Chỉnh sửa gen phục hồi phấn hoa ORF138 của cây cải bông xanh

 Chỉnh sửa gen phục hồi phấn hoa ORF138 của cây cải bông xanh

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”.