GWAS phân tích bản đồ di truyền tập đoàn giống bắp bản địa

Nguồn: Tobias Würschum, Thea M. Weiß, Juliane Renner, H. Friedrich Utz, Alfons Gierl, Rafal Jonczyk, Lilla Römisch-Margl, Wolfgang Schipprack, Chris-Carolin Schön, Tobias A. Schrag, Willmar L. Leiser & Albrecht E. Melchinger. 2022.  High-resolution association mapping with libraries of immortalized lines from ancestral landraces

Theoretical and Applied Genetics; January 2022; vol. 135: 243–256

Bản đồ di truyền “association” trên cơ sở các dòng ngô bản địa cho kết quả tốt với nhiều ưu điểm thông qua mức độ phân giải cao, chứng minh hệ gen cây bắp được xác định bởi nhiều biến thể  theo diễn giải QTL điều khiển tính trạng hàm lượng dầu thực vật và chất biến dưỡng allantoin.

Các giống ngô bản địa đại diện cho tập đoàn giống có giá trị di truyền là nguồn gen được bảo quản đáp ứng với yêu cầu trong tương lai đối với những thách thức trong nông nghiệp. Ở đây, các tác giả của công trình nghiên cứu này thực hiện phương pháp association mapping tập đoàn giống bắp bao gồm 358 dòng immortalized từ sáu quân thể bắp răng ngựa European Flint. Giá trị di truyền LD (linkage disequilibrium) suy giảm nhanh hơn rất nhiều trong quần thể giống bắp bản địa so với dòng bắp cao sản, cho phép người ta thực hiện bản đồ di truyền phân giải cao  highNgười ta đã minh chứng điều aấy bằng fine-mapping một QTL điều khiển tính trạng hàm lượng dầu chuyển hóa thành đoạn phân tử chèn phenylalanine F469 trong DGAT1-2 như là một biến thể gây hiệu ứng mới (causal variant). Đối với cơ chất biến dưỡng allantoin, có liên quan đến phản ứng stress phi sinh học, người ta đã phân lập được các đa hình promoter và sự biểu hiện có tính chất khác biệt của men allantoinase như một nguyên nhân giả định của biến thiên di truyền. Kết quả chứng minh được khả năng của phương pháp tiếp cận như vậy để phát hiện ra QTL có tiềm năng làm suy giảm những variants gây hệ quả mới, tiến đến sử dụng các alen tự nhiên hoặc nhân tạo bằng công nghệ di truyền phục vụ cho cải tiến giống bắp. Bên cạnh đó, ngưởi ta hướng dẫn  quy trình nghiên cứu sử dụng các dòng bản địa cổ truyền (ancestral landraces) phục vụ nghiên cứu di truyền giống cây trồng và lai tạo giống.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03963-3

Di truyền tính trạng trổ bông của cây bắp

Nguồn: Harry Klein, Joseph Gallagher, Edgar Demesa-Arevalo, María Jazmín Abraham-Juárez, Michelle Heeney, Regina Feil, John E. Lunn, Yuguo Xiao, George Chuck, Clinton Whipple, David Jackson, and Madelaine Bartlett. 2022. Recruitment of an ancient branching program to suppress carpel development in maize flowers. PNAS January 11, 2022 119 (2) e2115871119

Hình thái hoa bắp vô cùng đa dạng. Mỗi tiến trình phát triển là một mô hình đa dạng mang tính chất ức chế tăng trưởng. Ví dụ cơ quan hoa của cây thân thảo biểu hiện đa dạng cực kỳ về tính dục của hoa, phát triển thông qua sự ức chế đặc biệt của  stamens (nhị đực) hoặc carpels (nhụy cái). Các gen điều khiển sự ức chế tăng trưởng như vậy và làm cách nào để ức chế làm chúng tiến hóa vẫn còn là nội dung chưa được biết rõ. Người ta đã tìm thấy hai gen rất kinh điển mang tính chất phát triển với chức năng rất xưa trong điều khiển sự đâm nhánh sinh thực  dẫn đến ức chế nhụy cái phát triển trong cây bắp. Kết quả này tóm lược tiềm năng của di truyền theo kiểu forward genetics để làm sáng tỏ những tương tác di truyền không thể dự đoán và bản chất đa tính trạng bị che dấu (hidden pleiotropy) của những gen có tính chất phát triển ấy. Rộng hơn là những kết quả của thí nghiệm này làm rõ làm thế nào các chức năng của gen đích được thực hiện trong nhựng ngữa cảnh phát triển mới  phục vụ yêu cầu tiến hóa của cây.

Xem: https://www.pnas.org/content/119/2/e2115871119

Di truyền tính trạng pistil của hoa lúa trong sản xuất hạt lúa lai F₁

Nguồn: Xiaojing Dang, Yuanqing Zhang, Yulong Li, Siqi Chen, Erbao Liu, Bingjie Fang, Qiangming Liu, Dong She, Zhiyao Dong, Zhilan Fan, Dalu Li, Hui Wang, Shangshang Zhu, Xiaoxiao Hu, Yanhui Li, Jianhua Jiang & Delin Hong. 2022. SYL3-k increases style length and yield of F₁ seeds via enhancement of endogenous GA₄ content in Oryza sativa L. pistils. Theoretical and Applied Genetics; January 2022; vol. 135: 321–336

Alen SYL3-k làm tăng tỷ lệ thụ phấn chéo của dòng lúa bất dục đực  và thu được hạt lúa lai F₁ nhiều hơn thông qua tăng cường xử lý GA₄ ngoại sinh trên nuốm hoa cái cây lúa Oryza sativa L. (pistils). Thay đổi chiều dài trục mang nuốm nhụy cái có thể là một thích ứng của  canh tác lúa từ vùng phía nam lên vùng phía bắc của bán cầu bắc.

Chiều dài trục mang nuốm nhụy SYL (style length: SYL) của cây lúa là một tính trạng chủ lực ảnh hưởng đến độ mở của stigma, ảnh hưởng đến thụ phấn chéocủa dòng lúa bất dục đực và năng suất hạt lai F₁ . Tuy nhiên, cơ chế sinh học về sự kéo dài ra của SYL vẫn còn bí ẩn. Ở đây, các tác giả ghi nhận một dòng vô tính được thực hiện nhờ bản đồ di truyền (map-based cloning), họ định tính alen qSYL3-k. Gen  qSYL3-k  mã hóa protein có thuật ngữ khoa học là MADS-box family transcription factor, gen này biểu hiện hết sức khác nhau trong các cơ quan của cây lúa. Alen  qSYL3-k làm gia tăng SYL thông qua sự kéo dài chiều dài của tế bào thuộc cơ quan style, nuốm nhụy cái này liên quan đến hàm lượng GA₄ cao hơn trong pistil (bộ ngụy cái). Mức độ biểu hiện của gen OsGA3ox2 trong pistil bao gồm alen qSYL3-k lớn hơn rất đáng kể so với pistils có alen  qSYL3-n  trong cùng một hệ gen của giống lúa Nipponbare. Năng suất hạt lai F₁ được thu từ những cây lúa có alen 7001S^SYL3−k chiếm 16% hơn những cây lúa có alen 7001S^SYL3−n. Cơ sở dữ liệu trình tự DNA của locus qSYL3 của 136 mẫu giống lúa cho thấy các alen chứa trong các haplotypes này là qSYL3^AA, qSYL3^AG, và qSYL3^GA đã làm gia tăng SYL, trong khi đó alen khác có trong haplotype qSYL3^GG làm giảm SYL.  Tần suất haplotype qSYL3^GG gia tăng từ từ từ nam đến bắc bán cầu bắc. Những phát hiện ấy sẽ làm thuận lợi hơn cho việc cải tiến tính trạng SYL và năng suất hạt lúa lai F₁ .

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03968-y

Hình 1: Cấu trúc gen SYL3 và kiểu hình quy định của SYL3 biểu hiện mạnh mẽ. (A) Cầu trúc SYL3 và biến dị di truyền trong tự nhiên giữa giống lúa Nipponbare (SYL3-n) và Kasalath (SYL3-k) alleles. Hộp đen là exons, đường xanh dương là introns. (B) Hình thái Pistil của 4 dòng lúa transgenic và Nipponbare với empty vector (EV-N) làm đối chứng. Giá trị thanh ngang, 1 mm. (C–E) So sánh kiểu hình giữa cây lúa transgenic và cây lúa EV-N. Dữ liệu biểu trưng cho means ± SD (n = 43 cây riêng biệt nhau). (F) Pistil morphology của 4 dòng lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ và SSSL14 với empty vector (EV-S) làm đối chứng. Scale bar, 1 mm. (G–I) So sánh kiểu hình giữa sự biểu hiện của cây lúa transgenic và  EV-S. Dữ liệu giá trị trung bình ± SD (n = 52 cây riêng biệt nhau). *P < 0.05, **P < 0.01, Student’s t-test. TSSL, the sum of stigma and style length; STL, stigma length; SYL, style length.