Di truyền tính chống chịu kim loại nặng “chì” của cây bắp thông qua ZmNRAMP6

 Di truyền tính chống chịu kim loại nặng “chì” của cây bắp thông qua ZmNRAMP6

Peng Liu, Li Jiang, Ping Long, Qinglin Li, Fengxia Hou, Guangsheng Yuan, Zhong Chen, Minyan Zhang, Chaoying Zou, Guangtang Pan, Langlang Ma & Yaou Shen. 2023. A genome-wide co-expression network analysis revealed ZmNRAMP6-mediated regulatory pathway involved in maize tolerance to lead stress. Theoretical and Applied Genetics May 2023; vol. 136, Article number: 122 

Phân tử metal transporter ZmNRAMP6 được người ta xác định thông qua sử dụng phân tích hệ thống đồng biểu hiện tính trạng có liên quan ở mức độ “genome-wide”. Phân tử  ZmNRAMP6 liên quan đến độ nhiễm chì (Pb) của cây bắp thông qua sự tích tụ chì ở chồi thân. Tiến hành knockout gen ZmNRAMP6 nhốt Pb vô rễ bắp, kích hoạt các enzymes có tính chất antioxidant, và cải tiến được tính chất chịu Pb.

Chì (Pb) là một trong những ion kim loại nặng có độc tính dữ dội nhất (những pollutants), chì có thể xâm nhập vào tế bào thực vật thông qua hấp thu ở rễ rồi gây ra những tổn thương không thể đảo ngược được đối với con người thông qua chuỗi thức ăn. Muốn xác định gen chủ chốt có chức năng chống chịu Pb trong cây bắp, người ta tiến hành phân tích có tên chuyên môn là “trait-associated co-expression network” (hệ thống đồng biểu hiện tính trạng) ở mức độ toàn hệ gen, thông qua hai dòng bắp biểu hiện tính chống chịu chì, trái ngược nhau. Sau cùng, ngươi ta tìm thấy gen ZmNRAMP6 mã hóa protein có tên “metal transporter”; đó là gen chủ chốt trong module đồng biểu hiện tính trạng chống chịu Pb. Biểu hiện dị hợp của gen ZmNRAMP6 trong nấm men (yeast) đã minh chứng được vai trò của gen này trong vận chuyển Pb. Kết hợp kết quả biểu hiện mạnh mẽ trong cây Arabidopsis và cây bắp đột biến cho thấy ZmNRAMP6 có liên quan đến tính nhiễm của stress Pb bởi sự phân bố chì trong môi trường qua cơ quan rể và chồi thân bắp. Tiến hành knockout gen ZmNRAMP6 cho kết quả là giữ lại Pb trong rễ, và hoạt động của hệ enzymes có tính chất antioxidant, dẫn đến tăng cường tính chống chịu Pb của cây bắp. ZmNRAMP6 dường như vận chuyển Pb từ rễ đến chồi thân và môi trường. Tích hợp kết quả “yeast one-hybrid” và kết quả “dual-luciferase reporter assay” phát hiện ra rằng ZmNRAMP6 điều tiết một cách tiêu cực bởi  một yếu tố phiên mã ZmbZIP54 liên quan đến chống chịu chì. Kết quả knockout gen ZmNRAMP6 sẽ giúp cho việc xử lý sinh học đất bị ô nhiễm kim loại nặng và an toàn sinh học đối với cây cỏ làm thức ăn gia súc và cây bắp cho hạt.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04371-5