Đa hình SNP trên bộ genome lúa về bất dục đực tế bào chất và phục hồi phấn hoa, thông qua kỹ thuật GBS, với khả năng kết hợp của chỉ thị phân tử, trên 12 tính trạng liên quan đến năng suất của loại hình Japonica

Nguồn: Zaid IU, Tang W, Liu E, Khan SU, Wang H, Mawuli EW, Hong D. 2017. Genome-Wide Single-Nucleotide Polymorphisms in CMS and Restorer Lines Discovered by Genotyping Using Sequencing and Association with Marker-Combining Ability for 12 Yield-Related Traits in Oryza sativa L. subsp. Japonica. Front Plant Sci. 2017 Feb 8; 8: 143. doi: 10.3389/fpls.2017.00143.

TÓM TẮT

Ưu thế lai (heterosis) hoặc cường lực ưu thế lai (hybrid vigor) có quan hệ rất gần với giá trị khả năng kết hợp chung GCA (general combing ability) của vật liệu bố mẹ, với khả năng kết hợp riêng SCA (special combining ability) của từng cặp lai. Đáng giá GCA và SCA giúp cho việc chọn lọc vật liệu bố mẹ tương thích tạo nên ưu thế lai trong chọn giống lúa. Muốn cải tiến khả năng kết hợp CA (combining ability) bằng chỉ thị phân tử, người ta cần phải xác định những loci của chỉ thị có liên kết với CA. Muốn xác định các loci đa hình của SNP có liên kết với CA trong các bộ genomes bố mẹ thuộc loại hình cây lúa japonica, người ta phải phân tích “genome-wide” để khám phá các loci của SNP có liên kết với CA của 18 bố mẹ, xét trên 12 tính trạng liên quan đến năng suất. Trong nghiên cứu này, 81 con lai F₁ được tạo ra và được đánh giá để tính toán giá trị CA của 18 giống bố mẹ ấy. Bố mẹ được giải trình tự theo kỹ thuật GBS (genotyping by sequencing) để xác định bản chất “genome-wide SNPs”. Phân tích GBS cho thấy rằng bản đồ di truyền được hình thành với 9.86 × 10⁶ các “short reads” được ghi nhận trên bô genome tham chiếu của giống lúa Nipponbare, bao gồm 39.001 chỉ thị SNPs của các bộ genome bố mẹ, tại 11.085 vị trí của nhiễm sắc thể. Những chỉ thị SNP như vật được tìm thấy tỏ ra không có tính chất phân bố ngẫu nhiên trong 12 nhiễm sắc thể cây lúa. Nhìn chung, có 20,4% (8026) chỉ thị trong các SNP được khám phá thuộc dạng cho mật mã di truyền (coding types). Bên cạnh, có 8,6% (3344) chỉ thị SNP thuộc dạng thay đổi đồng nghĩa (synonymous) và 9,9% (3951) SNPs có sự thay đổi với tính chất không đồng nghĩa (non-synonymous. Tất cả cho chúng ta một sự hiểu biết vô cùng có giá trị về bản chất di truyền của từng bố mẹ. Hơn nữa, những kết hợp của SNPs và CA đều cho thấy rằng 362 SNP loci có liên quan vô cùng ý nghĩa với CA của 12 tình trạng bố mẹ. Những loci của chỉ thị SNP như vậy đối với CA trong nghiên cứu này đều được phân bố theo kiểu “genome wide” và tạo ra một ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực trên CA của từng tính trạng. Đối với những tính trạng có liên quan đến năng suất lúa, ví dụ như độ dầy của hạt thóc (grain thickness), ngày gieo đến trỗ, chiều dài bông, chiều dài hạt và khối lượng 1.000 hạt, người ta ghi nhận có ảnh hưởng tích cực của SNP loci của CA trong dòng CMS A171 và dòng phục hồi phấn hoa LC64, LR27. Xét trên cá thể, một vài loci có liên quan nằm trên nhiễm sắc thể 2, 5, 7, 9, và 11 đạt giá trị tuyệt đối  đối với CA của những tính trạng phân tích. Theo đó, tác giả của công trình khoa học này đề nghị rằng ưu thế lai của giống lúa thuộc loại hình japonica sẽ được cải tiến thành công bằng phương pháp “pyramiding” (chồng gen đích) tại những loci SNP có ích của CA và giảm thiểu cả cloci không có ích từ những bộ genome của bố mẹ.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28228768

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 1: Phân nhóm “total short reads” được định vị trên bản đồ của bộ genome cây lúa Nipponbare. Tổng số “reads” (16.3 × 10⁶) được ghi nhận thông qua phương pháp GBS của 18 giống lúa japonica ở trung tâm vòng tròn. Số “unmapped reads” là 3.67 × 10⁶ biểu thị bằng màu xanh blue. Số “short reads” là 9.86 × 10⁶ biểu thị bằng màu nâu, tất cả được định vị trên bản đồ một cách đặc thù trên bộ genome tham chiếu. Vòng tròng màu xanh green biểu thị cho tính chất bản đồ “multiple” (2.78 × 10⁶) của các “reads” có trên nhiễm sắc thể.