qKRN8 điều khiển tính trạng số hàng mang hạt trên cùi bắp

Nguồn: Xuesong Han, Yao Qin, Ada Menie Nelly Sandrine & Fazhan Qiu. 2020.  Fine mapping of qKRN8, a QTL for maize kernel row number, and prediction of the candidate gene. Theoretical and Applied Genetics November 2020; vol. 133:3139–3150.

qKRN8, một QTL chủ lực quy định số hàng trên cùi bắp, được thực hiện fine-mapped tại vùng có độ lớn di truyên là 520 kb trên nhiễm sắc thể 8 và gen ứng cử viên điển hình được phân lập thông qua phân tích biểu hiện gen.

Tính trạng KRN (kernel row number): số hàng trên cùi bắp, là tính trạng nông học quan trọng nhất quyết định năng suất, với sự phát triển hoa cái của cây bắp (Zea mays L.). Theo nghiên cứu này, người ta sử dụng quần thể con lai F_2:3 của tổ hợp lai V54 (KRN thấp) x Lian87 (KRN cao), để thực hiện bản đồ di truyền QTL liên quan đến tính trạng KRN của cây bắp. Người ta xác định được 12 QTLs liên quan đến tính trạng KRN tại 4 địa điểm khảo nghiệm khác nhau, mỗi QTL giải thích được 1,40–14,95% biến thiên kiểu hình. Theo đó, có một QTL chủ lực, mới, tên là  qKRN8 được xác định trên bản đồ ở bin 8.03 theo kết quả khảo sát ở 4 ruộng thí nghiệm, giải thích được 8,79–14,95% biến thiên kiểu hình. kết hợp phương pháp map-based cloning với phương pháp progeny testing of recombinants, người ta xác định chính xác qKRN8 tại vùng có độ lớn phân tử  520 kb, mang sáu QTL giả định. Theo đó, một gen ứng cử viên biểu hiện vào giai đoạn bắp trưởng thành (hoa cái trưởng thành) tại các dòng gần như đẳng gen (near-isogenic lines) qKRN8^Lian87 và qKRN8^V54. Kết quả này sẽ giúp cho chương trình cải tiến giống bắp dễ dàng hơn đối với tính trạng KRN để tạo giống bắp năng suất cao.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03660-7

Gen Pigm-1 điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa

Nguồn: D Yang, S Li, L Lu, J Fang, W Wang, H Cui, D Tang. 2020. Identification and application of the Pigm-1 gene in rice disease resistance breeding. Plant Biology (Stuttg) 2020 Aug 10.  Vol.22, issue 6:1022-1029

Bệnh đạo ôn lúa do nấm Magnaporthe oryzae gây ra, là đối tượng gây hại nghiêm trọng nhất cho canh tác lúa trên toàn thế giới. Xác định và sử dụng các gen kháng bệnh là nội dung rất cần thiết và có ý nghĩa trong cải tiến giống lúa cao sản. Người ta xác định được một gen kháng từ giống lúa Shuangkang77009, kháng mạnh đối với mẫu phân lập Guy11 - sử dụng phương pháp map-based cloning. Người ta hình thành quần thể con lai theo phương pháp  bulked segregant analysis được kết hợp với kỹ thuật chạy trình tự đoạn phân tử khuếch đại có chiều dài nhất định (specific length amplified fragment sequencing). Người ta còn kết hợp phương pháp association analysis, chạy trình tự gen ứng cử viên dự đoán và phương pháp chạy trình tự phân tủ cDNA để xác định gen ứng cử viên. Gen kháng định vị trên nhiễm sắc thể 6, locus điều khiển tính kháng có độ lớn phân tử 92-kb. Gen kháng của giống lúa Shuangkang77009 allelic với PigmR, do vậy người ta đặt tên là Pigm-1. Protein Pigm-1 có một sự thay đổi amino acid: đó là gốc serine (Ser) 860 được thay bằng tyrosine (Tyr) trong Pigm-1 so sánh với protein Pigm được xác định trước đây, làm thay đổi đáng kể kiến trúc của Pigm-1 protein trên cơ sở mô phỏng kiến trúc 3-D. Hơn nữa, sử dụng chỉ thị phân tử liên kết với gen  Pigm-1 và áp dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, người ta du nhập thành công gen kháng này vào giống lúa Minghui86, một giống lúa có khả năng phục hồi phấn hoa tốt nhất. Người ta sáng tạo ra  11 dòng lúa đồng hợp tử ổn định với những tính trạng nông học mong muốn và kháng mạnh với bệnh đạo ôn. Kết luận: Pigm-1, một biến thể của alen trong tự nhiên từ PigmR, phản ứng tốt với tính kháng bệnh đạo ôn từ giống lúa Shuangkang77009. Chiến lược ch5n giống nhờ chỉ thị phân tử có kết quả tốt trong trường hợp gen kháng Pigm-1.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32777117/

Di truyền tính chống chịu hạn và kháng đổ ngã của cây cao lương

Nguồn: Xuemin Wang, Emma Mace, Yongfu Tao, Alan Cruickshank, Colleen Hunt, Graeme Hammer & David Jordan. 2020. Large-scale genome-wide association study reveals that drought-induced lodging in grain sorghum is associated with plant height and traits linked to carbon remobilisation. Theoretical and Applied Genetics November 2020; vol. 133:3201–3215.

Người ta tìm thấy có 213 QTLs liên quan đến chống đổ ngã và chứng minh rằng chống đổ ngã kích hoạt sự chống chịu khô hạn, năng suất hạt, thông qua biểu hiện tính trạng stay-green (duy trì lá xanh khi chín) và chiều cao cây với vai trò tích cực của carbon remobilisation.

Cao lương là cây trồng ở vùng khô hạn, ít nước, và thường đổ ngã dưới điều kiện khô hạn sau khi tung phấn (under post-anthesis drought), làm giảm năng suất và chất lượng nông sản. Do bản chất phức tạp của nó, những hiểu biết về di truyền tính kháng đổ ngã cũng khá hạn chế cho đấn nay. Người ta xem xét kiến trúc di truyền của tính trạng đổ ngã trong cây cao lương cho hạt thông quan GWAS (genome-wide association study) với 2308 dòng con lai (unique hybrids) trồng ở 17 điểm khảo nghiệm cao lương, Australia xuyên suốt ba năm liên tục. Kết quả GWAS phát hiện được 213 QTLs, biểu hiện chủ lực là kết hợp với tính trạng sự hóa già của lá chậm (leaf senescence) và chiều cao cây (72% và 71%, theo thứ tự).Chỉ có 16 QTLs liên quan đến đổ ngã không kết hợp với leaf senescence hoặc chiều cao cây. Giá trị kết hơp đa tính trạng đối với QTL quy định tính đổ ngã cho thấy rằng: đổ ngã của cây cao lương cho hạt chủ yếu kết hợp với chiều cao cây. Tính trạng này liên kết chặt với tính trạng tái di động carbohydrate (carbohydrate remobilisation). Chọn lọc cây có tính trạng stay-green (sự hóa già của lá bị trì hoãn) sẽ làm giảm đổ ngã, hơn là chọn theo dạng cây lùn; tính kháng đổ ngã per se, sẽ làm giảm năng suất cao lương. Kết quả này chứng minh rằng ảnh hưởng bảo vệ tích cực của tính trạng stay-green biểu hiện sự kết hợp giữa mức độ nhạy cảm đổ ngã và chiều cao cây. Tính kháng đổ ngã có thể được cải tiến bằng con đường chọn giống.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03665-2

Ảnh hưởng của phân tử nano CuO trong phân lưu huỳnh ở vùng rễ của đất trồng lúa

Nguồn: Lijuan Sun, Yong Xue, Cheng Peng, Chen Xu, Jiyan Shi. 2020. Influence of sulfur fertilization on CuO nanoparticles migration and transformation in soil pore water from the rice (Oryza sativa L.) rhizosphere. Environ Pollution; 2020 Feb; 257:113608.

Chu trình mang tính chất địa hóa học (biogeochemical) của lưu huỳnh trong đất kết hợp chặt chẽ với sự di động của kim loại nặng và sự khả dụng sinh học của kim loại ấy (bioavailability). Tuy nhiên, ảnh hưởng của sulfur xét theo bản chất của hạt nano trên cơ sở kim loại chưa được nghiên cứu nhiều. Ảnh hưởng của phân lưu huỳnh (S⁰ và Na₂SO₄) được bón trên ruộng lúa theo dạng CuO NPs có bản chất ra sao đối với tế khổng giữ nước trong đất đã được xem xét trong nghiên cứu này. Người ta áp dụng kỹ thuật synchrotron để theo dõi sự dịch chuyển của CuO NPs và sự chuyển dạng của nó vô cùng đặc biệt, trong các tế khổng giữa nước cực nhỏ của keo đất (soil pore water colloids).

•  
• - Bón phân sulfur làm gia tăng sức hấp thu của keo đất (zeta potential of soil colloids) trong vùng rễ của cây lúa (rice rhizosphere) và làm giảm kích thước keo đất.
•  
• - Bón phân sulfur làm giảm nồng độ Cu trong soil pore water ở vùng rễ cây lúa.
•  
• - Phân lưu huỳnh dạng S⁰ làm giảm nồng độ Cu trong keo đất (55.8%-73.5%), trong khi bón phân dạng Na₂SO₄ làm tăng nồng độ Cu trong keo đất (173.8%-265.1%).
•  
• - Bón lưu huỳnh làm giảm sự phân bố theo không gian của Fe³⁺ và Cu²⁺ ở hạt keo đất, làm cho những ions này tập lại lại nhiều hơn ở mặt ngoài của keo đất.
•  
• - Sự chuyển dạng hình của CuO NPs diễn ra hết sức độc đáo trong quá trình dịch chuyển.
•  
• - Sự chuyển dạng chủ yếu của kim loại đồng trong keo đất là CuO NPs, Cu-Cysteine, Cu₂S và Cu-Citrate.
•  
• - Phân lưu huỳnh làm tăng tỷ lệ của Cu₂S (40.5%) trong tế khổng giữa nước của keo đất (soil pore water colloids) tại vùng rễ lúa, trong khi tỷ lệ CuO NPs giảm đáng kể (18.4%).
•  
• - Phân lưu huỳnh làm thay đổi hình thái và thành phân nguyên tố của keo đất (colloids), ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của CuO NPs trong tầng đất theo chiều dọc.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31761580/

Tác động của H₂S trong đất và cây trồng (tổng quan)

Nguồn: Laura Olivia Fuentes-Lara, Julia Medrano-Macías, Fabián Pérez-Labrada, Erika Nohemí Rivas-Martínez, Ema Laura García-Enciso, Susana González-Morales, Antonio Juárez-Maldonado, Froylán Rincón-Sánchez, Adalberto Benavides-Mendoza. 2019. From Elemental Sulfur to Hydrogen Sulfide in Agricultural Soils and Plants. Molecules; 2019 Jun 19; 24(12):2282.  doi: 10.3390/molecules24122282.

Sulfur là dưỡng chất cần thiết quyết định năng suất và phẩm chất nông sản. Nó còn là một nguyên tố gắn kết với tính chống chịu stress sinh học, stress phi sinh học của cây trồng. Thực tiễn trong nông nghiệp, lưu huỳnh đã và đang được sử dụng rộng rải dưới dạng phân sulfate, cũng như sulfite biostimulants. Khi người ta sử dụng ở dạng bulk elemental sulfur, hoặc dạng phân micro- hay nano-sulfur, bón trong đất. Hoặc bón trên tán lá, nguyên tố lưu huỳnh này chịu đựng được những thách thức do trạng thái ô xi hóa cực kỳ thay đổi, được tạo ra bởi nhiều tác động trung gian khác nhau, để cho kết quả mang tính chất kích hoạt sinh học (biostimulants) và tăng hoạt (promoters) giúp cây chống chịu được stress. Kết quả cuối cùng là sulfate S⁺⁶, nguồn phân sulfur mà tất cả sinh vật đất có thể đồng hóa nguyên tố ấy cũng như cây có thể hấp thu nhừ tế bào vùng rễ. Những thay đổi liên tục trạng thái ô xi hóa của sulfur S⁰ đến S⁺⁶ tùy thuộc vào các nhóm đặc biệt của vi khuẩn mang tên edaphic bacteria. Trong tế bào thực vật, S⁺⁶ sulfate bị khử thành S^-2 và chuyển sang những phân tử sinh học.        S^-2 được hấp thu bởi khí khổng từ dạng H₂S, COS, và những nguồn khác có trong khí quyển.    S^-2 là tiền chất của polysulfides vô cơ, polysulfanes hữu cơ, và H₂S, có trong chu trình truyền tín hiệu ở tế bào và chu trình biostimulation của cây. S^-2 là cơ sở của những phân tử sinh học cần thiết trong truyền tín hiệu, biến dưỡng và chống chịu stress, ví dụ như RSS (reactive sulfur species), SAM, glutathione, và phytochelatins. Bài tổng quan này mô tả động thái của sulfur trong đất và trong cây, xem xét nguyên tố sulfur vừa là điểm bắt đầu (khởi động), vừa  là điểm kết thúc (final point), nguyên tố sulfur tích tụ ở trạng thái S^-2 trong cấu trúc sinh học. Nó cải biên thuộc tính của nhiều thành phần khác nhau thuộc chu trình sulfur trong hệ thống bao gồm đất -–cây - khí quyển. Ảnh hưởng của chúng tác động như thế nào đến năng suất, phẩm chất và sự chống chịu stress của cây trồng. Những yếu tố bên trong và bên ngoài ảnh hưởng đến tế bào sản sinh ra S^-2 và polysulfides so sánh với các dạng S được mô tả chi tiết trong bài tổng quan này. Tác động của nguyên tố sulfur được so sánh với sulfates trong quản lý đất. Người ta kết luận rằng: sử dụng nguyên tố lưu huỳnh nên được khuyến cáo hơn là sử dụng sulfates, vì nó có lợi cho các loài vi sinh vật trong đất, để có năng suất cao hơn và phẩm chất nông sản tốt hơn, giúp cây chống chịu được stress do ngoại cảnh bất lợi.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31248198/

Hình 3: Biểu thị của tiến trình hấp thu, vận chuyển và tồn trữ sulfate.