Chào mừng Quý độc giả đến với trang thông tin điện tử của Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam

Tin nổi bật
Thành tích

Huân chương Ðộc lập

- Hạng 1 - Hạng 2 - Hạng 3

Huân chương Lao động

- Hạng 1 - Hạng 2 - Hạng 3

Giải thưởng Nhà nước

- Nghiên cứu dinh dưởng và thức ăn gia súc (2005)

- Nghiên cứu chọn tạo và phát triển giống lúa mới cho xuất khẩu và tiêu dùng nội địa (2005)

Giải thưởng VIFOTEC

- Giống ngô lai đơn V2002 (2003)

- Kỹ thuật ghép cà chua chống bệnh héo rũ vi khuẩn (2005)

- Giống Sắn KM 140 (2010)

Trung tâm
Liên kết website
lịch việt
Thư viện ảnh
Video
Trung Tâm NC Khoai tây, Rau và Hoa, trồng rau Hàn Quốc theo VietGap

Thống kê truy cập
 Đang trực tuyến :  9
 Số lượt truy cập :  26642150
Cơ sở di truyền bộ genome hồ tiêu
Thứ hai, 05-06-2017 | 07:43:38

Rất ít công trình khoa học nghiên cứu bộ transcriptome hoặc trình tự của toàn bộ genome hồ tiêu. Cây hồ tiêu P. nigrum với 2n = 52 thuộc dạng tứ bội (tetraploid), bản chất là cây tự thụ phấn (self-pollinated), nhưng thực tế thụ phấn chéo do kiến trúc hoa đực chín muộn hơn hoa cái. Nhân giống vô tính bằng kỹ thuật cắt thân, giâm nhánh khá phổ biến.

 

Kích cỡ bộ genome hồ tiêu ước khoảng: 6,7 Gbp. Người ta đã công bố có 134 chuỗi trình tự trong cơ sở dữ liệu GeneBank  với “public domain” là 2011 trình tự.

(Nguồn http://www.kew.org/cvalues/ thông tin ngày 17 tháng 01 năm 2013).

 

Nghiên cứu tế bào học cho thấy số nhiễm sắc thể căn bản của chi Piper là x=13, trong khi đó loài Piper nigrum thuộc nhóm tứ bội (tetraploid) (2n=52). Cơ hội thụ phấn chéo giữa các loài khác nhau có thể xảy ra một khi các loài hồ tiêu ấy bò lên trên cùng một cây trụ. Do thiếu cơ chế chuyển dịch hạt phấn, hiện tượng dòng chảy của gen ngay sau đó (gene flow) khá hạn chế trong các dòng con lai. Việc nhân giống vô tính rất thành công giúp người ta phát triển các dòng hồ tiêu triển vọng. Giống hồ tiêu trồng hiện nay Piper nigrum là những hậu duệ của các quần thể đã phân ly như vậy, tiếp sau đó là nội dung nhân giống vô tính do nông dân thực hiện thông qua kỹ thuật chiết nhánh. Chương trình lai tạo và bảo tồn tài nguyên di truyền cây hồ tiêu dựa trên cơ sở tính trạng hạt tiêu (năng suất) và độ cay nồng.

 

Áp dụng kỹ thuật NGS (next generation sequencing) để giải mã trình tự của bộ genome và bộ transcriptome cây hồ tiêu. Kết quả giải trình tự de novo thông qua phần mềm IlluminaHiSeq™ 2000 để tạo ra bộ transcriptome đầu tiên trên lá hồ tiêu (Piper nigrum L.), từ một giống hồ tiêu bản địa ở miền Nam Ấn Độ (Joy et al.. 2013). Kết quả của 55 triệu “reads” đầu tiên đã được lưu trữ. Từ đó, người ta đã tổng hợp lại kết quả đọc nói trên nhờ chương trình Trinity để sáng tạo ra 2.230.386 phân tử chồng lấp (contigs) và có tất cả 1.280.157 đoạn mang unigenes. Các vùng trong bộ genome cây hồ tiêu giàu đoạn phân tử lập lại tạo nên những phân tử RNA nhỏ, có chức năng, nhưng không có mật mã. Những phân tử microRNAs (miRNAs) thuộc kiểu hình phong phú nhất với những phân tử RNA không mật mã mang tính chất điều hòa. Mặc dù có những nghiên cứu về phân tử miRNAs, nhưng người ta rất ít được biết các tiền thân của đoạn phân tử dạng kẹp tóc (hair-pin precursors) của miRNAs mang những SSRs (Simple Sequence Repeats). Joy và ctv. (2013) đã sử dụng một bộ chip có tên là “array of transcripts” để dự đoán và phát hiện in silico của 43 phân tử ứng cử viên mang tên “pre-miRNA” mang các motif khác nhau của chỉ thị SSR. Họ phân tích và xác định được 3913 các loại hình khác nhau của những motif chỉ thị SSR với trung bình một chỉ thị SSR trên đoạn phân tử 3,04 MB trong bộ transcriptome này. Khoảng 0,033% transcriptome là những ứng cử viên “pre-miRNA” mang chỉ thị SSRs. Mức độ phong phú, kiểu hình và cách phân bố của những motif chỉ thị SSR đều được nghiên cứu thông qua các tiền thân của phân tử miRNA dạng kẹp tóc. Kết quả cho thấy có một sai lệch  đáng kể  tại vị trí của những chỉ thị SSRs tại vùng dưới nguồn của ứng cử viên "pre-miRNA". Các dữ liệu phân tử transcripts được xác định, cùng với các minh chứng khá tin cậy về sự hiện hữu của chỉ thị SSRs đều xuất phát từ những phân tử “miRNA precursors”, cho phép người ta có nhiều cơ hội trong tương lai hiểu rõ được cơ chế di truyền của loài hồ tiêu cũng như chức năng của những chỉ thị phân tử mang tính chất "tandem repeats" trong miRNAs.

 

Không giống như những phương pháp đọc trình tự gen thông thường, phương pháp “transcriptome sequencing” cho ra những bộ dữ liệu nhanh chóng hơn và thời gian nghiên cứu ngắn hơn, công sức lao động cũng ít hơn. Kỹ thuật “transcriptome sequencing” có một thuận lợi cho tất cả các loài sinh vật có ít thông tin về trình tự gen như cây tiêu để người ta có thể tạo nên bộ chip sinh học với “array” của những gen có giá trị khoa học và kinh tế. Trung tâm khởi nguyên của loài hồ tiêu đen là Western Ghats thuộc miền Nam Ấn Độ, nơi mà mức độ đa dạng di truyền cây hồ tiêu rất lớn trong các giống hồ tiêu trồng. Tính trạng liên quan đến phẩm chất gia vị, đặc biệt là "piperine" (1-piperoylpiperidine, với những alkaloid chủ yếu) được đặc biệt nghiên cứu. Những nghiên cứu về dược học và sinh hóa đã xác định tính chất chống viêm nhiễm, giảm đau, chống co giật, chống loét, antioxidant, chất bảo vệ cây và chống đau nhức của piperine. Kết quả minh chứng rằng piperine khi kết hợp với curcumin có thể hoạt động như một yếu tố ngăn ngừa ung thư. Những chỉ thị phân tử trên cơ sở PCR như AFLP, SSR; những kết quả nuôi cây in vitro tương ứng với nghiên cứu ứng dụng và nghiên cứu căn bản  trên mức độ genomic đều chưa được người ta hoàn thiện đối với cây hồ tiêu so với nhiều loài cây trồng khác trên thế giới.

 

Microsatellites còn được biết với thuật ngữ "Short Tandem Repeats" (STRs) hay "Simple Sequence Repeats" (SSRs) khá ngắn (1–5 bp), chuỗi trình tự “tandem repeated DNA” có nguồn gốc từ “de novo genesis” hoặc “adoptive genesis”.

 

Sai số do tái tổ hợp, do trao đổi chéo không cân bằng và do hiện tượng “polymerase slippage” khi tự tái bản phân tử DNA hoặc khi phân tử này sửa lỗi, tất cả làm cho mức độ đột biến khá cao trong chỉ thị phân tử microsatellites (từ 10−2 đến 10−6 nucleotides trên mỗi locus, trên từng thế hệ con lai).

 

Microsatellites rất phong phú và có rải rác một cách ngẫu nhiên trong genome của loài sinh vật eukaryote, bao gồm cả những vùng có mật mã hay không mật mã. Motif (CA)n thể hiện đặc trưng nhất trong genome người và động vật có vú, trong khi motif  (AT)n thể hiện phổ biến nhất trong genome thực vật. Đóng góp đáng kể của những vùng có tính chất lập lại ấy trong chuỗi trình tự genome được người ta tư liệu hóa khá tốt cho thấy những phân tử có tính chất “repeat-rich sequences” là cái nôi của những phân tử RNA bé, không mật mã, nhưng có chức năng giống như những phân tử hcRNA (heterochromatic small RNAs) và piRNAs (piwi-interacting RNAs) bao gồm các rasiRNA – một dạng phụ trợ (repeat-associated small interfering RNAs). Trong các phân tử RNA như vậy, dạng hình phổ biến nhất là microRNAs (miRNAs). Phát sinh học của phân tử miRNAs xuất phát từ “primary miRNA transcripts” được biết là "pri-miRNAs". Phân tử này sẽ thích ứng với cấu trúc thứ cấp dạng kẹp tóc với 21-nucleotide duplex. Nó bị cắt bới enzyme RNase-III-type enzyme Dicer endonuclease.

 

Một nghiên cứu khác về hệ transcriptome rễ hồ tiêu của Gordo et al. (2012) cho thấy: Piper nigrum L. có sự tương tác giữa pathogens và rễ cây chủ vô cùng quan trọng để chúng ta xác định giống hồ tiêu kháng bệnh thông qua kỹ thuật chọn giống nhờ biện pháp di truyền phân tử. Các dữ liệu di truyền và chỉ thị phân tử hiện nay rất hạn chế đối với cây hồ tiêu so với những loài cây trồng khác như lúa, bắp, đậu nành. Công nghệ “RNA-Seq” đã và đang được ứng dụng phổ biến nhằm mô tả hệ thống transcriptome của rễ cây hồ tiêu. Hệ thống transcriptome của rễ cây hồ tiêu được giải trình tự bằng công nghệ NGS SOLiD và được tổng hợp theo phương pháp multiple-k. Sử dụng Blast2GoorthoMCL để chú thích 10.338 unigenes. Thông qua 4472 protein dự đoán, người ta thấy có khoảng 52% ở dạng tương đồng với hệ thống proteome của cây mô hình Arabidopsis. Hai bộ proteomes trong rễ cây hồ tiêu xác định được 615 proteins. Những protein này liên quan đến các tính trạng của hệ thống rễ. Chỉ thị phân tử SSR cũng được người ta xác định trong nghiên cứu đa dạng di truyền phục vụ yêu câu ứng dụng công nghệ sinh học và sinh thái học.

 

Bộ dữ liệu đồ sộ của 10.338 unigenes trở nên vô cùng quan trọng cho việc chọn giống hồ tiêu nhờ chỉ thị phân tử và nghiên cứu “ecogenomics” của ngành thực vật hiển hoa, hạt kín.

 

Giống hồ tiêu kháng được hai pathogens gây bệnh chính: Phytophtora capsiciFusarium solani f. sp. piperis, chưa thành công trong phương pháp chọn giống truyền thống. Đây là thách thức lớn nhất hiện nay trong di truyền học và cải tiến giống hồ tiêu của thế giới. Hồ tiêu không phải là cây mô hình, cho nên rất ít được nghiên cứu và có rất ít thông tin ở mức độ phân tử. Tiếp cận phương pháp hiện đại là NGS (next-generation sequencing), người ta đang đứng trước cơ hội mới để có những dữ liệu di truyền nhanh nhất. Trong thực vật, bộ genome của chúng thường rất lớn và tần suất đa bội thể khá cao, do đó, việc định tính những transcriptomes sẽ là công cụ rất mạnh mẽ để xác định được những protein là sản phẩm của gen. Kỹ thuật RNA-seq có thể giúp chúng ta thực hiện đọc trình tự DNA, với một mức độ chính xác và hiệu quả cao, cũng như có được số lượng lớn bộ transcriptome của một cơ quan hay một mô thực vật nào đó. Công nghệ “Next-generation sequencing”  tạo nên một số lượng rất lớn các lần đọc (reads) với mức độ lấy mẫu phân tử cDNA rất cao trong thư viện cDNA, cung cấp cách nhìn nhận đầy đủ hơn, sâu sắc hơn về bộ transcriptome. Sự mô tả theo chiều rộng bộ transcriptome đối với các trình tự phân tử RNA sẽ xác định được trình tự mang mật mã, chỉ thị SNPs (single nucleotide polymorphisms) hoặc những phân tử đa hình khác, các “splicing variants” và những mức độ có liên quan với nhau về sự thể hiện gen thông qua số “reads” được đo đếm: Phương pháp thịnh hành là DGE (digital gene expression).

 

Kỹ thuật phân tích RNA-seq của bộ transcriptome cây hồ tiêu có thể tác động vô cùng to lớn đến kiến thức của loài người về di truyền cây hồ tiêu. Hồ tiêu thuộc họ Piperaceae, lớp phụ Magnoliid, là loài thuộc “basal angiosperms” (ngành hiển hoa, hạt kín), nhưng có rất ít cơ sở dữ liệu về GENOMICS. Các cơ sở dữ liệu transcriptomic có nhiều phản hồi mang tính chất sinh thái và công nghệ sinh học, từ việc khai thác dữ liệu và định tính  sự tiến hóa trong họ thực vật cho đến việc xác định các chỉ thị phân tử microsatellites. Ngần ấy rất có giá trị phục vụ cho nội dung chọn tạo giống hồ tiêu, xây dựng catalog của các gen biểu hiện có liên quan đến hệ thống tự vệ thực vật và cơ chế biến dưỡng.

 

Hình 1. Cây di truyền huyết thống của Piper nigrum so với các loài trong thực vật hiển hoa, hạt kín

 

Gordo và ctv. (2012) đã sử dụng công nghệ RNA-seq để phân tích bộ transcriptome của cây hồ tiêu. Có khoảng 71 triệu “reads” được tạo ra và 22.363 phân tử transcript được tổng hợp de novo từ mô rễ và thân. Các phân tử transcripts này được chú thích chức năng (annotated) và đại diện cho những trình tự đầu tiên của bộ transcriptome cây hồ tiêu P. nigrum. Ước khoảng 257 chỉ thị SSR mới đã được mô tả. Kết quả này được xem như bộ cơ sở dữ liệu đầu tiên về trình của nhóm Magnoliid. Kết quả mở ra những triển vọng mới trong nghiên cứu đa dạng sinh học và sinh thái học. Kết quả này là cơ hội rất tốt phục vụ cải tiến giống hồ tiêu và xây dựng chương trình genomics trong tìm hiểu tương tác giữa ký sinh – ký chủ ở rễ hồ tiêu, nơi mà sự tấn công của vi nấm F. solani cũng như P. capsici, hai tác nhân bệnh nghiêm trọng nhất ngành sản xuất hồ tiêu.

 

Hình 2. Phân bố các chỉ thị SSR liên quan đến pre-miRNA giữa các loài

 

BỘ TRANSCRIPTOME CỦA HẠT TIÊU

 

Hu et al. (2015) đã nghiên cứu di truyền của các thành phần kinh tế quan trọng trong hạt tiêu quyết định mức độ cay nồng từ những alkaloids. Piperine là hợp chất quan trọng nhất trong nhóm alkaloids, biểu thị sự đặc trưng về chức năng sinh lý. Tuy nhiên, những cơ chế của sinh tổng hợp piperine còn được biết rất ít. Nghiên cứu của Hu  và ctv. (2015) là nghiên cứu đầu tiên về bộ transcriptome của hạt tiêu thông qua kỹ thuật đọc trình tự nhờ sự hỗ trợ của phần mềm Illumina HiSeq 2000. Có tổng cộng 56.281.710  số “reads” ban đầu; dữ liệu được nhận và được tổng hợp lại. Từ cơ sở dữ liệu những “raw reads” ấy, người ta tìm ra 44.061 unigenes với độ lớn trung bình là 1.345 nt. Theo kết quả chú thích chức năng (annotation), người ta xác định được 40.537 unigenes đạt tiêu chuẩn “Gene Ontology”, “Kyoto Encyclopedia” và “Genomes pathways”, cũng như trên nội dung tham chiếu với cơ sở dữ liệu của “Swiss-Prot”, “Nucleotide Collection” (NR/NT). Thêm vào đó, người ta xác định được 8.196 chỉ thị SSRs. Kết quả phân tích chi tiết bộ transcriptome này cho thấy: những gen có tính chất “housekeeping” (gen không có promoter) đối với kiểm tra PCR theo số lượng, có những chỉ thị SSRs tương ứng, và những gen liên quan đến cơ chế tổng hợp lysine/ornithine được xác định. Kết quả này làm rõ hơn khả năng của cơ sở dữ liệu mà nhóm tác giả Hu et al. (2015) đã thực hiện thành công. Nghiên cứu của nhóm tác giả đã có thể cung cấp cho mọi người những số liệu vô cùng có ích để nghiên cứu sâu hơn di truyền sinh tổng hợp piperine của cây hồ tiêu.

 

DI TRUYỀN TÍNH KHÁNG BỆNH CHẾT NHANH

 

Các enzyme “chitinase” thực vật rất được quan tâm trong quá trình của pathogen xâm nhiễm vào cây chủ. Chủng nguồn bệnh vào lá cây hồ tiêu hoang dại Piper colubrinum với vi nấm gây triệu chứng “foot rot” (Varma et al. 2009; Aravind et al. 2008; Joy et al. 2007). Nấm Phytophthora capsici khi xâm nhiễm đã làm gia tăng đáng kể hoạt động của enzyme “chitinase”. Hoạt tính của chitinase gia tăng khi người ta chủng nguồn bệnh vào lá, với mức hoạt động đạt giá trị tối đa 60 giờ sau khi chủng, sau đó giảm dần. Các lá hồ tiêu già hơn có hoạt tính chitinase lớn hơn lá non. Mức độ chitinase của tiêu đen (Piper nigrum L.) khi xứ lý chủng bệnh thường biểu hiện về căn bản là cao khi so sánh với nghiệm thức chủng bệnh do  nấm P. colubrinum. Kết quả phân tích RT–PCR với những primers đặc biệt ghi nhận chitinase đều cho thấy số lượng tích lũy khác nhau của phân tử mRNA trong lá hồ tiêu có chủng nấm P. colubrinum so với chủng nấm P. capsici. Tuy nhiên, sự phát triển khuẩn ty không có khác biệt rõ ràng, trên cơ sở phân tích khả năng protein (được tách chiết) làm ức chế tăng trưởng của nấm P. capsici in vitro. Cây hồ tiêu phản ứng lại sự tấn công của những vi sinh vật gây hại thông qua sự kiện kích hoạt sự thể hiện với số lượng lớn các gen mã hóa những protein khác nhau, người ta tin rằng có nhiều protein đảm nhận chức năng tự vệ. Những gen ấy mã hóa chitinases, chúng sẽ phân giải lớp chitin, một dạng polymer thuộc nhóm N-acetyl-glucosamine có trong thành tế bào của vi nấm và trong lớp sừng của côn trùng. Thêm vào đó, những phương thức chuẩn bị của chitinase nhằm ức chế sự tăng trưởng của nấm in vitro thông qua sự thủy phân sinh mô đỉnh của khuẩn ty, đặc biệt trong sự phối hợp giữa β-1,3-glucanase và chitinase, làm cho sự tích tụ của hợp chất ấy bao quanh khuẩn ty in planta (Broekaert et al., 1988; Broglie et al., 1991; Schiumbaum et al., 1986; Benhamou et al., 1990; Wubben et al., 1992; Collinge et al., 1992). Thực vật nói chung đều có rất nhiều dạng chitinase vô cùng phong phú, được phân loại qua nhiều lớp trên cơ sở cấu trúc và chức năng của protein này. Những chitinases nội sinh đã và đang được người ta mô tả cũng như định tính một cách rõ ràng trong nhiều loài thực vật (Boller, 1988). Những enzymes như vậy đều là các đối tượng rất lý thú trong nghiên cứu khoa học về tính kháng của cây đối với sâu bệnh hại.

 

Loài hồ tiêu hoang dại Piper colubrinum Link, thuộc họ Piperaceae có liên quan đến giống hồ tiêu trồng Piper nigrum L. với khoảng di truyền khá xa. Cây hồ tiêu dại này có ý nghĩa đặc biệt trong công nghệ sinh học bởi vì nó phản ứng kháng với nhiều pathogen tấn công cây hồ tiêu, ví dụ như Phytophthora capsici, gây bệnh chết nhanh (foot rot), nó cũng kháng được tuyến trùng, ví dụ như Meloidogyne incognitaRadopholus similes, chúng gây thiệt hại nghiêm trọng ngành trồng hồ tiêu của thế giới (Nambiar and Sarma, 1977; Ramana and Mohandas, 1987; Devasahayam, 2000). Lai giữa hai loài hồ tiêu này trên cơ sở khai thác gen cho của loài P. colubrinum nhằm chuyển gen kháng bệnh vào loài hồ tiêu trồng cho đến nay chưa thành công do khả năng tiếp hợp của chúng rất kém (incompatibility). Loài hoang dại P. colubrinum có nhiều gen kháng trở thành đối tượng nghiên cứu trong công nghệ sinh học để chuyển gen kháng này vào giống hồ tiêu trồng, kiểm soát được sự tấn công của nhiều pathogen. Việc phân lập và xác định “chitinase gene” của loài hồ tiêu hoang dại P. colubrinum tỏ ra hữu ích vì gen này  làm tăng hoạt động tự vệ của cây chống lại phổ rộng các pathogen tấn công, ví dụ như Colletotrichum đối với cây hồ tiêu, FusariumRalstonia đối với cây gừng, tuyến trùng RadopholusMeloidogyne đối với những cây gia vị chính.

 

Aravind et al. (2008) đã thực hiện một nghiên cứu nhằm xác định giống hồ tiêu trồng (Piper nigrum L) có liên quan đến tính đối kháng vi khuẩn nội sinh đối với nấm Phytophthora capsici gây bệnh chết nhanh. Vi khuẩn nội sinh (endophytic) ở dạng mẫu phân lập đã được định tính và được đánh giá sự kháng lại nấm P. capsici. Sáu chi (genera) vi khuẩn Pseudomonas spp (20 strains), Serratia (1 strain), Bacillus spp. (22 strains), Arthrobacter spp. (15 strains), Micrococcus spp. (7 strains), Curtobacterium sp. (1 strain) và tám chủng nòi (strains) chưa được xác định có trong mô cây hồ tiêu thuộc vùng rễ và thân. Có 3 mẫu phân lập IISRBP 35, IISRBP 25 và IISRBP 17 được xem như rất hiệu quả đối với việc ức chế nấm Phytophthora – làm giảm 70% thiệt hại do bệnh chết nhanh trong điều kiện thí nghiệm nhà kính. Mẫu phân lập IISRBP 35 được tạo nên từ quần thể vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas EF568931), IISRBP 25 từ vi khuẩn P. putida (Pseudomonas EF568932), và IISRBP 17 từ vi khuẩn Bacillus megaterium (B. megaterium EU071712) trên cơ sở chạy trình tự 16S rDNA.

 

Joy et al. (2007) đã đánh giá liên quan di truyền của những giống hồ tiêu chủ lực. Tác động của bệnh chết nhanh do Phytophthora tạo ra áp lực phải cải tiến giống hồ tiêu cao sản mà tính kháng này đã có trong các loài thuộc chi Piper. Hồ tiêu được xem như là vua của gia vị (king of spices) trên thế giới. Nhiều giống hồ tiêu trồng khác nhau có nguồn gốc di truyền liên quan với nhau chính là nguồn tài nguyên di truyền bất tận, có giá trị phục vụ nguồn gen kháng bệnh như mong muốn của nhà chọn giống giúp người ta có thể gia tăng số lượng và chất lượng hồ tiêu. Trong vùng Western Ghats của Ấn Độ, người ta tin rằng đây là vùng khởi nguyên của cây hồ tiêu, tuy nhiên, nhiều mẫu giống hồ tiêu của tổ chức NBPGR (hội đồng quốc gia về nghiên cứu tài nguyên di truyền của Ấn Độ) vẫn chưa được đánh giá một cách đầy đủ ngay ở trong vùng này. Nghiên cứu của Joy và  cộng sự nhằm xem xét những liên quan về di truyền của các giống hồ tiêu trồng chủ lực ở đây thông quan chỉ thị phân tử AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism).  Ba mươi giống hồ tiêu chủ lực của NBPGR, Ấn Độ được phân tích “fingerprint” (đánh dấu vân tay DNA), với các phối hợp primer khác nhau (EAGC/MCAA, EAGG/MCTA và EAGC/MCTG) tạo ra một “profile” có tính chất chắc chắn và khả năng đọc được băng đa hình. Trong 173 chỉ thị phân tử có khả năng cho điểm được, có 158 chỉ thị (> 90%) biểu hiện đa hình rõ ràng, chỉ ra biến thiên di truyền của nguồn tài nguyên di truyền này. Cây gia hệ được hình thành trên cơ sở phân tích UPGMA (unweighted pair group method analysis) đã xếp nhóm di truyền các mẫu giống hồ tiêu nói trên thành ba “clusters” chính. Bốn giống hồ tiêu trồng khác nhau ở mức giá trị tương đồng 0,30. Giống hồ tiêu phổ biến nhất Karimunda, có giá trị “fingerprint profile” độc nhất. Phương pháp “fingerprinting” thông qua chỉ thị AFLP có thể là công cụ lý tưởng để xác định giống hồ tiêu trồng và nghiên cứu di truyền huyết thống. Mức độ đa hình trong kết quả này khá cao và việc định tính có tính chất đặc thù.

Tìm kiếm nguồn gen trong bộ sRNAome, với sự hiện diện vô cùng đặc trưng của phân tử sRNAs thuộc 5.8 SrRNA trong cây hồ tiêu Piper nigrum và những cây có liên quan di truyền huyết thống – trong quản lý bệnh chết nhanh do Phytophthora capsici.

Nguồn: Srinivasan A. and E.V. Soniya. 2017. The sRNAome mining revealed existence of unique signature small RNAs derived from 5.8 SrRNA from Piper nigrum and other plant lineages. Sci Rep. 2017; 7: 41052. Published online 2017 Feb 1. doi:  10.1038/srep41052

 

Các phân tử srRNAs có nguồn gốc từ thể ri bô được gọi là “phân tử ribosomal RNAs” (srRNAs) rất ít được khai thác trong cơ sở dữ liệu có độ chính xác cao của hệ thống thực vật. Ở đây, các tác giả trong nhóm nghiên cứu đã phân tích srRNAs từ cơ sở dữ liệu trong thư viện những phân tử RNA nhỏ được giải trình tự rất chi tiết (deep-sequenced small RNA libraries) của bộ gen cây tiêu Piper nigrum, một cây rất độc đáo thuộc Magnoliid. Đầu 5′ của chuỗi trình tự giả định có hình dạng khá dài thuộc phân tử 5.8S rRNA (5.8SLrRNA) đã được xác định như một vị trí thực hiện sinh tổng hợp ra phân tử srRNA với số lượng cực lớn (biogenesis), nó rất đặc trưng cho họ Piperaceae trong ngành thực vật. Người ta tiếp tục phân tích so sánh bộ RNAome này với 97 phân tử sRNAomes của những cây tiêu có mức đa dạng cao, điều ấy đã mở ra rất thành công về sự hiện diện vô cùng phong phú của tín hiệu rất độc đáo rRF và sự cắt chính xác trình tự phân tử để có vùng trên của sRNAs thuộc chuỗi trình tự mới về nguyên tắc tại đầu 5′ của phân tử 5.8S rRNA. Tiến trình phân cắt chủ yếu đã hình thành nên bản đồ  có tính chất đặc trưng tại các mô thực vật khác nhau trên cùng một cây tiêu. Sự biểu hiện vô cùng đặc trưng ấy và sự phân cắt như vậy của 5′5.8S srRNAs trong nấm ký sinh gây bệnh chết nhanh cây tiêu là Phytophthora capsici đã xâm nhiễm vào mô tế bào cho thấy chức năng sinh học vô cùng cấp thiết của những phân tử srRNAs này khi cây phản ứng với stress do nấm xâm nhiễm. Cấu trúc của tiền chất sẽ có dạng hình kẹp tóc, ngắn, không theo khuôn phép nào cả (non-canonical), kết hợp với những protein “Argonaute”, và vùng đích của phân tử 5′5.8S srRNAs. Ngần ấy đã tăng cường vai trò điều tiết của chúng trong chu trình hình thánh phân tử RNAi của cây tiêu. Hơn nữa, sự chuyên tính đối với chủng nòi nấm của phân tử “small RNAs” này có thể có tiềm năng sinh học vô cùng to lớn phục vụ nội dung phân loại thực vật.

 

Hình 1: Những điểm phân cắt (cleavage points) của 5.8S rRNA từ phân tử RNA của tiền thể ri bô (pre-ribosomal RNA).

 

Tiến bộ của kỹ thuật NGS (next-generation sequencing) cho phép chúng ta tìm kiếm chức năng của những phân tử “small RNAs”, ví dụ như microRNAs và siRNAs từ những sinh vật có mức đa dạng cao. Theo đó, sự phân lớp mới của những phân tử “regulatory sRNAs” có tính chất điều tiết tinh vi, xuất phát từ những phân tử RNAs không có chức năng mã hóa, bao gồm phân tử “small nucleolar RNAs” (snoRNAs) và phân tử “transfer RNAs” (tRNAs), đã được các nhà khoa học báo cáo trong những năm gần đây. Phân tử rRNA (ribosomal RNAs) là những gen giữ nhà rất cần thiết (housekeeping genes), với vai trò hợp nhất trong sinh tổng hợp protein tại tất cả  những domains trong sinh học. Số bản sao chép cao của các gen có rDNA (ribosomal DNA) trong bộ genome tạo nên một hệ các phân tử transcript với phong phú của “rRNA transcripts” chiếm khoảng 60 % tổng số phân tử RNA trong tế bào. Vai trò điều tiết của gen đối với phân tử rRNA vẫn chưa được khai thác và ứng dụng tốt. Phân tử qiRNAs (viết tắt từ chữ QDE-2-interacting small RNAs) được tạo nên từ locus của rDNA  được người ta ghi nhận có vai trò kích hoạt khi phân tử DNA bị tổn thương của những loài nấm sợi, như Neurospora crassa. Sự thể hiện của những phân tử đặc biệt “ribosomal RNA” xuất phát từ các đoạn phân tử (rRFs) với nguồn gốc và chức năng không rõ ràng cũng được người ta ghi nhận trong mô sẹo “embryogenic” của cây lúa. Một bô các phân tử mới “rRNA” từ lục lạp, có tên là “chloroplast sRNAs” được tạo nên, có chức năng kích hoạt cây bắp cải khi cây bị stress nóng [Chinese cabbage: Brassica rapa ssp. chinensis). Hơn nữa, người ta vừa xác định được phân tử microRNA có tính bảo thủ cao và không theo khuôn phép nào cả (non-canonical) từ phân tử rDNA có thuật ngữ chuyên môn là ITS1 (internal transcribed spacer1) trong các loài côn trùng thuộc Diptera.

 

Tính chất sao chép có tính chất đa bản của phân tử “ribosomal RNA” được mã hóa di truyền trong bộ genome này. Tính chất tiến hóa di truyền của số bản sao chép rRNA có liên quan đến kích cỡ tế bào. Trong sinh vật eukaryotes, tiều phần nhỏ của ri bô thể (40S) bao gồm một “assembly” của phân tử 18SrRNA và 33 RPs (ribosomal proteins). Trong khi đó, tiều phẩn lớn của ri bô thể có những thành phần rRNA hết sức rời rạc (5S, 5.8S và 25/28S rRNAs) và 46 RPs (ribosomal proteins). Ngoại trừ 5S rRNA, tất cả những rRNAs còn lại (18S, 5.8S, 25–28S rRNAs) đều được phiên mã bởi hoạt động của enzyme “RNA polymerase I” (Pol I) như một đơn vị riêng biệt có tính chất “polycistronic”; đơn vị này vượt qua được thách thức của tiến trình hậu phiên mã vô cùng phức tạp thông qua hai phân tử trợ giúp là ITS1 và ITS2 (internal transcribed spacers ) cộng thêm hai phân tử tích cực khác là 5’ ETS và 3’ETS (external transcribed spacers). Chúng kế cận nhau và phân tác ra các thành phần khác nhau của phân tử  rRNA trưởng thành. Phân tử rRNA mang tính “tiền chất” ấy trong suốt quá trình thể hiện trong nhân và hạch nhân thông qua các bước có tính chất “endonucleolytic” (phân cắt ở trong nhân) và “exonucleolytic” (phân cắt ở ngoài nhân) đối với phân tử rRNAs trưởng thành (Hình 1). Sự trưởng thành của phân tử 5.8SrRNA là một trong những trạng thái phức tạp nhất của tiến trình tạo ra phân tử “pre-ribosomal RNA”, và hai chu trình thay phiên nahu tạo nên hai dạng phân tử: ngắn (5.8SS) và dài (5.8SL) của phân tử 5.8SrRNA. Nó khác nhau thông qua sự có mặt của của những nucletides vị trí số 7 hoặc 8 thêm vào ở đầu 5′. Sự xuất hiện hai dạng của 5.8S rRNA với một chút khác biệt ở đầu 5′ xảy ra rất phổ biến trong sinh vật eukaryotes, cho dù tỷ lệ giữa hai dạng này có biến động của một sinh vật nào đó so với một sinh vật khác. Dạng ngắn hơn của 5.8S rRNA (5.8Ss) chiếm 80% tổng số phân tử và được tạo nên bởi tính chất phân cắt bên trong nhân  tại vị trí A3 của ITS1 (internal transcribed spacer 1) thông qua enzyme “RNAse MRP” và ngay sau đó, cắt gọn lại ở đầu 5′ → 3′ ở bên ngoài nhân của “27S-A3 pre-rRNA” trở xuống vị trí “B1S” thông qua enzyme Rat1 và XRN1. VỊ trí cắt bên trong nhân tạo nên phân tử dài hơn 5.8SL của sinh vật thuộc eukaryotes và không dựa vào kết quả phân cắt tại vị trí A3. Đầu 3′ của cả hai variants này được sinh ra nhờ phân cắt ở vị trí C2 trong ITS2 thông qua những “cofactors” của exosome trong nhân, Rrp6. Trong thực vật, cơ chế vô cùng chính xác ấy mà thông qua nó, các dạng phân tử dài hoặc ngắn của 5.8S rRNA đã được tạo ra, chưa được người ta hiểu rõ. Chỉ có thành phần “Rat1/XRN2-like members” đã được báo cáo trong thực vật, với ba thể đồng dạng của enzyme ngoài nhân “XRN exoribonuclease”, XRN2, XRN3 và XRN4, được phân lập trong cây Arabidopsis. Theo đó, XRN2, XRN3 và XRN4 hoạt động như những suppressors ngoại sinh “PTGS”; XRN2 và XRN3 là những enzyme trong nhân có tính chất “exoribonucleases”. XRN4 hướng đến tế bào chất (cytoplasm). Trong cây Arabidopsis, người ta thấy AtXRN2 khá giống với trường hợp của nhân nấm men (yeast) Rat1, nó có chức năng phân cắt tại những vị trí A2 và A3 của ITS1. Trong nhiều hệ thống mô phỏng theo giả định, RNAse MRP (Mitochondrial RNA Processing) được xem như có tham gia vào tiến trình phân cắt ITS1 (internal transcribed spacer 1) của tiến chất rRNA tại vị trí A3, tạo nên phân tử trưởng thành có đầu 5′ của 5.8S rRNA. Thực vật không mã hóa di truyền bất cứ gen nào đối với enzyme RNAse P những những proteins đặc biệt đối với “ribonucleoprotein RNase P”. Phân tử PROPs (protein-only RNase P enzymes), hiện hữu trong nhiều cơ quan tế bào và nhân, hoàn toàn thay thế những “ribonucleoproteins” để áp dụng vào chức năng của “RNAse P” trong thực vật. AtMTR4, là một “exosome cofactor” trong nhân, kết hợp với nhiều bước trong tiến trình tạo nên phân tử 5.8S rRNA trưởng thành (hoàn chỉnh) và lấy ra sự hoàn chỉnh của phế phẩm phân tử rRNA. HEN 2, là một enzyme “RNA helicase” đặc hiệu. Nó thường vắng mặt trong sinh vật eukaryote, nó có các subsets khác nhau có chủ đích rõ ràng của những phân tử  RNA trong nhân khi phân giải bởi exosome.

 

Hình 11: Bản đồ di truyền của phân tử 5′5.8S rRF trên cơ sở phân cắt có chủ đích trên những vị trí dự đoán trước. (A) Bản đồ phân cắt tại vị trí kết gắn dự đoán với rRF của phân tử “mRNA transcript” mã hóa protein S13 của “40S” trong thể ri bô từ cây tiêu đen thông qua kỹ thuật  cải tiến đầu 5′ RLM RACE. Mũi tên màu đỏ chỉ vị trí cắt trên bản đồ và chữ số  biểu thị tần suất của những “clones”  thuộc RACE. (B) Vị trí cắt 5′5.8S rRF trên bộ “CL1091.Contig 2” đối với protein S13 của thể ri bô 40S.

 

Trở lại      In      Số lần xem: 3308

[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
  • Bệnh chết nhanh ( Thứ tư, 27/04/2016 )
  • Bệnh chết chậm (vàng lá) ( Thứ tư, 27/04/2016 )
  • Cây trụ sống phục vụ canh tác hồ tiêu ( Thứ sáu, 29/04/2016 )
  • Lịch sử cây hồ tiêu ( Thứ sáu, 29/04/2016 )
  • Lịch sử phát triển & vùng trồng hồ tiêu ở Việt Nam ( Thứ sáu, 29/04/2016 )
  • Loài tiêu hoang dại ( Thứ hai, 01/08/2016 )
  • Yêu cầu của nhà nhập khẩu hồ tiêu ( Thứ sáu, 20/05/2016 )
  • Cây che phủ đất ( Thứ tư, 27/04/2016 )
  • Đất trồng hồ tiêu ( Thứ hai, 01/08/2016 )
  • Thời vụ trồng hồ tiêu ( Thứ ba, 26/04/2016 )
  • Cơ sở phân tử của virus gây bệnh hồ tiêu (Piper Yellow Mottle Virus) ( Thứ sáu, 29/04/2016 )
  • Sâu đục thân ( Thứ năm, 28/04/2016 )
  • Kỹ thuật nhân giống vô tính ( Thứ hai, 25/04/2016 )
  • Kỹ thuật trồng hồ tiêu hữu cơ ở Ấn Độ ( Thứ tư, 27/04/2016 )
  • Sản xuất hồ tiêu hữu cơ ở Việt Nam ( Thứ ba, 26/04/2016 )
  • Bệnh thán thư ( Thứ năm, 28/04/2016 )
  • Bệnh tiêu điên (Stunted disease) ( Thứ năm, 28/04/2016 )
  • Thực vật học ( Thứ hai, 25/04/2016 )
  • Bọ xít lưới ( Thứ năm, 28/04/2016 )
  • Bọ cánh cứng ( Thứ năm, 28/04/2016 )
Designed & Powered by WEBSO CO.,LTD