Năng suất bắp chống chịu nóng tăng nhờ hoạt động 6-phosphogluconate dehydrogenase

 Năng suất bắp chống chịu nóng tăng nhờ hoạt động 6-phosphogluconate dehydrogenase

Nguồn: Camila Ribeiro, Tracie A. Hennen-Bierwagen, Alan M. Myers, Kenneth Cline, and A. Mark Settles. 2020. Engineering 6-phosphogluconate dehydrogenase improves grain yield in heat-stressed maize. PNAS December 29, 2020 117 (52) 33177-33185

Stress nóng làm giảm năng suất bắp bởi số hạt bắp không được đầy chắc hạt trong thời gian biến dưỡng sự vào chắt hạt (grain filling). Biến đổi khí hậu làm tăng tần suất thời gian cây phơi nhiễm trong nhiệt độ nóng cực đoan khiến cây bị stress, và sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Người ta chứng minh rằng có một enzyme trong cơ chế biến dưỡng carbon trung tâm rất nhạy cảm với nhiệt độ cao. Nhờ tạo ra một trạng thái kháng nóng (heat-resistant form) của enzyme này trong một buồng riêng có quy mô tế bào chính xác, một số lượng lớn hạt bắp phát triển / từng cây được đếm trong suốt quá trình stress nóng trên ruộng thí nghiệm. cải tiến về di truyềncó thể được xem là cách tiếp cận tiến bộ làm hạn chế sự thất thoát năng suấtdo biến đổi khí hậu. Sinh tổng hợp tinh bột trong phôi nhũ là một chỉ thị đầu tiên của năng suất hạt và rất nhạy cảmđối với stress nóng. Men chloroplast-localized 6-phosphogluconate dehydrogenase (6PGDH), PGD3, rất cần thiết cho tinh bột nội nhũ tích tụ. Bắp có hai enzyme mang tính chất cytosolic (thuộc về dịch bào chất) đó là: PGD1 and PGD2, không cần thiết để phát triển hạt bắp (kernel). Người ta tìm ra cytosolic PGD1 và PGD2 isozymes có hoạt tính bền đối với nhiệt độ, trong khi đó, hoạt tính của PGD3 có trong amyloplas có tính chất không bền khi bị stress nóng. Xác định đích đến của 6PGDH bền vững với nhiệt độ nóng đối với amyloplasts trong nội nhũ bằng cách dung hợp lại Waxy1 chloroplast đánh dấu trình tự peptide coding của khung đọc mã của hai gen Pgd1 và Pgd2  (ORFs). Những protein dung hợp giữa WPGD1 và WPGD2 mang vào chloroplasts, chúng minh có một trình tự đích mang chức năng. Cây bắp transgenic biểu hiện mạnh mẽ WPGD1 và WPGD2 với promoter đặc biệt cho nội nhũ đã làm tăng lên hoạt tính của 6PGDH làm ổn định tính chịu nóng in vitro. WPGD1 và WPGD2 transgenes bổ sung cho kiểu hình của gen pgd3-còn thiếu trong hạt bắp, chỉ ra rằng dự tích hợp các proteins như vậy đều có trong amyloplast. Trên ruộng thí nghiệm, hai transgenes WPGD1 và WPGD2 có thể làm giảm thiểu sự thất thoát năng suất trong nghiệm thức xử lý nóng vào ban đêm nhờ gia tăng được số hạt bắp đáng kể. Xem https://www.pnas.org/content/117/52/33177