Gen Ef-cd quy định tính trạng chín sớm của cây lúa

Nguồn: Jun Fang, Fantao Zhang, Hongru Wang, Wei Wang, Fei Zhao, Zijuan Li, Changhui Sun, Faming Chen, Fan Xu, Shuoqi Chang, Liang Wu, Qingyun Bu, Pingrong Wang, Jiankun Xie, Fan Chen, Xuehui Huang, Yijing Zhang, Xinguang Zhu, Bin Han, Xiaojian Deng, and Chengcai Chu. 2019. Ef-cd locus shortens rice maturity duration without yield penalty. PNAS September 10, 2019 116 (37): 18717-18722.

Các giống lúa chín sớm thường cho năng suất thấp, khi so sánh năng suất với giống lúa chín muộn. Các tác giả của công trình nghiên cứu này đã chứng minh việc rút ngắn lại thời gian chín mà không ảnh hưởng gì đến năng suất hạt là có thể được nhờ sự điều khiển của gen quy định tính trạng chín sớm tại “quantitative trait locus” có tên là Early flowering-completely dominant (Ef-cd). Locus Ef-cd là một phân tử RNA dài mang tính chất không có mật mã (long noncoding RNA) được phiên mã từ dây antisense của locus “activator OsSOC1” khi lúa trổ bông, locus này có thể điều hòa tích cực sự thể hiện gen OsSOC1. Phân tích sinh lý học cho thấy Ef-cd có thể tạo điều kiện dễ dàng cho cây lúa sử dụng nitrogen và còn có thể cải tiến mức độ quang hợp. Theo đó, các nhà chọn giống sẽ có đượcmột nguồn di truyền đáng giá rất hữu ích trong việc cân bằng năng suất lúa với thời gian chín, phục vụ mục tiêu nâng cao sản lượng lương thực toàn thế giới. Mâu thuẫn giữa “năng suất cao” và “chín sớm” làm cản trở việc cải tiến năng suất lúa hàng năm. Ở đây, người ta tiến hành dòng hóa đoạn phân tử  quy định gen chín sớm Early flowering-completely dominant (Ef-cd), và minh chứng biến dị trong tự nhiên của gen Ef-cd có thể được khai thác để khắc phục mẫu thuẫn nói trên. Locus Ef-cd là phân tử transcrip dài, không mang mật mã di truyền (long noncoding RNA: viết tắt là lncRNA), dây antisense che phủ trên gen OsSOC1. Phân tử Ef-cd lncRNA thể hiện tương quan thuận với thể hiện của gen OsSOC1 và  sự ký gửi H3K36me3. So sánh năng suất trên đồng ruộng dòng lúa gần như đẳng gen Ef-cd với giống nguyên thủy của chúng cũng như giống lúa lai chín sơm dẫn xuất từ nguồn giống ấy, theo dõi các địa điểm có vĩ tuyến khác nhau các giống chín sớm mang alen Ef-cd  (biến thiên 7 - 20 ngày) không ghi nhận suy giảm năng suất. Ef-cd còn làm cho sử dụng nitrogen tốt hơn và cải tiến cường độ quang hợp. Phân tích 1.439 dòng lúa lai cao sản cho thấy rằng có tất cả 16 đồng hợp tử và 299 dị hợp tử mang alen Ef-cd có tính trạng chín sớm hơn. Do đó, gen Ef-cd có thể được xem như một đóng góp cần thiết cho giống lúa lai cao sản ngắn ngày xét theo mối quan hệ cân bằng giữa năng suất và thời gian sinh trưởng của cây lúa. Xem:

 https://www.pnas.org/content/116/37/18717

Ảnh hưởng của “Methyl Jasmonate” (MeJA) trong sinh lý cây khoai mì

Nguồn: Liu G, Li B, Li X, Wei Y, Liu D, Shi H. 2019. Comparative Physiological Analysis of METHYL JASMONATE in the Delay of Postharvest Physiological Deterioration and Cell Oxidative Damage in Cassava. Biomolecules. 2019 Sep 5;9(9). pii: E451.

Thời gian chế biến củ sắn rất ngắn chủ yếu do hiện tượng sinh lý PPD (postharvest physiological deterioration) và hiện tượng bị tổn thương bởi sự ô xi hóa của tế bào (cell oxidative damage). Tuy nhiên, làm thế nào kiểm soát có hiệu quả: vẫn còn là câu hỏi chưa có đáp án. Trong nghiên cứu này, các lát cắt giống sắn “South China 5” được xử lý bằng hai nghiệm thức: phun nước và phun methyl jasmonate (MeJA) để nghiên cứu ảnh hưởng của MeJA đối với ROS (reactive oxygen species), các enzymes gây hiệu ứng antioxidant, phẩm chất, các mức độ hormone nội sinh, và các gen trong sinh tổng hợp melatonin. Nhóm tác giả đã tìm thấy MeJA nội dsinh có thể làm trì hoãn sự hư hỏng ít nhất trong 36 giờ và làm giảm bớt sự tổn thương tế bào bị ô xi hóa thông qua hoạt động của men superoxide dismutase, catalase, và peroxidase. Hơn nữa, MeJA đã làm tăng hàm lượng melatonin và gibberellin trong suốt thời kỳ sinh lý PPD, nó có ảnh hưởng đáng kể đến sự điều tiết PPD. Do vậy, MeJA ngoại sinh có ảnh hưởng đáng kể trên sự duy trì độ bền của phẩm chất củ sắn, minh chứng bởi ascorbic acid tăng lên và  carotenoid tăng lên. Cả hai, nghiệm thức xử lý MeJA đều tỏ ra hữu hiệu và là con đường triển vọng cho phép kéo dài thời giansau thu hoạch, làm nhẹ bớt tổ thương tế bào do ô xi hóa, là điều tiết phẩm chất củ sắn khi tồn trữ. Xem https://www.mdpi.com/2218-273X/9/9/451/htm.

Hệ gen của Pseudomonas syringae và hiện tượng thích ngi của apoplast

Nguồn: Tyler C. Helmann, Adam M. Deutschbauer, and Steven E. Lindow. 2019. Genome-wide identification of Pseudomonas syringae genes required for fitness during colonization of the leaf surface and apoplast. PNAS September 17, 2019 116 (38) 18900-18910

Vi khuẩn ký sinh thực vật có thể quần tụ trên bề mặt ngoài của lá trước khi xâm nhiễm vào bên trong và nhân mật số quần thể để gây bệnh cho cây. Trong khi nơi ở của chúng yêu cầu có sự thích nghi rất đa dạng, thì các gen có liên quan ấy yêu cầu trong nơi ở của chúng phải như thế nào để có dự khác biệt như vậy; đây là câu hỏi chưa được giải thích rõ ràng. Sử dụng “genome-wide library” của những thể đột biến chèn đoạn được xây dựng mã vạch (barcoded insertional mutants) của vi khuẩn gây bệnh cây trồng là Pseudomonas syringae, người ta xác định những gen yêu cầu quần tụ trên những “habitats” (nơi ở đặc biệt) của chúng. Thiếu sót của kết hợp giữa thể hiện gen và sự thích ứng mang tính chất đóng góp đã được tìm thấy, điều này gợi ra rằng: có nhiều gen thể hiện mạnh mẽ hoặc kích hoạt in planta cần thiết cho yêu cầu của vi khuẩn hoặc phải đủ độ lớn về quần thể trong môi trường đang xem xét. Đây là vi khuẩn mô hình (model bacterium) đối với sự phát sinh bệnh trên cây và đối với sự ký sinh, cơ sở dữ liệu di truyền này cho phép chúng ta hiểu sâu hơn những tính trạng cần thiết trong sự phối hợp nói trên ở lá cây. Vi khuẩn ký sinh gây bệnh trên lá cây Pseudomonas syringae có thể hình thành nên những quần thể “epiphytic” rất lớn ở bề mặt của phiến lá trước khi thực hiện “apoplastic colonization” (ký sinh xâm nhiễm vào màng plasma). Tuy nhiên, các gen của vi khuẩn liên quan đến kiểu sống như vậy chưa được xác định. Sự đóng góp mang tính chất thích nghi ấy liên quan đến 4.296 gen có trong cơ thể vi khuẩn P. syringae pv. syringae B728a đã được xác định bằng phương pháp “genome-wide fitness profiling” với thư viện các thể đột biến transposon đã được “mã vạch hóa” và trong màng plasma bên trong lá (apoplast) của cây đậu cô ve Phaseolus vulgaris. Các gen có thứ bậc chức năng khác nhau của sinh tổng hợp amino acid và polysaccharide (bao gồm alginate) đóng góp vào hầu hết các thích ứng ở cả bên ngoài bề mặt lá (epiphytic) và bên trong lá (apoplast), trong khi đó, gen thuộc type III của hệthống bài tiết và sự tổng hợp ra syringomycin trở nên vô cùng quan trọng trong apoplast. Nhiều gen khác chưa báo cáo có sự phối hợp trước đây trong tăng trưởng thực vật cũng yêu cầu phải thích ứng tối đa ở mặt ngoài lá (epiphytic) hoặc bên trong lá (apoplastic fitness). Mười bốn protein giả định và men glycosyltransferases được yêu cầu cho tối đa hóa sự thích nghi mang tính chất cạnh trạng như vậy trong va ngoài lá. Hầu hết gen, không có liên quan  với nhau đã được quan sát tính chất fitness in planta và cách thức biểu hiện của gen in planta hoặcmức độ kích hoạt in planta so sánh với các điều kiện in vitro đã được ghi nhận trong các nghiên cứu khác. Thiếu sự phối hợp của thể hiện gen với fitness có giá trị quan trọng trong việc giải thích thông tin những phân tử transcript và làm tăng sự hiểu biết của chúng ta về tương tác giữa cây và vi khuẩn.

Xem https://www.pnas.org/content/116/38/18900

Hoạt động đối kháng nấm của vi khuẩn cộng sinh trong cây lúa Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2

Nguồn: Xu T, Cao L, Zeng J, Franco CMM, Yang Y, Hu X, Liu Y, Wang X, Gao Y, Bu Z, Shi L, Zhou G, Zhou Q, Liu X, Zhu Y. Pestic Biochem Physiol. 2019. The antifungal action mode of the rice endophyte Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2 as a potential biocontrol agent against the rice blast pathogen. 2019 Oct;160:58-69.

Tính chất đối kháng của vi sinh vật (microbial antagonism) và những chất biến dưỡng có hoạt tính sinh học là một trong những phương thức thay thế hóa chất trong quản lý bệnh hại cây trồng đáp ứng mục tiêu phát triển nông nghiệp bền vững và an ninh lương thực toàn cầu. Vi khuần cộng sinh với cây lúa (rice endophyte) là Streptomyces hygroscopicus OsiSh-2, có hoạt động đối kháng với nấm Magnaporthe oryzae (gây bệnh đạo ôn) được báo cáo trong những nghiên cứu trước đó. Nghiên cứu này mô tả cách thức tương tác trực tiếp của OsiSh-2 chống lại nấm M. oryzae. Xát nghiệm in vitro về tính đối kháng của vi khuẩn OsiSh-2 đối với nấm M. oryzae trong điều kiện in vitro; người ta quan sát vi khuẩn đã tạo ra một áp lực rất mạnh mẽ trên sự tăng trưởng khuẩn ty (mycelia), sự nẩy mầm của bào tử (conidia) và sự hình thành đĩa bám (appressoria). Bên cạnh đó, là sự bất thường về hình thái và nội tạng của khuẩn ty nấm M. oryzae (hyphae) quan sát treong kính hiển vi “scanning electron” và kính “transmission electron”. Xử lý lá của cây mạ bằng tinh lọc thể vi khuẩn OsiSh-2 trong điều kiện nhà kính và điều kiện ngoài đồng cho thấy mức độ bệnh suy giảm 23.5% và 28.3%, theo thứ tự. Theo đó, nghiệm thức OsiSh-2 (culture filtrate) có thể giảm thể chitin bất thường lắng đọng trong thành tế bào và làm đi hàm lượng ergosterol trong màng tế bào nấm M. oryzae. Thành tế bào, các chất điện phân trong tế bào, tích tụ ROS (reactive oxygen species) và hoạt tính của enzyme trong chu trình tricarboxylic acid thay đổi rất rõ trong cơ thể nấm M. oryzae. Điều này chứng minh rằng vi khuẩn đối kháng ảnh hưởng đến tế bào nấm và làm xáo trộn chức năng của ty thể bộ nấm gây bệnh đạo ôn lúa.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31519258.