Eiei-omics: những khám phá mới về di truyền cây ngô có thể giúp gia tăng năng suất cây trồng bền vững

 Eiei-omics: những khám phá mới về di truyền cây ngô có thể giúp gia tăng năng suất cây trồng bền vững

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Đại học Michigan

Những cây ngô được nghiên cứu như thế này đã giúp hé lộ con đường dẫn đến các loại cây trồng năng suất và bền bỉ hơn trong một dự án nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn đầu, nghiên cứu các gen trong bối cảnh tế bào. Nguồn: Alexandre Marand.

Bằng cách phân tích DNA từ các tế bào khác nhau trong gần 200 dòng cây ngô, nghiên cứu do Đại học Michigan dẫn đầu đã tiết lộ những hiểu biết có thể giúp người trồng trọt thích nghi tốt hơn với môi trường thay đổi nhanh chóng.

Nghiên cứu mới do Alexandre Marand dẫn đầu tiết lộ thông tin bí ẩn trước đây về hoạt động của các gen bên trong các loại tế bào khác nhau. Điều này cung cấp bối cảnh thiết yếu giúp hiểu rõ hơn về cách sinh học phân tử của một dòng kết nối với các đặc điểm dễ thấy của nó hoặc kiểu hình của nó. Điều này bao gồm các đặc điểm như cây có bao nhiêu trái ngô và những trái ngô đó phát triển lớn như thế nào.

Marand, phó giáo sư khoa sinh học phân tử, tế bào và phát triển của ĐH Michigan (UM), cho biết: “Một trong những điều thực sự đáng chú ý đối với tôi là, có lẽ một thập kỷ trước, khi những nghiên cứu kiểu này lần đầu tiên xuất hiện, chúng tôi chỉ cố gắng liên kết một sự thay đổi di truyền với cách các kiểu hình sẽ thay đổi. Nghiên cứu này cho thấy rằng, trên thực tế, hầu hết các biến thể kiểu hình đều xuất phát từ những thay đổi trong quá trình điều hòa gen: khi nào gen được biểu hiện, nơi nó được biểu hiện và mức độ biểu hiện của nó”.

Một cách khác để xem xét vấn đề này là có sự ngắt kết nối ở giai đoạn trung gian giữa hiểu biết của chúng ta về di truyền thực vật và đặc điểm của thực vật.

Các nhà khoa học lần đầu tiên giải trình tự toàn bộ bộ gen của ngô cách đây hơn 15 năm và kể từ đó, họ đã phát triển khả năng phát hiện ra ngay cả những khác biệt nhỏ trong mã di truyền giữa các mẫu vật. Nhưng những khác biệt này ở cấp độ phân tử thường không tính đến những khác biệt lớn mà người nông dân quan tâm nhất.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu bắt đầu nghi ngờ rằng cách các tế bào khác nhau sử dụng những gen đó có thể đóng vai trò quan trọng. Mặc dù mọi tế bào trong một sinh vật đều có chung những gen, nhưng các tế bào khác nhau sử dụng những gen đó theo những cách khác nhau.

Marand cho biết trong khoảng năm năm trở lại đây, khả năng nghiên cứu gen thực vật trong bối cảnh tế bào của các nhà khoa học thực sự đã cất cánh. Và nghiên cứu mới của nhóm ông, được công bố trên tạp chí Science, là bước tiến quan trọng mới nhất trong xu hướng đầy hứa hẹn này.

“Nó thực sự là về việc kết nối các điểm”, Marand, người đã bắt đầu công trình này cách đây vài năm với tư cách là một học giả sau tiến sỹ tại Đại học Georgia, cho biết. Hiện tại, công trình đã được đẩy qua vạch đích, phần lớn là nhờ hai nghiên cứu sinh sau tiến sỹ trong phòng thí nghiệm của ông tại UM: Luguang Jiang và Fabio Gomez-Cano.

Marand cho biết: “Bây giờ chúng ta có thể tạo ra những kết nối đó, chúng ta có thể phân tích các bối cảnh tế bào khác nhau và bắt đầu kết hợp mọi thứ lại với nhau để tối ưu hóa thực vật hoặc tối ưu hóa một số đặc điểm mà chúng ta quan tâm”.

Ông nói rằng nó giống như việc sở hữu một chiếc ô tô, nơi chúng ta biết các bộ phận khác nhau là gì và chúng có chức năng gì, nhưng không biết chúng hoạt động như thế nào. Việc có được thông tin đó giúp chúng ta đánh giá cao hơn về hoạt động của toàn bộ chiếc ô tô - cây ngô trong phép so sánh này và mở ra những cơ hội mới để cải thiện hiệu suất của nó.

Nó cũng giúp hiểu rõ hơn cách điều chỉnh hoạt động của một thành phần ảnh hưởng đến các thành phần khác trong hệ thống.

“Điều này thực sự hữu ích cho việc dự đoán”, Marand cho biết. “Nó cho phép chúng ta tự hỏi trước, 'Nếu chúng ta thực hiện những thay đổi, liệu chúng có mang tính cộng gộp hay thậm chí là hiệp đồng không?' Liệu nó sẽ là một cộng một bằng hai? Hay có thể là 10 - hoặc âm 20”.

Công trình này cũng giúp cung cấp một khởi đầu thuận lợi trong việc hiểu được nơi nào có cơ hội tốt nhất cho sự hiệp lực đang chờ đợi. Ngô có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới của hành tinh và đã phát triển thành các giống hiện có thể chịu được ngay cả khí hậu ôn đới hơn của Michigan.

Bằng cách nghiên cứu rất nhiều giống ngô khác nhau, nghiên cứu mới đã làm sáng tỏ nhiều thay đổi trong quá trình tiến hóa, giúp hiểu được cách ngô thay đổi khi người trồng chọn những loại cây có năng suất tốt nhất trong môi trường của chúng.

Marand cho biết: "Những gì chúng tôi phát hiện ra là rất nhiều trong số những thay đổi đó liên quan đến những thay đổi đối với trình tự điều hòa mà chúng tôi đang nghiên cứu và chúng có những hậu quả riêng biệt ở những loại tế bào rất cụ thể. Chúng tôi có thể sử dụng thông tin đó để tiếp tục cải thiện cây trồng và làm cho ngô thích nghi hơn với các loại khí hậu khác nhau".

Bản đồ di truyền “association” của tính trạng “hữu thụ đực” thể haploid của bắp ngọt

 Bản đồ di truyền “association” của tính trạng “hữu thụ đực” thể haploid của bắp ngọt

Nguồn: Tyler L. Foster, Ursula K. Frei, Mercy Fakude, Matheus D. Krause, Sarah Pfeffer, Somak Dutta, William F. Tracy, Marcio F. R. Resende Jr. & Thomas Lübberstedt. 2025. Association mapping of haploid male fertility in sweet corn. Theoretical and Applied Genetics; April 16 2025; vol.138; article 102

Thực hiện “association mapping” của tập đoàn giống bắp ngọt đa rất dạng “SweetCAP” cho thấy mười chỉ thị phân tử SNPs gắn kết với HMF (haploid male fertility: hữu thụ đực của trạng thái haploid), cho kết quả 4 gen ứng cử viên.

Công nghệ tạo ra đơn bội kép (DH: doubled haploid) sử dụng sự kích hoạt ra haploid in vivo đã và đang cải tiến đáng kể hiệu quả cho chọn tạo giống bắp trên thế giới. Tuy nhiên, những hạn chế từ “genome doubling” đã tạo ra một “nút thắt” trong sản sinh ra dòng bắp DH. Muốn khắc phục được, người ta tạo ra SHGD (spontaneous haploid genome doubling: tăng đôi hệ gen haploid một cách tự phát) điều này đã và đang trở thành sự kiện nổi bật trong thập kỷ qua, đặc biệt là nguồn vật liệu bắp trên ruộng. Trái lại, SHGD của bắp ngọt, phần lớn đã bị bỏ qua. Một tập đoàn bao gồm 286 mẫu giống bắp ngọt có tên “SweetCAP” rất đa dạng được người ta đánh giá về khả năng phục hồi sự hữu thụ của phấn hoa trong trạng thái “haploid”, nếu không, được hiểu là HMF (haploid male fertility). Kết quả “association mapping” xác định 10 SNPs gắn liền với tính trạng HMF, điều này cho ra 4 gen ứng cử viên. Kết quả này làm nổi bật đáng kể hiệu quả của biến thiên HMF, với 11 dòng giống đạt > 54% HMF. Những dòng giống bắp ấy minh chứng HMF tồn tại trong tự nhiên của quần thể giống bắp ngọt và có thể được sử dụng để cải tiến quần thể bắp trồng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04888-x

Hai sự kiện giống bắp chuyển gen kháng sâu hại làm giảm được tạp nhiễm fumonisin trong điều kiện dịch hại do sâu bướm tại Trung Quốc

 Hai sự kiện giống bắp chuyển gen kháng sâu hại làm giảm được tạp nhiễm fumonisin trong điều kiện dịch hại do sâu bướm tại Trung Quốc

Nguồn: Lin Zhao, Jing Lana, Xiaolei Zhang, Yun Zhang, Cui Huang, Wenqiong Ma, Yingqiu Du, Haiming Zhao, and Bao hai Liu. 2025. Two genetically modified insect-resistant maize events reduced fumonisinpollution under the stress of Lepidoptera in China.  GM CROPS & FOOD2025, VOL. 16, NO. 1, 329–339.

Trung Quốc là nước sản xuất bắp và tiêu thụ bắp đứng thứ hai trên thế giới. Trong sản xuất bắp, nấm Fusarium spp. thường xâm nhiễm gây bệnh hại, và những mycotoxins như fumonisin làm tạp nhiễm sản phẩm thu hoạch. Fumonisin đã và đang trở thành loại hình độc tố mycotoxin lan rộng nhất trên đất nước này. Trồng bắp GM là phương pháp tiếp cận kinh tế và hiệu quả hơn hết nhằm làm giảm độc tố fumonisin trong sản phẩm thu hoạch. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của hai giống bắp sự kiện (events) của Trung Quốc, Bt Cry1Ab Ma CM8101 và Bt-Cry1Ab, Cry2Ab, giống CM810 và giống Ruifeng 8, trong làm giảm tạp nhiễm fumonisin của bắp dưới áp  lực của dịch hại sâu thuộc họ cánh Vảy (Lepidoptera). Đó là sâu Ostrinia furnacalis, Mythimna separate, Helicoverpa armigera tại hai địa điểm ở Trung Quốc, năm 2018 – 2019. Kết quả cho thấy trong điều kiện dịch hại sâu Lepidoptera (O. furnacalis và H. armigera), tổng lượng fumonisin trong giống bắp Bt đã giảm rất đáng kể. Bắp trồng là giống sự kiện kháng sâu làm giảm fumonisin hơn 70%. Trong các năm thí nghiệm có tạp nhiễm fumonisin cực kỳ nghiêm trọng, ảnh hưởng của giống CM8101 và Ruifeng 8 trong sự giảm tạp nhiễm độc tố fumonisin rất có ý nghĩa. Giống bắp Bt có thể phát triển đại trà trong quản lý dịch sâu hại và góp phần vào việc giảm thiểu thuốc hóa học trừ sâu trên ruộng. Cây trồng biến đổi gen có thể đảm bảo được an ninh lương thực và dinh dưỡng, đóng góp vào thâm canh bền vững của nông nghiệp Trung Quốc, và giảm thiểu tác động của hệ thống thực phẩm tới môi trường.

Xem https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/21645698.2025.2488882?needAccess=true

Biến đổi tương lai bằng công nghệ sinh học ngô dễ tiếp cận hơn

 Biến đổi tương lai bằng công nghệ sinh học ngô dễ tiếp cận hơn

Bùi Anh Xuân theo Viện Boyce Thompson

Ngô là một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày - xuất hiện trong thực phẩm, mỹ phẩm, thuốc men, thức ăn cho thú cưng, và thậm chí cả nhiên liệu xe hơi. Là một trong những cây trồng quan trọng nhất tại Hoa Kỳ, nhu cầu về ngô ngày càng tăng, nhưng sản lượng lại chịu ảnh hưởng lớn từ các điều kiện môi trường ngày càng khó dự đoán.

Trong suốt hàng nghìn năm, con người đã lai tạo cây trồng để đáp ứng nhu cầu xã hội. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, chúng ta có thể biến đổi gene cây trồng nhằm tối ưu hóa đặc tính như khả năng chịu hạn, năng suất cao và giá trị dinh dưỡng vượt trội.

Rào cản trong ứng dụng công nghệ sinh học cho ngô

Không phải tất cả cây trồng đều dễ dàng ứng dụng công nghệ sinh học. Riêng với ngô, quá trình này đòi hỏi kỹ thuật phức tạp và nguồn lực lớn mà nhiều viện nghiên cứu chưa thể đáp ứng. Theo tiến sỹ Joyce Van Eck, giáo sư tại Viện Boyce Thompson (BTI), hầu hết các nghiên cứu học thuật thiếu cơ sở hạ tầng để nuôi trồng ngô chất lượng cao phục vụ quá trình biến đổi gene, dẫn đến tình trạng phương pháp này chủ yếu chỉ phổ biến trong ngành công nghiệp thương mại.

Hơn nữa, tỷ lệ thành công của quá trình biến đổi gene phụ thuộc vào giống ngô, bởi mỗi giống có cấu trúc di truyền riêng và đặc điểm khác biệt. Theo tiến sỹ Ritesh Kumar, nghiên cứu sinh sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm Van Eck, giống B73 - một giống thường dùng trong nghiên cứu - đặc biệt khó biến đổi, khiến việc nghiên cứu chức năng gene trở nên thách thức hơn.

Giải pháp công nghệ giúp mở rộng khả năng tiếp cận

Nhằm giải quyết những rào cản này, các nhà khoa học từ BTI, Đại học Bang Iowa (ISU), và Corteva Agriscience đã phát triển một phương pháp đơn giản hơn giúp cải tiến công nghệ sinh học ngô.

Thay vì sử dụng phôi non từ hạt ngô trưởng thành, phương pháp mới tận dụng búp lá non (leaf whorls) từ cây mầm non, giúp giảm thời gian nuôi trồng xuống còn hai tuần và loại bỏ nhu cầu về cơ sở trồng tiên tiến.

Ban đầu, phương pháp này sử dụng plasmid hỗ trợ độc quyền từ Corteva Agriscience, nhưng trong nghiên cứu hiện tại, nhóm khoa học đã thử nghiệm một plasmid thay thế do nhóm của tiến sỹ Kan Wang tại ISU phát triển - một lựa chọn có sẵn công khai, giúp mở rộng khả năng tiếp cận cho các phòng thí nghiệm.

Thành công mở đường cho nghiên cứu sâu hơn

Thử nghiệm cho thấy phương pháp hoạt động hiệu quả với cả hai giống ngô - PHR03 và B73, dù B73 vốn nổi tiếng là khó biến đổi gene. Với tỷ lệ thành công cao, phương pháp này không chỉ giúp các phòng thí nghiệm không có nhà kính tiếp cận công nghệ biến đổi ngô, mà còn thúc đẩy toàn bộ lĩnh vực nghiên cứu ngô tiến xa hơn.

Tầm quan trọng của tài trợ nghiên cứu

Một yếu tố then chốt cho sự thành công của nghiên cứu này chính là nguồn tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF) thông qua CROPPS. Tiến sỹ Van Eck khẳng định: "Nếu không có sự hỗ trợ từ NSF, nghiên cứu này sẽ không thể thực hiện. Quỹ không chỉ tài trợ cho nghiên cứu mà còn đào tạo thế hệ các nhà khoa học tương lai".

Trong số những nhà khoa học trẻ này có tiến sỹ Ritesh Kumar, người nhận định rằng các kỹ năng anh phát triển trong dự án sẽ giúp anh có nhiều cơ hội hơn trong học thuật hoặc ngành công nghiệp, đặc biệt khi lĩnh vực công nghệ sinh học thực vật đang thiếu nhân lực chuyên môn.

Hướng đi trong tương lai

Nhóm nghiên cứu hiện đang mở rộng phương pháp này sang các giống ngô khác có đặc tính mong muốn, chẳng hạn như khả năng chống chịu với điều kiện sinh học và phi sinh học. Dù quá trình này sẽ đòi hỏi sự điều chỉnh riêng cho từng giống, nhưng chắc chắn đây sẽ là bước tiến quan trọng, thúc đẩy nghiên cứu di truyền học trên ngô trong tương lai.

Những nỗ lực hợp tác này không chỉ mở ra hướng đi mới cho công nghệ sinh học ngô, mà còn giúp tạo ra giống cây trồng vượt trội, mang lại lợi ích cho cả nông dân và xã hội.

Dòng hóa gen Zmccr3 trên cơ sờ bản đồ di truyền: thiết lập và minh chứng mạng lưới của nó trong điều tiết tính trạng nẩy mầm hạt bắp

Nguồn: Liqing Feng, Mingting Zhou, Anyan Tao, Xiaolin Ma, Nan Wang, He Zhang, Huijun Duan & Yongsheng Tao. 2025. Map-based cloning of Zmccr3 and its network construction and validation for regulating maize seed germination. Theoretical and Applied Genetics; April 22 2025; artcile 105

Phương pháp “map-based cloning” gen Zmccr3 nhằm điều chỉnh SG và các lộ trình điều tiết ở mức độ phân tử của nó  được hoàn thiện và được minh chứng. WGCNA, các gen đích/nhiều lộ trình trong suốt tiến trình hình thành nên miên trạng hạt bắp được ghi nhận. Miên trạng hạt bắp (SD) và nẩy mầm hạt trước khi thu hoạch (PHS) đều ảnh hưởng đến năng suất và phẩm chất của mễ cốc và công nghệ sản xuất hạt lai. Cho dù có nhiều thuận lợi trong kết quả nghiên cứu SD và nẩy mầm hạ t(SG) trong khi hạt phát triển, nhưng nghiên cứu về biến thể di truyền và điều tiết phân tử của SD, đặc biệt trong chuyển dịch từ SD thành SG, vẫn còn hạn chế.

Nghiên cứu này đã tiến hành trên cơ thể phân tích quần thể con lai BSA (bulked segregant analysis) và phân tích liên kết trong di truyền để xây dựng bản đồ QTL cho gen đột biến vp16 của tính trạng PHS. Thông qua phương pháp di truyền và sinh học, gen ứng cử viên được xác định là Zmccr3, mã hóa cinnamoyl-CoA reductase 3 (ccr3), bao gồm lộ trình tổng hợp phenylalanine trong biến dưỡng lignin và có ảnh hưởng đến tính trạng SG. Kết quả RNA-seq (RNA sequencing) ở hai giai đoạn  phát triển hạt bắp với tính trạng PHS cực trọng, có một hiện tượng đồng thể hiện gen đích theo kết quả WGCNA (weighted gene coexpression network analysis) liên quan đến tính trạng SD và SG, và có 10 gen đích + ba lộ trình xảy ra trong chuyển từ trạng thái  SD sang SG được xác định. Đồng thời, lộ trình biểu hiện của gen Zmccr3 được hình thành, được minh chứng, bao gồm biến dưỡng lipid ở nguồn trên, cải biên hiện tượng redox, sự thoái hóa oligosaccharides ở thành tế bào (như những hợp chất electrophilic), điều tiết sự truyền tín hiệu GA, hiện tượng sinh lý “ROS homeostasis” có tính chất nội bào, sự ô xi hóa ở vùng downstream của  lignin thành tế bào, tổng hợp các hợp chất phenolic mà hợp chất này ảnh hưởng đến sự suy yếu của phôi mầm, làm thành tế bào rời rạc, điều tiết tích cực để cho ra SG hoặc SD. Vì vậy, người ta giả thuyết chính gen Zmccr3 đã làm sáng tỏ được các chức năng của nó. Phát hiện này vô cùng quan trọng về lý thuyết và ứng dụng thực tiễn để hiểu được cơ sở di truyền của PHS và SD của cây bắp, tăng cường nguồn vật liệu di truyền và cải tiến tính trạng này.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04890-3 Dòng hóa gen Zmccr3 trên cơ sờ bản đồ di truyền: thiết lập và minh chứng mạng lưới của nó trong điều tiết tính trạng nẩy mầm hạt bắp

DSD1/ZmICEb điều tiết sự phát triển khí khổng và chống chịu khô hạn của cây bắp

 DSD1/ZmICEb điều tiết sự phát triển khí khổng và chống chịu khô hạn của cây bắp

Nguồn: Wenqi Zhou, Jun Yin, Yuqian Zhou, Yongsheng Li, Haijun He, Yanzhong Yang, Xiaojuan Wang, Xiaorong Lian, Xiaoyun Dong, Zengke Ma, Liang Chen, Suiwen Hou. 2025. DSD1/ZmICEb regulates stomatal development and drought tolerance in maize. J Integr Plant Biol.; 2025 Jun; 67(6):1487-1500. doi: 10.1111/jipb.13890. 

Cây bắp (Zea mays L.) bị ức chế tăng trưởng và năng suất bởi khô hạn xảy ra trên toàn thế giới. Cơ quan khí khổng có vai trò cực kỳ quan trọng trong bốc thoát hơn nước và trao đổi khí, cho nên,  đây là tính trạng rất đáng quan tâm để cải tiến hiệu quả sử dụng nước (WUE) giúp cây bắp chống chịu khô hạn. Theo nghiên cứu này, người ta định tính được một đột biến gen dsd1 (decreased stomatal density 1) của cây bắp, cho thấy khiếm khuyết của khí khổng, đó là sự phân hóa tế bào mẹ có chức năng bảo vệ, sự hình thành tế bào phụ trợ và sự trưởng thành của tế bào bảo vệ. DSD1 mã hóa protein đóng vai trò TF có tên “basic helix-loop-helix transcription factor INDUCER OF CBF EXPRESSION b (ZmICEb)” và là một đồng dạng (homolog) của ICE1 trong cây Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). DSD1/ZmICEb biểu hiện trong tế bào tầng khí khổng thông qua phát triển khí khổng, đóng vai trò bảo thủ trong sự phát triển ấy trong cây bắp và cây Arabidopsis. Đột biến DSD1/ZmICEb cải tiến đáng kể tính chống chịu khô hạn và hiệu quả sử dụng nước WUE của cây bắp, giảm sự thất thoát năng suất hạt khi cây bị hạn. Do vậy, DSD1/ZmICEb đại diện cho một trong những gen ứng cử viên triển vọng phục vụ cải tiến di truyền tính trạng chống chịu khô hạn của cây bắp thông qua thao tác trên mật độ khí khổng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40105588/

Vai trò điều tiết của gen ZmSTOMAGEN1/2 trong sự phát triển khí khổng cây bắp được minh chứng thông qua chỉnh sửa gen và phổ biểu hiện metabolome

 Vai trò điều tiết của gen ZmSTOMAGEN1/2 trong sự phát triển khí khổng cây bắp được minh chứng thông qua  chỉnh sửa gen và phổ biểu hiện metabolome

Nguồn: Juan-Juan Xu, Qing-Yun Chen, Li-Fang Qin, Yuan Liu, You-Zhi Li, Xian-Wei Fan. 2025. The regulatory role of ZmSTOMAGEN1/2 in maize stomatal development is elucidated via gene editing and metabolic profiling. PLOS One; July 14, 2025; https://doi.org/10.1371/journal.pone.0328433

Sự phát triển khí khổng được tiến hành qua trung gian EPIDERMAL PATTERNING FACTORs (EPFs), một họ protein có những peptides được tiết ra bao gồm STOMAGEN/EPFL9 của cây Arabidopsis. Để làm rõ chức năng của STOMAGEN orthologues (gen đồng dạng) trong cây bắp (Zea mays), người ta tạo ra một đột biến “double knockout” của gen ZmSTOMAGEN1 và ZmSTOMAGEN2 nhờ hệ thống CRISPR/Cas9. Phân tích kiểu hình đầy đủ cho thấy đột biến zmstomagen1/2 biểu thị khiếm khuyết trong phát triển khó khổng, đó là mất hoàn toàn khi khổng giữa những tế bào biểu bì trong tập tin loại hình khí khổng và phức không bình thường của khí khổng có tế bào thùy nhỏ. Những tế bào bất thường như vậy có khả năng phát sinh từ sự phân chia không đối xứng thất bại của tế bào mẹ  bảo vệ, cuối cùng ngăn chận sự sự thanh của những phức có chức năng của khí khổng.

Đột biến “double knockout” gen ZmSTOMAGEN1/2  làm giảm sự biểu hiện của gen SPEECHLESS1 (SPCH1), MUTE, SCREAM2 (SCRM2), và STOMATAL DENSITY AND DISTRIBUTION1 (SDD1), làm suy yếu sự khởi nguyên của khí khổng và làm chuyển đổi số phận tế bào của tế bào loại hình khí khổng sớm. Đột biến này làm mật độ khí khổng ít hơn và chỉ số nhỏ hơn, dẫn đến làm suy giảm hiệu suất quang hợp thuần, tốc độ thoát hơi nước, và độ dẫn của khí khổng nhưng làm tăng hiệu quả sử dụng nước (WUE). So với dòng nguyên thủy WT (wild-type) (HiII-A × HiII-B), đột biến zmstomagen1/2 biểu thị những thay đổi đáng kể trong sinh lý học “phytohormone homeostasis” (bảo hòa điều hòa sinh trưởng thực vật). Đó là sự mất cân bằng brassinosteroid metabolite (tăng typhasterol, decreased castasterone) và điều tiết gibberellin đặc hiệu (tăng GA4, giảm GA1). Những rối loạn hormone này cho thấy sự suy yếu quá trình hình thành khí khổng trong đột biến zmstomagen1/2 từ việc gián đoạn nhiễu giữa nhiều hệ thống truyền tín hiệu hormone. Kết quả cho thấy vai trò cực trọng của ZmSTOMAGEN1/2 trong điều tiết số phận tế bào trong khí khổng đặc biệt và cung cấp một chiến lược làm sao tăng cường hiệu quả sử dụng nước (WUE) trong cây bắp bằng thao tác biểu hiện gen ZmSTOMAGEN1/2.

Xem https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0328433

Sơ đồ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 và tiến trình chuyển nạp.