Bản đồ di truyền phân tử và gen ứng cử viên tại locus mới điều khiển chất sáp biểu bì cây cao lương hoang dại Sorghum bicolor L. Moench.

Nguồn: Uttam GA, Praveen M, Rao YV, Tonapi VA, Madhusudhana R. 2017. Theor Appl Genet. 2017 Jul 12.

Một locus mới điều khiển chất sáp ở biểu bì cây cao lương (chất bloom) đã được xác định và được thực hiện “fine-map” tại vùng có kích thước 207,89 kb trên nhiễm sắc thể 1. Một gen ứng cử viên giả định, Sobic.001G269200, được chú thích là GDSL-like lipase/acylhydrolase, được người ta đề nghị là ứng cử viên có tiềm năng nhất  trong sinh tổng hợp chất “bloom” hoặc phân giải chất này. Sự phân giải chất sáp ở biểu bì trên bề mặt thoáng khí của cây cao lương là một chiến lược nghiên cứu giúp cây thích ứng với sự giảm mất nước do bốc hơi. Nhưng cây đột biến kiểu hình ít chất bloom ở biểu bì cây cao lương có dạng lá hoặc thân láng bóng (glossy phenotypes) biểu hiện sự thay đổi tích tụ chất sáp trên bề mặt lá và thân. Các tác giả đã báo cáo kết quả hình thành bản đồ di truyền ở mức độ phân tử của locus mới này trên cây cao lương, đột biến “bloomless” (bm39), có  chứa nội dung sinh tổng hợp chất sáp ở biểu bì cây cao lương. Các nghiên cứu di truyền cho thấy   một dòng bố mẹ có nhiều chất “bloom” (BTx623) và một đột biến tự phát sinh “bloomless” (RS647) chỉ ra rằng những bố mẹ này rất khác biệt với dòng đột biến trong một gen đơn  điều khiển tổng hợp chất “bloom”. Tính trạng “bloomless” là tính trạng lặn đối với “bloom deposition”. Bản đồ di truyền quần thể F₂ và F₇ cho nền tảng di truyền đa dạng và khác biệt (BTx623 × RS647; 296A × RS647 và 27A × RS647) được người ta ghi nhận và làm rõ  vị trí trên bản đồ của gen bm39 tại vùng có độ lớn  207,89 kb trên nhiễm sắc thể 1. Chỉ thị SSR, Sblm13 và Sblm16, là hai marker ở hai đầu kề cận của locus bm39 với giá trị khoảng cách 0,3 cM về mỗi đầu marker. Chín gen ứng cử viên được xác định, với giá trị Sobic.001G269200 được diễn giải là GDSL-like lipase/acylhydrolase – một gen rất ưa thích liên quan đến sự phân giải của chát sáp biểu bì. Phân tích sự biểu hiện gen của cây bố mẹ, của dòng đẳng gen (isogenic lines) và quần thể gần như đẳng gen (near isogenic lines: NILs) cũng khẳng định rằng sự thể hiện suy giảm của gen ứng cử viên giả định. Nghiên cứu này mở ra khả năng phân tích chi tiết ở mức độ phân tử về gen này, có vai trò tạo ra chất sáp ở biểu bì và sự phân giải chất sáp ấy. Kết quả có thể giúp chúng ta hiểu chức năng của cây cao lương khi phải chống chịu với stress do ẩm độ và tính kháng của cây với sâu bệnh hại. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28702690

QTL liên quan đến tính kháng bệnh sọc nâu (brown streak) và bệnh khảm (mosaic) của sắn thông qua phân tích tổ hợp lai giống sắn của nông dân nước Tanzania, giống Namikonga và giống Albert

Masumba EA và ctv. vừa công bố công trình khoa học trên tạp chí nổi tiếng Theor Appl Genet (2017 Jul 13) trực tuyến về di truyền tính kháng bệnh sọc nâu và bệnh khảm virus của cây sắn. QTL có liên quan đến tính kháng bệnh  sọc nâu và bệnh khảm virus trên cây sắn kích hoạt sự hình thành tế bào hoại sinh ở rễ (root necrosis) và ở lá. Locus CMD2 được tìm thấy trong giống sắn bản địa  có nguồn gốc Đông Phi,  và chứa 2 QTL. Sản lượng sắn tại châu Phi bị đe dọa bởi bệnh sọc nâu, thuật ngữ CBSD (viết tắt từ chữ  cassava brown streak disease) và bệnh khảm virus, thuật ngữ CMD (viết tắt từ chữ cassava mosaic disease). Nhằm giảm thiểu sự tổn thất và làm tăng đệ chính xác trong cải tiến giống sắn, người ta tiến hành nghiên cứu QTL với những chỉ thị phân tử được xác định liên kết với gen kháng hai bệnh nói trên. Người ta thiết kế quần thể “mapping” ở thế hệ F₁ của tổ hợp lai (bi-parental) từ hai giống sắn của nông dân Tanzania, giống Namikonga và giống Albert. Bản đồ “genetic linkage” bao gồm tất cả 943 SNP markers và 18 LGs (linkage groups) quét trên vùng mục tiêu có độ lớn là 1776,2 cM. Các số liệu đánh giá kiểu hình được lấy từ 240 dòng con lai F₁ thanh lọc với hai bệnh nói trên tại vùng có dịch bệnh của Tanzania, trong hai vụ sắn liên tiếp, năm 2013 và 2014. Người ta tìm thấy hai QTLs liên kết với kiểu hình hoại tử rễ sắn do CBSD trong giống sắn Namikonga, định vị trên nhiễm sắc thể số II (qCBSDRNFc2Nm) và nhiễm sắc thể XI (qCBSDRNc11Nm), một QTL giả định trên nhiễm sắc thể XVIII (qCBSDRNc18Nm). Người ta xác định qCBSDRNFc2Nm tại điểm thí nghiệm Naliendele ở cả hai vụ trồng. QTL tương tự  này cũng kết hợp với tính kháng bệnh CBSD trên lá sắn. người ta xác định qCBSDRNc11Nm tại điểm thí nghiệm Chambezi trong cả hai vụ, nó được xác định tại 3 đỉnh, quết trên vùng có độ lớn là 253 kb. Người ta tìm thấy 27 gen có trong vùng ấy bao gồm hai gen mã hóa LRR proteins và một phân tử truyền tín hiệu. Thêm vào đó, có 2 QTL biểu hiện kháng mạnh mẽ với bệnh CMD đó là qCMDc12.1A và qCMDc12.2A  tìm thấy tại điểm thí nghiệm Albert, định vị trên nhiễm sắc thể 12. Cả hai qCMDc12.1A và qCMDc12.2A  có trong quãng giữa chỉ thị phân tử đã được báo cáo trước đây, khẳng định locus CMD2. Đây là công trình nghiên cứu đầu tiên về hai loci như vậy trong CMD2 QTL, và trong ngân hàng gen cây sắn có nguồn gốc tại Đông Phi. Những QTLs có tính chất bổ sung với ảnh hưởng phụ trợ đối vối tính kháng bệnh CBSD và bệnh CMD cũng đã được xác định. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28707249

Dự đoán trong bộ gen khoai tây vùng điều khiển hàm lượng tinh bột có giá trị làm “chip khoai tây” bằng kỹ thuật GBS (genotyping-by-sequencing)

Sverrisdóttir E và ctv. đã công bố nghiên cứu khoa học này trên tạp chí Theor Appl Genet ( 2017 Jul 13) trực tuyến. Những mô phỏng có tính chất dự đón trong bộ gen (genomic prediction models) đối với tính trạng hàm lượng tinh bột khoai tây, có chất lượng cao đáp ứng với công nghệ sản xuất chip khoai tấy đã có kết quả đầy triển vọng. Người ta thấy rằng việc chọn lọc có tính chất “genomic” như vậy rất khả thi phục vụ chiến lược chọn tạo giống khoai tây tứ bội thể (tetraploid potato). Kỹ thuật “genomic selection” sử dụng các chỉ thị phân tử có tính chất “genome-wide” để dự đoán kết quả trên từng cá thể và cho phép chúng ta chọn lọc trong điều kiện thiếu những số liệu đánh giá trực tiếp kiểu hình. Đây là một công cụ nghiên cứu rất hiệu quả để tăng cường hiệu quả chọn lọc về mặt di truyền (genetic gain) khi cải tiến giống, và nó trở nên sinh động hơn khi giá thành đánh giá kiểu gen hiện có xu hướng rẻ đi rất nhiều. Theo kết quả nghiên cứu này, các tác giả đã tạo ra được những mô phỏng “genomic prediction”  đối với tính trạng hàm lượng tinh bột cho chất lượng cao “chip khoai tây” tứ bội thể nhằm giúp cho việc cải tiến giống dễ dàng hơn. Chất lượng chip khoai tây được đánh giá căn cứ theo màu của chip sau khi chiên, tiếp sau đó là xử lý lạnh để kích hoạt độ đường. Họ phân tích GBS (genotyping-by-sequencing) để đánh giá kiểu gen của 762 dòng con lai, từ tổ hợp lai đơn của tất cả 18 bố mẹ tứ bội thể. Bên cạnh đó, có 74 dòng vô tính cũng được đánh giá kiểu gen, đặc trưng cho “test panel” đối với cách làm rõ tác dụng của mô phỏng nói trên. Họ tạo ra được những mô phỏng mang tính chất “genomic prediction” từ 171.859 chỉ thị SNP để tính toán các giá trị chọn giống mang tính chất dự đoán về genomics. Hệ số tương quan “cross-validated prediction” đạt 0.56 và 0.73 trong quần thể “training” (thử nghiệm) đối với hàm lượng tinh bột và tính trạng chip khoai tây có chất lượng cao, theo thứ tự, trong khi đó, hệ số tương quan có số liệu thấp hơn  đối với kết quả dự đoán trong “test panel”, là 0.30-0.31 đối với hàm lượng tinh bột, 0.42-0.43 đối với chip khoai tây chất lượng cao. Những dự đoán trong “test panel” được cải tiến rất ít khi các địai diện của “test panel” có trong quần thể “training” nhưng xấu nhất khi tiến hành chọn dòng nhờ chỉ thị phân tử. Kết quả cho thấy mô phỏng “genomic prediction” là hoàn toàn khả thi, tuy nhiên, tính đa dạng cực kỳ cao của những alen giống khoai tây tứ bội thể này cần phải có những quần thể “training” qui mô lớn để duy trì một cách hiệu quả sự đa dạng di truyền này  đối với tập đoàn khoai tây ưu việt và cho phép kết quả dự đoán chính xác trên toàn bộ các gống khoai tây ưu việt ấy. Kết quả còn chứng minh rằng GBS là một chiến lược chọn giống rất triển vọng đối với cây khoai tây tứ bội thể. Xem https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00122-017-2944-y

Lập bản đồ di truyền của QTL mới điều khiển tính kháng rầy mềm từ loài đậu nành hoang dại, số mẫu giống “Glycine soja 85-32”

Zhang S và ctv. đã công bố kết quả nghiên cứu này trên tạp chí Theor Appl Genet (2017 Jul 14.) trực tuyến. Hai QTL mới được tìm thấy có liên quan đến tính kháng rầy mềm (aphid) đã được người ta lập bản đồ di truyền trên cây đậu nành định vị trên nhiễm sắc thể 8 và 16. Những chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với QTL ấy đã được phát triển nhằm trợ giúp nhà chọn giống đậu nành cải tiến tính kháng với rầy mềm chích hút cây. Rầy mềm đậu nành có tên khoa học là Aphis glycines Matsumura, đây là đối tượng gây hại có sức tàn phá rất mạnh mẽ trong sản xuất đại trà. Giống E08934, là giống đậu nành dẫn xuất từ loài hoang dại Glycine soja 85-32, biểu hiện tính kháng rất mạnh với rầy mềm (aphids). MUốn nghiên cứu để hiểu rõ cơ sở di truyền tính kháng này trong giống đậu nành E08934, người ta tạo ra quần thể lập bản đồ (070020) với 140 dòng con lai F₃ từ cặp lai E08934 với giống đậu nành nhiễm rầy mềm E00003. Người ta tiến hành đánh giá quần thể bản đồ này đối với tính kháng rầy mềm trong các thử nghiệm ở nhà kính vào năm 2010 và ba thí nghiệm ngoài đồng vào năm 2009, 2010, và 2011. Hệ số di truyền nghĩa rộng (Hbs) theo kết quả nghiên cứu trên ruộng là 0,84. Trong quần thể lập bản đồ số 070020,  có hai QTL chủ lực được tìm thấy có liên quan rất ý nghĩa với tính kháng rầy mềm, và được người ta đánh dấu là Rag6 và Rag3c. QTL Rag6 có độ lớn trên bản đồ là 10,5 centiMorgan (cM) định vị giữa hai chỉ thị MSUSNP08-2 và Satt209 trên nhiễm sắc thể 8, giải thích được 19,5-46,4% biến thiên khiểu hình. QTL Rag3c có độ lớn trên bản đồ là 7,5 cM định vị giữa hai chỉ thị MSUSNP16-10 và Sat_370 trên nhiễm sắc thể 16, giải thích được 12,5-22,9% biến thiên khiểu hình. QTL Rag3c biểu thị ảnh hưởng tính kháng yếu hơn Rag6 trong tất cả các thí nghiệm. Thêm vào đó, Rag6 và Rag3c được còn xác định trong hai quần thể mang tính chất “validation” với nền tảng di truyền khác nhau. Không có sự tương tác đáng kể nào được tìm thấy giữa hai QTL  Rag6 và Rag3c trong quần thể lập bản đồ hoặc trong quần thể “validation”. Cả hai Rag6 và Rag3c đều biểu hiện tính chất kháng ở đây là “antibiosis” (kháng hóa sinh đối với rầy mềm)  thông qua kỹ thuật “no-choice test”. Gen kháng rầy mềm mới này dẫn xuất từ loài đậu nành hoang dại G. soja 85-32 rất có giá trị trong cải tiến giống đậu nành kháng rầy mềm.

Xem  https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00122-017-2935-z