Với sự trợ giúp của kéo phân tử CRISPR/Cas, thông tin di truyền trong thực vật có thể được sửa đổi để làm cho cây sau mạnh mẽ hơn trước sâu bệnh, bệnh tật hoặc điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) hiện đã phát triển thêm phương pháp này để loại bỏ DNA hoàn chỉnh của các loại tế bào cụ thể và do đó, ngăn chặn sự hình thành của chúng trong quá trình phát triển của cây.
>> Tham khảo: Nền tảng cảm biến để nghiên cứu hệ thống mạch máu trong ống nghiệm mở ra khả năng thử nghiệm thuốc.
Điều này cũng sẽ giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế phát triển ở thực vật. Những phát hiện được trình bày trong Truyền thông tự nhiên.
Bằng phương pháp kéo phân tử, DNA – chất mang thông tin di truyền – có thể được biến đổi ở thực vật. Cho đến nay, phương pháp CRISPR/Cas được đồng phát triển trong thực vật bởi Giáo sư Holger Puchta, nhà sinh học phân tử tại Viện Thực vật của KIT đã được sử dụng để chèn, trao đổi hoặc kết hợp các gen một cách cụ thể.
Mục đích là tăng khả năng chống chịu bệnh tật và tác động của môi trường cho cây trồng. CRISPR (viết tắt của Cụm lặp lại ngắn Palindromic xen kẽ thường xuyên theo cụm)/Cas là kéo phân tử có thể nhận dạng và cắt các chuỗi DNA một cách cụ thể.
Puchta cho biết: “Chúng tôi đã nghiên cứu kéo phân tử để sử dụng cho cây trồng trong 30 năm nay. Ban đầu, chúng tôi áp dụng chúng để sửa đổi từng gen riêng lẻ. Hai năm trước, chúng tôi là người đầu tiên trên toàn thế giới tái cấu trúc các nhiễm sắc thể hoàn chỉnh”.
>> Tham khảo: Quang xúc tác: Các quá trình phân tách điện tích được ghi lại bằng thực nghiệm.
Đối với nghiên cứu của mình, người tiên phong chỉnh sửa bộ gen đã hai lần nhận được Tài trợ nâng cao của Hội đồng nghiên cứu châu Âu (ERC). “Chúng tôi đã có thể tối ưu hóa phương pháp này.
Với CRISPR-Kill, giờ đây chúng tôi đã đạt đến một cấp độ phát triển hoàn toàn mới: Chúng tôi có thể loại bỏ một số loại tế bào thực vật nhất định và ngăn chặn sự hình thành của các cơ quan thực vật cụ thể.”
Loại bỏ Rễ phụ và Cánh hoa bằng CRISPR-Kill
Các thí nghiệm được các nhà khoa học thực hiện tập trung vào rễ phụ và cánh hoa của cây mẫu cải xoong (Arabidopsis thaliana). “Đây là những ví dụ cổ điển trong sinh học.
Ở đây, chúng tôi biết chương trình di truyền và các loại tế bào quan trọng đối với sự hình thành của các cơ quan thực vật này”, nhà sinh học phân tử giải thích.
Sau khi loại bỏ các tế bào này, cây CRISPR-Kill không còn hình thành bất kỳ cánh hoa hoặc rễ phụ nào nữa, trong khi cây đối chứng thể hiện sự phát triển bình thường.
>> Tham khảo: Một nửa số cây nhiệt đới được trồng lại không sống sót.
Trái ngược với các phương pháp loại bỏ tế bào bằng độc tố tế bào hoặc bức xạ laser khác, CRISPR-Kill tạo ra nhiều vết cắt trong bộ gen. Một bộ gen bao gồm một số nhiễm sắc thể nhất định, trên đó các gen riêng lẻ được sắp xếp theo thứ tự cố định.
Puchta nói: “Cho đến nay, CRISPR/Cas đã nhắm đến chính xác một vị trí và đã cắt một hoặc hai lần để sửa đổi gen hoặc nhiễm sắc thể. “Bây giờ, chúng tôi đã lập trình lại chiếc kéo phân tử của mình.
Chúng không còn xử lý DNA bộ gen một lần nữa mà nhắm vào loại tế bào tương ứng cho một trình tự thường gặp trong bộ gen và đó là điều cần thiết cho sự tồn tại của tế bào.
Trong phần này Theo cách đó, nhiều vết cắt được tạo ra cùng một lúc — quá nhiều để tế bào có thể sửa chữa chúng. Tế bào sẽ chết.”
Hiểu rõ hơn về quá trình phát triển ở thực vật
Công việc của các nhà nghiên cứu KIT có thể được phân loại là nghiên cứu cơ bản. “Bằng cách nghiên cứu điều gì sẽ xảy ra khi một loại tế bào nhất định bị loại bỏ, chúng tôi biết thêm về các quá trình phát triển ở thực vật.
Thực vật phản ứng như thế nào? Thực vật linh hoạt như thế nào trong quá trình phát triển? Chúng ta có thể loại bỏ các bộ phận của thực vật không cần thiết trong nông nghiệp không, chẳng hạn?”, Puchta nói thêm.
>> Tham khảo: Hồi phục cho các cơ bắp bị lãng phí.
Về lâu dài, các ứng dụng sản xuất thực phẩm và dược phẩm có thể thu được lợi nhuận từ công nghệ này khi thực vật được ngăn chặn hình thành các tế bào tạo ra độc tố chẳng hạn.
Hơn nữa, công nghệ này có thể được áp dụng trong các sinh vật đa bào để sửa đổi cụ thể các mô.
