Gen mã hóa carotene hydroxylase của cây cà rốt

Nguồn: Kevin M. Coe, Shelby Ellison, Douglas Senalik, Julie Dawson & Philipp Simon. 2021. The influence of the Or and Carotene Hydroxylase genes on carotenoid accumulation in orange carrots [Daucus carota (L.)]. Theoretical and Applied Genetics October 2021; vol. 134: 3351–3362

Các gen Or và CH rất cần thiết cho quá trình tích tụ  hàm lượng β-carotene cao và những sắc tố carotenoid khác của củ cà rốt, bên cạnh các gen Y và Y₂. Màu rễ củ cà rốt là kết quả từ quá trình tích tụ nhiều hợp chất carotenoid khác nhau và các sắc tố anthocyanin. Gần đây, gen Or được người ta phân lập như một gen ứng cử viên kết hợp với sự tích tụ β-carotene và những provitamin A carotenoids trong rễ củ. Những cơ chế phân tử đặc hiệu trong tiến trình này, cũng như tương tác giữa Or và các gen khác trong tiến trình sinh học  vẫn chưa được biết rõ ràng. Muốn biết nhiều hơn về ảnh hưởng của alen Or  trong sự tích tụ carotenoids ở rễ củ, người ta tiến hành phân tích quần thể con lai F₃ cố định được gen lặn đồng hợp tử đối với alen y và y₂, dẫn xuất từ cặp lai giữa giống cà rốt có củ màu vàng cam và giống cà rốt có củ màu trắng hoang dã, phân ly của những alen Or, mà người ta ký hiệu là alen  Or_c và Or_w. Bản đồ QTL được phân tích từ cơ sở dữ liệu kiểu hình qua nhiều địa điểm thí nghiệm khác nhau cho thấy rằng: sự tích tụ của những carotenoids kết hợp với alen Or_c, có tính chất bền vững khi tương tác môi trường. Một QTL thứ hai định vị trên nhiễm sắc thể 7, mang gen tương đồng carotene hydroxylase với gen Lut5 của cây Arabidopsis, cũng liên quan đến tính trạng tích tụ nhiều hợp chất carotenoids. Hai alen của gen này, có tên là CH_c và CH_w, được tìm thấy trong quần thể con lai đang phân ly. Kết quả nghiên cứu cung cấp chứng cứ rằng gen Or và CH dường như bao gồm sự kiểm soát tích tụ β-carotene và có thể bao gồm luôn tính chất lập trình dòng chảy carotenoid trong củ cà rốt. Điều này chứng minh rằng cả hai gen đều quan trọng trong quá trình thuần hóa gen của cây cà rốt.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03901-3

Gen kháng đạo ôn trong điều kiện bón N cao

Nguồn: Mathias Frontini, Arnaud Boisnard, Julien Frouin, Malika Ouikene, Jean Benoit Morel, Elsa Ballini. 2021. Genome-wide association of rice response to blast fungus identifies loci for robust resistance under high nitrogen. BMC Plant Biol. Journal; 2021 Feb 18;21(1):99.    

Phân N (nitrogen) được biết là làm gia tăng sự nhiễm bệnh đạo ôn lúa, hiện tượng này có thuật ngữ khoa học là NIS (Nitrogen-Induced Susceptibility). Trong cây lúa, hiện tượng này được quan sát trên kết quả nhiễm bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae gây ra. Nghiên cứu di truyền trước đây khẳng định locus (NIS1) làm tăng cường tính nhiễm bệnh đạo ôn trong nghiệm thức bón phân N cao. Để xác định được di truyền của biến động tính nhiễm bệnh ấy sau khi bón phân, người ta tiến hành phân tích NIS trong điều kiện thí nghiệm nhà kính, sử dụng tập đoàn giống lúa bao gồm 139 dòng lúa loại hình japonica. Phân tích GWAS xác định được các loci có khả năng gắn liền với kiểu hình NIS bằng cách so sánh loci nhiễm trong điều kiện bón N cao và bón N thấp, một cách tiếp cận cho phép người ta phân lập được các loci được minh chứng rõ ràng trên các nghiệm thức xử lý N khác nhau, người ta còn sử dụng một chỉ số mới về NIS để xác định các loci có khả năng đóng góp vào tính co dãn rất linh hoạt về kết quả nhiễm bệnh trong các nghiệm thức xử lý N khác nhau. Ảnh hưởng NIS trên toàn cục được quan sát trong quần thể tập đoàn giống lúa ấy, với mật độ vết bệnh là 8%, xét theo giá trị trung bình, trong điều kiện bón N cao. Ba QTL mới, hơn hẳn gen NIS1, được phân lập. Một alen hiếm của locus RRobN1 trên nhiễm sắc thể số 6 cho thấy tính kháng mạnh mẽ của nó khi xử lý bón N cao và bón N thấp. Một alen thường xuyên có mặt tại locus NIS2 định vị trên nhiễm sắc thể 5, minh chứng cho kiểu hình nhiễm đạo ôn khi bón N cao. Cuối cùng, một alen của locus NIS3, trên nhiễm sắc thể 10, có “ảnh hưởng đệm” của sự gia tăng tính nhiễm bệnh theo liều lượng bón N cao dần, nhưng tăng ở mức độ chung, xét về tính nhiễm bệnh. Alen này hầu hết được cố định trong loại hình cây lúa japonica ôn đới, như một kết quả khẳng định bản chất di truyền, với một locus có trong sự thích nghi với stress do nhiệt độ lạnh. Kết quả này mở ra cho loại hình cây lúa japonica hay indica, trong tìm kiếm gen khởi đầu kiểm soát sự nhiễm bệnh đạo ôn khi bón phân N cao. Người ta còn chứng minh được rằng: tính hữu dụng của sự dự đoán về bản chất linh hoạt của những loci mới, phản ứng với nấm gây bệnh đạo ôn cây lúa, trên ruộng có bón N cao.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33602120/

Kết qủa chạy NGS trên cây đậu răng ngựa (faba bean)

Nguồn: Chenyu Wang, Rong Liu, Yujiao Liu, Wanwei Hou, Xuejun Wang, Yamei Miao, Yuhua He, Yu Ma, Guan Li, Dong Wang, Yishan Ji, Hongyan Zhang, Mengwei Li, Xin Yan, Xuxiao Zong & Tao Yang. 2021. Development and application of the Faba_bean_130K targeted next-generation sequencing SNP genotyping platform based on transcriptome sequencing. Theoretical and Applied Genetics October 2021; vol. 134: 3195–3207

Cơ sở dữ liệu hệ gen cây đậu răng ngựa có tính chất rộng khắp về transcriptome hiện sẵn sàng phục vụ nhà nghiên cứu, đây là kết quả genotyping đầu tiên trên cơ sở liquid-phase probe định hướng đích đến của công nghệ mới phát triển phục vụ cho nghiên cứu di truyền và chọn giống phân tử. Cây đậu răng ngựa (Faba bean: Vicia faba L., 2n = 12) là loài cây họ Đậu phổ biến trên thế giới có mục đích sử dụng đa dạng. Tuy nhiên, nó không có hệ gen tham chiếu (reference genome) nào được ghi nhận sẵn sàng cho  nhà nghiên cứu, bởi vì kích cỡ hệ gen này rất lớn (khoảng 13 Gb) và số lượng chỉ thị phân tử SNPs khá hạn chế cũng như chưa có đủ công cụ đánh giá kiểu gen một cách hiệu quả cho cây faba bean. Theo nghiên cứu này, có 16,7 triệu lần clean reads được thu nhận từ thư viện transcriptome của hoa và lá, thu thập từ tập đoàn giống đậu răng ngựa, bao gồm 102 mẫu giống. Có tất cả 243.120 unigenes được dung hợp de novo và được chú thích di truyền chức năng rõ ràng. Hơn nữa, người ta hình thành được một bộ công cụ bao gồm 1.579.411 chỉ thị SNPs và thực hiện sàng lọc di truyền theo một hệ thống chọn lọc để phát triển công cụ rẻ tiền, linh hoạt và hiệu quả cao. Đó là Faba_bean_130K phục vụ cho kỹ thuật chạy NGS (next-generation sequencing). Tập đoàn giống đậu răng ngựa Trung Quốc gồm 69 mẫu giống được đánh giá kiểu gen bằng NGS, mức độ mapping trung bình được theo dõi bằng captured reads đối với các phân tử transcripts tham chiếu là 93,14%, trong đó có 53,23% định vị tại các vùng đích. Đánh giá kiểu gen theo NGS được minh chứng bằng Sanger sequencing, mức độ consistency trung bình là 93,6%. Quần thể có tính chất comprehensive trong phân tích di truyền được hoàn thiện từ tập đoàn 69 mẫu giống đậu răng ngựa Trung Quốc. Người ta xác định được 4 nhóm phụ di truyền tương quan với sự phân bố về địa lý của các giống đậu. Nghiên cứu này cho kết quả rất giá trị về nguồn hệ gen. Kết quả đánh giá kiểu gen đáng tin cậy, phục vụ cho nghiên cứu di truyền và chọn giống phân tử để phát triển giống mới, cải tiến giống đậu răng ngựa của toàn thế giới.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03885-0

Di truyền tính trạng thích ứng mùa vụ của cây cải dầu Brassica napus

Nguồn: Qingdong Jin, Shuai Yin, Ge Li, Tao Guo, Ming Wan, Haitao Li, Juanjuan Li, Xianhong Ge, Graham J. King, Zaiyun Li, Jing Wang & Guangsheng Zhou. 2021. Functional homoeologous alleles of CONSTANS contribute to seasonal crop type in rapeseed. Theoretical and Applied Genetics October 2021; vol. 134: 3287–3303   

Hai gen tương đồng kiểu paralogs CO của cây cải dầu Brassica napus được người ta phân lập và chi ra rằng: thành phần biểu hiện gen khác nhau, chức năng trổ bông được tăng cường, biến thể các alen trong BnaCO.A10 được tìm thấy có quan hệ gần với kết quả đa dạng trong loại hình sinh thái cây cải đầu (ecotype divergence). Gen CONSTANS (CO) là gen chủ lực phản ứng với quang chu kỳ trong cây Arabidopsis, có thể làm tăng cường sự trổ hoa trong điều kiện ngày dài (LD). Brassica napus L. là loài cây có dầu quan trọng, quan hệ di truyền rất gần với cây Arabidopsis, nó phát triển thông qua hiện tượng dị đa bội thể (allopolyploidization) từ loài lưỡng bội B. rapa (genome AA) và B. oleracea (genome CC). Theo nghiên cứu này, người ta khẳng định rằng B. napus có hai gen CO định vị trên nhiễm sắc thể A10 (BnaCO.A10) và C9 (BnaCO.C9). Những khác biệt đáng kể về mức độ phiên mã và hợp phần mang tính thời gian của phiên mã (transcription), cũng như chức năng protein của hai gen tương đồng này đều có thể dẫn đến kết quả “biến thiên trình tự DNA”  tại promoter cũng như vùng mang mật mã di truyền. Từ hai phân tử chèn đoạn có độ lớn 527 bp và 2002 bp trong vùng promoter của gen BnaCO.C9. Ở đây nó có chức năng như transcriptional enhancers (tăng cường thúc đầy phiên mã), gen này được bảo tồn rất cao ở trình tự promoter và coding region. Tuy nhiên, gen BnaCO.A10 được xếp vào nhóm có hai haplotypes. Kết quả phân tích transgene trong cây Arabidopsis, phân tích hồi giao trong cây rapeseed đều cho thấy rằng haplotype “kiều mùa đông” có ảnh hưởng lớn hơn trong kích hoạt trổ bông hởn kiểu haplotype “mùa xuân”. Người ta thảo luận sự đóng góp của alen CO vào kết quả tiến hóa loài, và bức xạ theo sinh thái địa lý (eco-geographic radiation). Theo sau đó là kết quả của sự thuần hóa giống cây trồng, với xu hướng chung là phải quản lý locus này trong chương trình lai tạo giống tương lai.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03896-x