Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Cây bạch dương được sản xuất cho mục đích thí nghiệm gen lignin trong phòng thí nghiệm của CJ Tsai tại Đại học Georgia có màu gỗ đỏ. Thân màu đỏ là một tác dụng phụ của việc biến đổi lignin, vì vậy các nhà nghiên cứu đã biết hệ thống CRISPR hoạt động khi họ nhìn thấy màu đỏ xuất phát trên cây của họ. Ảnh: Đại học Georgia
 
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Georgia đã sử dụng một công cụ chỉnh sửa gen được gọi là CRISPR Cas để sửa đổi hệ gen của một loài cây lần đầu tiên. Nghiên cứu của họ được công bố gần đây trong phiên bản trực tuyến của tạp chí New Phytologist, mở ra cánh cửa cho nhiều nghiên cứu chỉnh sửa gen nhanh chóng và đáng tin cậy của các cây trồng.
Bằng cách đột biến các gen cụ thể ở Populus-một chi của cây rụng lá bao gồm cây bạch dương, bạch dương lá rung và cây bông gỗ-các nhà nghiên cứu làm giảm nồng độ của hai polyme thực vật tự nhiên. Một được gọi là lignin, mà bẫy đường và tinh bột được sử dụng để sản xuất nhiên liệu sinh học bên trong những bức tường tế bào mạnh mẽ của cây. Cái khác được gọi là tannin ngưng tụ, và sự hiện diện của nó trong lá và vỏ cây làm chống lại động vật ăn nhai lại như nai, trâu, bò, dê và cừu.
"CRISPR là một công nghệ tương đối mới, nhưng nó có thể cải thiện khả năng của chúng tôi để sản xuất các giống mới cây lương thực, thức ăn chăn nuôi và nguyên liệu nhiên liệu sinh học", nhà nghiên cứu chính CJ Tsai nói. "So với một số công nghệ chỉnh sửa gen khác, điều này là cực kỳ đơn giản, chi phí-hiệu quả và hiệu quả cao, và nó có thể phục vụ như là nền tảng cho một kỷ nguyên mới của sự khám phá về di truyền học thực vật."
Công nghệ CRISPR được bắt nguồn từ một cơ chế bảo vệ phát triển bởi vi khuẩn và sinh vật đơn bào khác. Khi một loại vi khuẩn tấn công bởi một kẻ xâm lược như virus, nó bắt một số DNA của virus, băm nhỏ nó ra thành từng mảnh và kết hợp một phân đoạn của DNA virus vào hệ gen của riêng mình.
Vi khuẩn trải qua mối đe dọa nhiều hơn, nó được tích lũy một ngân hàng của bệnh nhiễm trùng qua trong một phần đặc biệt của mã di truyền của nó được gọi là CRISPRs ngắn cho nhóm thường xuyên interspaced xuôi ngược lặp ngắn mà hoạt động như một loại hệ thống miễn dịch để bảo vệ chống lại cuộc xâm lược trong tương lai. "Đây là một cơ chế tiến hóa tự nhiên, nhưng chúng ta có thể mượn khả năng của gen cắt của vi khuẩn và sử dụng nó để chỉnh sửa gen rất cụ thể trong tất cả các loại sinh vật, bao gồm cả thực vật và động vật", Tsai cho biết . "Nó giống như cách sử dụng một cây kéo với theo dõi GPS để xác định vị trí và cắt ra từng mảnh nhỏ của DNA-đủ để vô hiệu hóa các gen mà bạn không muốn, trong khi để lại tất cả mọi thứ khác không thay đổi."



CJ Tsai là một nghiên cứu Georgia Alliance Eminent Scholar và giáo sư tại Đại học Georgia. Ảnh Paul Efland / Đại học Georgia


 

"Tom là một học sinh trong lớp học của tôi và chúng tôi đã thử nghiệm một số các hệ thống gen câm, anh ta đã phát triển cho đậu tương trong cây bạch dương", Tsai nói. "Đó là một dự án phụ, liên quan đến Xiaohong Zhou, là tiến sĩ đến thăm trường Đại học Lâm nghiệp Nam Kinh, để kiểm tra hệ thống CRISPR mới, và hiệu quả cao của nó vượt quá sự mong đợi của chúng tôi."
Mỗi một cây bạch dương đơn mà Xiaohong Zhou sản xuất từ ​​các thí nghiệm để tạo gen lignin có nhiều gỗ màu đỏ. Thân màu đỏ là một tác dụng phụ của sửa đổi lignin được tìm thấy trong các đột biến tự nhiên của ngô, lúa miến và cây thông, Tsai giải thích, do đó, các nhà nghiên cứu đã biết hệ thống CRISPR hoạt động khi họ nhìn thấy màu đỏ hiện trên cành các cây Populus của họ.
"Tôi đã được thổi bay đi bởi các kết quả", Jacobs nói. "Đây là một trong những hiệu quả cao nhất từng được báo cáo, ngay cả trong chuột và mô hình động vật khác, nơi mà công nghệ đã được thử nghiệm rộng rãi hơn."
Các cây Populus sửa đổi chứa khoảng 20 phần trăm ít lignin và 50% ít tannin hơn so với cây hoang dã.
"Chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi biết những gì các gen kiểm soát lignin và sản xuất tannin đặc, và chúng tôi đã tìm mục tiêu các gen đúng, nhưng công việc cho chúng ta thấy rằng có những gen khác với vai trò chồng chéo", Tsai nói. "Hệ thống CRISPR bây giờ có thể hướng dẫn các nhà nghiên cứu đang tìm cách xác định các thành viên trong gia đình gen chưa biết trước đây."
Dịch: Thành Vũ
 
Nguồn: http://phys.org/news/2015-06-dna-mechanism-evolved-bacteria.html