Di truyền tính trạng chống chịu thiếu lân của lúa hoang Oryza rufipogon

Nguồn: Qianwen Deng, Liangfang Dai, Yaling Chen, Decai Wu, Yu Shen, Jiankun Xie, Xiangdong Luo. 2022. Identification of Phosphorus Stress Related Proteins in the Seedlings of Dongxiang Wild Rice (Oryza rufipogon Griff.) Using Label-Free Quantitative Proteomic Analysis. Genes (Basel); 2022 Jan 4; 13(1):108. doi: 10.3390/genes13010108.

Tính trạng chống chịu thiếu lân (P) của cây lúa là tính trạng phức tạp được điều khiển bởi đa gen. Thông qua kết quả phân tích proteomics, người ta có thể tính trạng chống chịu thiếu lân có liên quan đến proteins trong ngân hàng gen tập đoàn lúa hoang hết sức độc đáo Dongxiang (Oryza rufipogon, DXWR), tập đoàn các mẫu lúa hoang này cho chúng ta kiến thức cơ bản để nghiên cứu cơ chế điều hành gen của nó. Theo nghiên cứu này, phương pháp proteomic cũng như phương pháp liên quan đến cơ sở dữ liệu transcriptome được người ta thực hiện, nhằm xác định những gen tiềm năng độc nhất vô nhị, phản ứng với stress do P thấp trong DXWR ở giai đoạn mạ. Kết quả ghi nhận rằng 3589 protein tích tụ có mức độ khác biệt chuyên tính có ý nghĩa (significant differential accumulation proteins) đã được phân lập giữa nghiệm thức P thấp và P bình thường xét theo kiểu hình rễ lúa của DXWR. Mức độ thay đổi ấy hơn 1,5 lần, bao gồm 60 protein điều tiết kiểu “up” và 15 protein điều tiết kiểu “down”, có 24 thay đổi biểu hiện hơn 1,5 lần trong cơ sỡ dữ liệu transcriptome. Thông qua kết quả phân tích QTLs, có 7 gen tương ứng với những proteins biểu hiện khác biệt nhau có ý nghĩa, người ta xác định được trong nghiên cứu này tuy chưa định tính và người ta thấy sự phân bố các quãng phân tử chứa QTLs liên quan đến tính trạng chống chịu thiếu lân (low P), hai trong những QTLs đó là LOC_Os12g09620 và LOC_Os03g40670 được tìm thấy ở cả hệ transcriptome và hệ proteome. Trên cơ sở phân tích, người ta tìm thấy trong tập đoàn DXWR các mẫu lúa hoang có thể gia tăngmức độ biểu hiện của PAPs (purple acid phosphatases), vị trí màng của phân tử P transporters (PTs), vùng hệ rễ lúa (rhizosphere area), và sự kiện splicing luân phiên, nó có thể làm giảm hoạt tính ROS (reactive oxygen species) để phản ứng với stresss do lân thấp. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cho chúng ta nhận thức rất hữu ích về dòng hóa các gen chống chịu thiếu lân có nguồn gốc từ lúa hoang, cũng như làm rõ hơn cơ chế phân tử của chống chịu lân thấp trong tập đoàn DXWR.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35052448/

Gen GmST05 điều khiển tính trạng kích thước hạt và phẩm chất hạt đậu nành

Nguồn: Zongbiao Duan, Min Zhang, Zhifang Zhang, Shan Liang, Lei Fan, Xia Yang, Yaqin Yuan, Yi Pan, Guoan Zhou, Shulin Liu, Zhixi Tian. 2022. Natural allelic variation of GmST05 controlling seed size and quality in soybean.

Plant Biotechnol J.; 2022 Sep; 20(9):1807-1818. doi: 10.1111/pbi.13865. Epub 2022 Jul 4.

Kích thước hạt là tính trạng nông học quan trọng quy định năng suất đậu nành. Dòng hóa những gen chủ lực điều khiển kích thức hạt đậu nành và chồng các alen ưu việt của chúng với nhau sẽ thúc đẩy nội hàm cải tiến năng suất hạt. Ngày nay, có một vài gen điều khiển tính trạng kích thước hạt được người ta xác định trong hệ gen cây đậu nành, loài cây trồng chủ lực cung cấp một nửa lượng dầu thực vật và ¼ số lượng protein trên toàn thế giới. Ở đây, thông quan GWAS (genome-wide association study) hơn 1.800 mẫu giống đậu nành, người ta xác định được biến thể alen trong tự nhiên tại locus GmST05 (Seed Thickness 05) ưu tiên điều khiển tính trạng chiều dày hạt và kích thước hạt. Những kết quả phân tích sâu hơn cho thấy có hai haplotypes chủ lực của gen GmST05 khác biệt rất có ý nghĩa ở mức độ phiên mã. Những thí nghiệm về phiên mã chứng minh rằng gen GmST05 điều tiết tích cực tính trạng kích thước hạt và ảnh hưởng đến hàm lượng dầu, protein, bởi điều tiết sự phiên mã GmSWEET10a. Đa dạng di truyền của quần thể cho thấy những biến thể alen của GmST05 được chọn lọc trong quá trình cây đậu nành thích nghi địa lý nhưng chưa được cố định. Tóm lại, biến thiên di truyền trong tự nhiên của gen GmST05 xác định được mức độ phiên mã và ảnh hưởng đến kích thước hạt, phẩm chất hạt đậu nành, hình thành nên nguồn gen quan trọng phục vụ chọn giống đậu nành ở mức độ phân tử.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35642379/

“Phenolics” chống ô xi hóa ở vỏ hạt đậu phụng

Nguồn: Adna P Massarioli, Alan G de O Sartori, Fernanda F Juliano, Roseane C Dos Santos, Jean Pierre C Ramos, Liziane Maria de Lima, Severino Matias de Alencar. 2022. Optimizing Procedures for Antioxidant Phenolics Extraction from Skin and Kernel of Peanuts with Contrasting Levels of Drought Tolerance. Foods; 2022 Feb 3; 11(3):449.  doi: 10.3390/foods11030449

Đậu phụng là loài cây họ Đậu có giá trị dinh dưỡng cao và có hàm lượng phenolic đáng kể. Hạt và vỏ hạt của 14 giống đậu phụng phản ánh tính chống chịu khô hạn với phổ biểu hiện phenolic của các giống ấy, người ta còn đánh giá được hoạt tính của ROS (reactive oxygen species). Trước hết, nhiệt độ và tỷ lệ % EtOH để tách chiết hợp chất mang tên “antioxidant phenolic compounds” được tối ưu hóa thông qua phương pháp RMS (response surface methodology). Điều kiện tách chiết tối hảo là 60 °C và 35% EtOH đối với hạt đậu, 40 °C và 60% EtOH đối với vỏ hạt đậu, tất cả cho tối ưu, hàm lượng hợp chất phenolic được xác định và được định tính thông qua HPLC (high-performance liquid chromatography) đi liền với phương pháp HPLC-ESI-QTOF-MS (electrospray ionization-quadrupole-time of flight-mass spectrometry) và phương pháp HPLC-PDA (high-performance liquid chromatography with photodiode array detector). Theo đó, phenolic acids và glycosidic/non-glycosidic flavonoids được người ta tìm thấy. Phương pháp PCA (principal component analysis) cũng được tiến hành, và kết quả “pairwise score plot” của vỏ hạt đậu đối với hợp chất phenolic cho thấy có một xu hướng của từng chùm nhóm giống (genotype clustering) không chỉ xét theo kết quả tính chống chịu khô hạn khác nhau, mà còn dựa theo kiểu hình dạng thực vật của tập đoàn giống đậu phụng này. Do vậy, kết quả chỉ ra rằng trạng thái hợp chất phenolic mang tính chất antioxidant  của các giống đậu phản ánh được tình trạng chống chịu khô hạn trong điều kiện thí nghiệm đồng ruộng bình thường.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35159599/

Kiểu hình lúa chống chịu thiếu lân ở Madagascar

Nguồn: Juan Pariasca-Tanaka, Mbolatantely Fahazavana Rakotondramanana, Sarah Tojo Mangaharisoa, Harisoa Nicole Ranaivo, Ryokei Tanaka, Matthias Wissuwa. 2022. Phenotyping of a rice (Oryza sativa L.) association panel identifies loci associated with tolerance to low soil fertility on smallholder farm conditions in Madagascar. PLoS One; 2022 May 18; 17(5):e0262707.  doi: 10.1371/journal.pone.0262707. 

Cây lúa (Oryza sativa L.) là nguồn lượng thực chủ lực của Madagascar, nơi đó, nhu cầu lúa trên đầu người cao nhất trên thế giới. Lúa trồng ở Madagascar chủ yếu từ nông hộ nhỏ, đất kém phì nhiêu và không có sự đầu tư phân bón. Hậu quả là năng suất lúa ở mức thấp, chênh lệch năng suất lúa (yield gap) khá lớn trên toàn quốc. Kết quả nghiên cứu đánh giá tài nguyên di truyền giống lúa du nhập từ ngần hàng gen IRRI để xác định những giống cho cho nguồn gen có tiềm năng nhất và các loci liên quan đến tính trạng chống chịu độ phì nhiêu đất thấp (LFT: low soil fertility tolerance) mà tính trạng này có thể được sử dụng để cải tiến giống lúa trong điều kiện canh tác của địa phương. Các mẫu giống lúa được trồng trên ruộng không có phân bón thuộc cao nguyên ở trung tâm của đảo quốc Madagascar. Người ta áp dụng GWAS (genome-wide association study) xác định được  QTL điều khiển tính trạng khối lượng bông lúa trên cây, khối lượng rơm, sinh khối tổng số, ngày trổ bông và chiều cao cây. Người ta tìm thấy những loci tại các vị trí trên nhiễm sắc thể của các gen được biết điều khiển ngày trổ bông (hd1) và chiều cao cây (sd1), minh chứng được các quy trình tính toán của GWAS. Hai QTLs điều khiển khối lượng bông lúa định vị trên nhiễm sắc thể số 5 (qLFT5) và 11 (qLFT11); tính trạng khối lượng bông lớn nhất (superior panicle weight) được xem do những alen thứ yếu điều khiển (minor alleles). Đánh giá kiểu hình chi tiết ở nghiệm thức thiếu P và N cho thấy qLFT11 có liên quan đến sự bù đấp vào tăng trưởng của rễ ở nghiệm thức thiếu dinh dưỡng. Giống cho gen đích (IRIS 313-11949) mang cả alen có ích ở trạng thái minor được người ta xác định và được lai với giống lúa địa phương (X265) vốn rất thiếu những alen này để khởi động chương trình phát triển giống lúa mới thông qua kết hợp với MAS (marker-assisted selection); chọn giống tại ruộng (selection on-farm) trong vùng sinh thái mục tiêu hơn là chọn giống tại viện hoặc trạm trại nghiên cứu như phương pháp cụ thể.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35584097/

Hình: Manhattan plots dẫn xuất từ kết quả phân tích GWAS đối với các tính trạng nghiên cứu.

Ruộng lúa ở Madagascar, châu Phi.