Bản đồ di truyền tính kháng rầy mềm của cây ớt Capsicum

Nguồn: Mengjing Sun, Roeland E. Voorrips, Wendy van’t Westende, Martijn van Kaauwen, Richard G. F. Visser, Ben Vosman. 2020. Aphid resistance in Capsicum maps to a locus containing LRR-RLK gene analogues. Theoretical and Applied Genetics; January 2020, Volume 133, Issue 1, pp 227–237

Thông tin chính

Một QTL điều khiển tính kháng rầy mềm (aphid) của hệ gen cây ớt, định vị trên nhiễm sắc thể 2 đã được xác định và minh chứng. QTL này ảnh hưởng đền tỷ lệ sống của rầy mềm và sự sản sản của nó, QTL được lập bản đồ tại locus mã hóa  “LRR-RLK analogues.”

Tóm tắt

Myzus persicae là rầy mềm phá hại trầm trọng cho các vùng canh tác ớt (Capsicum). Tính kháng rầy aphids đã được xác định trước đây trên loài ớt Capsicum baccatum. Mục tiêu nghiên cứu nhằm làm rõ bản chất di truyền tính kháng aphid của loài ớt C. baccatum. Phân tích QTL đã được tiến hành đối với tính kháng M. persicae trong quần thể con lai F₂ dẫn xuất từ cặp lai giữa hai loài (intraspecific cross) bao gồm dòng kháng cao và dòng nhiễm rầy. Tỷ lệ rầy sốn sót và tỷ lệ thụ tinh thành công được sử dụng như một thống số di truyền tính kháng rầy. Phân tích bản đồ cách quãng (interval mapping) đã phát hiện được hai QTLs có ảnh hưởng đến tỷ lệ sống sót của rầy (Rmpas-1) và tỷ lệ thụ tinh (Rmprp-1), theo thứ tự, cả hai định vị tại cùng một khu vực trên nhiễm sắc thể số 2 và cùng chia sẻ các chỉ thị phân tử liên kết ở vùng ấy. Sử dụng chỉ thị phân tử này làm “co-factor” trong phân tích “multiple-QTL mapping” cho thấy có một QTL thứ hai, giữ vai trò thứ yếu là Rmprp-2, nó chỉ ảnh hưởng đến sinh dục của rầy, định vị trên nhiễm sắc thể 4. Phân tích “Fine mapping” khẳng định ảnh hưởng của Rmpas-1 và Rmprp-1, sau đó, người ta thu hẹp vùng mục tiêu lại (narrow-down) tại vùng QTL chính Rmprp-1 với kích thước phân tử 96 kb, người ta có thể dự đoán  bốn gen kháng có tính chất tương đồng (analogues of resistance genes) thuộc họ gen “receptor-like kinase” có chứa domain của LRR-KLKs (leucine-rich repeat domain). Xem:

https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03453-7

Hình 2: Bản đồ di truyền liên kết, giá trị LOD và 1-LOD rồi 2-LOD hỗ trợ cho phân tích “intervals” QTL tính kháng rầy mềm trên nhóm liên kết số 2 (LG2).

Bản đồ QTL phân giải cao điều khiển hàm lượng dầu của cây đậu phụng (Arachis hypogaea L.)

Nguồn: Nian Liu, Jianbin Guo, Xiaojing Zhou, Bei Wu, Li Huang, Huaiyong Luo, Yuning Chen, Weigang Chen, Yong Lei, Yi Huang, Boshou Liao & Huifang Jiang. 2020. High-resolution mapping of a major and consensus quantitative trait locus for oil content to a ~ 0.8-Mb region on chromosome A08 in peanut (Arachis hypogaea L.)

Theoretical and Applied Genetics volume 133, pages 37–49(2020)

Bản đồ di truyền phân giải cao trên cơ sở công cụ “ddRAD-seq” chứa tất cả 2595 loci được xác định QTL chủ lực và QTL mang tính chất tham khảo với mật độ các chỉ thị liên kết nằm trong quãng rộng 0.8-Mb để chỉ ra di truyền tính trạng hàm lượng dậu đậu phụng. Hàm lượng dầu đậu phụng gia tăng là một trong những mục tiêu quan trọng cho chương trình cải tiến giống đậu phụng. Bản đồ QTL phân giải cao với các chỉ thị phân tử liên kết chặt với QTL có thể là điều kiện giúp nhà chọn giống chọn dòng nhờ marker. Theo nghiên cứu này, quần thể cận giao tái tổ hợp RIL (Xuhua 13 × Zhonghua 6) được người ta sử dụng để xây dựng nên bản đồ di truyền trên cơ sở ddRAD-seq (double-digest restriction-site-associated DNA sequencing). Bản đồ di truyền phân giải cao này có 2595 loci, và quét trên đoạn phân tử có độ rộng 2465.62 cM, khoảng cách trung bình giữa hai marker là 0.95 cM/locus. Bảy QTLs liên quan đến tính trạng hàm lượng dầu đã được xác định trên 5 nhóm liên kết (LK), bao gồm QTL chủ lực và QTL ổn định: qOCA08.1 trên nhiễm sắc thể A08 với biến thiên kiểu hình được giải thích 10.14–27.19%. Khoảng cách vật lý của qOCA08.1 giới hạn trong phân tử có độ rộng ~ 0.8-Mb nơi ấy có hai gen ảnh hưởng đến sinh tổng hợp dầu được người ta ghi nhận. Chỉ thị phân tử SNPOCA08 được phát triển để chỉ ra SNP loci nào kết hợp với tính trạng hàm lượng dầu và được minh chứng trong các giống đậu phụng có hàm lượng dầu vô cùng đa dạng. QTL chủ lực và ổn định như vậy được phân lập trong nghiên cứu này là kết quả hữu ích giúp người ta tìm kiếm gen đích. Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03438-6

Phân tích quần thể con lai cây yến mạch Avena sativa kháng bệnh phấn trắng

Nguồn: Tomasz Ociepa, Sylwia Okoń, Aleksandra Nucia, Justyna Leśniowska-Nowak, Edyta Paczos-Grzęda, Maciej Bisaga. 2020. Molecular profiles obtained with Pm11-21 and Pm11-48 primer pairs for individuals and parental line of ‘Sam’ × CN113536 population. 1-31 individuals of the analysed population, 32—cultivar Sam, 33-A. sterilis CN113536. Theoretical and Applied Genetics; January 2020, Volume 133, Issue 1, pp 179–185

Việc tuyển chọn dòng tương ứng của nhiều tính trạng khác nhau trong cây trồng có giá trị kính tế như cây yến mạch vô cùng quan trọng trong chọn tạo giống cây trồng hiện đại. Tính kháng với bệnh do nấm có hiệu quả hay không, ví dụ như bệnh phấn trắng, là một ví dụ minh họa trong hệ gen cây yến mạch. Chọn dòng nhờ chỉ thị phân tử (MAS) là công cụ quan trọng làm giảm thời gian và chi phí tạo giống mới. Nghiên cứu nhằm mục tiêu xác định các chỉ thị DarTseq có tính chất “dominant” với một gen kháng bệnh phấn trắng mới, đó là gen Pm11 dẫn xuất từ cây Avena sterilis tên giống là CN113536, theo sau là quy trình chạy theo nội dung xét nghiệm PCR. Có khoảng 30.620 silicoDArT markers, trong đó 202 markers liên quan rất mạnh mẽ đến tính kháng bệnh trong quần thể con lai. Trong số đó, có 71 markers mang tính chất “potential conversion”: 42 đặc biệt kháng và 29 nhiễm. Sau cùng, có 40 silicoDArT markers đáp ứng với thiết kế mồi. Trong quần thể ấy, có 5 markers, bao gồm 3 kháng và 2 nhiễm được chọn ra đề khuếch đại sản phẩm PCR trong những nhóm kỳ vọng khác. Phương pháp được phát trên trên cơ sở “2 selection markers”, xác định chắc chắn đồng hợp tử kháng và đồng hợp tử nhiễm. Giống như vậy người ta sử dụng marker để tìm kiến dòng dị hợp tử trong quần thể con lai. Những markers  silicoDArT cũng được sử dụng để định vị nhiễm sắc thể của gen kháng mới. Năm trong số 71  marker silicoDArT đối với gen Pm11 được tìm thấy trong bản đồ di truyền giả định (consensus genetic map) của cây yến mạch (oat). Năm markers định vị trong các nhóm liên kết (LK) tương ứng với Mrg12 của bản đồ Avena sativa consensus. Xem:

https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03449-3

Phân tích QTL điều khiển hàm lượng beta-carotene của khoai lang

Nguồn: Dorcus C. Gemenet, Guilherme da Silva Pereira, Bert De Boeck, Joshua C. Wood, Marcelo Mollinari, Bode A. Olukolu, Federico Diaz, Veronica Mosquera, Reuben T. Ssali, Maria David, Mercy N. Kitavi, Gabriela Burgos, Thomas Zum Felde, Marc Ghislain, Edward Carey, Jolien Swanckaert, Lachlan J. M. Coin, Zhangjun Fei, John P. Hamilton, Benard Yada, G. Craig Yencho, Zhao-Bang Zeng, Robert O. M. Mwanga, Awais Khan, Wolfgang J. Gruneberg, C. Robin Buell. 2020. Quantitative trait loci and differential gene expression analyses reveal the genetic basis for negatively associated β-carotene and starch content in hexaploid sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.] Theoretical and Applied Genetics; January 2020, Volume 133, Issue 1, pp 23–36.

Hàm lượng β-Carotene trong cây khoai lang liên quan đến gen Orange và phytoene synthase; nhơ xem xét liên kết vật lý của gen phytoene synthase với gen sucrose synthase, cụ thể là β-carotene và tinh bột tương quan nghịch. Trong các quần thể khoai lang phục vụ làm lương thực với mục tiêu an toàn lương thực, thì hàm lượng tinh bột là nhân tố quan trọng nhất vì nó tạo ra calorie, trong khi β-carotene là nguồn nhân tố quan trọng tạo ra tiền chất vitamin A. Tương quan nghịch này giữa hai tính trạng làm cho giá trị dinhd ưỡng rất thấp đối với người tiêu dùng khoai lang, đặc biệt ở vùng cận Sahara của châu Phi. Sử dụng quần thể “biparental mapping” với 315 con lai F₁ dẫn xuất từ cặp lai giữa giống khoai lang màu vàng cam (orange-fleshed) và giống  “non-orange-fleshed”, người ta xác định được hai QTL chủ lực có trên nhóm liên kết (LG): LG3 và LG12 có ảnh hưởng đến kiểu hình tinh bột, β-carotene, và những tính trạng khác tương quan với chúng, tổng chất khô và màu sắc bên ngoài củ khoai (flesh). Phân tích haplotypes bố mẹ cho thấy hai vùng này hoạt động theo kiểu gen đa tính trạng (pleiotropy) để làm giảm hàm lượng tinh bột và làm tăng β-carotene trong các giống khoai mang màu vỏ vàng cam (haplotype bố mẹ) tại LG3 locus. Phytoene synthase và sucrose synthase, mức giới hạn  và gen liên kết định vị trong QTL này trên nhóm liên kết LG3 bao gồm sinh tổng hợp carotenoid và tinh bột, theo thứ tự, thể hiện hết sức khác biệt nhau trong giống Beauregard so sánh với rễ củ khoai Tanzania. Gen Orange  có nút bật mở đối với sự kiện phát dinh di truyền sinh học của chromoplast, định vị trong QTL trên nhóm liên kết LG12 trong khi đó, không có biểu hiện khác biệt nào ở rễ củ đang phát triển của giống bố mẹ. kết luận rằng: các vùng của QTL hoạt động với nhau theo tính cách liên kết cis và trans để ức chế tinh bột trong amyloplasts và làm tăng cường chromoplast biogenesis, sinh tổng hợp carotenoid, tích tụ trong vỏ củ khoai có màu orange. Hiểu biết cơ sở di truyền như vậy đối với tương quan nghịch giữa hai nhân tố nói trên: tinh bột và  β-carotene sẽ giúp nhà chọn giống cải tiến giống khoai lang cao sản đạt được mục tiêu an ninh lương thực và tăng cường dinh dưỡng. Xem:

https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03437-7

OsABA8ox2, một gen dị hóa ABA làm ức chế rễ lúa kéo dài, phản ứng với khô hạn

Nguồn: Yan Zhang, Xiaoping Wang, Yanzhong Luo, Lan Zhang, Yuan Yao, Lu Han, Zhenhua Chen, Lei Wang, Yubin Li. 2019. OsABA8ox2, an ABA catabolic gene, suppresses root elongation of rice seedlings and contributes to drought response. The Crop Journal; available on line in December 2019 (https://doi.org/10.1016/j.cj.2019.08.006)

Trong hệ gen cây lúa, OsABA8ox mã hóa abscisic acid (ABA) 8′-hydroxylase, mà hệ men này xúc tác bước đầu trong quá trình dị hóa ABA (catabolism). Đóng góp của nội dung dị hóa ABA trong khi rễ phát trình vẫn còn là câu hỏi chưa có lời giải. Người ta tiến hành nghiên cứu vai trò của OsABA8ox2 trong sự tăng trưởng và phát triển của rễ cũng như sự đáp ứng với khô hạn ra làm sao. Kết quả nhuộm GUS cho thấy gen OsABA8ox2 thể hiện chủ yếu trong rễ ở giai đoạn mạ và thể hiện mạnh mẽ trong vùng sinh mô của  rễ mầm (radicle). gen OsABA8ox2 thể hiện trong rễ lúa giảm đi đáng kể sau 0,5 giờ xử lý polyethylene glycol (PEG) và tăng lên sau 0,5 giờ xử lý bù nước khi khô hạn (rehydration), khẳng định rằng gen  OsABA8ox2 là gen có chức năng khi cây lúa gặp khô hạn. gen OsABA8ox2 thực hiện knockout bởi hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 đã làm tăng ABA khi khô hạn và tích tụ indole-3-acetic acid trong rễ lúa, làm tăngmức nhạy cảm của ABA, và làm tăng kiến trúc rễ hướng mọc sâu xuống đất (RSA) thuận lợi cho cây chống chịu khô hạn. gen OsABA8ox2 thể hiện mạnh mẽ sẽ ức chế sự mọc dài của rễ và làm tăng tính dẫn nước của khí khổng  cũng như mức độ thoát nước. Như vậy, khi knockout gen OsABA8ox2 sẽ cải tiến tính chống chịu hạn của cây lúa, trong khi đó sự thể hiện mạnh mẽ gen OsABA8ox2 trong cây mạ dẫn đến kết quả vô cùng siêu nhạy cảm với stress khô hạn cho cây, điều này cho thấy gen OsABA8ox2 đóng góp vào phản ứng đối với khô hạn của cây lúa. So với cây lúa WT “wild type”, lá co chức năng của cây mạ bị knockout gen OsABA8ox2 có hàm lượng ABA cao hơn, trong khi đó, dòng lúa thể hiện mạnh mẽ gen này cho hàm lượng ABA thấp hơn. Như vậy, gen OsABA8ox2, là một gen dị hóa ABA. Xem:  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221451411930145X