Di truyền tính kháng virus gây bệnh “bud necrosis” do vector bọ trĩ trên đậu phông

Nguồn: Mahanta DK, Jangra S, Priti, Ghosh A, Sharma PK, Iquebal MA, Jaiswal S, Baranwal VK, Kalia VK, Chander S. 2022. Groundnut Bud Necrosis Virus Modulates the Expression of Innate Immune, Endocytosis, and Cuticle Development-Associated Genes to Circulate and Propagate in Its Vector, Thrips palmi. Front Microbiol. 2022 Mar 17;13:773238. doi: 10.3389/fmicb.2022.773238.

Bọ trĩ Thrips palmi (Thysanoptera: Thripidae) là vec tơ truyền bệnh siêu vi có thuật ngữ khoa học “predominant tospovirus” Ở vùn châu Á Thái Bình Dương. Bệnb gây thiệt hại nặng cho vùng canh tác đậu phọng, đó là GBNV (viết tắt từ chữ groundnut bud necrosis virus, họ siêu vi Tospoviridae) thuộc loại hình bệnh lây nhiễm thường xuyên (persistent propagative). Bọ trĩ là ký chủ luân phiên, sự duy trì thường trực nguồn siêu vi trong bọ trĩ làm cho việc quản lý bệnh này trở nên rất thách thức cho nhà bảo vệ thực vật. Thuốc trừ bọ trĩ và tính kháng của cây đậu phụng vẫn còn là cách thức chưa hiệu quả trong quản lý thrips–tospoviruses. Những phương pháp tiếp cận mang tính chất genomic gần đây đã và đang dẫn đến sự hiểu biết ngày càng rõ hơn về tương tác ở mức độ phân tử của thrips–tospoviruses, người ta xác định được nhiều mục tiêu di truyền mới. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu tỏ ra vô cùng hạn chế đối với loài Frankliniella và siêu vi TSWV (tomato spotted wilt virus). Giữa những thông tin vô cùng hạn chế về mối quan hệ  T. palmi–tospovirus, nghiên cứu này là báo cáo đầu tiên về phản ứng toàn hệ thống transcriptome của bọ trĩ T. palmi liên quan đến bệnh siêu vi GBNV. Kết quả phân tích sự biểu hiện khác nhau của hệ triplicate transcriptome con bọ trĩ trưởng thành mang viruliferous so sánh với bọ trĩ trưởng thành không mang viruliferous được xác định với tổng số 2.363 phân tử transcript (1.383 điều tiết theo kiểu UP và 980 phân tử điều tiết theo kiểu DOWN). Cơ sở dữ liệu Gene Ontology (GO) và Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) hỗ trợ cho kết quả phân tích, ghi nhận rằng: có rất nhiều gen DEGs (differentially expressed genes) trong phản ứng miễn dịch bẩm sinh, endocytosis, phát triển lớp cutin, và kết hợp với thụ thể (receptor) rồi truyền tín hiệu rằng có xâm nhập của siêu vi, kết quả nhân lên trong hệ thống vector này. Hệ thống GNR (gene regulatory network) của các gen có ý nghĩa nhất “DEGs” cho thấy những gen này giống như ABC transporter, cytochrome P450, endocuticle structural glycoprotein, gamma-aminobutyric acid (GABA) receptor, heat shock protein 70, larval and pupal cuticle proteins, nephrin, proline-rich protein, sperm-associated antigen, UHRF1-binding protein, serpin, tyrosine–protein kinase receptor, etc., tăng lên rất nhiều với mật độ cao hơn các phan ứng tương tác xảy ra. Kết quả thâm cứu cho thấy sự biểu hiện của các gen ứng cử viên trong phản ứng với sự xâm nhiễm của GBNV được minh chứng rõ theo kết quả chạy RT-qPCR (reverse transcriptase-quantitative real-time PCR). Nghiên cứu này giúp người ta hiểu được tuong tác ở mức độ phân tử giữa bọ trĩ T. palmi và siêu vi GBNV, định hướng di truyền phục vụ mục tiêu quản lý bọ trĩ hại đậu phọng.

Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8969747/

Cải tiến giống đậu phọng – Kỷ nguyên OMICS

Nguồn: Ajilogba CF, Olanrewaju OS, Babalola OO. 2022. Improving Bambara Groundnut Production: Insight Into the Role of Omics and Beneficial Bacteria. Front Plant Sci. 2022 Mar 2;13:836133. doi: 10.3389/fpls.2022.836133.

Với sự bùng nổ dân số trên toàn thế giới, những nguy cơ trong môi trường do phân hóa học, sự suy giảm nguồn cung cấp thực phẩm do biến đổi khí hậu, an ninh lương thực đã và đang trở nên ngày càng thường trực. Bên cạnh đó, đất nông nghiệp mất dần do đô thị hóa. Vì vậy, người ta phải định hướng từ ngay bây giờ sự gia tăng dân số song hành cùng những yếu tố khác, lương thực thực phẩm sẽ không còn đầy đủ cho toàn cầu. Do đó, người ta cần phải có phương pháp tiếp cận quyết liệt hơn để cải tiến nông sản cũng như đáp ứng sự bền vững trong phát triển của con người. Ứng dụng phương pháp bền vững môi trường sinh thái, ví dụ sử dụng các vi khuển có lợi, và chọn giống cây họ Đậu cải tiến độ phì nhiêu của đất là một trong những cách đáp ứng yêu cầu bền vũng trong an ninh lương thực. Cải tiến giống cây trồng trên cơ sở microbiome của những loài cây họ Đậu “underutilized legumes” là một lĩnh vực chưa được khai thác với những khả năng rất to lớn  để cải tiến an ninh lương thực. Hơn nữa, cuộc cách mạng về thích nghi ngành genomics để cải tiến giống cây trồng đã thay đổi phương pháp tiếp cận từ chọn giống truyền thống so với chọn giống theo nền tảng genomics hiện đại của cây chủ và hệ vi sinh vật của nó microbiome. Sử dụng rhizobacteria trở nên rất quan trọng để cải tiến năng suất cây trồng, đặc biệt là rhizobacteria của cây họ Đậu, ví dụ cây Bambara groundnut (đậu phọng BGN). BGN là loài cây họ Đậu ở vùng cận Sahara, châu Phi với khả năng cao trong chống chịu khô hạn và khả năng lớn nhanh trong đất có vấn đề. BGN và tương tác giữa cây với nhiều rhizobacteria khác nhau trong đất có thể đóng vai trò quan trọng trong sản xuất và bảo vệ mùa màng. Bài tổng quan này tập trung tàm quan trọng của genomics đối với đậu phọng BGN và hệ microbiome của nó trên quan điểm thiết lập kế hoạch chi tiết để cải tiến chương trình BGN thông qua hợp nhất của vi khuẩn có lợi.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35310649/

Cải tiến giống lúa cao sản chống chịu khô hạn

Nguồn: Khanna A, Anumalla M, Catolos M, Bartholomé J, Fritsche-Neto R, Platten JD, Pisano DJ, Gulles A, Sta Cruz MT, Ramos J, Faustino G, Bhosale S, Hussain W. 2022. Genetic Trends Estimation in IRRIs Rice Drought Breeding Program and Identification of High Yielding Drought-Tolerant Lines. Rice (N Y). 2022 Mar 5;15(1):14. doi: 10.1186/s12284-022-00559-3.

Ước đoán xu hướng di truyền trên cơ sở dữ liệu historical data là một thông số quan trọng để kiểm tra hiệu quả chọn lọc trong di truyền. Các xu hướng di truyền dự đón (estimated genetic trends) có thể hoạt động như một  hướng dẫn để nhắm đến chiến lược cải tiến giống tương ứng và tối ưu hóa chương trình chọn giống theo hiệu quả chọn lọc di truyền. Theo kết quả nghiên cứu, 17 năm thu thập dữ liệu “historical data” của IRRI về chương trình cải tiến giống lúa chịu hạn đẻ ước đoán các xu hướng di truyền (genetic trends) và đánh giá sự thành công của chương trình lai tạo giống. Người ta còn xác định các dòng top-performing lines trên cơ sở năng suất hạt như một elite panel đối với thực hành quần thể tương lai theo sơ đồ lai cải tiến. Phương pháp hai giai đoạn của phân tích mô phỏng hổn hợp trên cơ sở phả hệ (pedigree-based mixed model) để chạy dữ liệu và tách ra các giá trị chọn giống và ước đoán genetic trends đối với năng suất trong nghiệm thức bình thường và nghiệm thức khô hạn, rồi phối hợp dữ liệu của nghiệm thức non-stress và nghiệm thức khô hạn. Giá trị năng suất hạt thấp hơn được quan sát trong tất cả nghiệm thức xử lý khô hạn. Hệ số di truyền dự đoán của năng suất hạt biến thiên giữa 0.20 và 0.94 trong nghiệm thức xử lý khô hạn; 0.43-0.83 trong nghiệm thức bình thường. Trong điều kiện bình thường, hiệu quả chọn lọc GA (genetic gain) là 0.21% (10.22 kg/ha/năm) đối với dòng con lai và 0.17% (7.90 kg/ha/năm) đối với giống đối chứng. Genetic trend trong điều kiện khô hạn  biểu hiện xu hướng dương tính (positive trend) giá trị GA là 0.13% (2.29 kg/ha/năm) đối với dòng con lai và 0.55% (9.52 kg/ha/năm) đối với giống đối chứng. Trong phân tich hỗn hợp, giá trị GA đạt 0.27% (8.32 kg/ha/năm) đối với dòng con lai và 0.60% (13.69 kg/ha/năm) đối với dòng đối chứng. Đối với elite panel selection, có 200 dòng con lai triển vọng được chọn lọc trên cơ sở giá trị cải tiến giống cao hơn về năng suất hạt và độ chính xác dự đoán là > 0.40. Giá trị chọn giống của 200 dòng con lai hình thành nên core panel biến thiên giữa giá trị 2366.17 và 4622.59 (kg/ha). Giá trị genetic rate dương trong tất cả 3 điều kiện; tuy nhiên, mức độ gia tăng này thấp hơn mức độ yêu cầu với GA là 1.5%. Người ta đề xuất một chiến lược recurrent selection breeding trong quần thể con lai ưu việt với sự hợp nhất của công cụ hiện đại và  công nghệ nhằm tăng cường giá trị GA tại chương tri2nh chọn giống lúa chịu hạn của IRRI. Xem xét elite breeding panel trong các nghiệm thức nghiên cứu này hoàn toàn khả thi và làm giàu nguồn vật liệu bố mẹ phục vụ chiến lược lâu dài trong tương lai recurrent selection programs để tăng hiệu quả chọn lọc GA.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35247120/

Protein CBLL của đậu phọng

Nguồn: Ren W, Zeng Z, Wang S, Zhang J, Fang J, Wan L. 2022. Global Survey, Expressions and Association Analysis of CBLL Genes in Peanut.  Front Genet. 2022 Mar 9;13:821163. doi: 10.3389/fgene.2022.821163.

Cystathionine γ-synthase (CGS), methionine γ-lyase (MGL), cystathionine β-lyase (CBL) và cystathionine γ-lyase (CGL) cùng chia sẻ domain Cys_Met_Meta_PP và có vai trò quan trọng trong phản ứng với stress của thực vật, cũng như phát triển. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta xác định được các genmã hóa protein có dmain Cys_Met_Meta_PP (PF01053.20) là gen có tên chuyên môn: CBL-like genes (CBLL). Hai mươi chín gen CBLL được phân lập trong hệ gen cây đậu phọng, bao gồm 12 giống đậu phọng trồng trọt và 17 loài đậu phọng hoang dại. Những gen này phân bố không đồng đều định vị tại những đầu của các nhiễm sắc thể khác nhau. Sự tiến hóa, cấu trúc gen, và phân tích motif cho thấy rằng: protein CBLL có năm nhánh khác nhau mang tính chất tiến hóa. Thành phần phân bố trên nhiễm sắc thể và kết quả phân tích synteny (tính đồng dạng) khẳng định rằng: tính chất tự tái bản của toàn hệ gen (allopolyploidization) góp phần vào sự phát triển các gen CBLL. Phân tích genome theo hướng so sánh cho thấy rằng ba  cặp gen phổ biến nhất CBLL có tính chất đồng tuyến (colinear) có trong cây đậu phọng, cây Arabidopsis, cây nho và cây đậu nành, nhưng cặp gen CBLL không đồng tuyến giữa đậu phọng và cây lúa. Kết quả dự đoán những nguyên tố cis-acting chỉ ra rằng AhCBLLs, AdCBLLs, AiCBLLs chứa đụng những thành phần khác nhau của tăng trưởng thực vật,  stress phi sinh học, hormones thực vật, và nguyên tố phản ứng với ánh sáng. Phổ thể hiện gen theo không gian cho thấy tất cả gen AhCBLLs có biểu hiện cao hơn rất đáng kể trong vỏ hạt đậu và hạt đậu phọng.Tất cả gen AhCBLLs có thể phản ứng với stress nóng, một vài gen có thể bị kích hoạt nhanh bởi nhiệt độ lạnh, mặn, ngập, nhiệt độ nóng và khô hạn. Hơn nữa, một vị trí đa hình trong vùng phân tử AiCBLL7 được phân lập bở phân tích association, tình trạng này gắn kết gần với tính trạng chiều dài vỏ hạt PL(pod length), chiều rộng PW (pod width), khối lượng 100 quả (HPW) và khối lượng 100 hạt (HSW). Kết quả nghiên cứu này cho nền tảng kiến thức phục vụ nghiên cứu sâu hơn về chức năng của học gen CBLL của đậu phọng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35356435/

Hình: Vị trí trên nhiễm sắc thể gen CBLL. Các vị trí trên nhiễm sắc thể gen CBLL đậu phọng được vẽ bản đồ theo cơ sở dữ liệu PeanutBase. Màu đỏ là các gen trên loài hoang dại.