Gen chủ lực qFC6 và tính trạng phẩm chất hạt gạo

Nguồn: Duo Xia, Hao Zhou, Yipei Wang, Yiting Ao, Yanhua Li, Jinjie Huang, Bian Wu, Xianghua Li, Gongwei Wang, Jinghua Xiao, Qiaoquan Liu & Yuqing He. 2022.  qFC6, a major gene for crude fat content and quality in rice. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2675–2685

qFC6, là một locus số lượng liên quan đến tính trạng hàm lượng chất béo thô (crude fat) của gạo, được người ta thực hiện fine mapped có tính chất đồng nhất với gen Wx. FC6 điều tiết một cách thụ động hàm lượng crude fat và phẩm chất gạo.

Tinh bộ, protein và lipids là ba hợp phần chính trong nội nhũ gạo. Hàm lượng lipids trong gạo ảnh hưởng đến cả thời gian tồn trữ và chất lượng gạo. Theo nghiên cứu này, người ta phân lập được một QTL (quantitative trait locus), có tên là qFC6, đối với tính trạng crude fat (free lipids) thông qua phần tích di truyền mang tính chất association và tính chất linkage. Phân tích GWAS cho thấy LOC_Os06g04200, còn được gọi là Wx, chính là gen ứng cử viên của qFC6. Dòng mang tính chất bổ sung và dòng transgenic mang tính chất knockout cho kết quả Wx điều tiết một cách tiêu cực và thụ động hàm lượng crude fat. Thành phần lipid và hàm lượng lipid trong phân tích sắc ký gas, phân tích đánh giá vị giác cho kết quả: FC6 có ảnh hưởng tích cực đến hàm lượng bound lipids và ảnh hưởng tiêu cực cả hai tính trạng “hàm lượng lipid” và “vị ngon của cơm”. Bên cạnh đó, giống lúa có “free lipids” càng cao, hạt cơm càng bóng (lustrous appearance), bởi hàm lượng dầu dư thừa có thể cải tiến độ bóng và vị ngon của cơm, điều ấy khẳng định hàm lượng “free lipids” càng cao càng làm hạt cơm càng bóng và ngon. Người ta dòng hóa một QTL liên quan đến hàm lượng crude fat trong gạo, tính trạng phẩm chất cơm (eating quality) và hỗ trợ cho luận điểm di truyền học về tính trạng “rice lipid” để phục vụ cho cải tiến giống lúa có phẩm chất cơm ngon.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04141-9

SbWRKY55 điều tiết phản ứng của cây cao lương đối với stress mặn

Nguồn: Yushuang Song, Hongxiang Zheng, Yi Sui, Simin Li, Fenghui Wu, Xi Sun & Na Sui. 2022. SbWRKY55 regulates sorghum response to saline environ ment by its dual role in abscisic acid signaling. Theoretical and Applied Genetics August 202; vol. 135: 2609–2625

Chức năng của SbWRKY55 là một thành phần chủ lực của chu trình truyền tín hiệu ABA; cây cao lương transgenic điều khiển phản ứng của cây trong môi trường bị mặn và protein này sẽ giúp cây cao lương sống sót được trên đất trồng, đảm bảo an ninh lương thực.

Tính chống chịu mặn của cây trồng được kích hoạt bởi các yếu tố gây stress từ môi trường và những tín hiệu hormon phát sinh bên trong cây. Nhiều kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các yếi tố phiên mã (TF) WRKY có trong phản ứng điều tiết của cây chống chịu mặn. Tuy nhiên, cơ chế của WRKY transcription factors như vậy điều tiết sự phản ứng với stress mặn như thế nào và chu trình truyền tín hiệu vẫn còn chưa rõ ràng. Theio kết quả nghiên cứu này, gen mã hóa protein phiên mã SbWRKY55 được tìm thấy là thành phần chủ chốt làm giảm mức độ mặn và abscisic acid trong sự kiện biểu hiện mạnh mẽ gen SbWRKY55 đã làm giảm tính chống chịu mặn của cây cao lương và cây Arabidopsis. Đột biến gen đồng dạng AtWRKY55 của cây A. thaliana làm tăng đáng kể tính chống chịu mặn, và bổ sung gen SbWRKY55 vào các dòng đột biến ấy sẽ duy trì được tính chống chịu mặn. Trong dòng cao lương transgenic có biểu hiện mạnh mẽ gen SbWRKY55, mức độ biểu hiện của những gen có trong chu trình abscisic acid (ABA) cũng thay đổi, và ABA nội sinh này giảm. Xét nghiệm yeast one-hybrid và sử dụng dual-luciferase reporter cho kết quả: SbWRKY55 kết gắn trực tiếp promoter của gen SbBGLU22 và ức chế sự biểu hiện của gen. Bên cạnh đó, cả hai kết quả phân tích hóa sinh vivo và in vitro đều cho thấy SbWRKY55 tương tác với protein FYVE zinc finger (SbFYVE1), chặn đứng lộ trình tín hiệu ABA. Điều này phản ánh có chu trình điều tiết (regulatory pathway) nào đó làm cân bằng phản ứng stress mặn theo SbWRKY55. Tóm lại, kết quả nghiên cứu cho thấy các chức năng của SbWRKY55 đóng vai trò thành phần chủ chốt trong chu trình tín hiệu ABA, nêu lên vai trò của SbWRKY55 trong sự trueỳ6n tín hiệu ABA. Nghiên cứu này còn xác định SbWRKY55 có thể điều tiết tiêu cực tính chống chịu mặn của cây cao lương

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04130-y

Gen ứng cử viên qLTG1.1 (CsGAI) và tính chống chịu lạnh của dưa leo

Nguồn: Caixia Li, Shaoyun Dong, Diane M. Beckles, Han Miao, Jiaqiang Sun, Xiaoping Liu, Weiping Wang, Shengping Zhang & Xingfang Gu. 2022. The qLTG1.1 candidate gene CsGAI regulates low temperature seed germination in cucumber. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2593–2607

Gen CsGAI được phân lạp bằng phương pháp bản đồ di truyền, có trong sự kiện điều tiết hạt nẩy mầm ở nhiệt độ lạnh thông qua lộ trình truyền tín hiệu GA và ABA.

Nhiệt độ lạnh làm giảm tỷ lệ hạt nẩy mầm và làm chậm lại thời gain hạt nẩy mầm, do đó, là nguy cơ trong sản xuất dưa leo. Tuy nhiên, cơ chế phân tử điều tiết hạt nẩy mầm ở nhiệt độ thấp vẫn chưa được biết rõ. Người ta tìm ra một quantitative trait locus chủ lực có tên là qLTG1.1. Nó điều khiển hạt nẩy mầm ở nhiệt độ thấp trong cây dưa leo. Đầu tiên, người ta thực hiện fine-mapped gen qLTG1.1 trên đoạn phân tử có kích thức 46.3-kb, chứa 3 gen ứng cử viên. Kết quả chạy trình tự so sánh với tham chiếu và kết quả phân tích gen biểu hiện xác định Csa1G408720 là gen mong muốn biểu hiện mạnh mẽ trong hạt dưa leo, và đoạn mã hóa được bảo tồn rất cao, họ protein DELLA điều tiết khi cây phản ứng với nhiệt độ lạnh được mã hóa bổi gen CsGAI. Phân tích biểu hiện gen reporter GUS cho thấy hoạt động promoter càng cao khi biểu hiện phiên mã càng mạnh của gen CsGAI. Vai trò của GAI trong truyền tín hiệu ABA và GA khi hạt nẩy mầm, những gen này là CsGA2ox, CsGA3ox trong GA và gen CsABA1, CsABA2, CsAAO3,  CsNCED trong lộ trình sinh tổng hợp ABA. Các gen được tìm thấy điều tiết rất khác nhau trong giống dưa leo chống chịu hoặc không chống chịu lạnh. Điều ấy phản ánh sự khác biệt tỷ lệ GA--ABA. Số liệu nghiên cứu dẫn đến đề nghị của tác giả rằng một working model giải thích làm thế nào CsGAI tích hợp được lộ trình truyền tính hiệu GA và ABA, để điều tiết sự nẩy mầm của hạt dưa leo trong điều kiện nhiệt độ thấp, từ đó tạo nên một luận điểm mới về cơ chế này.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04097-w

Vai trò OsDREB1C và năng suất lúa

Nguồn: Shao Bo Wei et al. 2022. A transcriptional regulator that boosts grain yields and shortens the growth duration of rice. SCIENCE; 22 Jul 2022; Vol 377, Issue 6604; DOI: 10.1126/science.abi8455

Hình: OsDREB1C tương ứng với năng suất và thời gian sinh trưởng.

OsDREB1C được xác định là phản ứng với ánh sáng và nitrogen thấp trong kết quả sàng lọc di truyền với 118 yếu tố phiên mã (transcription factors) liên quan đến quang hợp C₄. Hoạt động phiên mã của những gen mang tính chất multiple downstream target bởi OsDREB1C làm tăng cường hoạt động quang hợp, cải tiến hiệu quả sử dụng nitrogen, và tính trạng trổ bông sớm. Những gen bị kích hoạt ấy tạo nên kết quả tăng năng suất lúa và lúa mì.

Những tiến trình sinh học vô cùng phức tạp như vậy đối với tăng trưởng và phát triển thường được kiểm soát bởi những TFs (transcription factors) chúng điều tiết sự biểu hiện hàng loạt sự kiến lớn của các gen và kích hoạt những TFs mang tính chất thứ yếu (subordinate transcription factors) theo mô hình dòng chảy thác nước (cascade-like fashion) của phosphoryl hóa. Ở đây, kết quả sàng lọc những TFs ứng cử viên liên quan đến quang hợp của cây lúa, người ta xác định một phân tử của học protein DREB (Dehydration Responsive Element Binding), đó là OsDREB1C, mà sự biểu hiện của nó bị kích thích bởi cả ánh sáng mặt trời và tình trạng nitrogen thấp. người ta chứng minh rằng OsDREB1C điều khiển các lập trình phiên mã mang tính chất chức năng rất khác biệt nhau xác định được khả năng của quang tổng hợp, sử dụng nitrogen, và thời gian lúa trổ bông. Kết quả thí nghiệm ngoài đồng cho thấy sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsDREB1C làm cây lúa gia tăng năng suất 41.3 đến 68.3%, thời gian sinh trưởng rút ngắn hơn, hiệu quả hấp thu nitrogen được cải tiến hơn, phân bố nguồn đến sức chứa hiệu quả hơn, do đó, nó cho chúng ta một chiến lược nhắm đến mục đích gia tăng đến mức cần thiết năng suất trong nông nghiệp, trong ngữ cảnh dân số tiếp tục bùng nổ, mà đất trồng trọt ngày càng giảm.

Xem https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi8455