Đa bội lệch ở trạng thái tứ bội hệ gen cây lúa

Nguồn: Ying Wu,  Yue Sun,  Shuai Sun,  Guo Li,  Jie Wang,  Bin Wang,  Xiuyun Lin,  Meng Huang,  Zhiyun Gong,  Karen A. Sanguinet,  Zhiwu Zhang,  Bao Liu. 2018. Aneuploidization under segmental allotetraploidy in rice and its phenotypic manifestation. Theoretical and Applied Genetics June 2018, Volume 131, Issue 6, pp 1273–1285

TÓM TẮT

Nhóm tác giả báo cáo một công trình khoa học về quần thể đa dạng thông qua xử lý quần thể dị đa bội của cây lúa (allotetraploid) với hệ gen phụ hoàn toàn được giải trình tự. Kết quả chứng minh rằng các đặc điểm nông học và kiểu hình như vậy đều có thể sử dụng và khai thác được trong cải tiến giống lúa. Thể bội không chỉnh (Aneuploidy), được định nghĩa là số nhiễm thể khác nhau không cân bằng, đây là một biến dị di truyền có ảnh hưởng khá lớn và có thể tạo ra kiểu hình tế bào vô cùng đa dạng và kiểu hình sinh học cũng vậy. Đa bội thể (Polyploids) được chấp nhận nhiều hơn trong tình huống không cân xứng của nhiễm sắc thể so với thể lưỡng bội và đơn bội của chúng. Do đó, chúng có thể được nghiên cứu sâu hơn về kiểu hình của thể bội không chỉnh (aneuploidy). Trên cơ sở giải trình tự lại toàn bộ hệ gen (whole-genome resequencing), các tác giả của công trình nghiên cứu này đã xác định ca. 40% của 312 cá thể tự thụ, được lấy mẫu sampled từ một quần thể dị tứ bội cây lúa (rice segmental allotetraploid population) trên nền tảng đa bội bệch, mang 55 kiểu nhân đa bội lệch rất đa dạng. Họ tiến hành tư liệu hóa trên từng nhiễm sắc thể; đây sẽ là phương pháp phổ biến hơn là chúng ta để mất đi một nhiễm sắc thể nào đó. Tất cả 12 nhiễm sắc thể như vậy có xu hướng khác biệt rất nhiều để trở thành trạng thái thể bội không chỉnh (aneuploid state). Những đặc điểm của thể bội không chỉnh phản ánh bởi rất nhiều yếu tố, bao gồm số gen định vị trên mỗi nhiễm sắc thể và dự đoán được chức năng liên kết với nhiễm sắc thể khác. Hai hệ thống tiêu chuẩn xét trên diện rộng của kiểu hình thể bội không chỉnh đã được ghi nhận: một là chúng được chia sẻ bởicác thể bội không chỉnh khác nhau, hai là chúng liên kết nhau với thể bội không chỉnh trên một nhiễm sắc thể chuyên biệt nào đó. Một tập họp các thể bội không chỉnh đa dạng theo khái niệm ấy là “segmental allotetraploid rice genome” (hệ gen cây lúa dị tứ bội theo chuỗi trình tự) giúp chúng ta khai thác vai trò của thể bội không chỉnh trong quá trình tiến hóa của hệ gen đa bội bẩm sinh (nascent polyploid genome). Tất cả nội dung ấy sẽ giúp chúng ta giải mã di truyền với những cơ chế di truyền liên quan đến sự ổn định của kiểu nhân trên bước đường đa bội hóa một cách chuyên biệt và giúp chúng ta hình  thành nguồn vật liệu mới cho cây trồng đa bội thể.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-018-3077-7

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 1: Kiểu nhân thông qua chạy trình tự lại toàn bộ genome (whole-genome resequencing) và phân tích di truyền tế bào. a Kiểu nhân của euploidy (WT) và sáu thể bội không chỉnh đại diện (aneuploids) có trong sao chép trên nhiễm sắc thể 11, mất bản sao của NST 11, lấy trên vai dài của NST 11, lấy trên hai bản sao của NST 10, và hai aneuploids nền tảng. Mỗi một NST trong 12 NST đều nhuộm phẩm màu xanh dương, đặc trưng cho tâm động. Mỗi chấm tương trưng cho độ dài trình tự được giải có kích thước 10 kb bin với trục tung y là chiều dài trình tự hiện tại. Các gạch ngang trên và dưới là giá trị trung bình của độ dài trình tự tại ngưỡng “specific individual × the average coverage thresholds” của NST mất đi và NSC gắn thêm, theo thứ tự. Đường thẳng ngang màu xanh dương biểu thị giá trị trung bình của trình tự trên 12 NST. Những chấm bất thường là số bản sao chép các variants của vài chuỗi trình tự giữa hai sub-genomes bố mẹ. b Sự kiến tạo mang tính chất mô hình mẫu trên NST của thể bội không chỉnh (aneuploidy) mang những kiểu nhân khác nhau biểu thị bằng FISH nhiều màu sắc (Bar = 10 mm). Màu hồng và màu xanh lục là NST 11 và NST 9 có chuỗi 45S rDNA và 5S rDNA loci, theo thứ tự. +, nhiễm sắc thể gaắn thêm; −, NSTmất; L, long-arm (vai dài); S, short-arm (vai ngắn).