Phản ứng với urea phóng thích chậm của cây cao lương

Nguồn: Ruthrof KX, Steel E, Misra S, McComb J, O'Hara G, Hardy GESJ, Howieson J. Transitioning from phosphate mining to agriculture: Responses to urea and slow release fertilizers for Sorghum bicolor. Sci Total Environ. 2017 Dec 23;625:1-7.

Trên thế giới hiện nay, việc chuyển đổi sử dụng đất từ mỏ khoáng thành nông nghiệp đang trở nên hấp dẫn và cấp thiết với nhiều nguyên nhân. Tuy nhiên, hàm lượng dinh dưỡng đất cần cho cây rất thấp và  hàm lượng kim loại năng cao, có thể làm tổn thương sự tăng trưởng của cây trồng, làm giảm năng suất, và an toàn lương thực. Trong những cơ chất từ mỏ khoáng phosphate, nitrogen (N) là yếu tố giới hạn trong dinh dưỡng cây trồng, và, cho dù cây trồng họ Đậu được ưu tiên hơn cây trồng thuộc nhóm mễ cốc đi nữa, thì việc bón bổ sung N vẫn rất cần. Người ta thực hiện hai thí nghiệm trên đồng ruộng tại Christmas Island, Australia, để xác định phản ứn của cây Sorghum bicolor  có thể tăng trưởng tốt trong điều kiện đất là “post-phosphate mining substrate”. Thí nghiệm thứ nhất nghiên cứu nhu cầu của N (urea) demand (hàm lượng N cần thiết cho tăng trưởng của cây) đối với cao lương S. bicolor, và hàm lượng N bổ sung như thế nào để có thể làm giảm sự tích tụ  cadmium (Cd) xảy ra trong tự nhiên. Thí nghiệm thứ hai xác định sự phóng thích chậnm của phân urê  chậm tan (SRF: slow release nitrogen fertilizers) có khản năng thay thế được urea thông thường hay không, để làm tăng sinh khối và giảm Cd. Thí nghiệm thứ nhất cho thấy  S. bicolor có nhu cầu  N khá cao, với sinh khối tốt nhất đạt được ở nghiệm thức bón 160kg urea/ha. Tuy nhiên, nghiệm thức xử lý 80, 120 và 160kg/ha không khác biệt có ý nghĩa về thống kê.Bảy tuần lễ sau khi tăng trưởng, hàm lượng Cd tích tụ trên lá giảm đáng kể trong tất cả các nghiệm thức có bón urea so với đối chứng. Tuy nhiên, sau 23 tuần, hàm lượng Cd trong hạt không khác biệt giữa các nghiệm thức. Kết quả thí nghiệm thứ hai cho thấy việc bón urea chậm tan SRF (Macracote® and Sulsync®) và nghiệm thức 160kg urea / ha làm gia tăng đáng kể năng suất sinh khối so với đối chứng. Tuy nhiên, không có nghiệm thức nào phản ứng với kết quả Cd hoặc  N tích tụ trong hạt cao lương khi thu hoạch. Như vậy, N hiện là yếu tố tối cần thiết cho cây S. bicolor, ngay cả luân canh sau đó bằng cây họ Đậu, với năng suất sinh hkối cao và suy giảm đáng kể sự tích tụ của Cd  với nghiệm thức bón phân urea tương ứng. Đây là thí nghiệm rất cần cho cây mễ cốc xet về an toàn lương thực cho nến nông nghiệp hậu năng lượng hóa thạch  (post-mining agriculture).

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29278826

Đạc điểm hình thái và di truyền của cải mù tạt (Brassica juncea) ưu thế lai thông qua hệ thống bất dục đực tế bào chất

Các dòng ưu thế lai theo hệ thống bất dục đực tế bào chất oxa CMS trở thành phổ cập trong chọn giống cải mù tạt (mustard) tại vùng nông nghiệp tây Nam Trung Quốc. Trong nghiên cứu này, những chỉ thị phân tử khác nhau trên cơ sở DNA của ty thế bộ thuộc “CMS-type” (bất dục đực tế bào chất) đã được sử dụng để chọn dỏng oxa CMS khác biệt với  pol CMS, ogu CMS, nap CMS, hau CMS, tour CMS, Moricandia arvensis CMS, orf220-type CMS, etc., đu7ọc nhiều tác giả đã công bố trước đây trên các loài cây trồng thuộc chi Brassica. Hạt phấn của dòng oxa CMS là bất dục với tỷ lệ tự thụ xoay quanh con số 0% cho klết quả bất dục đực oxa CMS là 100% do cấu trúc hoa hết sức đặc biệt  và tập tính trổ hoa. Kết quả quan sát trên kính hiển vi điện tử cho thấy hấu hết hạt phấn trong các bao phấn trưởng thành của dòng oxa CMS đều trống rổng, phẳng và xẹp xuống. Giai đoạn “abortive” của bao phấn trong dòng  oxa CMS được bắt đầu từ khi phấn ở giai đoạn một nhân. Những “microspores” bất thường trong không bào đã gây ra “bất dục đực” của cây oxa CMS. Nghiên cứu di truyền tế bào như vậy được kết hợp với di truyền phân tử thông qua chọn giống nhờ chỉ thị phân tử “oxa CMS” – một kiểu CMS mới đối với cây cải mù tạt (Brassica juncea). Thật thú vị, giai đoạn “abortive” (hạt phấn bất dục) của oxa CMS chậm hơn các kiểu hình  CMS khác đã được quan sát trên cây Brassica, không có ảnh hưởng phụ bất lợi  của dòng oxa CMS khi tăng trưởng. Như vậy oxa CMS là một cấu trúc hoa độc nhất có hạt phấn bất dục ở gia đoạn cuối của “phấn một nhân” (late uninucleate stage). Kết quả nghiên cứu này rất có ích cho việc ứng dụng  oxa CMS trong cây Brassica juncea. Xem Theoretical and Applied Genetics; January 2018, Volume 131, Issue 1, pp 59–66; https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-017-2985-2

Thực hiện fine-mapping gen ms₁ bất dục đực do nhân của cây ớt Capsicum annuum L.

Gen điều khiển tính bất dục đực của cây ớt ms₁ (Capsicum annuum L.) đồng phân ly trong bộ genome với khu vực có kích thước  869,9 kb trên nhiễm sắc thể số 5, thông qua kết quả phân tích “fine mapping”. Gen ức cử viên CA05g06780, một homolog (đồng dạng) của gen MALE STERILITY 1 có trong hệ gen cây Arabidopsis; chúng điều khiển sự phát triển của hạt phấn, được xác định trong vùng mục tiêu này. Tính bất dục đực do gen trong nhân điều khiển ms₁ đã và đang được áp dụng trong sản xuất hạt ớt lai F₁ giống ớt paprika (Capsicum annuum L.), kiểu hình của ớt ngọt có nhiều màu đẹp. Trước đây, người ta sử dụng CAPS marker, đó là PmsM1-CAPS, khoảng cách từ marker đến gen chỉ thị (ms₁ locus) 2–3 cM. Trong nghiên cứu này, người ta thực hiện một bản đồ “fine map” (phân giải cao) tại locus ms₁ với bộ chỉ thị phân tử  HRM trên quần thể con lai  F₂ với 1.118 cá thể phân ly, bao gồm 867 hữu dục đực (male-fertile) và 251 bất dục đực (male-sterile). Có tất cả 12 HRM markers liên kết chặt chẽ với ms₁ locus được phát triển từ 53 primer sets phản ánh những chỉ thị SNPs có tính chất bên trong của loài, phát triển từ kỹ thuật “comparing genome-wide sequences” do kết quả phân tích NGS (next-generation resequencing). Tiếp cận với phương pháp mới ấy, nguòi ta có thể thu hẹp dần vùng có gen đích đồng phân ly với gen ms₁ tại trình tự có độ lớn 869,9 kb. Phân tích gen dự đoán cho thấy có tất cả 11 ORF (open reading frames) trong vùng mục tiêu. Một gen ứng cử viên rất nặng ký có tên là CA05g06780, được người ta xác định; gen này là một đồng dạng của gen Arabidopsis MALE STERILITY 1 (MS1), mã hóa  PHD-type transcription factor mà yếu tố phiên mã như vậyr có chức năng điều khiển hạt phấn và lớp tế bào “tapetum”. Phân tích theo kỹ thuật so sánh trình tự DNA cho thấy gen CA05g06780 là gen ứng cử viên mạnh nhất đối với  ms₁ gene của giống paprika. Nhóm tác gỉa đã phát triển chỉ thị có tính chất “cosegregated”, đó là 32187928-HRM, phục vụ chiến lược chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và xác định gen ứng viên của ms₁. Nguồn: Kyumi Jeong;  Doil Choi,  Jundae Lee. 2017. Fine mapping of the genic male-sterile ms₁ gene in Capsicum annuum L.  Theoretical and Applied Genetics; January 2018, Volume 131, Issue 1, pp 183–191. Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-017-2995-0

Thực hiện fine-mapping QTL qCTB10-2 liên quan đến tính chống chịu lạnh của cây lúa

QTLqCTB10-2 điều khiển tính chống lạnh của cây lúa ở giai đoạn đứng cái, được xác định tại vùng mục tiêu có kích thước 132,5 kb chứa 17 gen ứng cử viên và 4 gen có tính chất nhạy cảm với lạnh.

Nhiệt độ thấp ở giai đoạn lúa đứng cái (booting stage) là một stress phi sinh học chủ chốt làm hạn chế sản lượng lúa của thế giới. Có một vài QTL điều khiển tính chống chịu lạnh trong hệ gen cây lúa đã được công bố, nhưng viê75c thực hiện kỹ thuật “fine mapping” đối với các QTL như vậy ở giai đoạn lúa đứng cái cón rất ít. Ở đây, người ta sử dụng quần thể các dòng gần như đẳng gen (near-isogenic line) ZL31-2, được chọn từ quần thể BC₇F₂ của tổ hợp lai giữa giống lúa chịu lạnh giỏi Kunmingxiaobaigu (KMXBG) với giống lúa nhiễm lạnh Towada. Bản đồ di truyền  QTL được xây dựng trên nhiễm sắc thể 10 đối với tính cống chịu lạnh ở giai đoạn lúa đứng cái. Sử dụng quần thể BC₇F₃ và BC₇F₄, lần đầu tiên người ta đã xác định được  qCTB10-2 và tin rằng nó có thể đã được “fine mapped”. QTL qCTB10-2 giải thích được 13,9 và 15,9% biến thiên kiểu hìnhttrong cả hai quần thể hồi gia ấy, theo thứ tự. Sử dụng các dòng recombinants đồng hợp tử, rồi thành lọc chúng từ những quần thể con lai rất lớn của BC₇F₄ và BC₇F₅, ứng cử viên qCTB10-2 có trong vùng mục tiêu 132,5 kb nằm giữa hai markers RM25121 và MM0568. Có tất cả 17 gen giả định được dự đoán định vị trong vùng này và chỉ có 5 gen được dự đoán là mã hóa proteins thể hiện trong nghiên cứu. Phổ thể hiện của 5 gen ấy đã minh chứng rằng: ngoại trừ LOC_Os10g11820, LOC_Os10g11730, LOC_Os10g11770, và LOC_Os10g11810 rất nhạyy cảm trong phản ứng với lạnh, trong giống ZL31-2 so với giống Towada, thì gen LOC_Os10g11750 thể hiện rất ít khác biệt. Đây là cơ sở để xác định gen  qCTB10-2 và chỉ ra những markers liên kết chặt với locus  qCTB10-2, nó có thể được áp dụng trong chọn tạo giống lúa chống chịu lạnh ở giai đoạn lúa đứng cái bằng chỉ thị phân tử. Nguồn: Jilong Li,  Yinghua Pan,  Haifeng Guo,  Lei Zhou,  Shuming Yang,  Zhanying Zhang,  Jiazhen Yang,  Hongliang Zhang,  Jinjie Li,  Yawen Zeng,  Zichao Li. 2018. Fine mapping of QTL qCTB10-2 that confers cold tolerance at the booting stage in rice. Theoretical and Applied Genetics; January 2018, Volume 131, Issue 1, pp 157–166

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-017-2992-3