BẢN TIN KHOA HỌC

 

Biểu hiện “papain” trong tế bào chất của Escherichia coli nhờ kỹ thuật di truyền “T7-promoter” và kỹ thuật đồng thể hiện với gen mã hóa protein người “disulfide isomerase” (PDI) và thiol peroxidase (GPx7)

Nguồn; Md Anarul Hoque, Richard A Gross, Mattheos A G Koffas. 2025. Papain expression in the Escherichia coli cytoplasm by T7-promoter engineering and co-expression with human protein disulfide isomerase (PDI) and thiol peroxidase (GPx7) genes. Appl Environ Microbiol.; 2025 Jan 31; 91(1):e0211924. doi: 10.1128/aem.02119-24.

 

  

Những khó khăn tồn tại trong việc thu nhận rpotein “papain” có chiều dài đầy đủ, gấp cuộn chính xác, và chất papain hòa tan được hoặc men proteases giống như papain, tất cả đòi hỏi những chiến lược luân phiên nhau trong khai thác. Nghiên cứu này mô tả sự phát triển của một chủng nòi vi khuẩn Escherichia coli có thể sản sinh ra papain hòa tan đượcmà không cần tiêu tốn thời gian rất phức tạp trong các bước gấp cuộn lại in vitro. Để tăng cường việc sản sinh ra papain hòa tan được, người ta tiến hành thao tác trên những “T7 promoters” và một papain tái tổ hợp đã dung hợp theo cách thức dịch mã với nhiều tags khác nhau, được thiết kế có hệ thống. Những tags này bao gồm “maltose-binding protein”, “ubiquitin modifier protein” kích thước bé, và “glutathione transferase”. Một chủng nòi E. coli SHuffle được thao tác để tích tụ được hydrogen peroxide (H2O2) nhờ gián đoạn tiến trình phản ứng redox. Điều này được hoàn thiện bằng cách cho đồng biểu hiện những cấu trúc hợp nhất với hai proteins người định vị tại mạng võng nội chất, “thiol peroxidase glutathione peroxidase-7” (GPx7), và protein “disulfide isomerase” (PDI). Khả năng ô xi hóa của H2O2 được sử dụng để cải tiến việc hình thành cầu nối disulfide của papain. Cặp đôi hợp nhất GPx7-PDI đóng vai trò quan trọng trong tiêu thụ H2O2 có hại phát sinh bởi tế bào SHuffle. Việc tiêu thụ H2O2 đã giúp cho cung cấp điều kiện ô xi hóa đầy đủ để sản sinh ra đủ hàm lượng papain dễ hóa tan. Trong thí nghiệm bình lắc, chủng nòi tái tổ hợp sản sinh ~110 mg/L papain. Hơn nữa, trong lên men hàng loạt, năng suất tính theo thể tích đạt ~349 mg/L. Kết quả cung cấp những hiểu biết sâu sắc về “papain” tái tổ hợp do vi khuẩn sinh ra, điều này có thể dẫn đến chủng nòi được sản xuất công nghiệp hòa toàn khả thi.
Điểm nhấn quan trọng: Papain, một protease như cystein, có ứng dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đó là công nghiệp thức phẩm, hóa chất, dược phẩm và polymer. Tuy vậy, sự phân lập theo kiểu truyền thống này của papain từ cây đu đủ Carica papaya cho kết quả trong một phức tra trộn hỗn hợp của những proteases. Kết quả pha trộn protease như vậy không có khả năng hiểu được enzyme thành phần nào đóng góp vào quá trình chuyển đổi chất nền. Nồng độ của những enzymes chính hình như khác nhau tùy theo độ chính của trái đu đủ. Cũng như vậy, những “constituent enzymes” nói trên của trái đu đủ khác nhau về hoạt tính tối ưu như chức năng của nhiệt độ hay độ chua pH. Do đó, thông qua sử dụng “papain-like enzymes” từ trái đu đủ, thông tin có giá trị khoa học về hoạt tính của enzyme thành phần và tính chuyên biệt bị mất. Nhiều phương pháp đã được báo cáo đề làm thuần khiết papain và enzyme giống như papain từ hỗn hợp thô này Thông thường, phương pháp bao gồm ít nhất 3 bước, trong đó có chromatography cột để tách biệt 5 cysteine proteases. Tiến trình như vậy đặc trưng của tiến trình quá đơn giản để sản xuất enzyme tinh khiết trong trái đu đủ Carica papaya. Hàng loạt ứng dụng papain cho quy trình công nghiệp, cũng như khả năng của một số thành phần nào đó trong tạp chất dịch trích chất papain sẽ được ưa chuộng để áp dụng, đòi hỏi phương pháp thay thế như biểu hiện tái tổ hợp của hệ thống sản sinh có tính chất vi sinh vật để đáp ứng nhu cầu rất cao của thế giới đối với papain.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39589110/

 

Chỉnh sửa gen kháng bệnh xoăn lá cà chua do virus chủng nòil New Delhi (ToLCNDV)

Nguồn: Muhammad Ayyaz Ali, Muhammad Azmat Ullah Khan, Habiba Naz, Muniba Abid Munir Malik, Umer Rashid, Naeem Mahmood Ashraf, Amber Afroz, Muhammad Shafiq, Abdul Qayyum Rao. 2025. CAS9 Mediated In-Planta Defence Strategy Against Tomato Leaf Curl New Delhi Virus (ToLCNDV) in Tomato. Journal of Phytopathology; 05 February 2025; https://doi.org/10.1111/jph.70026

 

  

 

Hình: Tomato lead curl disease

Bệnh xoăn lá cà chua chủng nòi New Delhi (Tomato leaf curl New Delhi virus: ToLCNDV), là một begomovirus, gây ra triệu chứng xoăn lá trầm trọng, cây lùn, giảm năng suất cà chua thực sự đe doạn vùng canh tác cà chua trên thế giới. Chỉnh sửa hệ gen nhơ hệ thống CRISPR/Cas9-có tiềm năng to lớn để phát triển cây trồng kháng bệnh này. Nghiên cứu đã tập trung thành công trong thiết kế một chiến lược chính xác và hiệu quả việc phòng chống ToLCNDV. Năm mục tiêu đích then chốt trong genome siêu vi, rất cần để nó tự tái bản và phát sinh bệnh, được người ta chọn lọc. Năm vec tơ thiết kế để Cas9 biểu hiện, ong song với dòng vô tính gây bệnh ToLCNDV, được chuyển nạp vào cây cà chua. Ba vec tơ thiết kế (constructs) làm xáo trộn có hiệu quả hệ gen của siêu vi ToLCNDV. Ba constructs này là 1T, 2T, và 4T, được lựa chọn dựa trên triệu chứng bệnh nặng nhẹ. Họ biểu thị nồng độ virus tương đối thấp với nghiệm thức 0.5, 0.42, và 0.25 nhờ kỹ thuật qPCR vào lúc 3, 6, và 9 ngày sau khi co-infiltration(đồng xâm nhiễm), theo thứ tự. Cây đối chứng “positive” biểu thị các dầu hiệu có ý nghĩa của lây nhiễm bệnh như lá hóa màu vàng, gân lá dầy lên, hầu hết đọt lá ngọn bị xoăn cuộn. So sánh, cây được thao tác với ba vec tơ Cas9 có lá hơi vàng, rồi hồi phục sau khoảng 21-dpi (ngày sau khi chủng bệnh). Bên cạnh, người ta đánh giá đặc điểm nông học của cây cà chua Cas9 thông qua chuyển nạp gián tiếp nhơ Agrobacterium với ba phân tử ngắn được chọn (gRNA) constructs trong điều kiện nhà kính. Cũng giống vậy, phân tích qPCR phân tử Cas9 protein ở giai đoạn 7, 14, và 21-day của khoảng thời gian, cho kết quả biểu hiện 0.85, 0.76 và 0.51, theo thứ tự trong cây được chỉnh sửa di truyền (GE) thông qua chuyển nạp gen sửa. Kết luận, nghiên cứu này đóng góp vào kết quả chỉnh sửa hệ gen nhờ hệ thống CRISPR-Cas9 thành công. Phát hiện này chứng minh được hiệu quả của hệ thống CRISPR/Cas9 trong việc đạt được công nghệ di truyên bền vững giúp cà chua kháng được siêu si ToLCNDV, hiệu quả chuyển nạp 30%. Nghiên cứu minh chứng con được đầy tiềm năng của công nghệ này liên quan đến tính kháng đơn hoặc đa viruses của nhiều loài cây trồng.
Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jph.70026

 

Khai thác cơ chế di truyền tính kháng và phân lập QTLs điều khiểu tính kháng rầy nâu trên bộ giống lúa (Oryza sativa L.) vùng canh tác lúa nhiệt đới và cận nhiệt đới

Nguồn; Fugang Huang, Zongqiong Zhang, Shuolei Liao, Juan Shen, Lanzhi Long, Jingying Li, Xiaohui Zhong, Zuyu Liao, Baiyi Lu, Fahuo Li, Zhe Jiang, Ling Cheng, Caixian Wang, Xiuzhong Xia, Xinghai Yang, Hui Guo, Baoxuan Nong, Danting Li & Yongfu Qiu. 2025. Exploring resistance mechanisms and identifying QTLs for brown planthopper in tropical and subtropical rice (Oryza sativa L.) germplasm. Theoretical and Applied Genetics; February 20 2025; vol.138; article 49

 

  

 

 

Tập đoàn giống lúa nhiệt đới và cận nhiệt đới bao gốm 4006 mẫu giống được sàng lọc tính kháng rầy nâu, và cơ chế kháng của 63 mẫu giống lúa kháng cao được định tính. Kết quả dẫn đến xác lập ba QTLs kháng rầy nâu mới: Bph47, Bph48, và Bph49.
Rầy nâu (BPH) là côn trùng chích hút gây hại cây lúa gây ra thiệt hại lớn trên quy mô toàn thế giới. Phát hiện được nguồn vật liệu hay gen mới kháng BPH rất cần thiết để là tăng mức đa dạng di truyền trong cải tiến giống lúa. Theo đó, 4006 mẫu giống lúa nhiệt đợi và cận nhiệt đới được thanh lọc rầy nâu ở giai đoạn mạ, và có 63 mẫu giống lúa kháng rầy cao được xác định. Trong đó, 59 mẫu giống biểu hiện rất kháng rầy nâu ở giai đoạn lúa trưởng thành. Như vậy 63 mẫu giống lúa này có đặc tính nông học rất đa dạng, mặc dù không phải tất cả đều đạt yêu cầu. Đánh giá khoa học về antixenosis (kháng xua đuổi), antibiosis (kháng hóa sinh), và tolerance (chống chịu) chỉ ra rằng cơ chế tính kháng này rất đa dạng trong 63 mẫu giống, với đa số (39/63) biểu hiện tính chất antixenosis và antibiosis. Quan sát kính hiển vi và đánh giá sinh lý cho thấy những khác biệt có ý nghĩa trong cấu trúc bó mạch dẫn truyền, lượng chất xơ, và hoạt tính của những enzyme phòng vệ giữa 63 mẫu kháng cao và 27 mẫu giống nhiễm rầy. Hơn nữa, phân tích tương quan cho thấy tương quan thuận giữa tính kháng BPH và các thông số như hàm lượng trypsin inhibitor (RTI) của cây lúa, chiều rộng của tầng mô cứng sclerenchyma (WSL). Phân tích di truyền quần thể con lai F2:3 từ 4 mẫu giống kháng lai với giống nhiễm rầy 9311, phân lập được ba QTLs chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 1L (690 kb và 1.84 Mb) và nhiễm sắc thể 5S (295 kb). Kết quả nghiên cứu làm giàu thêm nguồn vật liệu cho gen kháng BPH, phác họa được cơ chế kháng BPH.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04839-6

Tính chất chọn lọc của phân tử tRNA ở giai đoạn kiểm soát phẩm chất liên quan đến ribosome, có khả năng điều tiết nhiệt độ cần thiết làm bất dục đực trong lúa lai hai dòng.

Nguồn: Can Zhou, Chunyan Liu, Bin Yan, Jing Sun, Shengdong Li, Ji Li, Jia Wang, Xiahe Huang, Wei Yan, Shuying Yang, Chenjian Fu, Peng Qin, Xingxue Fu, Xinghui Zhao, Yaxian Wu, Xianwei Song, Yingchun Wang, Wenfeng Qian, Yuanzhu Yang, and Xiaofeng Cao. 2025. tRNA selectivity during ribosome-associated quality control regulates the critical sterility-inducing temperature in two-line hybrid rice. PNAS, February 6, 2025 122 (6) e2417526122; https://doi.org/10.1073/pnas.2417526122

Trong hệ thống lúa lai hai dòng, nhiệt độ cực trọng gây bất dục đực (CSIT) là ngưỡng then chốt quyết định dòng bất dục do nhiệt (TGMS: thermo-sensitive genic male sterile). Tuy nhiên, các báo cáo về cơ chế điều tiết tính trạng CSIT rất hạn chế.

Ở đây, người ta chứng minh được sự thay vào amino acid (T552I) trong protein lúa Rqc2 (ribosome-associated quality control 2) làm tăng CSIT của dòng TGMS mang gen thermo-sensitive genic male sterility 5 (tms5). Đột biến T552I làm giảm mức độ cải biên alanine và threonine ở đầu C (CATylation) từ chuỗi nguyên thủy và thay đổi tính chọn lọc của tRNA trong thời kỳ RQC (ribosome-associated quality control: kiểm soát phẩm chất có liên quan đến ri bô thể), do đó, làm tăng mức độ trưởng thành của tRNA-Ser/Ile và nâng CSIT của dòng tms5. Công trình này gắn với nội dung chọn lọc tRNA khi CATylation (CAT bị biến hóa) thành CSIT trong cây lúa, làm sâu sắc sự hiểu biết của chúng ta về hệ thống điều tiết điều khiển CSIT trong dòng lúa TGMS có gen tms5.

Hệ thống lúa lai hai dòng, một công nghệ lúa lai tiên tiến, đã và đang góp phần nâng cao chiến lược an ninh lương thực. Trong dòng TGMS, tính bất dục đu6c bị kích thích bởi nhiệt độ (CSIT; nhiệt độ mà ở đó dòng TGMS chuyển đổi từ đực hữu thụ thành đực bất thụ). Gần đây người ta khám phá được gen thermo-sensitive genic male sterility 5 (tms5), một locus bất dục biểu hiện kết quả 95% trên dòng lúa TGMS, dẫn đến tích tụ mạnh mẽ 2′,3′-cyclic phosphate (cP)-ΔCCA-tRNAs và một khiếm khuyết của phân tử mature tRNAs, mà phân tử này là cơ chế di truyền phân tử của dòng TGMS mang gen tms5. Tuy vậy, có một ít báo cáo về cơ chế điều tiết việc điều khiển tính trạng CSIT. Người ta xác định được một suppressor của tms5, một thay thế amino acid (T552I) trong Rqc2 lúa (ribosome-associated quality control 2), làm tăng CSIT của dòng lúa tms5 thông qua cải biên “C-terminal alanine và threonine” (CATylation). Sự thay vào này làm cho thay đổi tính chọn lựa của tRNA, kết quả là tuyển dụng các tRNAs khác để A-site của ribosome và mức độ chuyển hóa CATylation bởi OsRqc2 khi điều khiển chất lượng ribosome (RQC), một tiến trình cứu sống các ribosome bị đình trệ và làm phân giải các chuỗi nguyên thủy có tình trạng bất bình thường khi dịch mã kéo dài. Hơn nữa, đột biến khôi phục lại mức độ phân tử tRNA-Ser/Ile trưởng thành để làm tăng CSIT của dòng lúa tms5. Kết quả cho thấy nguồn gốc của cP-ΔCCA-tRNAs tích tụ mạnh mẽ trong dòng tms5, cung cấp kiến thức sâu hơn về mạng lưới điều tiết tính trạng CSIT của dòng lúa TGMS mang gen tms5.
Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2417526122

 

  

Hình: T552I, một residue có tính chất biệt hóa của của OsRqc2 trong vi khuẩna, archaea, và eukaryotes, làm tăng lên CSIT của gen tms5.