Di truyền tính trạng khối lượng quả cà chua

Nguồn: Lara Pereira, Lei Zhang, Manoj Sapkota, Alexis Ramos, Hamid Razifard, Ana L. Caicedo & Esther van der Knaap. 2021. Unraveling the genetics of tomato fruit weight during crop domestication and diversification.   Theoretical and Applied Genetics October 2021; vol. 134: 3363–3378

Sáu QTL mới được phân lập liên quan đến di truyền tính trạng khối lượng quả cà chua thông qua kết quả phân tích quần thể con lai “multiple bi-parental” được phát triển từ những mẫu giống vật liệu cổ truyền. Những alen có ích định vị tại các loci mục tiêu biểu hiện bản chất quần thể phụ “nửa thuần hóa” (semi-domesticated subpopulations). Nghiên cứu này định hướng cho thao tác du nhập những alen có ích vào trong các chương trình cải tiến giống cà chua. Kích cỡ trái và khối lượng trái là những phần ăn được được tuyển chọn rất nghiêm khắc trong quá trình thuần hóa cà chua. Hiện nay, loài người đã và đang tập trung tính trạng dinh dưỡng và tính trạng canh tác của rau ăn quả và rau ăn lá, tại thời điểm mà áp lực chọn lọc khá cao đối với alen điều khiển tính trạng kích cỡ trái cà chua và khối lượng trái cà chua. Do đó, dường như có sự cải tiến mới về những alen ấy đối với khối lượng của cơ quan trái cà chua, đang tiếp tục phân ly trong nguồn vật liệu tổ tiên. Đến giờ, 5 gen liên quan đến thuần hóa và đa dạng hóa có ảnh hưởng đến khối lượng quả cà chua đã được người ta xác định. Cơ sở di truyền làm tăng khối lượng vẫn chưa được làm rõ. Người ta thấy rằng khối lượng quả cà chua tăng dần theo quá trính thuần hóa và đa dạng hóa, quần thể phụ có tính chất “semi-domesticated” (bán thuần hóa) có đặc điểm là đa dạng cao về kiểu hình và nucleotides. Cơ quan columella và septum của quả cà chua tăng dần, cho thấy đó là mục tiêu chọn lựa. Người ta phát triển 21 quần thể con lai F₂ mà bố mẹ là vật liệu cố định đối với những gen được biết rồi về tính trạng khối lượng quả, tương ứng với sự chuyển dịch căn bản từ cà chua hoang dại đến cà chua trồng trọt. Những bố mẹ như vậy biểu hiện sự khác biệt rất rõ về tính trạng khối lượng quả cà chua như là thuộc tính phát triển theo thời gian theo sự gia tăng kích cỡ trái cà chua. Một tập đoàn phụi (subset of populations) được định hướng để chạy trình tự QTL-seq, dẫn đến sự xác định 6 QTLs chưa được dòng hóa về khối lượng quả cà chua. Ba QTLs, định vị trên nhiễm sắc thể 1, 2 và 3, được minh chứng bằng xét nghiệm con lai. Khai thác bản chất phân ly bởi những gen quy định tính trạng khối lượng quả rồi xác định QTLs, người ta dự đoán được những alen nào là alen có ích tại các loci mới trong tập đoàn cà chua “bán thuần hóa” ở  Nam Mỹ, không biểu hiện thuần hóa hoàn toàn trong các mẫu giống cà chua bản địa. Do đó, những alleles này có thểđược áp dụng trong chương trình cải tiến giống cà chua thông qua ngân hàng gen vật liệu được xác định trong nghiên cứu này.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03902-2

Di truyền tính trạng hấp thu N hữu hiệu của cây lúa

Nitrogen (N) là đại dưỡng chất trong tăng trưởng thực vật. Lạm dụng dưỡng chất này sẽ là ô nhiễm môi trường; do đó, người ta cố gắng cải tiến giống cây trồng có tính trạng hiệu quả sử dụng đạm NUE (nitrogen use efficiency). Đó là tính cấp thiết cho nền nông nghiệp bền vững. Sự hấp thu N, chuyển vị, đồng hóa, và tái vận động (remobilization) là bốn tính chất quan trọngcủa chỉ số NUE trong cây trồng. Oryza sativa L. (lúa) là loài cây lương thực quan trọng nuôi sống hơn một nửa dân số quả địa cầu này, cải tiến năng suất lúalà mục tiêu chính của các nhà chọn giống. Những phân tử  N transporters, enzymes gắn liền với sự đồng hóa N, và nhiều phân tử TFs (transcription factors) có ảnh hưởng đến NUE cây lúa, cũng như năng suất lúa. Mặc dù nhiều nghiên cứu cải tiến về NUE, nhưng kiến thức về cơ chế điều tiết di truyền để khởi động NUE vần còn rất hạn chế. Bài tổng quan này rất quan trọng cung cấp cho chúng ta một sự hiểu biết rõ ràng là làm thế nào cây lúa phát hiện nguồn N trong đất, làm thế nào sự phát hiện ấy được giả mã di truyền biến thành phản ứng đáp lại rồi điều tiết tăng trưởng. Hơn nữa, những yếu tố phiên mã kiểm soát gen có liên qua đến N đã được thảo luận rất chi tiết. Đây là hiểu biết rất tốt giúp cho nhà nghiên cứu cải tiến năng suất lúa, giảm thiểu bón phân hóa học trên đồng ruộng.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s11248-021-00284-5

Di truyền tính kháng sâu cho cây bắp bằng transgene, vector là siêu vi gây bệnh mosaic cây mía

Seung Ho Chung,Mahdiyeh Bigham,Ryan R. Lappe,Barry Chan,Ugrappa Nagalakshmi,Steven A. Whitham,Savithramma P. Dinesh-Kumar,Georg Jander. 2021. A sugarcane mosaic virus vector for rapid in planta screening of proteins that inhibit the growth of insect herbivores. Plant Biotechnology Journal; September 2021; Volume 19(9): 1713-1724

Sâu Spodoptera frugiperda (fall armyworm) là đối tượng gây hại nghiêm trọng cho cây bắp trên toàn thế giới. Biện pháp quản lýa sâu hại hiện nay bao gồm sử dụng hóa dược và giống bắp biến đổi gen nhờ gen của vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) tạo độc tố giết chết sâu. Mặc dù những transgenes có tính chất bổ sung được xác định diệt được ấu trùng, nhưng khảo cứu này còn hạn chế trên đối tượng cây bắp, ít nhất là khó khăn kỹ thuật trong chuyển nạp gen ngoại lai vào cây bắp. Người ta mô tả trong thí nghiệm này là chuyển gen siêu vi gây khảm cho cây mía (sugarcane mosaic virus: SCMV) vào cây bắp với hiệu quả xét nghiệm nhanh cả gen nội sinh cây bắp và gen nhoại lai di hợp tử từ những sinh vật khác để kiểm soát sâu xanh S. frugiperda trong cây bắp. Bốn chuẩn mực của proteins được xét nghiệm thông qua SCMV vector: (i) proteins truyền tín hiệu bảo vệ cây bắp: peptide elicitors (Pep1 và Pep3), jasmonate acid kết hợo với enzymes (JAR1a và JAR1b); (ii) proteins bảo vệ bắp: ribosome-inactivating protein (RIP2) (phân lập trước đây) và proteinase inhibitor của bắp (MPI), hai proteins dự đoán nhưng hoạt động chống côn trùng chưa được xác nhận, một peptide có tính chất kháng vi sinh vật (AMP) và một lectin (JAC1); (iii) lectins của những loài thực vật khác: Allium cepa agglutinin (ACA) và Galanthus nivalis agglutinin (GNA); (iv) độc tố của bò cạp và nhện: peptides từ Urodacus yaschenkoi (UyCT3 và UyCT5), peptides từ Hadronyche versuta (Hvt). Trong tất cả trường hợp, sâu non S. frugiperda bị ức chế tăng trưởng bởi kết quả biểu hiện transient SCMV của những gen đích mã hóa những protein nói trên. Hơn nữa, thí nghiệm có  subset của những gen biểu hiện SCMV đều cho kết quả tích cực chống lại hai loài aphid, Rhopalosiphum maidis (corn leaf aphid) và Myzus persicae (green peach aphid). Kết quả chứng minh rằng: SCMV vectors là phương pháp sàng lọc nhanh để biết được hiệu quả và hoạt tính của độ tố giết sâu non từ những gen ứng cử viên trong cây bắp.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13585

Di truyền tính chống chịu lạnh của cây chuối

Nguồn: Weina Yuan, Jing Liu, Tomáš Takáč, Houbin Chen, Xiaoquan Li, Jian Meng, Yehuan Tan, Tong Ning, Zhenting He, Ganjun Yi, Chunxiang Xu. 2021.  Genome-Wide Identification of Banana Csl Gene Family and Their Different Responses to Low Temperature between Chilling-Sensitive and Tolerant Cultivars. Plants (Basel); 2021 Jan 8;10(1):122.  doi: 10.3390/plants10010122.

Thành tế bào đóng vai trò quan trọng trong phản ứng của cây đối với stress từ bên ngoài. Gen Csl (cellulose synthase-like gene) thuộc một họ gen được nhiều tác giả báo cáo trong sinh tổng hợp hemicellulose backbone. Tuy nhiên, người ta có rất ít thông tin về tính chất chịu của cây đối với nhiệt độ lạnh; stress LT: low-temperature. Triong nghiên cứu này, có tất cả 42 gen Csls được phân lập trong hệ gen cây Musa acuminata và chùm gen thuộc sáu họ phụ (CslA, CslC, CslD, CslE, CslG, và CslH) theo cây gia phả được phân tích. Đặc điểm genomic là các gen MaCsl có tính chất biểu hiện thành cấu trúc đặc hiệu, có những motifs hết sức bảo thủ và có sự phân bố đều trên tất cả nhiễm sắc thể. Cây gia hệ di truyền được hình thành chỉ ra rằng: mức độ đa dạnh di truyền cao trong họ gen này. Những thay đổi khác nhau rất nhiều giữa các hemicellulose của kiểu gen chống chịu lạnh và không chống chịu lạnh thông qua nnhiều giống chuối khác nhau; nghiệm thức xử lý nhiệt độ thấp (LT) . Kết quả gợi ý rằng bất cứ kiểu hình nào của hemicellulose đều liên quan đến tính chống chịu stress lạnh của cây chuối. Sự biệu hiện từng phần của họ gen MaCsl trong cả hai nhóm giống chuối trước và sau xử lý LT được minh chứng bằng kết quả kỹ thuật chạy trình tự RNA (RNA-Seq) theo sau đó là real-time PCR (qPCR). Kết quả gen MaCslA4/12, MaCslD4 và MaCslE2 là những ứng cử viên triển vọng nhất xác định tính trạng chống chịu sương giá của giống chuối. Đây là kết quả định tính đầu tiên trên toàn bộ hệ gen câu chuối (genome-wide characterization) đối với gen MaCsls , mở ra cánh cửa cho các nghiên cứu về chức năng hệ gen về sau.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33435621/

Định vị trên các nhiễm sắc thể của những gen MaCsl trong hệ gen cây chuối (Musa acuminata) genome.