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
Triển vọng giống đậu nành HLĐN910 trên đất trồng tiêu

Thống kê truy cập
 Đang trực tuyến :  20
 Số lượt truy cập :  24270359
Thành tựu di truyền tính kháng rầy nâu của cây lúa và gen mới BPH35
Thứ ba, 21-07-2020 | 08:27:00

Rầy nâu (BPH, Nilaparvata  lugens  Stål) gây thiệt hại nghiêm trọng cho canh tác lúa trên toàn thế giới, đặc biệt ở Việt Nam và châu Á. Rầy nâu chích hút nhựa cây gây hiện tượng cháy rầy, cây lúa bị khô và chết. Rầy nâu còn có khả năng truyền bệnh siêu vi như vàng lún, lùn xoắn lá; lúa cỏ. Rầy nâu có khả di chuyển rất xa trong tầng khí quyển. Người ta ước tính thiệt hại do rầy nâu trên sản xuất lúa khoảng 300 triệu USD mỗi năm.

 

Quản lý rầy nâu bằng hóa chất (thuốc trừ sâu) là biện pháp khá phổ biến, nhưng có quá nhiều rủi ro. Khai thác tính kháng của cây lúa trên nền tảng di truyền học là cách tiếp cận được sự đồng ý cao nhất của các nhà chọn giống, nhà môi sinh học và nông dân trồng lúa.  

 

Nhiều thập niên quan, người ta đã phân lập được  39 gen kháng rầy nâu trong loại hình giống lúa trồng indica, loải hình giống lúa trồng châu Phi (O. glaberrima) và còn tìm thấy từ nhiều nguồn vật liệu lúa hoang.  Trong số đó, có 34 gen được lập bản đồ di truyền trên nhiễm sắc thể 1,  3,  4,  6,  11  và  12.

 

Các gen gần đây đã được công bố trên tạp chí quốc tế là:  Bph30, Bph31, Bph33, Bph33(t)  Bph34  (Jing  et  al,  2017;  Prahalada  et  al,  2017;  Hu  et  al,  2018;  Kumar  et  al,  2018;  Naik  et  al,  2018;  Wang  et  al,  2018). 

 

Còn 5 gen chưa xác định chắc chắn nhiễm sắc thể mà chúng định vị là  bph5, bph8, Bph22(t), Bph23(t)  bph24(t)  (Khush  et al, 1985; Nemoto et al, 1989; Deen et al, 2010; Ram et  al,  2010). 

 

Tám gen Bph17/Bph3  (Liu  et  al,  2015), Bph6 (Guo  et  al,  2018),  Bph9 (Zhao  et  al,  2016), Bph14 (Du et al, 2009), Bph18 (Ji et al, 2016), Bph26 (Tamura et al, 2014), Bph29 (Wang et al, 2015) và Bph32 (Ren  et  al,  2016)  được dòng hóa (cloned).

 

Các gen Bph1, Bph2, Bph7, Bph9, Bph10, Bph18, Bph21 Bph26 được xác định là đa alen, định vị trên cùng một locus trên nhiễm sắc thể 12 (Zhao et al, 2016).  

 

Nguồn vật liệu cho gen kháng rầy nâu từ lúa hoang được xem như nguồn di truyền rất có giá trị cho chương trình cải tiến giống lúa. Cho đến này, người ta đã phân lập được khoảng 19 gen kháng: Bph10, Bph18,  bph11,  bph12, Bph13(t), Bph14, Bph15, Bph20(t), Bph21(t), Bph23(t), bph20(t), bph21(t), bph22(t), bph23(t), bph24(t), Bph27, Bph12(t), Bph13(t) Bph34. Chúng có nguồn gốc từ 7 loài lúa hoang: O. australiensis, O. officinalis, O. minuta, O. rufipogon, O. latifolia, O. eichingeri O. nivara) (Ishii et al, 1994; Liu et al, 2001; Renganayaki et al, 2002; Yang et al, 2002; Jena  et  al,  2006;  Du  et  al,  2009;  Rahman  et  al,  2009;  Deen  et  al;  2010;  Ram  et  al,  2010;  Hou  et  al,  2011;  Yang  et  al,  2012;  Huang  et  al,  2013;  Lv  et  al,  2014;  Kumar et al, 2018; Jiang et al, 2019).  

 

Zhang và ctv. (2020) đã phát triển ba dòng lúa dẫn xuất từ lúa hoang O. rufipogon có tên là  RBPH54,  W2183 và  RBPH660. Ba gen kháng rầy nâu bph20(t)/Bph29, bph21(t) Bph27 đã được phân lập trong dòng lúa  RBPH54  và W2183 (Yang et al, 2012; Huang et al, 2013; Wang et  al,  2015),  theo thứ tự.  Trong đó, gen  Bph29  được dòng hóa, gen này mã hóa protein  B3  domain kháng rầy  (Wang  et  al,  2015).  Gen kháng rầy nâu hoặc QTL điều khiển tính kháng rầy nâu trong dòng lúa  RBPH660  cho đến nay vẫn chưa được khai thác đầy đủ.   Người ta muốn xác định các vùng trong hệ gen cây lúa gắn với gen điều khiển tính kháng rầy nâu, trong dòng lúa dẫn xuất từ lúa hoang  RBPH660, thông qua kỹ thuật phân tích BSA (bulked  segregant  analysis-seq). Sau đó, người ta thu hẹp lại vùng giả định này thành vùng mang gen ứng cử viên nhờ kết quả phân tích liên kết và kết quả “gene  mapping”.

 

Phát hiện này sẽ vô cùng có ích cho kỹ thuật dòng hóa gen đích và sử dụng gen kháng rầy nâu trong cải tiến giống lúa.

 

Dòng lúa dẫn xuất từ lúa hoang O. rufipogon là RBPH660,  thuộc loại hình lúa trồng indica có gen kháng BPH ổn định, nó được sử dụng để lập bản đồ di truyền gen kháng/QTL điều khiển tính kháng.

 

Giống lúa cao sản 9311, rất nhiễm rầy nâu được chọn làm mẹ để lai với RBPH660.

 

Người ta sử dụng 302 dòng F2:3 từ tổ hợp lai  9311  ×  RBPH660 để phân tích di truyền và đánh giá kiểu hình. Giống lúa  Rathu  Heenati  (RH) là đối chúng kháng và  Taichung  Native  1  (TN1) là đối chứng nhiễm trong thanh lọc rầy nâu (trong nhà lưới và ngoài đồng).

 

Áp dụng phương pháp “standard   seed-box   screening”  của Huang  et  al, (2001)  và cho điểm theo tháng đánh giá  Standard  Evaluation  System (SES) của IRRI (1996).  Số liệu trung bình lấy từ 25 cây mạ quan sát. 

 

Thực hiện chạy trình tự “Whole genome resequencing” và phân tích BSA-seq với tổng số   309 dòng con lai  F2:3 của tổ hợp lai  9311 x  RBPH660. Ba mươi cây kháng và 30 cây nhiễm được trồng dồn để xây dựng quần thể trồng dồn  BPH-6R và BPH-6S.  Mẫu DNA tách chiết phục vụ cho quy trình chạy “standard  Illumina” / Thư viện  DNA của IRRI, 1996 /nền chạy trình tự 239  Illumina  Hi-Seq  2500.

 

Những “clean reads” được so sánh với trình tự tham chiếu của giống lúa Nipponbare, mã số IRGSP1.0, theo phần mềm BWA (Li và  Durbin,  2009).  Chỉ thị phân tử SNPs được phát hiện nhờ phần mềm GATK3.3 (McKenna et al, 2010), được chú thích di truyền bởi phần mềm ANNOVAR (Wang et al, 2010).

 

Ngoài phân tích liên kết di truyền, người ta còn phân tích “association” (di truyền phối hợp).  Phương pháp SNP-index  được tiếp cận, để xác định vùng gen ứng cử viên đối với những  QTLs đích (Abe et al, 2012; Takagi et al, 2013). SNP-index là kết quả “short  reads”  tại chỉ thị  SNPs  khác với  trình tự tham chiếu. Do vậy,  SNP-indices của  tập đoàn trồng dồn BPH-6R  và  BPH-6S  là tỷ số giữa kết quả đọc số chỉ thị  RBPH660  SNP trên số lần đọc tổng cộng ứng với chỉ thị  SNPs  của tập đoàn trồng dồn  BPH-6R và   BPH-6S.   Khi  SNP-index  bằng  1.0  có nghĩa là tất cả số lần  short  reads phản ánh phân tử của hệ gen của dòng lúa kháng rầy  RBPH660. Ngược lại, khi   SNP-index bằng 0 có nghĩa là tất cả số lần short reads của giống nhiễm 9311. Tuy nhiên, muốn giảm ảnh hưởng sai số của sequencing hoặc so sánh trình tự, các vị trí của SNP với giá trị “read  depth” phải nhỏ hơn  7×  và SNP-index phải nhỏ hơn 0.

 

Giản đồ SNP-index của tập đoàn trồng dồn  BPH-6R và  BPH-6S xuất hiện các đốm trên 2 trục theo phép tính trung bình  SNP-index  của “sliding   window”  (kích thước window là  1  Mb, kích thước mỗi step là  1  kb) trên giản đồ biểu hiện. Giá trị SNP-index không khác hơn có ý nghĩa với 0 trong một vùng nào đó của genome, không mang QTL đích (Takagi et al, 2013).

 

Linkage analysis và gene mapping được tiến hành với chỉ thị SSR liên quan đến tính kháng rầy nâu, chỉ thị InDel  tyrong các vùng chứa gen/QTL đích của genome, đặc biệt trên nhiễm sắc thể 4. Thanh lọc con lai có tính kháng BPH dựa trên đa hình của bố mẹ  RBPH660 và 9311. SSR markers được sử dụng theo phần mềm  Gramene   database   (http://archive.gramene.org/   markers/).  Hai chỉ thị  InDel  (R4M13  và  R4M30)  được chọn của Shen et al (2004), những chỉ thị InDel khác được ký hiệu là   ‘PSM’  được thiết kế nhờ phần mềm   Primer  3.0 trên cơ sở chạy re-sequencing bố mẹ. Phân tích  PCR theo quy trình của  Chen  et  al  (1997)  có cải biên.  Sản phẩm PCR từ kết quả chạy điện di trên gen polyacrylamide   7%   và nhuộm bạc. 

 

Genetic  linkage  map  và  QTL  mapping  được xử lý bằng phần mềm  QTL IciMapping 4.1. Khoảng cách di truyền theo hàm  Kosambi. Phân tích  QTL  được thực hiện theo module ICIM (inclusive composite interval mapping)  có trong phần mềm  QTL  IciMapping  4.1  (Meng et al, 2015).

 

Người ta xác định QTL khi giá trị LOD (logarithm of odds) lớn hơn 2.5. Phân tích con lai phân ly  F2, con lai tái tổ hợp dựa trên chỉ thọ phân tử liền kề trong vùng  QTL  mapping. Đánh giá khiểu gen bằng chỉ thị phân tử SSR và chỉ thị InDel mới được thiết kế để tim hiểu kiểu gen của các dòng recombinants, rồi tiến hành “narrow down” vùng gen ứng cử viên

 

Kiểu hình của giống kháng RBPH660 có thang điểm trung bình phản ứng với rầy nâu là 3.0, trong khi đó, giống  9311 là  9.0

 

Kiểu hình phản ứng rầy nâu của con lai F2:3 phân bố chuẩn, có một đỉnh, cho thấy tính kháng của  giống RBPH660 được điều khiển bởi nhiều gen chủ lực (QTLS) hoặc/và gen thứ yếu. Xác định loci chủ lực điều khiển tính kháng bằng resequencing và BSA-seq. Tổng số reads là  113.04 triệu lần đọc trên tập đoàn trồng dồn BPH-6R  và  102.73  triệu lần đọc trên tập đoàn trồng dồn  BPH-6S. So sánh những reads này với genome tham chiếu Nipponbare, giá trị độ sâu trung bình (average   resequencing  depths) là 41.04-fold trong BPH-6R và  37.30-fold  trong BPH-6S.

 

 Đánh giá kiểu gen được thực hiện với 470063 chỉ thị SNP đa hình. Đa hình của bố mẹ dẫn đến giá trị  SNP-  index và vẽ được  SNP-index  graphs.

 

So sánh SNP-index graphs của tập đoàn BPH-6R và  BPH-6S, người ta thấy có những biến thiên đối nghịch của SNP-index từ 1.20 đến 16.70 Mb trên nhiễm sắc thể 4. Cũng như vậy,  biến thiên đối nghịch của SNP-index từ 10.20 đến 12.60 Mb trên nhiễm sắc thể  9.

 

Đoạn phân tử nằm trong quãng giữa  1.20-16.70  Mb  trên nhiễm sắc thể  4,  có giá trị trung bình  SNP-index của tập đoàn  BPH-6R bằng 1 hoặc gần bằng 1.0, trong khi giá trị này trong tập đoàn  BPH-6S  thấp hơn hoặc bằng 0.3.

 

Đoạn phân tử nằm trong quãng giữa  10.20-12.60 Mb trên nhiễm sắc thể  9,  có giá trị trung bình  SNP-index của tập đoàn  BPH-6R lớn hơn 0.8. Trong khi giá trị này trong tập đoàn  BPH-6S  thấp hơn 0.4.

 

 Kết quả khẳng định hai loci chủ lực liên quan đến tính kháng rầy nâu nằm trong vùng 1.20 - 16.70 Mb trên NST 4 và 10.20 - 12.60 Mb trên NST 9 của giống cho gen kháng RBPH660. Thực hiện narrow down vùng mục tiêu trên nhiễm sắc thể 4, phân tích  QTL  theo ICIM  trong quần thể con lai  F2:3. Có 309 dòng F2:3 được tìm thấy kiểu gen với 7  markers đa hình trên cơ sở điện di giữa  RBPH660 và  9311, từ đó xây dựng bản đồ liên kết di truyền.

 

Đánh giá kiểu hình con lai F2:3 phản ứng với rầy nâu kết hợp với kết quả chạy QTL IciMapping 4.1, người ta xác định một locus điều khiển tính kháng BPH được đặt tên là  Bph35, giải thích được  51.27% biến thiên kiểu hình, LOD score đạt 42.51, hai chỉ thị phân tử liền kề là InDel  markers:  PSM16  -  R4M13.

 

Bản đồ di truyền phân giải cao gen Bph35, trên cơ sở dữ liệu  F2, có bảy dòng  recombinants đã được sàng lọc bởi chỉ thị  PSM16 và  R4M13.  

 

Theo kết quả đánh giá kiểu gen và đánh giá kiểu hình của 7 dòng recombinants, gen Bph35 được phân lập có kích thước nằm trong vùng  650  kb giữa chỉ thị  RM3471 và  PSM20.

 

Phân tích gen ứng cử viên trong vùng chứa Bph35 người ta tập trung khu vực 6.28-6.93 Mb trên NST 4. Chạy trình tự bô và mẹ rồi so sánh ở đoạn phân tử ấy. Có tất cả  114 vị trí mang tính chất  non-synonymous  SNP được xác định trong vùng này. Giá trị  SNP  index  của tất cả  non-synonymous  variant  sites trong tập đoàn trồng dồn  BPH-6R  đạt  1.0 và trong tập đoàn BPH-6S biến thiên từ 0 đến  0.5.

 

Thực hiện fine mapping gen Bph35, một chỉ thị SSR và 3 chỉ thị InDel được sử dụng để sàng lọc di truyền các dòng recombinants. Kết quả là locus Bph35 được xác định nằm trong vùng từ 6.28 đến 6.93 Mb. Có tất cả 18 gen mã hóa protein tương ứng, với 114 vị trí biến thể của SNP mang tính chất không tương đồng giữa mẹ và bố. Ngoài những này, còn có gen  Os04g0193950,  mã hóa  NB-ARC có tính giả định  (nucleotide-  binding adaptor shared by APAF-1, R proteins and CED-4) và mã hóa protein có domain LRR (leucine-rich repeat) với 9 vị trí biến thể của SNP mang tính chất không tương đồng giữa mẹ và bố.Như vậy đây chính là gen ứng cử viên của  Bph35. Kết quả này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho kỹ thuật dòng hóa trên cơ sở bản đồ di truyền gen mục tiêu (map-based cloning) đối với Bph35 và phát triển giống lúa cao sản kháng rầy nâu.

 

(Tài liệu trích dẫn màu đỏ có thể truy cập tư liệu nguồn được giới thiệu ở đầu bài)

Fig. 2. SNP-index graphs của tập đoàn trồng dồn BPH-6R bulk (A), BPH-6S bulk (B) và

Δ (SNP-index) (C) - theo kết quả phân tích BSA-seq analysis. 

Trục X biểu thị vị trí của 12 nhiễm sắc thể 12

Trục Y-axis biểu thị giá trị SNP-index.

Đường biểu diễn màu đen là giá trị trung bình của SNP-index, đường xanh blue là ngưỡng kết hợp ở mức độ tin cậy 95%. Hai vùng trong genome (hộp màu cam) biểu thị tính kháng BPH trên NST 4 và 9.

 

GS. Bùi Chí Bửu - IAS, lược dịch.

 

Nguồn: Zhang và ctv. 2020. Identification of Major Locus Bph35 Resistance to Brown Planthopper in Rice. Rice Science 27(3): 237-245

https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S24A7EB23339C9

Trở lại      In      Số lần xem: 96

[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
  • Bản đồ di truyền và chỉ thị phân tử trong trường hợp gen kháng phổ rộng bệnh đạo ôn của cậy lúa, GEN Pi65(t), thông qua kỹ thuật NGS
  • Bản đồ QTL chống chịu mặn của cây lúa thông qua phân tích quần thể phân ly trồng dồn của các dòng con lai tái tổ hợp bằng 50k SNP CHIP
  • Tuần tin khoa học 479 (16-22/05/2016)
  • Áp dụng huỳnh quang để nghiên cứu diễn biến sự chết tế bào cây lúa khi nó bị nhiễm nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae
  • Vai trò của phân hữu cơ chế biến trong việc nâng cao năng năng suất và hiệu quả kinh tế cho một số cây ngắn ngày trên đất xám đông Nam Bộ
  • Tuần tin khoa học 475 (18-24/04/2016)
  • Vi nhân giống cây măng tây (Asparagus officinalis L.)
  • Thiết lập cách cải thiện sản lượng sắn
  • Nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo, cảnh báo hạn hán cho Việt Nam với thời hạn đến 3 tháng
  • Liệu thủ phạm chính gây nóng lên toàn cầu có giúp ích được cho cây trồng?
  • Tuần tin khoa học 478 (09-15/05/2016)
  • Sinh vật đơn bào có khả năng học hỏi
  • Côn trùng có thể tìm ra cây nhiễm virus
  • Bản đồ QTL liên quan đến tính trạng nông học thông qua quần thể magic từ các dòng lúa indica được tuyển chọn
  • Nghiên cứu khẳng định số loài sinh vật trên trái đất nhiều hơn số sao trong giải ngân hà chúng ta
  • Cơ chế di truyền và hóa sinh về tính kháng rầy nâu của cây lúa
  • Vật liệu bọc thực phẩm ăn được, bảo quản trái cây tươi hơn 7 ngày mà không cần tủ lạnh
  • Giống đậu nành chống chịu mặn có GEN gmst1 làm giảm sự sinh ra ROS, tăng cường độ nhạy với ABA, và chống chịu STRESS phi sinh học của cây Arabidopsis thaliana
  • Khám phá hệ giác quan cảm nhận độ ẩm không khí ở côn trùng
  • Phương pháp bền vững để phát triển cây lương thực nhờ các hạt nano
Designed & Powered by WEBSO CO.,LTD