Di truyền tính kháng bệnh héo rũ của dâu tây

Nguồn: Dominique D. A. Pincot, Mitchell J. Feldmann, Michael A. Hardigan, Mishi V. Vachev, Peter M. Henry, Thomas R. Gordon, Marta Bjornson, Alan Rodriguez, Nicolas Cobo, Randi A. Famula, Glenn S. Cole, Gitta L. Coaker & Steven J. Knapp. 2022. Novel Fusarium wilt resistance genes uncovered in natural and cultivated strawberry populations are found on three non-homoeologous chromosomes. Theoretical and Applied Genetics June 2022; vol. 135: 2121–2145

Nhiều gen kháng bệnh “Fusarium wilt” được người ta tìm thấy, người ta thực hiện cả bản đồ di truyền và bản đồ vật lý, rồi nhanh chóng áp dụng “chọn giống nhờ chỉ thị phân tử” để phát triển giống dâu tây bệnh chết dây do nấm Fusarium oxysporum f. sp. fragariae, một pathogen phát sinh trong đất tấn công dâu tây.

Bệnh Fusarium wilt, có tính chất soilborne disease được lây nhiễm bởi nấm Fusarium oxysporum f. sp. fragariae, là mối hiểm họa chính cho ngành sản xuất dâu tây (Fragaria ×× ananassa) tại nhiều vùng dâu tây trên thế giới. Pathogen này gây ra triệu chứng cháy khô dây (wilting), héo rũ, và cây chết đối với giống dâu tây nhiễm bệnh. Người ta đã xác định trước đây một gen trội có tên là FW1 định vị trên nhiễm sắc thể 2B điều khiển tính kháng với nòi số 1 (race 1) và giả định rằngtính kháng theo luận điểm gen đối gen của bệnh héo rũ rất phổ biến trong hệ gen cây dâu tây. Muốn khai thác gen này, người ta thực hiện một tập đoàn dâu tây sưu tập có mức độ đa dạng cao từ giống dâu tây bản địa hiếm gặp (heirloom) và từ giống dâu tây đang canh tác, những loại hình sinh thái có tính chất octoploid (đa bội thể) rồi sàng lọc đối với các nòi nấm (race) gây bệnh Fusarium wilt số 1 và nòi số 2. Ở đây, người ta chúng minh tính kháng cả hai nòi sinh lý  là phổ biến trong quần thể dâu tây tự nhiên và quần thể dâu tây được thuần hóa mang tính kháng race 1 liên quan đến các alen từ trội hoàn toàn đến alen trội từng phần hiện diện tại những loci (FW1, FW2, FW3, FW4, và FW5), người ta tìm thấy ba nhiễm sắc thể không tương đồng (1A, 2B, và 6B). Những gen được biết vẫn chưa được dòng hóa và định tính về mặt chức năng gen; tuy nhiên, những ứng cử viên đã được người ta phân lập, mã hóa protein có chức năng là những thụ thể (pattern recognition receptors) hoặc những protein khác được biết có liên quan đến lý thuyến gen đối gen của cây dâu tây. Đánh giá kiểu gen bằng kỹ thuật high-throughput bằng chỉ thị phân tử SNPs theo LD (linkage disequilibrium) với FW1-FW5 được phát triển để tạo thuận lợi cho chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và phát triển dần dần giống dâu tây kháng nòi sinh kly1 số 1. Nghiên cứu này đặt nền tảng lý luận cho việc phân lập các gen mã hóa bởi FW1-FW5, thêm vào đó, khai thác được di truyền tính kháng nòi sinh lý số 2 rồi các races khác nữa, như một tiền đề khẳng định người ta có thể kiểm soát được đại dịch gây ra bởi Fusarium (Fusarium wilt pandemic).

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04102-2

Chèn đoạn gen BoDFR1 làm ra sự mất đi anthocyanins của bắp cải

Nguồn: Yuting Zhang, Xin Feng, Yang Liu, Fuhui Zhou & Pengfang Zhu. 2022. A single-base insertion in BoDFR1 results in loss of anthocyanins in green-leaved ornamental kale. Theoretical and Applied Genetics June 2022; vol. 135: 1855–1865

Hình: Green-leaved ornamental kale (Brassica oleracea).

Hệ thống CRISPR/Cas9 được áp dụng để knockout gen BoDFR1 dẫn đến kết quả tích tụ hàm lượng anthocyanin tạo ra bắp cải làm cây cảnh (ornamental kale) và cho kết quả BoDFR2, một gen đồng dạng của BoDFR1, rất phổ biến trong hệ gen.

Anthocyanins phân bố khá thông dụng trong tự nhiên, làm cho cây trồng có màu sắc rự rỡ của chúng.Màu lá là tính trạng quan trọng đối với giống bắp cải làm cây cảnh (ornamental kale). Theo kết quả nghiên cứu này hàm lượng anthocyanin, kết quả phân tích transcriptome deep sequencing (RNA-seq) lá cải bắp từ màu hồng và màu xanh có chức năng làm đẹp để làm cây cảnh. Người ta quan sát những khác biệt về mức độ thể hiện gen của hai protein DIHYDROFLAVONOL 4-REDUCTASE từ sự mã hóa của gen BoDFR1 (Bo9g058630) và gen đồng dạng của nó BoDFR2 (Bo2g116380) của hai giống bắp cải hồng và xanh thông qua kỹ thuật RNA-seq và RT-qPCR. Người ta dòng hóa và chạy trình tự DNA gen BoDFR1 và BoDFR2 từ cả hai loại hình bắp cải. Ngưới ta xác định được phân tử chèn đoạn 1-bp insertion trong gen BoDFR1 và 2-bp insertion trong BoDFR2 của giống bắp cải xanh so với trình tự của bắp cải hồng, cả kết quả mapping đến trình tự exon thứ hai, tương ứng với gen đích, dẫn đến sự kiện kết thúc sớm trước khi giải mã. Muốn xác định cơ sở di truyền học của kiểu hình mất đi anthocyanins của bắp cải xanh, người ta tiến hành chỉnh sửa gen qua hệ thống CRISPR/Cas9  để phân ra kiểu gen knock out BoDFR1 hoặc kiểu gen BoDFR2 trong bắp cải lá hồng, dòng cận giao P23. Người ta tìm thấy sự tích tụ rất thấp anthocyanins trong thể đột biến Bodfr1-1 và Bodfr1-2, trong khi Bodfr2-1 và Bodfr2-2 có mức độ anthocyanin phong phú so với cây nguyên thủy WT (wild-type). Kết quả chèn đoạn trong gen BoDFR1, biểu thị kết quả tốt hơn gen BoDFR2, cho thấy rằng thiếu hàm lượng anthocyanins trong bắp cải xanh. Đây là lý luận khoa học cho biết được chức năng của DFR. Kết quả sẽ góp phần vào cải tiến nguồn vật liệu bố mẹ của cây trồng làm cảnh.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04079-y

Hiệu quả tập đoàn bắp lai đơn bội kép DH, ôn đới và phương pháp SSD

 Nguồn: Iara Gonçalves dos Santos, Anderson Luiz Verzegnazzi, Jode Edwards, Ursula K. Frei, Nicholas Boerman, Leandro Tonello Zuffo, Luiz P. M. Pires, Gerald de La Fuente & Thomas Lübberstedt. 2022. Usefulness of temperate-adapted maize lines developed by doubled haploid and single-seed descent methods. Theoretical and Applied Genetics June 2022; vol. 135: 1829–1841

Hệ gen dòng đơn bội kép tự phát sinh (spontaneous haploid genome doubling) không gắn với các ảnh hưởng có tính chất liên kết bất lợi (linkage drag). Sự hiện hữu của gen mang tính chất “doubling” tự phát sinh trong tự nhiên cho phép tối đa hóa việc khai thác các biến dị di truyền của quần thể BS39 thích nghi canh tác bắp vùng ôn đới.

Ngân hàng nguồn vật liệu bố mẹ nhiệt đới, không ưu việt của cây bắp (Zea mays L.), ví dụ như mẫu giống BS39, cho người ta một cơ hội độc nhất vô nhị làm đa dạng cơ sở di truyền của U.S. Corn Belt germplasm (ngân hàng gen giống bắp Hoa Kỳ), Công nghệ tạo dòng bắp đơn bội kép (DH) in vivo đã và đang được ứng dụng để khai thác có hiệu quả nguồn vật liệu không có tính chất ưu việt. Công nghệ có thể giúp khai thác các alen lặn. Mục tiêu nghiên cứu được xác định  tính hữu hiệu của các dòng con lai cận giao dẫn xuất từ giống BS39, theo cả hai phương pháp SSD (single seed descent) và DH (đơn bội kép), nhằm xác định tác động của dòng phát sinh tự nhiên với dòng DH, hệ gen nhân tạo, đối với biến dị di truyền  trong các dòng DH dẫn xuất từ BS39, xác định những SNP markers liên quan đến các tính trạng nông học của các dòng cận giao dẫn xuất từ BS39 teho phương pháp lai thử nghiệm (testcross). Người ta phát triển hai sets các dòng cận giao trực tiếp từ nguồn BS39 thông qua phương pháp DH và SSD, có tên là BS39_DH và BS39_SSD. Bên cạnh đó, hai sets dẫn xuất từ cặp lai BS39 x A427 (SHGD donor) thông qua phương pháp DH và SSD, có tên là BS39 × A427_DH và BS39 × A427_SSD, theo thứ tự. Năng suất hạt, thủy phần hạt, chiều cao cây, chiều cao đóng trái, đổ ngã của thân, và rễ bám chắc chắn (root lodging) được đo đếm, rồi xác định thông số di truyền số lượng. Kết quả phân tích GWAS, genome-wide association, dòng cận giao được đánh giá kiểu gen thông qua phương pháp tiếp cận GBS (genotype-by-sequencing) và DarTSeq (Diversity Array Technology Sequencing). MỘt vào dòng cận giao dẫn xuất từ BS39 biểu thị tính ưu việt tốt hơn trong nguồn vật liệu và tất cả các sets đều cho thấy có biến thiên di truyến rất đáng kể. Sự có mặt của các gen doubling trong hệ gen haploid ngẫu nhiên không ảnh hưởng đến hiệu quả chọn dòng cận giao. Năm chỉ thị phân tử SNPs có ý nghĩa và 3 chỉ thị trong số ấy định vị trong các gen đích liên quan đến phát triển cây bắp hoặc phản ứng với stress phi sinh học. Kết quả chứng minh rằng: khả năng của BS39 cho thêm các alen mới  đối với nguồn vật liệu giống bắp ôn đới có tính chất ưu việt được minh chứng rõ ràng.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04075-2

Di truyền tính kháng bệnh Fusarium head blight của lúa mì

Nguồn: Hanwen Li, Fuping Zhang, Jixin Zhao, Guihua Bai, Paul St. Amand, Amy Bernardo, Zhongfu Ni, Qixin Sun & Zhenqi Su. 2022.  Identification of a novel major QTL from Chinese wheat cultivar Ji5265 for Fusarium head blight resistance in greenhouse. Theoretical and Applied Genetics June 2022; vol. 135: 1867–1877

Một QTL mới liên quan đến tính kháng bệnh FHB (Fusarium head blight: hình đính kèm) được lập bản đồ di truye62no73 đoạn có kích thước phân tử 6,8 Mbtrên nhiễm sắc thể 2D của hệ gen giống lúa mì canh tác Trung Quốc, tên là Ji5265, kết quả chẩn đoán bằng chỉ thị phân tử KASP được ngưới ta phát triển để xác định gen ấy trong tập đoàn giống lúa mì được sưu tập trên toàn thế giới.

Fusarium head blight (FHB) là một bệnh rất nghiêm trọng của lúa mì (Triticum aestivum L.) gây ra sự suy giảm nghiêm trọng năng suất hạt và phẩm chất lúa mì trên toàn cầu. Lai tạo giống mì kháng FHB là chiến lược hiệu quả nhất để giảm thiểu sự thiệt hại này; do vậy,  xa1cc định những QTLs chủ đích liên quan đến tính kháng FHB và phát triển những chỉ thị phân tử chẩn đoán (diagnostic markers) những QTLs như vậylà điều kiện tiên quyết cho chiến lược chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS). Ji5265 là một giống lúa mì trồng trọt ở Trung Quốc kháng được FHB tại nhiều vùng trồng lúa mì khác nhau. Quần thể con lai cận giao tái tổ hợp F₆ bao gồm 179  dòng RILs dận xuất từ tổ hợp lai Ji5265 × Wheaton. Người ta đánh giá kiểu gen theo phương pháp genotyping-by-sequencing (GBS) và tiến hành đánh giá kiểu hình đối với tính kháng FHB Type II trong nhà kính. Một QTL chủ lực, ký hiệu là QFhb-2DL, được lập bản đồ di truyền có kích thức phân tử 6.8 Mb nằm giữa marker GBS10238 và GBS12056 định vị trên vai dài của nhiễm sắc thể 2D, giống lúa mì Ji5265, giải thích được  ~ 30% biến thiên kiểu hình tính kháng bệnh FHB. Ảnh hưởng của  QFhb-2DL đối với tính kháng FHB được người ta minh chứng bằng cách sử dụng các dòng gần như đẳng gen NILs (near-isogenic lines) dẫn suất từ các dị hợp tử còn lại  của F₆ RIL từ cặp lai Ji5265 × Wheaton. Hai chỉ thị phân tử kế cận (Kompetitive allele-specific PCR: KASP)  là chỉ thị KASP10238 và KASP12056 được minh chứng là vật liệu để chẩn đoán tập đoàn lúa mì bao gồm 2,065 mẫu giống trong ngân hàng gen lúa mì. Kết quả cho thấy rằng QFhb-2DL là một QTL mới điều khiển tính kháng FHB, Type II (phổ biến toàn cầu). Hai chỉ thị KASP có thể được sử dụng phục vụ MAS để cải tiến giống lúa mì cao sản kháng bệnh FHB.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04080-5