.

 

Từ quan điểm nông học, các đặc điểm được phân tích là giống nhau đối với cả cây lúa biến đổi gien và không biến đổi gien. Chiều cao cây, số thân trên cây, trọng lượng hạt và khả năng sinh sản đều tương đương nhau. Mặt khác, hàm lượng vitamin B1 trong hạt gạo sau giai đoạn đánh bóng được nhân lên gấp 3 đến 4 ở các dòng cải tiến. Do đó, sự biến đổi này cho phép tích lũy vitamin B1 mà không ảnh hưởng đến năng suất.

 

“Hầu hết các nghiên cứu thuộc loại này được thực hiện với cây trồng trong nhà kính. Thực tế là chúng tôi có thể phát triển các dòng của mình trong điều kiện thực tế, rằng sự biểu hiện của gien biến đổi ổn định theo thời gian mà không có bất kỳ đặc tính nông học nào bị ảnh hưởng là điều rất hứa hẹn,” Giáo sư Wilhelm Gruissem nói.

 

Một bát gạo nặng 300 gam từ loại gạo này cung cấp khoảng 1/3 lượng vitamin B1 được khuyến nghị hàng ngày cho người lớn. Bước tiếp theo hướng tới mục tiêu tăng cường vitamin B1 cho cây trồng sinh học sẽ là theo đuổi phương pháp này trên các giống thương mại.

 

Lê Hồng Vân - Mard, theo sciencedaily