Nguồn: Thomas R Aalders, Mara de Sain, Fleur Gawehns, Nina Oudejans, Yoran D Jak, Henk L Dekker, Martijn Rep, Harrold A van den Burg, Frank L W Takken. 2024. Specific members of the TOPLESS family are susceptibility genes for Fusarium wilt in tomato and Arabidopsis.Plant Biotechnol Journal; 2024 Jan; 22(1):248-261. doi: 10.1111/pbi.14183.

Bệnh qua mạch dẫn gây héo rủ cây do nấm Fusarium oxysporum là đe dọa chính đối với nhiều loài cây trồng. Tính kháng di truyền khá hiếm và khả năng khắc phục không thể được bởi sự xuất hiện của những nòi địa lý mới (races). Muốn xác định tính kháng di truyền bền vững và tính kháng “non-race-specific” (có tính chất chuyên biệt nòi địa lý) đối với bệnh “Fusarium wilt”, tác giả thiết kế thí nghiệm xác định các chủ đích của “effector” trong cây cà chua mà nơi ấy trung gian tính nhạy cảm với nấm gây bệnh. Tác giả sử dụng “SIX8” là effector protein - một thành tố độc tính quan trọng và bảo thủ hiện diện trong nhiều mẫu phân lập (isolates) của nấm F. oxysporum. Sử dụng kỹ thuật xét nghiệm “protein pull-downs” và “yeast two-hybrid”, protein SIX8 đã được tìm thấy có tương tác với hai thành viên của họ gen TOPLESS trong cà chua: đó là TPL1 và TPL2. Đột biến “loss-of-function” gen TPL1 làm giảm mạnh mẽ mức độ nhiễm bệnh với “Fusarium wilt” và đột biến kép tpl1;tpl2 gây ra mức độ kháng cao hơn. Tương tự, gen tpl;tpr1 mutants của Arabidopsis ít bị bệnh một cách có ý nghĩa với nghiệm thức chủng F. oxysporum so sánh với cây nguyên thủy (wildtype). Người ta kết luận rằng TPLs mã hóa các gen nhiễm mà đột biến của chúng có thể liên quan đến tính kháng nấm F. oxysporum.
Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10754003/

 

 

Nguồn: Ariana Casas-Román, María-José Lorite, Juan Sanjuán, María-Trinidad Gallegos. 2024. Two glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases with distinctive roles in Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000. Microbiol Research; 2024 Jan:278: 127530. doi: 10.1016/j.micres.2023.127530.

  

Triệu chứng bệnh do vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. tomato

Men “glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase” (GAPDH hoặc Gap) là một enzyme phân bố có tính chất khắp mọi nơi, chúng có vai trò rất cần thiết cho quá trình glycolytic (đường phân) và gluconeogenic (tạo ra glucose). Tuy nhiên, các vai trò kèm theo đã và đang được người ta mô tả không có liên quan gì đến chức năng enzyme trong sinh vật đa dạng, thường gắn kết với sự có mặt của nó trên bề mặt tế bào hoặc như một protein bài tiết. Mặc dù là một mô hình của những prtein đa chức năng hay còn gọi “moonlighting proteins”, người ta vẫn biết rất ít vai trò của nó trong vi khuẩn gây bệnh thực vật. Theo công trình nghiên cứu này, người ta nghiên cứu ba gen giả định có tính chất đồng dạng nhưng thiếu một đặc điểm (gap paralogous genes) được phân lập trong hệ gen con vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. tomato (Pto) DC3000, một mô phỏng quan trọng về phát sinh bệnh cây mức độ phân tử, nhằm mục đích xác định vai trò sinh lý học và vai trò không chính thức (non-canonical) của vi khuẩn này và trong tiến trình nó xâm nhiễm vào cây. Tác giả thiết lập được Gap1 protein có hoạt tính đường phân một cách ưu thế (predominantly glycolytic), trong khi hoạt tính của NADPH-dependent Gap2 là tạo ra glucose (gluconeogenic). Thể đồng dạng thứ ba này thiếu hoạt tính GAPDH trong Pto nhưng không thể thiếu cho biến dưỡng vitamin B6 và hiển thị hoạt động của erythrose-4-phosphate dehydrogenase, do vậy, liên quan như vai trò epd. Cả những Gap enzymes đều biểu hiện đặc điểm chức năng riêng biệt tùy thuộc vào trạng thái sinh lý của vi khuẩn, với sự có mặt của Gap1 biểu thị nên vai trò quan trọng trong vận động, sản sinh ra “biosurfactant” và hình thành “biofilm”. Mặt khác, chỉ có Gap2 biểu thị sự cần thiết cho sự tăng trưởng của cây cà chua. Hơn nữa, Gap1 và Gap2 biểu hiện một sự điều tiết phiên mã rất chuyên biệt và cả hai protein này đều được xác định, xuất ra bên ngoài tế bào với các thành phần môi trường xác định khác nhau. Điều này là bằng chứng hết sức thuyết phụcvề vai trò bổ sung ngoài chức năng trao đổi vật chất biến dưỡng trung tâm của chúng.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37890268/

 

Nguồn: Banashree Saikia, Remya S, Johni Debbarma, Jitendra Maharana, G Narahari Sastry, C Chikkaputtaiah. 2024. CRISPR/Cas9-based genome editing and functional analysis of SlHyPRP1 and SlDEA1 genes of Solanum lycopersicum L. in imparting genetic tolerance to multiple stress factors. Frontiers in Plant Science; Volume 15 - 2024 | doi: 10.3389/fpls.2024.1304381

  

CRISPR/Cas là một đột phá trong hệ thống chỉnh sửa gen bởi vì mức độ chính xác của nó, sự chuyên biệt có tính chất vị trí mục tiêu và sự hiệu quả. Là một hệ thống cải tiến giống tốc độ, nó mạnh mẽ hơn so với cải tiến giống thông thường và những phương pháp tiếp cận công nghệ sinh học để cải tiến tính trạng định tính và định lượng. Cà chua (Solanum lycopersicum L.) là loài cây trồng có giá trị kinh tế quan trọng, nhưng năng suất thường bị đe dọa bởi stress sinh học và stress phi sinh học khác nhau. Gần đây, người ta xác định được SlHyPRP1 và SlDEA1 là hai gen điều tiết có tiềm năng khi cây phản ứng với stress phi sinh học (khô hạn, mặn) và stress sinh học ( bệnh đốm lá vi khuẩn, bệnh héo rủ vi khuẩn) của S. lycopersicum L. Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá tính chống chịu khô hạn, mặn, bệnh đốm lá vi khuẩn và bệnh héo rủ vi khuẩn của cây S. lycopersicum L. thông qua phương pháp chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR/Cas9 của hai gen SlHyPRP1 và SlDEA1, phân tích chức năng gen. Phân tử transient đơn và cặp gen SlHyPRP1 và SlDEA1 trong hệ thống chỉnh sửa CRISPR đã phản ứng kiểu hình tốt hơn với nhiều stress theo kết quả nghiên cứu này. Cây có chỉnh sửa gen SlHyPRP1 và SlDEA1 biểu hiện mức độ cao hàm lượng diệp lục và proline so với cây nguyên thủy WT trong điều kiện bị stress phi sinh học. Tích tụ gốc ô xi tự do (ROS) và số tế bào chết trên diện tích lá, rễ dưới diều kiện stress sinh học ít hớn trong cây “CRISPR-edited SlHyPRP1 và SlDEA1” so với cây WT. Kết quả cho thấy: kết hợp đột biến “loss-of-function” gen SlHyPRP1 với gen SlDEA1 rất cần cho sự truyền tính trạng chống chịu nhiều stress cùng một lúc (khô hạn, mặn, bệt đốm lá, bệnh cháy rủ) của cây S. lycopersicum L. Đặc điểm chính là định tính được một cách chi tiết di truyền của gen SlDEA1, một họ gen đuộc ít nghiên cứu 8CM trong chống chịu “multi-stress” thông qua hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Nghiên cứu ghi nhận vai trò chủ chốt của chức năng gen “negative regulatory SlDEA1” như một gen có bản chất neo giữ (anchor gene) với SlHyPRP1 di truyền tính chống chịu đa stress của cây S. lycopersicum L. Thú vị là nghiên cứu này còn cho thấy các sự kiện của “transient CRISPR/Cas9 editing” của gen SlHyPRP1 và SlDEA1 được tái bản thành công và ổn định trong hệ gen bố mẹ, dòng chỉnh sửa thế hệ GEd0 và thế hệ GEd1 của cây cà chua. Với những kết quả này, người ta chúng minh được giá trị giá trị vượt trội trong phát triển tính chống chịu đa stress cùng một lúc của cây S. lycopersicum L. và loài cây trồng khác trong biến đổi khí hậu.
Xem https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2024.1304381/abstract

 

Nguồn: Fengyuan Xu, Tongbing Su, Xiaochen Zhang, Lei Qiu, Xiaodong Yang, Nobuya Koizuka, Shin-ichi Arimura, Zhongyuan Hu, Mingfang Zhang, Jinghua Yang. 2024. Editing of ORF138 restores fertility of Ogura cytoplasmic male sterile broccoli via mitoTALENs. Plant Biotechnology Journal; First published: 11 January 2024; https://doi.org/10.1111/pbi.14268

  

 

Bất dục đực tế bào chất CMS (cytoplasmic male sterility), được điều khiển bởi di truyền trong khung đọc mã (ORF) của ty thế bộ, đã và đang được khai thác sử dụng để sản xuất hạt lai kinh tế. Tuy vậy, sử dụng CMS cũng cản trở việc khai thác biến thiên di truyền bất dục và hữu thụ khi không có dòng phục hồi phấn hoa, dòng này có bản chất di truyền rất hẹp (narrows the genetic background) và làm suy giảm đa dạng sinh học. Ở đây, người ta sử dụng một hệ thống chỉnh sửa gen có tên là mito TALENs (mitochondrial targeted transcription activator-like effector nuclease) để thực hiện “knock out” gen ORF138 từ bất dục được tế bào chất của cây cải broccoli “Ogura CMS broccoli hybrid”. Kết quả knockout được xác định bởi kỹ thuật khuếch đại và chạy “re-sequencing read mapping” trong hệ gen ty thể bộ. Theo đó, knockout gen ORF138 phục hồi phân hóa của CMS hybrid, và đồng thời biểu hiện nhạy cảm bất dục đực với nhiệt độ lạnh. Sự xử lý ORF138 như vậy có bản chất di truyền ổn định trong thế hệ kế tiếp, cho phép sử dụng trực tiếp tiến trình cải tiến giống. Bên cạnh đó, người ta đề nghị làm ra “toolkit” có tính chất tin cậy cao, hiệu quả về kinh tế nhằm thúc đẩy chu kỳ sống của các dòng hữu thụ từ hybrids của bông cải xanh CMS. Áp dụng kỹ thuật “k-mean clustering” và phân tích mạng tương tác, người ta xác định được các “gene networks” trung tâm, bao gồm phục hồi phấn hoa và bất dục đực do lạnh. Kết quả nghiên cứu cho phép thực hiện chỉnh sửa gen ty thể bộ qua hệ thống mitoTALENs của giống cây trồng thuộc họ Brassicaceae. Kết quả cung cấp minh chứng hệ thống làm việc “sex production machinery” và khả năng đáp ứng nhiệt độ lạnh được điều tiết bởi ty thể bộ.
Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14268

  

 

Hình: Thực hiện knockout gen CMS-associated ORF138 của Ogura cytoplasmic male sterile hybrid cây bông cải xanh qua hệ thống chỉnh sửa gen “mitoTALENs”.