Phát triển và ứng dụng thành công hệ thống chỉnh sửa gen toàn diện (Prime editing) trong phục hồi chức năng gen đột biến trên cây lúa

14/03/2025

Sự ra đời và phát triển của công nghệ chỉnh sửa gen thông qua hệ thống CRISPR/Cas đã mang lại những thành tựu vượt bậc trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu từ cơ bản tới định hướng ứng dụng trên thế giới. Các nhà khoa học tiếp tục hoàn thiện và phát triển các hệ thống chỉnh sửa gen mới có hiệu quả cao và toàn diện hơn. Prime editing là một công cụ chỉnh sửa hệ gen mới được phát triển vào năm 2019 và được khẳng định là công cụ chỉnh sửa gen có tính chính xác và linh hoạt cao hơn so với tất cả các hệ thống chỉnh sửa gene truyền thống như CRISPR/Cas9, CRISPR/Cas12 hay Base-editing. Công nghệ Prime editing này có thể tạo ra tất cả các loại thay đổi ở DNA như thay thế nhiều nucleotide, chèn đoạn DNA, làm mất đoạn DNA chính xác tại vị trí mục tiêu. Trên thực vật, ứng dụng công nghệ Prime editing vẫn còn ở mức ban đầu, thành công trong việc áp dụng công nghệ này chỉ hạn chế ở một số phòng thí nghiệm do hiệu suất chỉnh sửa gene của hệ thống này vẫn còn rất thấp.

Mới đây, TS. Nguyễn Xuân Cường và các đồng nghiệp tại Phòng Công nghệ tế bào thực vật, Viện Công nghệ sinh học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam công bố kết quả nghiên cứu thành công trong việc cải tiến và phát triển hệ thống Prime editing trong cải thiện các tình trạng chất lượng trên lúa. Đây là kết quả của đề tài: Thu hút cán bộ khoa học trẻ vào làm việc tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (mã số đề tài THTNTE.01/24-25) do TS. Nguyễn Xuân Cường làm chủ nhiệm. Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm tác giả đã phát triển hệ thống Prime editing kép TwinPE, kết hợp với các cải tiến trong nâng cao biểu hiện của trình tự định hướng pegRNA để tăng cường hiệu suất chỉnh sửa gene lên đế 44.2%, gấp 4 lần với hệ thống PE thông thường. Đặc biệt trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng hệ thống prime editing để chèn chính xác một đoạn DNA 14bp nhằm khôi phục chức năng gen Rc, một gen kiểm soát màu sắc và các hợp chất flavonid trên giống lúa mô hình Kitaake. Tính chính xác và hiệu quả của hệ thống prime editing đã được kiểm chứng thông qua phân tích trình tự gen cũng như việc chuyển đổi màu sắc hạt gạo và biểu hiện của các gen liên quan.

Hệ thống Prime Editing và mô hình cải biến nhằm phục hồi chức năng gen đột biến rc trên các giống lúa

Thành tựu đạt được của đề tài đã mở ra cơ hội to lớn trong nghiên cứu cơ bản về chức năng gen cũng như cải tạo giống cây trồng ở nước ta. Đây cũng là cơ sở khoa học trong việc nghiên cứu, phát triển công nghệ prime editing trên các nhóm cây trồng quan trọng khác ở Việt Nam và trên thế giới. Kết quả nghiên cứu được nhóm tác giả công bố trên tạp chí uy tín về Công nghệ tế bào và gen thực vật, thuộc nhóm Q1 (Plant Cell Reports (2025) 44:57 https://doi.org/10.1007/s00299-025-03450-9)

Phân tích trình tự gen được chỉnh sửa thông qua hệ thống prime editing (A);
Sự chuyển đổi màu sắc hạt lúa khi gen Rc được khôi phục chức năng (B); Cây lúa chỉnh sửa gen sinh trưởng và phát triển trong nhà lưới