“Fine mapping” QTL điều khiển tính trạng khối lượng hạt lúa mì trên nhiễm sắc thể 5B

Nguồn: Dehui Zhao, Li Yang, Dan Liu, Jianqi Zeng, Shuanghe Cao, Xianchun Xia, Jun Yan, Xiyue Song, Zhonghu He & Yong Zhang. 2021. Fine mapping and validation of a major QTL for grain weight on chromosome 5B in bread wheat. Theoretical and Applied Genetics November 2021; vol. 134:  3731–3741.   

Một QTL chủ lực QTgw.caas-5B điều khiển tính trạng khối lượng 1.000 hạt lúa mì đươ5c người ta thực hiện “fine mapped” trên nst 5B, và gen đích TraesCS5B02G044800 được dự đoán là gen ứng cử viên.

KL 1.000 ạt (TGW), được xác định bởi chiều dài và rộng hạt, là một thành phần quan trọng của năng suất hạt lúa mì; sự hiểu biết chính xác gen đích và cơ chế phân tử vẫn còn khá hạn chế. Một QTL ổn định có tên là QTgw.caas-5B đối với tính trạng TGW được người ta phân lập trước đây trong quần thể con lai cận giao tái tổ hợp RIL được phát triển từ cặp lai Zhongmai 871 (ZM871) và một dòng cùng thế hệ (sister line) có tên là Zhongmai 895 (ZM895), mục đích thí nghiệm này nhằm hoàn thiện kết quả fine mapping và minh chứng rõ ràng ảnh hưởng di truyền của QTL này. Người ta thu hẹp lại vùng mục tiêu ở độ lớn phân tử 2.0 Mb giữa hai  markers kế cận là Kasp_5B29 và Kasp_5B31 (49.6–51.6 Mb) trong quần thể con lai bao gồm 12 cây tổ hợp dị hợp tử bởi tự phối cho đến BC₁F₆ rồi chọn dòng từ quần thể hồi giao ZM871/ZM895//ZM871. Một gen ứng cử viên được dự đoán theo sau đó là chạy trình tự DNA  và phẩn tích biểu hiện gen ở các mức độ khác nhau. Chỉ thị phân tử Kasp_5B_Tgw trên cơ sở SNP của tập hợp TraesCS5B02G044800, liên kết với gen ứng cử viên QTgw.caas-5B. Người ta phát triển và minh chứng trong một tập đoàn giống lúa mì bao gồm 166 mẫu giống. Kết quả precise mapping của gen QTgw.caas-5B đặt nằn tảng cho kỹ thuật dòng hóa (cloning) gen dự đoán là gen đích và cung cấp một chỉ thị phân tử tương ứng để cải tiến năng suất lúa mì.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03925-9

Di truyền gen pv-ye của giống đậu cô ve (Phaseolus vulgaris)

Nguồn: Xiaoxu Yang, Chang Liu, Yanmei Li, Zhishan Yan, Dajun Liu & Guojun Feng. 2021. Identification and fine genetic mapping of the golden pod gene (pv-ye) from the snap bean (Phaseolus vulgaris L.).  

Theoretical and Applied Genetics November 2021; vol. 134: 3773–3784

Sử dụng phương pháp BSA (bulked segregant analysis) kết hợp với chạy trình trình tự thế hệ kế tiếp NGS (next-generation sequencing), người ta thu hẹp đoạn phân tử nghiên cứu có gen pv-ye điều khiển tính trạng “golden pod” (vỏ quả màu vàng) của giống đậu cô ve A18-1. Kết quả chạy trình tự xác định Phvul.002G006200 là gen ứng cử viên.

Vỏ quả đậu cô ve là phần ăn được của cây snap beans (Phaseolus vulgaris L.). Sử dụng thương mại vỏ đậu chịu ảnh hưởng bởi màu sắc theo những thị hiếu khác nhau của người tiêu dùng. Người tiêu dùng đa số đều thích màu vỏ vàng (golden pods). Mục đích của nghiên cứu này là xác định gen điều khiển tính trạng ấy (golden pod) của cây snap bean. ‘A18-1’ (giống đậu cô ve có vỏ hạt vàng) và giống ‘Renaya’ (vỏ hạt xanh lục) được sử dụng làm nguồn vật liệu cho thí nghiệm này. Kết quả phân tích di truyền cho thấy: gen điều khiển là một gen lặn, pv-ye, làm cho tính trạng golden pod của đậu cô ve. Vùng mang tính chất ứng cử viên có độ lớn phân tử 4.24 Mb được hiển thị trên bản đồ di truyền Pv 02 thông qua chạy BSA (bulked-segregant analysis) kết hợp vớichạy trình tự toàn bộ genome (whole-genome sequencing). Trong vùng mục tiêu ấy, phân tích linkage trong quần thể con lai F₂ định vị gen pv-ye ở quãng phân tử 182.9 kb nằm giữa 2 markers vi vệ tính kế cận nhau SSR77 và SSR93. Vùng này mang trên mình nó đến 16 gen. Trong đó, 12 gen được chú thích di truyền (annotated) từ cơ sở dữ liệu P. vulgaris và 4 gen có chức năng chưa được biết. Kết hợp phân tích chạy trình tự transcriptome, người ta xác định Phvul.002G006200 là một gen ứng cử viên đầy tiềm năng của gen pv-ye. Trình tự gen Phvul.002G006200 được xác định bởi chỉ thị SNP  trong đoạn phân tử pv-ye. Một cặp primers phủ trên SNP được ký hiệu, và đoạn phân tử ấy được chạy trình tự DNA để sàng lọc 1086 cây F₂ có kiểu hình ‘A18-1’ (vỏ đậu vàng). Kết quả cho thấy trong 1086 cá thể được mapped, chỉ thị SNP đồng phân ly với tính trạng kiểu hình ‘A18-1’. Kết quả có thể hình thành cơ sở lý luận về cơ chế phân tử của tính trạng golden pod của cây đậu cô ve.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03928-6

Chẩn đoán ẩm độ hạt bắp bằng NIR spectrocopy và mô phỏng SVM

Nguồn: Michael J. Burns, Jonathan S. Renk, David P. Eickholt, Amanda M. Gilbert, Travis J. Hattery, Mark Holmes, Nickolas Anderson, Amanda J. Waters, Sathya Kalambur, Sherry A. Flint-Garcia, Marna D. Yandeau-Nelson, George A. Annor & Candice N. Hirsch. 2021. Predicting moisture content during maize nixtamalization using machine learning with NIR spectroscopy.  

Theoretical and Applied Genetics Vovember 2021; vol. 134: 3743–3757

Thủy phần hạt trong giai đoạn nixtamalization có thể được người ta dự đoán chính xác nhờ  phương pháp sắc ký NIR spectroscopy kết hợp với mô phỏng của SVM (vector machine model.

Thiếu hệ thống đánh giá kiểu hình chất lượng cao trong xác định ẩm độ hạt bắp trong giai đoạn nixtamalization trong quá trình nấu nướng, điều này dẫn đến nội dung cải tiến giống bắp gặp nhiều khó khăn. Kết quả nghiên cứu cung cấp một phương pháp có độ chính xác cao (high-throughput), số liệu đo đếm ẩm độ hạt bắp trong giai đoạn nixtamalization dựa trên cơ sở chạy sắc ký NIR những hạt trần chưa nấu nướng. Người ta học cách sử dụng máy rồi phát triển ra thành những mô phỏng (models) do kết hợp số liệu NIR spectra và thủy phần hạt từ phương pháp nấu có thuật ngữ chung là scaled-down benchtop cook. Mô phỏng toán tuyến tính có tên SVM được viết tắt từ chữ support vector machine model với hệ số tương quan xếp theo thứ bậc Spearman là 0.852 giữa giá trị phòng thí nghiệm ướt và giá trị dự đoán của 100 mẫu giống bắp khác nhau được trồng ở ôn đới, thí nghiệm có lập lại ở 2 địa điểm khác nhau. Mô phỏng toán này được áp dụng trên hệ thống phổ NIR của 501 giống bắp ôn đới trồng lập lại tại 5 địa điểm khác nhau. Phân tích phương sai (ANOVA) cho thấy ảnh hưởng ngoại cảnh giải thích cao nhất  là 51.5%, theo sau là kiểu gen (giống) giải thích 15.6%, tương tác giữa GxE  giải thích 11.2%. Phân tích GWAS cho kết quả xác định được 26 loci có ý nghĩa thống kê đối với 5 môi trường, giải thích được 5.04% và 16.01% (trung bình = 10.41%). Tuy nhiên, những genome-wide markers chỉ giải thích được 10.54% đến 45.99% (trung bình = 31.68%) biến thiên kiểu hình, có nghĩa là kiến trúc di truyền của tính trạng này rất phức tạp, được điều khiển bởi nhiều loci có ảnh hưởng bé. Ngjiên cứu này cung cấp một phương pháp high-throughput để đánh giá ẩm độ hạt trong giai đoạn nixtamalization có tính chất khả thi trong ứng dụng ở mức độ cải tiến giống bắp, đồng thờ cung cấp nguồn thông tin quan trọng về các yếu tố tham gia vào biến thiên di truyền của tính trạng giúp nhà chọn giống bắp và doanh nghiệp công ty chế biến thức ăn từ bắp hoạch định những chiến luọc ttrong tương lai cải tiến tính trạng quan trọng này.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03926-8

Chỉnh sửa gen MeSWEET10a trong hệ gen cây khoai mì

Nguồn: Kira M Veley, Ihuoma Okwuonu, Greg Jensen, Marisa Yoder, Nigel J Taylor, Blake C Meyers, Rebecca S Bart. 2021. Gene tagging via CRISPR-mediated homology-directed repair in cassava.

G3 (Bethesda); 2021 Apr 15;11(4):jkab028.  doi: 10.1093/g3journal/jkab028.

Genes, Genomes and Genetics.

Nghiên cứu mô phỏng về tương tác giữa cây chủ  và pathogen được hoàn thiện dần từ năm này sang năm khác và phát triển nguồn vật liệu di truyền cây sắn. Đây không phải trường hợp chỉ xảy ra cho loài cây trồng có giá trị kinh tế và dinh dưỡng quan trọng của thế giới, mà còn tạo ra một điểm nghẽn trong cải tiến giống cây trồng. Bệnh CBB (cassava bacterial blight), gây ra bởi vi khuẩn Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam), là đối tượng quan trọng gây bệnh trên diện rộng đối với cây khoai mì (Manihot esculenta Crantz). Ở đây, người ta mô tả sự phát triển của cây khoai mì có thể quan sát được bằng mắt từ những bước khởi đầu của sự xâm nhiễm bệnh CBB in vivo. người ta ứng dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR với hiệu ứng khai thác HDR (homology-directed repair), kết quả sáng tạo ra cây khoai mì có chèn đoạn scarless của GFP ở đầu 3' của gen nhiễm bệnh CBB  (S gene) MeSWEET10a. Tăng cường hoạt động của MeSWEET10a-GFP bởi TAL effector (transcription activator-like) đó là TAL20 được quan sát bằng mắt ngay sau đó ở mức độ biểu hiện phiên mã và dịch mã. Theo hiểu biết cho đến nay, đây là minh chứng đầu tiên về chỉnh sửa gen dựa trên cơ sở HDR trong hệ gen cây khoai mì. (Hình 1: CRISPR-TA-coupled HDR dùng để đánh dấu gen MeSWEET10a.)

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33855431/