Di truyền màu vỏ hạt đậu đen

Nguồn: Nolan Bornowski, Qijian Song & James D. Kelly. 2020. QTL mapping of post-processing color retention in two black bean populations. Theoretical and Applied Genetics November 2020; vol. 133:3085–3100.

Nhiều QTL điều khiển tính trạng giữ nguyên màu sắc khi đậu đen được chế biến theo phương pháp đánh giá kiểu hình truyền thống và hiện đại, được khảo sát trên hai quần thể đậu đen (Vigna mungo). Khi xử lý sau thu hoạch đậu đen bằng hơi nước ấm trước khi cung cấp cho người tiêu dùng, anthocyanins dễ hòa tan trong nước sẽ bị phóng thích ra ngoài khỏi vỏ hạt đậu, làm màu đen biến thành nâu. Mục đích của nghiên cứu này là phát triển quần thể lập bản đồ gen điều khiển tính trạng giữ nguyên màu vỏ đen (color retention); xác định vùng đích trong hệ gen cây đậu đen liên quan đến phẩm chất sản phẩm đóng hộp (canning quality). Hai quần thể đậu đen RILs kiểu half-sibling có phân ly rất rõ trong những con lai đối với tính trạng duy trì màu sắc sau khi thu hoạch - đã được hình thành. Hai quần thể  RIL này được đánh giá kiểu hình tính trạng phẩm chất khi canning diễn ra suốt hai năm liên tục, và được đánh giá kiểu gen bằng công cụ BARCBean6k_3 BeadChip. Bên cạnh đó, người ta đánh giá kiểu hình theo phương pháp truyền thống là những panelists theo kinh nghiệm (trained panelists). Hạt đậu nấu chín được đánh giá kiểu hình bằng phương pháp mới là “phân tích ảnh kỹ thuật số” (digital image analysis pipeline). Số liệu hạt đậu đen được xử lý sau thu hoạch có màu sắc biến đổi hoặc duy trì của hai pp đánh giá kiểu hình như vật được so sánh. Phân tích ảnh kỹ thuật số tốt hơn phương pháp "trained panelists". Những QTL điều khiển tính trạng duy trì màu đen sau khi xử lý được xác định trên 6 nhiễm sắc thể, với QTL tại Pv08 và Pv11 có trong cả hai phương pháp đánh giá kiểu hình, hai quần thể, và hai năm quan sát. QTL tại Pv08 giải thích được 32% biến thiên kiểu hình nhưng chỉ có ý nghĩa trong một quãng vật lý rộng (large physical interval) vì mức độ phủ của chỉ thị SNP thấp. QTL tại Pv11 giải thích biến thiên kiểu hình 25% và được lập bản đồ tại vùng phân tử nhỏ hơn 52.5 Mbp. Chính QTL này tương thích với phương pháp đánh giá nói trên sẽ là vị trí rất hữu ích để nhà chọn giống cải tiến giống đậu đen làm thức phẩm có chất lượng tốt, đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03656-3

Gen kháng bệnh rỉ sắt Yr80  trong lúa mì

Nguồn: Hongyu Li, Harbans Bariana, Davinder Singh, Lianquan Zhang, Shannon Dillon, Alex Whan, Urmil Bansal & Michael Ayliffe. 2020. A durum wheat adult plant stripe rust resistance QTL and its relationship with the bread wheat Yr80 locus. Theoretical and Applied Genetics November 2020; vol. 133:3049–3066. 

QTL điều khiển tính kháng bệnh rỉ sắt giống lúa mì cứng (durum wheat) được hình thành bản đồ di truyền, định vị gần locus Yr80 sau khi thu hẹp vùng giả định còn 15 gen ứng cử viên.

Một vài gen kháng APR (adult plant resistance) biểu hiện bản chất kháng không hoàn toàn (partial resistance) ở pha cuối của thời gian phát triển cây đối với bệnh rỉ sắt. Đây là những gen quan trọng bảo vệ lúa mì chống lại pathogens này. Những gen kháng của lúa mì làm bánh mì và lúa mì cứng  khá giống nhau.Người ta tiến hành lập bản đồ gen APR điều khiển tính kháng bệnh rỉ sắt lúa mì, do nấm Puccinia striiformis f. sp. tritici gây ra, trong quần thể con lai thuộc tổ hợp lai giữa giống Stewart và giống Bansi. Hai QTLs kháng bệnh từ giống Stewart đã được xác định theo kết quả đánh giá kiểu hình trên nhiều ruộng thí nghiệm. Một QTL định vị trên nhiễm sắc thể 1BL và được phân lập với tên định danh là Yr29/Lr46/Sr58/Pm39 - locus APR kháng nhiều pathogens. Locus thứ hai định vị trên nhiễm sắc thể 3BL, trên lúa mì làm bánh mì, gần APR, có tên là Yr80. Thực hiện fine mapping trong hệ gen durum và bread wheat cho thấy locus durum 3BL và Yr80 gần gần nhau, với gen APR sau này được thu hẹp lại còn 15 gen ứng cử viên theo số liệu của Chinese Spring genome sequence. Phân ly có tính chất lệch lạc của vùng nhiễm sắc thể 3BL (durum wheat) được quan sát tại locus giống Stewart di truyền qua hạt phấn được so sánh với vùng đích của giống Bansi.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03654-5

Di truyền biểu sinh: miRNA csu‐novel‐260 kháng sâu đục thân Chilo suppressalis

Nguồn: Xixi Zheng, Zijin Weng, Han Li, Zichun Kong, Zaihui Zhou, Fei Li, Weihua M, Yongjun Lin, Hao Chen. 2020. Transgenic rice overexpressing insect endogenous microRNA csu‐novel‐260 is resistant to striped stem borer under field conditions. Plant Biotechnological Journal; 27 October 2020 - doi: 10.1111/PBI.13504)

Hình: Rice Striped Stem Borer (Chilo suppressalis).

Phân tử RNA can thiệp [RNA interference: RNAi] là phương pháp tiếp cận đầy triển vọngđể phát triển giống cây trồng kháng côn trùng có hại. Trong nghiên cứu này, đoạn phân tử DNA phát xuất từ gen cần thiết của côn trùng được cấu trúc thành những cassettes biểu hiện gen trong cây lúa theo dạng inverted repeats, là những phân tử RNAs dây kép dài (dsRNAs) để được phiên mã trong cây chủ (Baum et al., 2007; Mao et al., 2007). Sau khi phân cắt, dsRNAs biểu hiện mạnh mẽ trong thực vật sẽ ức chế sự biểu hiện gen đích thông qua phân tử nhỏ có tên là interference RNA (siRNA)‐mediated RNAi trong sâu đục rễ ngô: western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) (Baum et al., 2007) và sâu đục quả bông: cotton bollworm (Helicoverpa armigera) (Mao et al., 2007), làm giảm sức sống của sâu. Những nghiên cứu tiếp theo đó là phương pháp tiếp cận phân tử RNA can thiệp tiêu diệt các loài sâu hại (Liu et al., 2020). Tuy nhiên, ngoại trừ côn trùng cánh cứng Coleoptera rất dễ nhiễm RNAi, thì hầu hế loài côn trùng khác (e.g., Lepidoptera, Hymenoptera, và Hemiptera) có phản ứng không mong muốn khi phản ứng với dsRNA‐induced RNAi, điều này trở nên thách thức để co chiến lược thích ứng (Cooper et al., 2019). Những yếu tố đầy tiềm năng về hiệu quả của RNA can thiệp cho việc quản lý sâu hại bao gồm tính chất ổn định của phân tử dsRNA, sự hấp thu dsRNA của tế bào, sự hợp nhất trong vận hành core RNAi machinery, sự phát triển rộng rải RNAi, sự chấp hành của gen đích (target gene amenability) (Cooper et al., 2019).

Xem: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13504

Gen NLR kháng bệnh đạo ôn lúa

Nguồn: Ming-Hao Liu, Houxiang Kang, Yucheng Xu, Ye Peng, Dan Wang, Lijun Gao, Xuli Wang, Yuese Ning, Jun Wu, Wende Liu, Chengyun Li, Bin Liu, Guo-Liang Wang. 2020. Genome-wide association study identifies an NLR gene that confers partial resistance to Magnaporthe oryzae in rice. Plant Biotechnol J. 2020 Jun;18(6):1376-1383. doi: 10.1111/pbi.13300.

Gen kháng đạo ôn thường bị phá vở tính kháng nhất là gen chủ lực (đơn gen), cho nên, việc xác định thêm các gen kháng không hoàn toàn (partial R genes) là mục tiêu quan trọng trong chương trình cải tiến giống lúa. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta sử dụng tập đoàn căn bản (core collection) của ngân hàng gen lúa “Rice Diversity Panel II (C-RDP-II)”, bao gồm 584 mẫu giống. Đánh giá kiểu gen được tiến hành với 700 000 chỉ thị phân tử SNP. Các mẫu giống lúa C-RDP-II đưởng chủng với ba chủng nòi (strains) nấm gây bệnh đạo ôn, được thu thập ở nhiều vùng trồng lúa khác nhau của Trung Quốc. Thực hiện GWAS (genome-wide association study) đã xác định được 27 loci kết hợp với tính kháng đạo ôn: LABSs (loci associated with rice blast resistance). Trong số ấy, có 22 LABRs không kết hợp với bất cứ gen R nào được biết từ trước, hoặc QTLs. Thật thú vị là, có một chùm gen NLR (nucleotide-binding site leucine-rich repeat) hiện hữu trong vùng LABR12 trên nhiễm sắc thể 4. Một trong những gen NLR như vậy có tính bảo tồn rất cao trong bộ giống lúa iểu hiện tính kháng không hoàn toàn (multiple partially resistant). Sự thể hiện của gen này thông qua điều tiết theo kiểu “up” ở giai đoạn mạ khi cây lúa bị đạo ôn xâm nhiễm. Thực hiện knockout gen này nhờ hệ thốngchỉnh sửa gen CRISPR-Cas9; cây lúa transgenic suy giảm từng phần tính kháng đạo ôn đối với 4 chủng nòi nấm. Sự phân lập được một gen mới R kháng không hoàn toàn, không chuyên biệt với chủng nòi, tạm thời được người ta đặt tên là Partial Resistance gene 1 (PiPR1). Nó là nguồn vật liệu di truyền rất hữu ích giuúp người ta hiểu được thế nào là tính kháng không hoàn toàn (partial resistance mechanism) và rất hữu ích cho chương trình cải tiến giống lúa cao sản kháng ổn định bệnh đạo ôn (durably resistant cultivars).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31742855/

GWAS phân tích tính kháng bệnh thông qua C‐RDP‐II và ba chủng nòi của nấm M. oryzae strains. Giản đồ Manhattan plots của chỉ thị phân tử SNPs trên 12 nhiễm sắc thể cây lúa. Trục x biểu thị nhiễm sắc thể, trục y biểu thị giá trị association score cho từng SNP; score này đặc trưng cho giá trị P được chuyển đổi thành ‐log₁₀ P. Mũi tên đỏ chỉ các loci đồng vị trí với gen được tìm thấy trước đó và được dòng hóa (gen kháng đạo ôn), mũi tên màu tím biểu thi loci mới được phân lập trong thí nghiệm này.