Hệ gen học chuyển dịch tích hợp của siêu họ ga oxidase xác định kiểu gen gmga2ox16 được chọn lọc trong quá trình thuần hóa để phục vụ công tác chọn giống đậu tương chịu mặn

Ke Zhao^a,c, Dandan Guo^a, Longji Shan^a,^c, Yanting Dong^a,c, Xiaohong Liu^b, Chunmei Zong^d, Shuang Jiao^a, Xianzhong Feng^a, Hong Zhai^a,c

^a Phòng thí nghiệm chọn giống Thiết kế Phân tử Đậu tương, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Bảo tồn và Sử dụng Đất đen, Viện Địa lý và sinh thái học nông nghiệp Đông Bắc, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Cáp Nhĩ Tân, Trung Quốc

^b Trường Khoa học cuộc sống, Đại học Nông nghiệp Đông Bắc, Cáp Nhĩ Tân, Trung Quốc

^c Đại học Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bắc Kinh, Trung Quốc

^d Chi nhánh Mudanjiang của Viện Hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Hắc Long Giang, Mudanjiang, Trung Quốc

TÓM TẮT

Độ mặn của đất gây hạn chế nghiêm trọng năng suất đậu tương toàn cầu, tuy nhiên việc phát hiện gen theo phương pháp truyền thống vẫn bị tắc nghẽn bởi tốc độ chậm chạp của di truyền học tiến bộ và tính ứng dụng hạn chế của di truyền học ngược trong chọn giống. Ở đây, chúng tôi thiết lập một mô hình hệ gen học chuyển dịch tích hợp đặc điểm họ gen có hệ thống với khai thác quần thể quy mô lớn để nhanh chóng xác định các alen sẵn sàng cho lai tạo giống. Đầu tiên, chúng tôi đã phân tích toàn diện siêu họ GA oxidase (GmGAox) của đậu tương, phát hiện 48 gen được mở rộng thông qua sao chép toàn bộ hệ gen và sao chép song song thành bốn nhánh phụ với cấu trúc điều hòa khác biệt, giàu các yếu tố cis phản ứng với stress và hormone. Phân tích biểu hiện gen và xác nhận chức năng đã xác định sáu thành viên C19-GmGA2ox, đặc biệt là GmGA2ox16, là các gen cảm ứng muối nhanh chóng giúp tăng cường khả năng chống oxy hóa và mang lại khả năng chịu stress ở nấm men và rễ tơ đậu tương. Bằng cách phân tích lại 2898 mẫu được giải trình tự, chúng tôi đã phát hiện ra hai kiểu gen GmGA2ox16 được xác định bởi các SNP không đồng nghĩa (N31D, A182P) trong các vùng xúc tác được bảo tồn. Allele GmGA2ox16^-Hap1 vượt trội thể hiện dấu hiệu chọn lọc thuần hóa mạnh mẽ (71,17% ở giống địa phương đến 78,10% ở giống cải tiến). Phân tích kiểu hình 102 mẫu bằng chỉ số héo rũ cho thấy các cá thể mang allele GmGA2ox16^-Hap1 thể hiện khả năng chịu mặn vượt trội hơn đáng kể so với GmGA2ox16^-Hap2. Nghiên cứu này cung cấp một dấu hiệu chức năng có thể triển khai, giúp rút ngắn quá trình lập bản đồ chi tiết tốn nhiều thời gian cần thiết cho việc nhân bản QTL truyền thống, chứng minh một khuôn khổ dựa trên dữ liệu để đẩy nhanh quá trình chọn giống cây trồng thích ứng với biến đổi khí hậu. Công trình của chúng tôi thiết lập một mô hình để nhanh chóng chuyển đổi dữ liệu omics công cộng thành nguồn gen có liên quan đến nông học, đẩy nhanh quá trình phát triển các giống đậu tương thích ứng với biến đổi khí hậu.

Từ khóa: Soil salinity, GA oxidase, GmGA2ox16,Soybean

Chi tiết xin xem tệp đính kèm!

Võ Như Cầm biên dịch