Kỹ thuật chỉnh sửa biểu sinh mới cải thiện cây trồng

 Kỹ thuật chỉnh sửa biểu sinh mới cải thiện cây trồng

Nghiên cứu tiên phong dẫn đầu bởi TS. Rebecca Bart, thành viên, Trung tâm Khoa học Thực vật Donald Danforth và các cộng tác viên của cô tại Đại học California ở Los Angeles và Đại học Hawaii ở Manoa, đã chứng minh rằng một công nghệ mới, chỉnh sửa biểu sinh, có thể làm giảm các triệu chứng CBB trên cây sắn đồng thời vẫn duy trì sinh trưởng và phát triển bình thường.

 

Những phát hiện này sẽ không chỉ làm tăng khả năng kháng CBB của sắn với tiềm năng cải thiện năng suất cho nông dân mà còn đặt nền móng cho việc sử dụng chỉnh sửa biểu sinh để cải thiện các loại cây trồng khác. Công trình của họ, Cải thiện khả năng kháng bệnh bạc lá ở sắn bằng cách chỉnh sửa bộ gen biểu sinh, gần đây đã được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.

 

Nhà nghiên cứu cấp cao của Danforth và tác giả chính TS.Kira Veley cho biết: “Đây là lần đầu tiên quá trình methyl hóa có mục tiêu được sử dụng để đưa một đặc điểm nông học vào một loại cây trồng quan trọng”. Nhóm nghiên cứu đã triển khai công nghệ này để cố tình cải thiện khả năng kháng bệnh đối với CBB và kết quả là cây sắn có các triệu chứng bệnh trên lá nhỏ hơn và ít dữ dội hơn.

 

Chủ tịch, Giám đốc điều hành của Trung tâm Danforth và đồng tác giả, TS. Jim Carrington, cho biết: “Di truyền biểu sinh là một quá trình tự nhiên mà các tế bào sử dụng để kiểm soát biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA và quá trình methyl hóa là một kiểu 'trang trí' DNA như vậy”.

 

Nghiên cứu này là kết quả của sự hợp tác lâu dài giữa các nhà khoa học của Trung tâm Danforth và phòng thí nghiệm của Steve Jacobsen tại UCLA. Phòng thí nghiệm Jacobsen tiến hành nghiên cứu cơ bản về quá trình methyl hóa và biểu sinh. Công việc của họ là một minh chứng một cách rõ ràng về giá trị của việc áp dụng các kỹ thuật mới cho các loài cây trồng có nguồn lực hạn chế và phương pháp của họ có tiềm năng được nhân rộng thành công trong nhiều hệ thống cây trồng khác trong tương lai.

 

"Một trong những điều tuyệt vời của dự án này là sự chuyển giao thành công kiến thức giữa một hệ thống cây trồng kiểu mẫu, cây Arabidopsis và cây sắn, cây trồng quan trọng đối với an ninh lương thực. Các loại cây trồng như cây sắn thường bị bỏ lại phía sau khi nói đến những bước tiến mới trong công nghệ. Bart cho biết: “Đây là một lý do khiến chúng tôi đặc biệt vui mừng khi lần đầu tiên áp dụng những công cụ này trên cây sắn".

 

Phòng thí nghiệm Bart đang tiếp tục điều tra bệnh bạc lá do vi khuẩn gây hại sắn, bao gồm xác định các yếu tố môi trường dẫn đến bùng phát và biến đổi khí hậu toàn cầu sẽ ảnh hưởng đến bệnh như thế nào. Các nhà nghiên cứu cũng quan tâm đến tính di truyền của tính trạng kháng CBB mới của chúng và hiện đang trồng cây ở Hawaii để kiểm tra tính di truyền qua các thế hệ. Ngoài CBB, một số loại vi-rút làm hạn chế năng suất sắn và vì vậy nhóm rất vui mừng được tiếp tục công việc của mình và có khả năng phát triển các chiến lược kiểm soát mới đối với các bệnh khác.

Tổng quan về chiến lược cải thiện khả năng kháng bệnh bằng cách sử dụng chỉnh sửa biểu sinh. A Bên trái: Ví dụ về cây sắn bị nhiễm CBB (cassava bacterial blight) trên đồng ruộng (Uganda, 2019). Bên Phải: Vùng được chọn từ lá bên trái. Các vùng ngâm nước được chỉ định bằng mũi tên trắng. B Biểu diễn đồ họa của chiến lược kháng bệnh CBB biểu sinh. Mặt trên: Ở thực vật WT, TAL20 từ Xam liên kết với một trình tự cụ thể (EBE) có trong trình tự khởi động của gen S MeSWEET10a. Khi gắn kết, TAL20 gây ra biểu hiện ngoài tử cung của MeSWEET10a, một chất vận chuyển đường, cần thiết để hình thành bệnh. Một tổn thương 'ngâm nước' điển hình được hiển thị ở bên phải, một dấu hiệu ban đầu của CBB. Dưới cùng: Quá trình methyl hóa DNA ngăn TAL20 liên kết với EBE. Biểu hiện MeSWEET10a không được tạo ra và các triệu chứng bệnh giảm đi. Nguồn: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-022-35675-7.