.png)
Silicon cải tiến sự tăng trưởng và chịu mặn của cây bắp
.png)
Nguồn: Muhammad Ali, Sobia Afzal, Aasma Parveen, Muhammad Kamran, Muhammad Rizwan Javed, Ghulam Hassan Abbasi, Zaffar Malik, Muhammad Riaz, Salman Ahmad, Muhammad Sohaib Chattha, Mohsin Ali, Qurban Ali, Muhammad Zahir Uddin, Muhammad Rizwan, Shafaqat Ali. 2020. Silicon mediated improvement in the growth and ion homeostasis by decreasing Na + uptake in maize (Zea mays L.) cultivars exposed to salinity stress. Plant Physiol. BioChem. 2021 Jan;158:208-218. doi: 10.1016/j.plaphy.2020.10.040.
Silicon (Si) có vai trò đóng góp đáng kể vào tính kháng của cây chống lại stress sinh học. Cho dù vậy, cơ chế chi tiết của nó với chức năng của Si trong việc làm giảm thiểu độc tố mặn của cây bắp (Zea mays L.) vẫn chưa rõ ràng. Nghiên cứu này chỉ ra phản ứng của Si được bón vào đất làm tăng cường sự tăng trưởng, sự trao đổi khí, sự điều tiết bảo hòa ion (ion homeostasis) và hoạt tính của những enzyme có tính chất antioxidant trong 2 giống bắp trồng (P1574 và Hycorn 11) grown under saline conditions. Stress mặn làm giảm đáng kể số lượng sinh khối mô (rễ và chồi thân), hàm lượng nước tương đối RWC (relative water contents), chỉ số bền của màng MSI (membrane stability index), bản chất trao đổi khí, và hoạt tính của enzyme có tính chất antioxidant i.e., superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), ascorbate peroxidase (APX) và catalase (CAT). Tuy nhiên, chất độc của cây bị kích hoạt do mặn làm tăng trong mô hàm lượng chất malondialdehyde (MDA), hydrogen peroxide (H2O2), tỷ lệ Na+/K+ , chuyển vị ion Na+ (từ rễ lên chồi thân), và sự hấp thu của nó. Ảnh hưởng được quan sát rõ nhất trong giống bắp Hycorn 11 hơn so với giống P1574 trong xử lý nghiệm thức stress mặn cao (S2; 160 mM NaCl). Bổ sung thêm Si làm giảm độc chất mặn, được quan sát rõ trên giống P1574 có quan hệ gần với giống Hycorn 11 chứng minh rằng: có xu hướng tăng của RWC, MSI, và hoạt tính của SOD, POD, APX, CAT. Bên cạnh đó, sự giảm stress mặn nhờ Si là do tỷ lệ ion Na+/K+ suy giảm, hấp thu ion Na+ giảm ở mặt ngoài vùng rễ bắp, trong chuyển vị ở tế bào mô bắp, do đó, giảm giảm đáng kể sự tích tụ ion Na+. Đây là một xu hướng mới liên quan đến vai trò Si trong sự tăng trưởng cây bắp dưới điều kiện bị mặn.
Năng suất bắp chống chịu nóng tăng nhờ hoạt động 6-phosphogluconate dehydrogenase
.png)
Nguồn: Camila Ribeiro, Tracie A. Hennen-Bierwagen, Alan M. Myers, Kenneth Cline, and A. Mark Settles. 2020. Engineering 6-phosphogluconate dehydrogenase improves grain yield in heat-stressed maize. PNAS December 29, 2020 117 (52) 33177-33185
Stress nóng làm giảm năng suất bắp bởi số hạt bắp không được đầy chắc hạt trong thời gian biến dưỡng sự vào chắt hạt (grain filling). Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất thời gian cây phơi nhiễm trong nhiệt độ nóng cực đoan khiến cây bị stress, và sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Người ta chứng minh rằng có một enzyme trong cơ chế biến dưỡng carbon trung tâm rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Nhờ tạo ra một trạng thái kháng nóng (heat-resistant form) của enzyme này trong một buồng riêng có quy mô tế bào chính xác, một số lượng lớn hạt bắp phát triển / từng cây được đếm trong suốt quá trình stress nóng trên ruộng thí nghiệm. cải tiến về di truyềncó thể được xem là cách tiếp cận tiến bộ làm hạn chế sự thất thoát năng suấtdo biến đổi khí hậu. Sinh tổng hợp tinh bột trong phôi nhũ là một chỉ thị đầu tiên của năng suất hạt và rất nhạy cảmđối với stress nóng. Men chloroplast-localized 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGDH), PGD3, rất cần thiết cho tinh bột nội nhũ tích tụ. Bắp có hai enzyme mang tính chất cytosolic (thuộc về dịch bào chất) đó là: PGD1 and PGD2, không cần thiết để phát triển hạt bắp (kernel). Người ta tìm ra cytosolic PGD1 và PGD2 isozymes có hoạt tính bền đối với nhiệt độ, trong khi đó, hoạt tính của PGD3 có trong amyloplas có tính chất không bền khi bị stress nóng. Xác định đích đến của 6PGDH bền vững với nhiệt độ nóng đối với amyloplasts trong nội nhũ bằng cách dung hợp lại Waxy1 chloroplast đánh dấu trình tự peptide coding của khung đọc mã của hai gen Pgd1 và Pgd2 (ORFs). Những protein dung hợp giữa WPGD1 và WPGD2 mang vào chloroplasts, chúng minh có một trình tự đích mang chức năng. Cây bắp transgenic biểu hiện mạnh mẽ WPGD1 và WPGD2 với promoter đặc biệt cho nội nhũ đã làm tăng lên hoạt tính của 6PGDH làm ổn định tính chịu nóng in vitro. WPGD1 và WPGD2 transgenes bổ sung cho kiểu hình của gen pgd3-còn thiếu trong hạt bắp, chỉ ra rằng dự tích hợp các proteins như vậy đều có trong amyloplast. Trên ruộng thí nghiệm, hai transgenes WPGD1 vàWPGD2 có thể làm giảm thiểu sự thất thoát năng suất trong nghiệm thức xử lý nóng vào ban đêm nhờ gia tăng được số hạt bắp đáng kể.
Ảnh hưởng của Si đối với bệnh đạo ôn lúa và cây lúa bị nhiễm độc tố As
.png)
Nguồn: Amelia Griffith, Patrick Wise, Rattandeep Gill, Michelle Paukett, Nicole Donofrio, Angelia L Seyfferth. 2021.Combined effects of arsenic and Magnaporthe oryzae on rice and alleviation by silicon. Sci Total Environ; 2021 Jan 1; 750:142209. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.142209.
Tác động của arsenic (As) và nấm đạo ôn Magnaporthe oryzae trên cây lúa đã được nghiên cứu rất nhiều, nhưng rất ít nghiên cứu làm thế nào cây lúa phản ứng với cả hai vấn đề nói trên. Tăng hàm lượng Si ngoại sinh (Si) có thể giảm bớt đi sự xâm nhiễm của nấm M. oryzae và sự hấp thu As, nhưng làm thế nào tăng được Si ngoại sinh để ảnh hưởng được stress của cả hai vấn đề nói trên - chưa có câu trả lời. Người ta trồng 3 giống lúa có mức biên thiên rộng về độ nhiễm bệnh với M. oryzae và sự gây độc của As, qua nghiệm thức xử lý Si thấp (50 μM, SiL), Si cao (1500 μM, SiH) -– có Si + không có As (4 μM, 80/20 As (III)/As(V)), có và không có xâm nhiễm của M. oryzae rồi xem xét tác động của các nghiệm thức As Si, mức trầm trọng của bệnh do M. oryzae, stress thông qua biểu hiện gen đích. Nghiệm thức SiH làm giảm hàm lượng As chồi thân khoảng 20-70% so với nghiệm thức SiL tùy thuộc vào giống lúa và sự phơi nhiễm của M. oryzae. Không có ảnh hưởng của Si hoặc As đối với phần trăm lá bệnh trong giống chống chịu As (M206), nhưng có ảnh hưởng đối với giống nhiễm As (giống IR66), nghiệm thức SiH làm giảm phần trăm lá bệnh khi không có As, không có tác động khi As có mặt. Trong giống lúa nhiễm M. oryzae (Sariceltik), cây lúa hấp thu SiH có vế bệnh lá ít hơn có ý nghĩa so với cây nhận SiL và cây có vết bệnh thấp nhất khi xử lý nghiệm thức SiH + As. Cây lúa được phởi nhiễm trong nghiệm thức As + M. oryzae bị stress nặng nhất, khi trồng trong nghiệm thức SiL. Phản ứng với stress thấp nhất trong nghiệm thức SiH . Xét nghiệm bệnh học độc lập với giống lúa Sariceltik cho thấy rằng giả thuyết này bị ngược lại, phởi nhiễm trong As làm giảm vết bệnh, đặc biệt ở nghiệm thức SiH, và làm yếu đi tác động của nấm M. oryzae. Kết quả cho thấy cây lúa được trồng có bón Si sẽ có thể chống chịu tốt với stress kép gây ra bởi bệnh đạo ôn và độ chất AS, và sẽ bị stress nặng nhất trong kịch bản thiếu Si.
Di truyền tính chống chịu ngập của đậu nành
.png)
Nguồn: Sanjeev K. Dhungana, Hong-Sik Kim, Beom-Kyu Kang, Jeong-Hyun Seo, Hyun-Tae Kim, Jae-Hyeon Oh, Sang-Ouk Shin & In-Yeol Baek. 2021. Analysis of differentially expressed genes in soybean leaf tissue of tolerant and susceptible cultivars under flooding stress revealed by RNA sequencing. Journal of Crop Science and Biotechnology; January 2021; vol. 24: 83–91.
Stress ngập làm suy giảm năng suất rất lớn trên toàn thế giới. Phát triển giống đậu nành chống chịu ngập làm giải pháp hiệu quả làm giảm ảnh hưởng tiêu cực của stress ngập. THông tin về phân tử đối với biểu hiện gen đích của giống chống chịu và giống nhiễm trong điều kiện bị stress ngập có thể giúp chúng ta cải tiến được giống đậuu nành chịu ngập. Mục tiêu nghiên cứu là phân tích các gen biểu hiện khác biệt nhau DEGs (differentially expressed genes) thông qua kỹ thuật RNA sequencing trong mô lá đậu nành giống kháng (‘Paldalkong’ và ‘Danbaekkong’); giống nhiễm là ‘NTS1116’ với stress ngập. Cây đậu nành non được trồng trong điều kiện có nước tưới đến giai đoạn V1–V2 và xử lý ngập bằng cách cho nước vào ngập ~ 10-cm thời gian ngập 14 ngày. Tổng cộng có 22.468 gen biểu hiện khác biệt trong điều kiện stress ngập so với điều kiện tưới bình thường; trong số đó có 13.729 gen biểu hiện khác biệt trong giống ‘Paldalkong’, 13.405 gen trong giống ‘Danbaekkong’, và 13.160 gen trong giống. Số lượng lớn có gen có liên quan đến chống chịu ngập mã hóa lipoxygenase, expansin, glutathione S-transferase, và sugar efflux transporter điều tiết theo kiểu UP trong giống chống chịu ngập so với giống nhiễm. Số lượng ABA liên quan đ8ến yếu tố phiên mã (TFs) của họ protein basic leucine zipper domain vàmyeloblastosis đều cao hơn trong giống chống chịu so với giống nhiễm. Thông tin về DEGs của giống chống chịu và giống nhiễm có thể rất giá trị giúp người ta cải tiến giống đậu nành cao sảnh chống chịu ngập.
Chỉnh sửa gen cây cà chua bằng công nghệ Target-AID
.png)
Nguồn: Johan Hunziker, Keiji Nishida, Akihiko Kondo, Sanae Kishimoto, Tohru Ariizumi & Hiroshi Ezura. 2020. Multiple gene substitution by Target-AID base-editing technology in tomato. Scientific Reports volume 10, Article number: 20471 (2020)
Sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen Target-AID (Target activation-induced cytidine deaminase) với CRISPR-Cas 9 dung hợp được menAID (activation-induced cytidine deaminase) cho kết quả bổ sung cytidine với một thymine. Theo kết quả thí nghiệm trước đây, người ta tập trung vào một gen đích, gen đơn, hệ thống ấy được báo cáo chạy thông suốt với nhiều loài cây trồng phổ biến, trong đó có cây cà chua (Solanum lycopersicum L.). Theo nghiên cứu này, người ta sử dụng công nghệ Target-AID đối với nhiều gen cùng một lúc (target multiple genes) liên quan đến giải mã của protein carotenoid trong cây cà chua. Người ta chọn ra 3 gen, đó là SlDDB1, SlDET1 và SlCYC-B, có vai trò trong kết quả tích tụ hàm lượng carotenoid. Trong 12 dòng chỉnh sửa gen thế hệ T0, người ta thu nhận được 10 dòng T0 độc lập nhau mang những nucleotide substitutions trong 3 gen đích nói trên, với nhiều versions của alen đối với từng gen đích. Hai dòng chỉnh sửa gen cho kết qua khác biệt có ý nghĩa về hàm lượng carotenoid. Điều đó chứng minh rằng: công nghệTarget-AID là công cụ rất hiệu quả để chỉnh sửa nhiều gen cùng một lúc với nhiều allelic versions.
.png)
Hình 1: Đại diện của SlDDB1, SlDET1 và SlCYC-B target sites. Mỗi gen ứng cử viên, (a) SlDDB1, (b) SlDET1và (c) SlCYC-B, với đột biến chủ đích, và được diễn giải di truyền (annotated) tương ứng từng trường hợp so với nucleotide đầu tiên tại start codon của trình tự gen. Hộp đen biểu thị exons và đường thẳng biểu thị introns hoặc UTR. Gạch chéo đôi biểu thị introns size được rút gọn. Tam giá màu đỏ biểu thị đích được đánh dấu bởi Target-AID tương ứng với vị trí nucleotides của gen.
