Sự thể hiện của gen CsALDH12A1 kích hoạt tính chống chịu khô hạn trong cây Arabidopsis

Aldehyde dehydrogenases (ALDHs) được người ta xem như những enzyme giải độc, enzyme này làm giảm stress phi sinh học trong sinh vật. Ví dụ gen ALDH12A, gen này mã hóa protein ngăn ngừa độc tính proline. Nhóm nghiên cứu của Yanrong Wang thuộc Đại Học Lanzhou thực hiện công việc tìm kiếm mỏ gen có chức năng đáp ứng với khô hạn từ loài cỏ hòa thảo ưa khô hạn (xerophyte), đó là loài cỏ Cleistogenes songorica (xem hình). Họ đã  dòng hóa thành công và phân tích dạng đồng phân ALDH12A (homologue) của C. songorica, CsALDH12A1. Kết quả cho thấy gen CsALDH12A1 biểu hiện ở dâng phân tử transcripts được tích tụ khá phong phú gấp 6 lần khi đáp ứng với stress khô hạn. Cây Arabidopsis biến đổi gen thể hiện gen CsALDH12A1 đã kích hoạt được tính chống chịu stress khô hạn. Hàm lượng Malondialdehyde (MDA) trong cây transgenic như vậy thấp hơn rất nhiều một cách có ý nghĩa so sánh với cây bình thường, điều ấy xác định được chức năng của ALDH12A1 trong việc giải độc những gốc aldehydes hoạt động. Kết quả còn cho thấy CsALDH12A1 có vai trò vô cùng cần thiết trong chống chịu stress phi sinh học.

Xem: http://www.pomics.com/zhang_7_6_2014_438_444.pdf.

Những “recorders” đóng vai trò băng ghi lại thực trạng genomics của E. coli

Các nhà nghiên cứu thuộc Michigan Institute of Technology đã phát triển cái gọi là “genomic tape recorders” (băng ghi lại genomics) trên bộ gen của vi khuẩn Escherichia coli. Công nghệ này có thể giúp người ta bảo quản và lưu trữ dài hạn, xóa và dễ dàng tìm lại các bộ nhớ từ phơi nhiễm hóa chất hoặc những sự kiện khác của phân tử DNA. Việc lưu trữ bộ nhớ được lập trình thông qua kỹ thuật di truyền (genetically engineering) vi khuẩn E. coli to để sản sinh ra enzyme recombinase. Enzyme này có khả năng chèn vào phân tử DNA hoặc bất kỳ trình tự nào khá đặc biệt của DNA trở thành một “target site”. Việc tạo ra DNA trong tiến trình như vậy chỉ kích hoạt khi có sự hiện diện của phân tử “predetermined” (được xác định từ trước) hoặc loại can thiệp hình khác thí dụ như ánh sáng. Sự phơi nhiễm này đang được lưu trữ thông qua chu kỳ sống của quần thể vi khuẩn và có thể được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Thông tin như vật sẽ được bảo quản và lưu trữ, chúng có thể được tìm lại thông qua trình tự của genome hoặc thao tác tại vị trí mục tiêu của trình tự để thay đổi chức năng của gen. Người ta cũng có thể xóa thông tin bằng cách kích thích tế bào kết nạp vào tại những vị trí khác nhau trong phân tử DNA.

Công nghệ này vô cùng cần thiết trong việc theo dõi hiện trạng của môi trường và thuốc.

Xem: http://newsoffice.mit.edu/2014/bacteria-storage-device-memory-1113.

Phân tích di truyền tính trạng phân nhánh của cây cao lương

Nguồn: Wenqian Kong, Hui Guo, Valorie H. Goff, Tae-Ho Lee, Changsoo Kim, Andrew H. Paterson

Theoretical and Applied Genetics; th 11.  2014, Volume 127, Issue 11, pp 2387-2403

Xác định các QTL ảnh hưởng đến kiến trúc của cây cao lương có giá trị trong chọn tạo giống có dạng hình lý tưởng đối với mục tiêu ổn định lương thực hoặc sản xuất sinh khối giàu cellulose, và chịu được sự biến đổi khí hậu. Nhóm tác giả trình bày kết quả nghiên cứu 3 năm để xác định QTL (quantitative trait loci) đối với tính trạng phân nhánh (vegetative branching) của cây cao lương, trong quần thể cận giao tái tổ hợp (RIL) của 161 dòng con lai từ hai nguồn bố mẹ, hai loài khác nhau: S. bicolor × S. propinquum. Họ đã lượng hóa số nhánh trên cơ sở vị trí hình thái và tình trạng sinh lý. Có nhiều bộ QTLs khác nhau ứng với những cách phân nhánh rất khác nhau đã được ghi nhận. QTLs được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 1, 3, 7 và 8 ảnh hưởng đến biến thể phân nhánh thân rất đa dạng, điều này cho thấy các vùng giả định có thể chứa những gen kiểm soát đỉnh sinh mô trục nhánh (axillary meristem). Những vùng giả định khác chỉ có ảnh hưởng  đến tính trạng phân nhánh sinh thực, chứa các gen điều khiển tiến trình phát triển, đóng góp quan trọng vào những hợp phần đa dạng tạo nên dáng cây (kiến trúc cây). Các tác giả đã nghiên cứu mối tương quan giữa thành phần phân nhánh sinh thực (vegetative branching patterns) với tổng lượng chất khô. Họ đã kết luận rằng các chồi thân  trưởng thành mang bông và những nhánh thân thứ cấp chưa trưởng thành, mỗi thứ đều có mối tương quan thuận với tổng lượng sinh khối chất khô. Trong 19 gen liên quan đến sự phân nhánh thân như vậy của cây lúa, có 8 gen đồng dạng từ cây cao lương thuộc 7 gen của cây lúa được mô phỏng theo kiểu “synteny” (vùng tương đồng trên nhiễm sắc thể) với các quãng mô phỏng QTL điều khiển tính trạng đâm nhánh thân. Năm gen trong tám gen ấy định vị trên đoạn phân tử có độ lớn 700 kb theo chỉ thị SNPs, chúng liên kết có ý nghĩa với những cách phân nhánh khác nhau theo phương pháp phân tích mới hiện nay là “genome-wide association study” (GWAS) của một panel đa dạng bao gồm 377 mẫu giống cao lương. Ba mẫu giống trong số ấy có những biến dị di truyền giữa loài S. bicolor và loài S. propinquum, chúng tác động đến chức năng của gen đích. Người ta đã làm sáng tỏ các nguồn vật liệu di truyền này đối với tính trạng đâm nhánh thân, ngần ấy có thể giúp cho công việc chọn tạo giống hoàn hảo hơn  đối với mục tiêu ổn định lương thực, hoặc sản xuất sinh khối giàu cellulose ở cả hai điều kiện mấp mé hoặc tối ưu, điều này giúp cây chịu đựng được sự biến đổi khí hậu tốt hơn.

Xem http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-014-2384-x

Hình. 1  Bản đồ QTL về tính trạng phân nhánh thân của cao lương, quần thể cân giao tái tổ hợp RIL giữa S. bicolor  ×  S. propinquum RILs.

Một QTL xác định mức độ cảm ứng với quang kỳ và khả năng thích ứng khu vực của cây lúa

Nguồn: He Gao, Mingna Jin, Xiao-Ming Zheng, Jun Chen, Dingyang Yuan, Yeyun Xin, Maoqing Wang, Dongyi Huang, Zhe Zhang, Kunneng Zhou, Peike Sheng, Jin Ma, Weiwei Ma, Huafeng Deng, Ling Jiang, Shijia Liu, Haiyang Wang, Chuanyin Wu, Longping Yuan, and Jianmin Wan. PNAS 18-11-2014; vol. 111 no. 46: 16337–16342

Thời gian trỗ bông  là một trong những nghiên cứu hay nhất những tính trạng quan trọng có liên quan đến môi sinh trong điều kiện chọn lọc tự nhiên và chọn lọc do con người của sự thích nghi cây trồng ứng với điều kiện môi trường tại chổ có tính chất đặc thù. Mức độ cảm ứng với quang kỳ là một tính trạng nông học, mà tính trạng này phản ánh tăng trưởng và phát triển ứng với điều kiện khí hậu tại chổ. Do đó, nó có mức độ quan trọng đặc biệt cho năng suất và chất lượng cây trồng. Nghiên cứu này không chỉ xác định một QTL (quantitative trait locus) chủ lực có chức năng cảm ứng quang kỳ của cây lúa (ngày trổ bông số bảy) (Days to heading 7, DTH7) mà còn chứng minh được rằng những phối hợp khác nhau của haplotype tại locus DTH7 có số hạt trên bông, chiều cao cây, và heading date 7 (Ghd7) cũng như DTH8 tương quan chặt chẽ với ngày trỗ (thời gian sinh trưởng) và năng suất của các giống lúa dưới những điều kiện canh tác khác nhau. Kết quả này xây dựng một nền tảng khoa học giúp cho nội dung chọn tạo giống lúa cao sản có được mức độ cảm quang mong muốn và có được sự thích nghi tuyệt hảo với môi trường.

Thành tựu của nông nghiệp hiện đại gắn liền với sự phát triển của nội dung chọn tạo giống cây trồng có khả năng thích nghi môi trường tốt nhất và cho tiềm năng năng suất cao. Một trong những yếu tố hạn chế của canh tác cây trồng là thời gian trổ bông của chúng, nó bị điều tiết một cách mạnh mẽ bởi độ dài ngày (quang kỳ) và nhiệt độ. Ở đây, các tác giả báo cáo việc phân lập và định tính gen Days to heading 7 (DTH7), một locus di truyền có chức năng cảm ứng quang kỳ và năng suất lúa. Kỹ thuật map-based cloning cho thấy rằng DTH7 mã hóa một protein có tên là pseudo-response regulator và sự thể hiện của nó bị điều tiết bởi quang kỳ tính. Các tác giả đã chỉ ra rằng gen ngày dài DTH7 hoạt động có tính chất downstream của photoreceptor phytochrome B để ức chế sự biểu hiện của Ehd1, và điều tiết theo kiểu UP (up-regulator) của những gen có tính chất “florigen” (Hd3a và RFT1), làm cho trì hoãn trỗ bông. Hơn nữa, họ còn tìm thấy những phối hợp của haplotype thuộc về gen DTH7 gắn với số hạt trên bông, chiều cao cây, và ngày trỗ số bảy (heading date 7: Ghd7) cũng như DTH8 tương quan chặt với ngày trỗ và năng suất lúa trong những điều kiện quang kỳ khác nhau. Số liệu này cho thấy không chỉ ở mức độ bao quát (macroscopic view) của sự điều khiển di truyền đối với cảm quang trong cây lúa mà còn là nền tảng khoa học phục vụ nội dung chọn tạo giống lúa tốt hơn đối với môi trường cụ thể nào đó.

Xem: http://www.pnas.org/content/111/46/16337.abstract.html?etoc

Hình 2. DTH7 có ảnh hưởng đáng kể trong cảm quang và năng suất lúa. (A) Sơ đồ các dòng cận giao tái tổ hợp NIL và kết quả GGT (graphical genotype) của một dòng NIL plant (BC₈F₂), DTH7. PA64S (giống cho) và Kita-ake (giống tái tục) được người ta sử dụng là bố mẹ. Màu xanh blue và màu đỏ chỉ các nhiễm sắc thể củacác đoạn phân tử trong bộ gen giống  Kita-ake và PA64S, theo thứ tự. (B) Ngày trỗ bông của Kita-ake và DTH7 trong điều kiện môi trường  E1 đến E4. (C) Năng suất hạt trên từng lô của giống Kita-ake và DTH7 trong điều kiện E1–E4. (D) Kiều hình Kita-ake và DTH7 ở giai đoạn lúa chín trong điều kiện E3. (Scale bar, 20 cm.) (E) Bông lúa của Kita-ake và DTH7 trong điều kiện E3. (Scale bar, 2 cm.) (F) Số hạt trên bông của Kita-ake và DTH7 ở những giai đoạn khác nhau của cây trong điều kiện E3. (Scale bar, 2 cm.) (G) Ngày dài trong điều kiện E3 suốt năm. Dấu hoa thị chỉ thời điểm của cây trong E3. (H)Thời gian trỗ của Kita-ake và DTH7 ở những giai đoạn khác nhau của cây trong điều kiện E3. (I) Năng suất hạt trên từng lô của Kita-ake và DTH7 ở những giai đoạn khác nhau của E3. Các giá trị được tính là trung bình ± sai số chuẩn (n = 20).