Di truyền tính kháng phổ rộng của đậu nành đối với nấm Phytophthora sojae

Nguồn: Jun-ichi Matsuoka, Mami Takahashi, Tetsuya Yamada, Yuhi Kono, Naohiro Yamada, Koji Takahashi, Jouji Moriwaki & Hajime Akamatsu. 2021. Identification of three closely linked loci conferring broad-spectrum Phytophthora sojae resistance in soybean variety Tosan-231. Theoretical and Applied Genetics July 2021; vol. 134:2151–2165

Vùng hệ gen có bản chất biến hóa có trong hai loci của giống đậu nành Harosoy có liên quan đến gen Rps7 và một locus của giống đậu nành Nemashirazu, điều khiển tính kháng phổ rộng đối với pathogen là nấm Phytophthora sojae của giống Tosan-231, một nguồn vật liệu cho hữu dụng để cải tiến tính kháng bệnh của giống đậu nành cao sản. Các tác giả công trình này tiến hành nghiên cứu tính kháng bệnh với các mẫu phân lập đa dạng của nấm Phytophthora sojae trong giống đậu nành Tosan-231, bản chất kháng bệnh phổ rộng. Phân tích bản đồ di truyền quần thể con lai của tổ hợp Shuurei x Tosan-231 chỉ ra rằng: có một vùng trên hệ gen nằm giữa chỉ thị SSR có tên BARCSOYSSR_03_0209 và BARCSOYSSR_03_0385 (thuệt ngữ “Region T”), liên quan đến tính kháng phổ rộng của giống đậu nành Tosan-231; bao gồm 3 loci liên kết chặt điều khiển tính kháng này. Xét nghiệm chủng bệnh nhân tạo với 20 mẫu phân lập P. sojae có những pathotypes khác nhau; phân tích chỉ thị phân tử SSR trng điều tra vật liệu bố mẹ của Tosan-231 giúp người ta phân lập và định tính các gen Rps tại 3 loci điều khiển tính kháng bệnh này. Hai gen kháng, RpsT1 và RpsT2, được tìm thấy có trong giống Harosoy mang gen Rps7. Như vậy có hai khả năng cộng hưởng nhau: (1) gen RpsT1 hoặc RpsT2 là gen Rps7, và gen còn lại là gen mới  có chức năng; (2) Rps7 không phải là gen đơn, nó bao gồm RpsT1 và RpsT2. Locus kháng mang RpsT3 từ giống đậu nành Nemashirazu, mà trong giống này gen Rps thể hiện kém. Hơn nữa, người ta còn xác định hai vùng trong hệ gen có tần suất tái tổ hợp cao trên cơ sở dữ liệu bản đồ di truyền. người ta đề xuất một chiến lược tổng hợp những gen kháng bệnh hiệu quả ấy vào giống một đậu nành cao sản cải tiến hoặc hoặc xung quan vùng T (Region T).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03813-2

Phân tích kỹ thuật “meta GWAS” tính trạng chống chịu nóng cây lúa mì

Nguồn: Reem Joukhadar, Rebecca Thistlethwaite, Richard Trethowan, Gabriel Keeble-Gagnère, Matthew J. Hayden, Smi Ullah & Hans D. Daetwyler. 2021. Meta-analysis of genome-wide association studies reveal common loci controlling agronomic and quality traits in a wide range of normal and heat stressed environments. Theoretical and Applied Genetics July 2021; vol. 134:2113–2127

Nhiều QTL ổn định được tìm thấy trong kỹ thuật phân tích meta GWAS analysis đối với những tính trạng nông học và phẩm chất nông sản tại 26 địa điểm khác nhau về nghiệm thức xử lý nóng và bình thường. Stress nóng gây ra bởi biến đổi khí hậu toàn cầu trên cây lúa mì. Quyết định chọn lọc phải tùy thuộc vào thí nghiệm trên nhiều môi trường, địa điểm khác nhau  đặc biệt cho loại hình nhiệt độ xuất hiện ở thời điểm cực trọng trong sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Người ta áp dụng kỹ thuật meta-genome wide association analysis (metaGWAS) để tìm kiếm được những QTL ổn định (stable QTL) có ảnh hưởng bởi nhiều môi trường khác nhau. Kỹ thuật metaGWAS này được vận dụng trong nghiên cứu 11 tính trạng được cho điểm đánh giá tại 26 ruộng thí nghiệm được gieo ở thời điểm tối ưu TOS1, thời điểm muộn TOS2; tại 5 địa điểm. Có tổng cộng 2571 dòng lúa mì độc đáo (unique) (13.959 dòng giống lúa mì trên tất cả môi trường) Phân tích được chạy trên TOS1, TOS2 và cả hai thời điểm gieo hạt (TOS1&2). Đánh giá kiểu gen tập đoàn vật liệu bố mẹ bằng hệ thống 90K Infinium chip và exome sequence level, kết quả là có 341.195 chỉ thị SNP đa hình. Mức chính xác trung bình thông qua tất cả chỉ thị SNPs khá cao (92,4%). Ba kết quả phân tích metaGWAS cho thấy: 107 QTL liên quan đến 11 tính trạng nói trên, trong đó, 16 QTLs được tìm ra trong 3 phân tích và 23 QTL được tìm ra trong TOS1&2. Những QTL còn lại được tìm ra trong cả TOS1 hoặc TOS2 có hoặc không có TOS1&2, phản ánh bản chất phức tạp trong tương tác giữa QTL với mội trường. Tám QTL gắn với tính trạng năng suất hạt và 7 QTL gắn với tính trạng khác. QTL được xác định là nguồn tư liệu quan trọng đối với làm phong phú nền gen và kỹ thuật fine mapping sau này nhằm hiểu biết rõ hơn cơ chế di truyền tính kháng / tương tác GxE khi xử lý nóng hoặc xứ lý bình thường.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03809-y

Gen điều khiển tính trạng “hấp thụ N hiệu quả” của lúa mì, thông qua chỉnh sửa gen

Nguồn: Jiahui Zhang, Huating Zhang, Shaoya Li, Jingying Li, Lei Yan, Lanqin Xia. 2021. Increasing yield potential through manipulating of an ARE1 ortholog related to nitrogen use efficiency in wheat by CRISPR/Cas9. Journal of Integrative Plant Biology; First published: 16 July 2021, https://doi.org/10.1111/jipb.13151

Lúa mì là lương thực căn bản có số người tiêu dùng chi61m 30% dân số thế giới. Phân nitrogen (N) đã và đang được bón rộng khắp trên vùng nông nghiệp toàn cầu để nâng cao năng suất lúa mì đáp ứng yếu cầu tiêu thụ của nhân loại. Tuy nhiên, người ta bón phân N quá mức, bên cạnh hiện tượng hiệu quả sử dụng N thấp (NUE thấp) của giống cải tiến làm cho môi trường bị ô nhiễm và sinh thái kém bền vững. Trong cây lúa nước, gen đột biến are1 làm tăng NUE trong điều kiện bón N giới hạn, kéo dài thời gian lá hóa già và làm tăng năng suất lúa. Tuy nhiên, chức năng của gen đồng dạng (ARE1 ortholog) của cây lúa mì chưa được biết rõ. Ở đây, người ta xác định được và định tính được ba gen TaARE1 homeologs của giống lúa mì mùa đông Trung Quốc, tên giống ấy là ZhengMai 7698. Người ta tạo ra 2 series tập đoàn lúa đột biến không có transgene với alen từng phần hoặc alen kiều “triple null taare1” nhờ kỹ thuật chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR/Cas9 đột biến có chủ đích gen TaARE1. Tất cả dòng đột biến không transgene này biểu hiện tính chống chịu cao với sự đói đạm (nitrogen starvation), duy trì thời gian senescence (lá vẫn còn xanh khi lúa chín) và năng suất hạt tăng trên ruộng. Đặc biệt là, các dòng đột biến mang AABBdd và aabbDD biểu biện duy trì senescence và làm tăng năng suất có ý nghĩa không có ảnh hưởng bất lợi nào trong tăng trưởng so với đối chứng wild-type. Tổng kết lại, khả năng thao tác những gen đồng dạng ARE1 orthologs thông qua chỉnh sửa gen phục vụ có hiệu quả cải biên giống lúa mì về tính trạng NUE.

Xem: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/jipb.13151

Di truyền hàm lượng dầu của hoa dướng dương thông qua “lipidomic profiling”

Nguồn: Alina I. Chernova, Rim F. Gubaev, Anupam Singh, Katrina Sherbina, Svetlana V. Goryunova, Elena U. Martynova, Denis V. Goryunov, Stepan V. Boldyrev, Anna A. Vanyushkina, Nikolay A. Anikanov, Elena A. Stekolshchikova, Ekaterina A. Yushina, Yakov N. Demurin, Zhanna M. Mukhina, Vera A. Gavrilova, Irina N. Anisimova, Yulia I. Karabitsina, Natalia V. Alpatieva, Peter L. Chang, Philipp Khaitovich, Pavel V. Mazin & Sergey V. Nuzhdin. 2021. Genotyping and lipid profiling of 601 cultivated sunflower lines reveals novel genetic determinants of oil fatty acid content. BMC Genomics volume 22, 505 (2021) (Published: 05 July 2021)

Hoa hướng dương là cây trồng cho dầu thực vật quan trọng. Nó được thuần hóa tại Bắc Mỹ khoảng 4000 năm trước đây. Trong thế kỷ 20, hàm lượng dầu của hướng dương là tính trạng được tuyển chọn nghiêm ngặt với cường độ chọn lọc cao. Cải tiến hàm lượng dầu hướng dân gắn với thành phần của acid béo. Đây là một trong những định hướng lớn khi cải tiến giống hướng dương có hàm lượng dầu tốt. Người ta nghiên cứu cơ bản về di truyền của những biến dị thành phần acid béo và hàm lượng lipid thông qua đánh giá kiểu gen của 601 dòng hướng dương cận giao, đánh giá kiểu hình hàm lượng lipid và thành phần acid béo. Phân tích GWAS được tiến hành với sự hỗ trợ của bộ chỉ thị bao gồm 15.483 SNPs; hàm lượng của 23 fatty acids, bao gồm luôn acid béo thứ yếu, khẳng định những phối hợp di truyền có ý nghĩa của 11 acid béo trong số acid béo nghiên cứu. Người ta xác định được vùng của hệ gen mang những loci điều khiển biến thiên di truyền của acid béo hiếm gặp trên nhiễm sắc thể 3 và 14, giải thích được 34.5% biến thiên kiểu hình của docosanoic acid (22:0) trong dầu hướng dương. Đây là thí nghiệm đầu tiên trên quy mô rộng để chạy phổ thể hiện công nghệ cao “lipidomic profiling” của tập đoàn hướng dương trong ngân hàng gen. Kết quả nghiên cứu góp phần định tính được di truyền tập đoàn giống hướng dương của Nga, nhằm phát triển giống hướng dương cho số lượng và chất lượng dầu thực vật theo mong muốn trên toàn thế giới. Kết quả cung cấp nhận thức mới về điều khiển di truyền của thành phần dầu thực vật có thể được vận dụng trong tương lai.

Xem https://bmcgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12864-021-07768-y

Cầu trúc quần thể của tập đoàn hướng dương trong ngân hàng gen và giá trị LD (linkage disequilibrium).

A Sai số về số lượng cluster từ 1 to 10.

B Quần thể phụ được đánh giá bằng Principal Component Analysis. Mỗi chấm tương ứng với một mẫu giống hướng dương. Màu sắc tương ứng với dòng hướng dương. Agroplasma_SM chỉ cho chúng ta biết những dòng duy trì bất dục đực từ Agroplasma; Agroplasma_FR chỉ dòng phục hồi phấn hoa.

C, D Genome-wide (C) và trên nhiễm sắc thể 3 (D) LD-decay. Đường biểu diễn tương ứng với đường cong loess.