Đa dạng nguồn alen kháng rầy nâu trong vùng NLR của GEN BPH9 để chống lại sự biến thiên di truyền của rầy

Nguồn: Zhao Y, Huang J, Wang Z, Jing S, Wang Y, Ouyang Y, Cai B, Xin XF, Liu X, Zhang C, Pan Y, Ma R, Li Q, Jiang W, Zeng Y, Shangguan X, Wang H, Du B, Zhu L, Xu X, Feng YQ, He SY, Chen R, Zhang Q, He G. 2016. Allelic diversity in an NLR gene BPH9 enables rice to combat planthopper variation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Oct 24. pii: 201614862. [Epub ahead of print]

TÓM TẮT

Rầy nâu (BPH), Nilaparvata lugens Stål, là một trong những đối tượng côn trùng hại lúa (Oryza sativa L.) nặng nề nhất. Hiện nay,  có 30 gen kháng BPH đã được người ta xác định về mặt di truyền, hầu hết gen ây được xếp nhóm trên cac vùng của nhiễm sắc thể. Trong công trình nghiên cứu này, người ta mô tả kỹ thuật “molecular cloning” và định tínhmột gen kháng rầy nây, gen BPH9, định vị trên vai dài của nhiễm sắc thể 12 (12L). BPH9 mã hóa protein thuộc dạng hiếm gặp, đó là “nucleotide-binding and leucine-rich repeat” (NLR); protein có chứa NLR định vị ở hệ thống bên trong màng và gây ra kiểu hình chết của tế bào. BPH9 kích hoạt chu trình truyền tín hiệu salicylic acid và jasmonic acid trong cây lúa và liên quan đến cả hai cơ chế kháng hóa sinh, đó là antixenosis và antibiosis đối với rầy nâu. Các tác giả đã chứng minh rằng có tám gen kháng rầy nâu được tập trung thành chùm gen trên nhiễm sắc thể 12L, bao gồm gen BPH1, đã được khai thác phổ biến, tương tác alen với gen kháng khác. Các tác giả cũng xác định locus nơi tương tác giữa gen BPH1/9. Tám gen kháng rầy nâu nói trên có thể được xếp thành allelotypes, BPH1/9-1, -2, -7, và -9. Những allelotypes như vậy liên quan đến  những mức độ biến thiên di truyền tính kháng với những loại hình sinh học (biotypes) của rầy nâu. Vùng mã hóa của BPH1/9 có mức độ đa dạng di truyền cao trong ngân hàng gen lúa. Các đoạn phân tử đồng dạng (homologous) của domain “nucleotide-binding (NB) and leucine-rich repeat (LRR)” đều hiện diện rõ ràng, minh chứng là nơi chứa nguồn alen đa dạng (allele diversity). Kết quả cho thấy một chiến lược cải tiến giống lúa cải biên thông tin di truyền để có được phản ứng tốt nhất chống lại sự xâm hại của rầy nâu. Sự khai thác trong tương lai biến dị alen tự nhiên ấy và sự thay đổi nhân tạo trong gen BPH9  có thể cho phép chúng ta chỉnh sửa gen để thích ứng với những loại hình sinh học rầy nâu xuất hiện.

Xem http://www.pnas.org/content/early/2016/10/21/1614862113.long

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 1. Kỹ thuật “Map-based cloning” và sự xác định đặc điểm chức năng của gen BPH9. (A) NIL-BPH9 biểu hiện mức độ kháng cao với rầy nâu ở giai đoạn mạ. (B) Nghiệm thức chọn lựa hai ký chủ cho thấy có nhiều rầy nâu hơn trong giống 9311 so với giống NIL-BPH9 (n = 15). (C) Khối lượng cơ thể rầy và hình ảnh của rầy khi cho ăn trên cây lúa NIL-BPH9 và 9311 trong 2 ngày. Trung bình số liệu ± SEM. **P < 0.01 (Student’s t test). (D) Bản đồ di truyền của BPH9 cho thấy năm giữa chỉ thị phân tử RM28486 và RM28438 trên nhiễm sắc thể 12L. LOD, logarithm of odds; PEV, phenotypic variance được giải thích bởi locus. (E) Ranh giới phân định gen BPH9 trong genome giữa hai chỉ thị kế cận InD2 và RsaI. Các con số chỉ ra số lượng các phân tử recombinants giữa hai chỉ thị kế cận. (F) Xác định và giải trình tự hai “fosmid clones” của thư viện genome giống lúa Pokkali để thu nhận được trình tự 68-kb của vùng chứa gen BPH9 và xác định R1 cũng như R2 là gen ứng cử viên của locus BPH9. (G) Xét nghiệm sinh học gen kháng rầy BPH trên dòng lúa transgenic trong vùng chứa BPH9 (15.6 kb). Các dòng 23p65-14 và 23p24-23 là hai dòng transgenic độc lập. (H) Xét nghiệm sinh học gen kháng BPH các dòng transgenicmang cầu trúc BPH9 cDNA. POK1–POK3 là 3 dòng lúa transgenic độc lập. Kasalath và TN1 là giống chuẩn nhiễm.