Vai trò của OsPPR939, một “nad5 splicing factor”, trong phát triển hạt phấn hoa lúa

Nguồn: Peng Zheng, Yujun Liu, Xuejiao Liu, Yuqing Huang, Feng Sun, Wenyi Wang, Hao Chen, Mehmood Jan, Cuicui Zhang, Yue Yuan, Bao-Cai Tan, Hao Du & Jumin Tu. 2021. OsPPR939, a nad5 splicing factor, is essential for plant growth and pollen development in rice. Theoretical and Applied Genetics March 2021; vol. 134:  923–940.

Họ phụ protein P, đó là họ PPR protein OsPPR939, có thể bi6 phosphoryl hóa bởi OsS6K1, nó điều hòa sự tăng trưởng thực vật và sự phát triển hạt phấn thông qua sự kiện splicing những introns  của gen nad5  1, 2, và 3, trong ty thể bộ. Trong thực vật, protein PPR (pentatricopeptide repeat proteins) có vai trò quan trọng trong sự kiện splicing những intron nhóm số II của hệ gen ty thể bộ. Tuy nhiên, làm cách nào những protein được mã hóa trong nhân ấy du nhập vào ty thể bộ là điều bí ẩn. Cho đến nay, một vài protein PPR đã được định tính trong hệ gen cây lúa (Oryza sativa). Người ta chứng minh rằng P-subfamily PPR protein định vị trong ty thể bộ - OsPPR939 rất cần thiết cho sự kiện splicing  những introns số 1, 2 và 3 của gen nad5 . Tiến hành knockout hoàn toàn hoặc từng phần đối với chức năng OsPPR939 cho kết quả khác biệt với nhiều mức độ đối với sự trì hoãn tăng trưởng và sự bất thu của hạt phấn. Sự kiện splicing giảm mạnh của những introns này tại osppr939-4 và osppr939-5 dẫn đến kết quả có nhiều complex I của introng giảm đi, hoạt động của complex I cũng giảm. Kết quả dẫn đến sự tăng cường biểu hiện những gen có chức năng trong chu trình hô hấp. Gen OsPPR939 phục hồi sự khiếm khuyết hình thái thực vật của gen lặn osppr939-4 và duy trì hiệu quả splicing bị giảm của những introns số 1, 2, và 3 của gen nad5 . Do đó, protein OsPPR939 có vai trò cực trọng trong tăng trưởng và phát triển phấn hoa thông qua sự kiện splicing introns 1, 2, và 3 của gen nad5 trong ty thể bộ.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03742-6

Gen mới điều khiển chống chịu độ độc nhôm của cây lúa: OsGERLP

Nguồn: Miftahudin Miftahudin, Dewi IndriyaniRoslim, Miftahul HudaFendiyanto, Rizky DwiSatrio, Ahmad Zulkifli, Eka IndahUmaiyah, TatikChikmawati, Yohana Caecilia Sulistyaningsih, Suharsono Suharsono, AlexHartana, Henry T.Nguyen, J. PerryGustafson. 2021. OsGERLP: A novel aluminum tolerance rice gene isolated from a local cultivar in Indonesia. Plant Physiology and Biochemistry; Volume 162, May 2021, Pages 86-99

Hình: Kết quả được tìm thấy trên nhiễm sắc thể số 3.

Đất trồng lúa suy giảm nghiêm trọng do tốc độ đô thị hóa. bên cạnh đó, đất acid hóa đang dược sử dụng để trồng lúa ở Indonesia, người ta cần có giống lúa chống chịu được độ độc nhôm (Al). Chống chịu độ độc Al là tính trạng di truyền, người ta cần phải tìm thêm gen đích để phát triển giống lúa cao sản chống chịu đất bị độ độc nhôm. Mục tiêu nghiên cứu là dòng hóa và định tính một gen chống chịu độ độc nhôm mới từ nguồn giống lúa bản địa của Indonesia. Dòng hóa gen mới này được thức hiện trên cơ sở di truyền tương đồng (microsynteny) giữa cây lúa nước và cây lúa mạch đen (rye). Hơn nữa, sự tăng trưởng rễ lúa với kết quả phân tích thể hiện gen đích đã được hoàn thiện để minh chứng vai trò của gen này trong chống chịu độ độc nhôm trong nghiệm thức cây lúa bị câm gen và cây thuốc lá chuyển gen biểu hiện mạnh transgene. Kết quả cho thấy: gen ứng cử viên chống chịu độ độc nhôm là OsGERLP, được dòng hóa (cloned) thành công từ giống lúa Hawara Bunar, gen mã hóa protein tương đồng với protein L32 trong ri bô thể của vi khuẩn. Bên cạnh đó, kết quả phân tích cho thấy sự biểu hiện gen thấp của cây lúa bị câm gen (gene-silenced) rất dễ nhiễm với độ độc nhôm, trong khi cây lúa có mức biểu hiện gen đích cao kích thích cây chống chịu tốt với độ độc nhôm trong cây thuốc lá transgenic. Hơn nữa, người ta còn tím thấy mức độ biểu hiện gen này trên hai cây với mức biểu hiện thấp của OsFRDL4 trong cây lúa bị silenced và mức biểu hiện cao của gen MATE trong cây thuốc lá transgenic với dịch tiết citrate rất cao ở rễ cây thuốc lá transgenic. Như vậy gen OsGERLP có thể đóng vai trò như một regulator đối với những gen chống chịu nhôm khác. Đây là khả năng giúp nhà chọn giống cải tiến giống lúa cao sản chống chịu độ độc nhôm.

Xem: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0981942821000863?via%3Dihub

GWAS những alen kháng bệnh FCR (Fusarium Crown Rot) của lúa mì

Nguồn: Marcos Malosetti, Laura B. Zwep, Kerrie Forrest, Fred A. van Eeuwijk & Mark Dieters. 2021. Lessons from a GWAS study of a wheat pre-breeding program: pyramiding resistance alleles to Fusarium crown rot. Theoretical and Applied Genetics March 2021; vol. 134: 897–908.

Manhattan plot biểu thị tính kháng bệnh FCR ở thang điểm chống chịu (cột −log₁₀(P) đối với vị trí chỉ thị SNP (21 K SNP trên 21 nhiễm sắc thể bởi genome A, B và D). Đường ngang màu đỏ là ngưỡng giá trị có ý nghĩa thống kê (−log₁₀(P) = 4).

Rất nhiều công trình khoa học về QTL điều khiển tính kháng các tính trạng phức hợp (complex traits) bằng phương pháp bi-parental và multi-parental crosses (phân tích liên kết gen) hoặc sử dụng GWAS (quần thể association). Mặc dụ tìm kiếm gen đích thành công, nhưng khả năng chuyển kết quả nghiên cứu vào thức tế chọn giống còn rất nhiều khó khăn cần được minh chứng thêm. Người ta kết hợp sự tìm kiếm QTL thông qua quần th6ẻ “pre-breeding” với chọn lọc kiểu hình rất chặt chẽ đối với tính trạng mục tiệu qua rất nhiều thế hệ con lai, rồi kết hợp với kỹ thuật rút nhanh thế hệ con lai (rapid generation turnover) (i.e. “speed breeding”) cho phép xoay vòng chu kỳ con lai trong năm với nhiều thế hệ / trên cơ sở rút ngắn chu kỳ sáng, tạo ra ngày ngắn, kích thích lúa trổ bông sớm. Kết quả là thông tin về QTL mapping sẽ bổ sung nhờ xác định trong vùng đích trên genome dưới điều kiện sàng lọc di truyền nhiều vật liệu con lai của nhiều thế hệ khác nhau. Hỏi rồi trả lời vị trí của vùng giả định trên hệ gen, phản ứng của chọn lọc và nguồn gốc các alen chức năng theo phả hệ. Cơ sở dữ liệu của chương trình pre-breeding như vậy nhằm mục đích chồng các gen điều khiển tính kháng bệnh FCR (Fusarium crown rot) vào giống lúa mì cao sản. Quần thể này có từ kết quả hồi giao (complex backcrossing) bao gồm các vật liệu cho gen kháng khác nhau và các giống lúa mì cao sản khác nhau, thông qua cái gọi là MAGIC population (985 dòng giống, với những founders, và hai dòng offspring chủ lực trong phả hệ ấy). Có 17 vùng chứa gen đích có ý nghĩa thống kê liên quan đến kháng ứng kiểu hình kháng teho phương pháp GWAS. Chúng bao gồm các QTL giả định cũng như những QTL mới đóng góp vào kết quả kháng bệnh FCR. Người ta còn theo dõi dấu vết của nguồn cho gen kháng với các alen đích đối với từng QTL. Sự tìm thấy QTL như vậy nhờ quần thể breeding dưới điều kiện sàng lọc tính trạng mục tiêu có thể phân lập được QTL điều tkhiển tính trạng ấy với tần suất alen đích cao, làm tăng phản ứng chọn lọc, minh chứng được QTL ứng cử viên.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03740-8

OMICS trong cải tiến giống đậu Hà Lan (Pisum sativum)

Nguồn: Arun K. Pandey, Diego Rubiales, Yonggang Wang, Pingping Fang, Ting Sun, Na Liu & Pei Xu. 2021. Omics resources and omics-enabled approaches for achieving high productivity and improved quality in pea (Pisum sativum L.). Theoretical and Applied Genetics March 2021; vol. 134: 755–776.

Đậu Hà Lan (Pea: Pisum sativum L.), là loài cây họ đậu ôn đới được canh tác trên 85 nước, là cây đậu hạt thứ nhì về tầm quan trọng của thực phẫm rau canh trên toàn thế giới. Đậu Hà Lan có lịch sử nghiên cứu khá nhiều như một cây mô hình dẫn đến định luật di truyền Mendel kinh điển, nhưng nghiên cứu di truyền phân tử đậu Hà Lan khá chậm chạp so với các giống đậu  khác trong kỷ nguyên OMICS, do hệ gen của nó quá lớn và quá phức  tạp. Biến đổi khí hậu và bùng nổ dân số là thách thức lớn để cung cấp thực phẩm này cho toàn thế giới, ngườia ta cần cải tiến chương trình chọn giống đậu Hà Lan cao sản thông qua phát triển nguồn vật liệu có tính chất multi-omics và những công cụ advanced breeding tools để phát triển nhanh và liên tục giống đậu cải tiến. Gần đây, các nhà nghiên cứu đậu pea đã đánh dấu quan trọng trong nội dung omics và chọn giống phân tử. Bài tổng quan này rất hữu ích giúp bạn đọc  có một cách nhìn tổng thể các tiến bộ trong omics cây đậu pea với cơ sở dữ liệu di truyền nguồn vật liệu bố mẹ, phương pháp đánh giá kiểu gen có tính chất high-throughput, hệ gen tham chiếu (reference genome), các genes/QTLs tương ứng với các tính trạng mục tiêu, transcriptomic, proteomic, và phenomic atlases của nhiều mô khác nhau trong những điều kiện canh tác khác nhau. Nguồn tư liệu đồ sộ ấy cho phép nhà chọn giống thực hiện thành công với những chỉ thị phân tử khác nhau để theo dõi quần thể con lai ở thế hệ sớm nhất, ví dụ như MAB (marker-assisted backcrossing). Ngay cả việc tiếp cận với chỉnh sửa hệ gen bằng hệ thống CRISPR, chọn giống nhanh (speed breeding), sàng lọc di truyền (genomic selection) đang khởi động để thay đổi mô hình cải tiến giống đậu Hà Lan. Nguồn vật liệu omics phong phú, chọn giống nhờ omics là những tiếp cận sẽ tăng cường hiệu quả chọn lọc GA (genetic gain) của chương trình cải tiến giống đậu pea và thúc đẩy sự phát triển giống đậu mới đáp ứng với mục tiêu năng suất và phẩm chất.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03751-5