Vai trò của Ufo1-1 trong phát triển nội nhũ và tích tụ carbohydrate của hạt bắp

Nguồn; Debamalya Chatterjee, Kameron Wittmeyer, Tzuu-fen Lee, Jin Cui, Neela H Yennawar, Hemant P Yennawar, Blake C Meyers, Surinder Chopra. 2021. Maize unstable factor for orange1 is essential for endosperm development and carbohydrate accumulation. Plant Physiology; 26 April 2021.

Cây bắp (Zea mays L.) có đột biến trội tự phát sinh Ufo1-1 được viết tắt từ chữ unstable factor for orange1 (ufo1). Người ta vừa dòng hóa gen ufo1, một gen đặc thù của họ Poaceae biểu hiện trong giai đoạn phát triển của hạt bắp. Người ta tiến hành định tính gen Ufo1-1 và thực hiện “loss-of-function” bằng alen Ds chèn đoạn (ufo1-Dsg) để làm rõ vai trò gen ufo1 trong cây bắp. Người ta thấy rằng cả đột biến alen ufo1 đều tác động đến hàm lượng đường và hormones. Chúng làm sai lệch BELT (basal endosperm transfer layer) và loại hình tế bào nằm kế bên. Gen Ufo1-1 BETL làm suy giảm sự vươn dài của tế bào, sự dầy lên của thành tế bào, làm cho nó có dạng hình khối ở những tế bào đóng vai trò vận chuyển dịch dinh dưỡng. Trái lại, tế bào có gen ufo1-Dsg BETL biểu thị một sự suy giảm chung về kích thước với tăng trưởng thành tế bào bất thường. Phân tích sự thể hiện gen, người ta xác định được tác động của alen ufo1 trên nhiều gen cần thiết cho sự phát triển BETL. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen Ufo1-1 ở nhiều mô khác dẫn đến kết quả là tạo ra những kiểu hình có tính chất ectopic (sai lệch), bao gồm sự tổ chức tế bào lộn xộn và hình thái tế bào khí khổng phụ trợ bất thường. Đặc biệt là, những transcriptomes ở lá và vỏ quả so với kiểu hình wild type, Ufo1-1 biểu hiện ectopic của gen khi phát triển nội nhũ. Như vậy Ufo1-1 tác động đến sự biểu hiện của một loạt các gen có trong tiến trình phát triển hết sức khác biệt nhau. Xem

https://academic.oup.com/plphys/advance-article-abstract/

Di truyền tính kháng bọ trĩ gây hại cây ớt

Nguồn; Pauline van Haperen, Roeland E. Voorrips, Martijn van Kaauwen, Henriëtte D. L. M. van Eekelen, Ric C. H. de Vos, Joop J. A. van Loon & Ben Vosman. 2021. Fine mapping of a thrips resistance QTL in Capsicum and the role of diterpene glycosides in the underlying mechanism. Theoretical and Applied Genetics May 2021; vol. 134:1557–1573

Hình: Bọ trĩ cây ớt, Capsicum thrips (Frankliniella occidentalis)

QTL điều khiển tính kháng bọ trĩ gây hại cây ớt Capsicum d8ược thực hiện kỹ thuật “fine-mapped” ở đoạn phân tử có kích thước 0.4 Mbp. Người ta tiến hành bổ sung cách tiếp cận mang tính chất đa ngành để nghiên cứu cơ chế giả định. Tính kháng bọ trĩ là tính trạng nông học quan trọng cho nông dân trồng ớt. Côn trùng gây hại này có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho trái ớt, bông và lá, trong điều kiện ngoài đồng, điều kiện nhà lưới ở khắp nơi trên thế giới. Hai nghiên cứu độc lập về Capsicum đã xác định diterpene glycosides là cơ chất biến dưỡng liên quan đến tính kháng bọ trĩ. Theo đó, người ta tiến hành fine-mapped xác định được QTL điều khiển tính kháng định vị trên nhiễm sắc thể 6, một vùng có độ lớn phân ntử 0.4 Mbp, mang 15 gen đích. Hai gen ứng cử viên trong mười lăm gen này biểu hiện sự khác biệt về thể hiện gen khi bọ trĩ tấn công cây ớt, so sánh giữa những cây mang alen kháng đồng hợp tử với cặp alen cây nhiễm đồng hợp tử, tại vùng có hiện diện QTL nói trên. Ba gen, bao gồm hai gen ứng cử viên có biểu hiện khác biệt, có một chỉ thị SNP mà người ta dự đoán nó làm thay đổi kiến trúc protein. Do vậy, ba gen này, i.e. mã hóa một men acid phosphatase 1 (APS1), một cation hữu cơ / carnitine transporter 7 (OCT7) và một locus chưa định tính rõ có tên là LOC107874801, chúng được xem xét như ứng cử viên đóng vai trò điều khiển tính kháng bọ trĩ. Người ta thực hiện bước đầu tiên để làm rõ cơ sở di truyền tính kháng bọ trĩ của cây ớt Capsicum. Người ta còn ghi nhận rằng: phổ thể hiện diterpene glycoside không khác biệt nhau giữa những cây mang alen kháng và cây mang alen nhiễm trên nhiễm sắc thể 6 (QTL), điều ấy khẳng định rằng: những hợp chất nói trên không có vai trò quyết định tính kháng bởi hoạt động của gen định vị trên QTL nghiên cứu ở trên.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03790-6

Chỉnh sửa gen bằng kỹ thuật knockout TALEN trong hệ gen cây lúa

Yang Qin, Tae-sung Park , Youn Sung Cho, Myung-ho Lim. 2021. TALEN-mediated bar-knockout Rice Production and Transcriptome Profiling. Plant breeding and biotechnology; pp.32-44, 2021

Công nghệ chỉnh sửa gen theo hệ thống TALENs (transcription activator-like effector nucleases) và hệ thống CRISPER-Cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats associated  Cas9) đã và đang được phát triển thành công để sáng tạo ra đột biến phân tử DNA có chủ đích trong nhiều loài cây trồng. Công trình nghiên cứu khoa học này mô tả sự ứng dụng hệ thống TALEN để tạo ra tính kháng bialaphos (bar: bialaphos resistance) nhờ knockout con lai phân ly của giống lúa kháng thuốc cỏ (Ba15:  herbicide-tolerant rice). Sử dụng kỹ thuật microarray analysis trên những thay đổi hệ transcriptome của những dòng đột biến, để xác định  những ảnh hưởng không mong muốn làm ra từ đột biến không chủ đích. Người ta thu nhận được 41 cây T₀ và xác định đột biến TALEN trình tự gen  bar trong 14 dòng của 41 cây T₀. Chỉ thị SNP ở vị trí không chủ đích và chỉ thị  InDels chiếm tỷ lệ lớn trong đột biến này. Phân ly của protein phosphinothricin acetyltransferase (PAT) biểu hiện ra ở thế hệ T₁ thuộc hai dòng lúa, R6 và R9. Thêm vào đó, hầu hết con lai T₁ đều mang TALE-R expression cassette và tạo ra đột biến có tính chất  de novo mà đột biến ấy không được di truyền từ cây T₀. Ba dòng bar-knockout T₁ được xét nghiệm về mức độ thể hiện protein  PAT trong cây mạ non của con lai, những cây T₂ mang gen bar bất hoạt. Người ta sàng lọc được ba cây bar-knockout T₂ mà cây này không có TALE-DNA theo kết quả chạy microarray, để dẫn đến phải tìm hiểu sâu hơn những khác biệt của hệ transcriptome giữa những con lai không đột biến và con lai nhận đột biến. Chí có 31 DEGs (differentially expressed genes) được phân lập trong các dòng bar-knockout rice, có thể đây là kết quả của biến dị sô ma khi nuôi cấy tế bào in vitro. Cuối cùng, TALEN-mediated bar mutations là phương pháp có rất ít ảnh hưởng trên toàn bộ hệ transcriptome cây lúa. Đây là kết quả hữu ích để nghiên cứu những hiệu quả không mong muốn trong kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen cây lúa.

Xem: http://www.papersearch.net/thesis/article.asp?key=3879335

Tổng quan nghiên cứu genomics cây sắn Manihot esculenta năm 2021

Nguồn: Jessica B Lyons, Jessen V Bredeson, Ben N Mansfeld, Guillaume Jean Bauchet, Jeffrey Berry, Adam Boyher, Lukas A Mueller, Daniel S Rokhsar, Rebecca S Bart. 2021.  Current status and impending progress for cassava structural genomics. Plant Mol Biol.; 2021 Feb 18.  doi: 10.1007/s11103-020-01104-w. 

Người ta mong muốn làm sáng tỏ những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu hệ gen cây sắn, loài cây trồng lương thực quan trọng, dị hợp tử (Manihot esculenta), and highlight key cassava genomic resources. Cây sắn, Manihot esculenta Crantz, là cây lương thực rất quan trọng của thế giới. Genomics cung cấp một nền tảng kiến thức giúp nhà chọn chống cải tiến dần dần tính trạng dinh dưỡng và nông học của cây sắn, cũng như minh chứng những sự kiện lịch sử tiến hóa trong quá trình thuần hóa từ loài hoang dại sang loài trồng trọt. Bản chất dị hợp tử rất cao của cây sắn được người ta ghi nhận trong tự nhiên. Tuy vậy, sự dị hợp tử ấy rất khó có thể hiểu được bản chất bí ẩn của chúng, bởi vì công nghệ của chúng ta còn hạn chế trong lĩnh vực chạy trình tự hệ gen. Gần đây, với công nghệ cải tiến như long-read sequencing technologies, người ta đã tìm kiếm cái gọi là genomics community hoàn toàn khả thi để giải quyết những nội dung khó khăn nhất cho nghiên cứu hệ gen cây sắn. Bài tổng quan này cung cấp các tư liệu hiện nay về hệ gen cây sắn được trình bày theo hệ thống thời gian và nguồn genomic. Các tác giả còn cung cấp cho chúng ta triển vọng thành tựu của những năm sắp tới. Xin lấy ví dụ về bản độ di truyền cây sắn sau đây: Các nhà di truyền cây sắn đã thực hiện bản đồ di truyền liên tục 20 năm qua (Fregene et al. 1997). Kể từ năm 2012, một loạt bài báo khoa học đã chứng minh sự hữu ích của chỉ thị phân tử SNP để làm bản đồ di truyền cây sắn, đặc biệt là người ta kết hợp cơ sở số liệu kiểu hình vào bản đồ của những tính trạng nông học quan trọng (Soto et al. 2015; ICGMC 2014; Rabbi et al. 2014a, b; Rabbi et al. 2012). Cơ sở dữ liệu quốc tế có tên là International Cassava Genetic Map Consortium đã sử dụng GBS data từ 10 quần thể làm bản đồ (mapping populations) để xây dựng nên một bản đồ di truyền có tính chất tham chiếu, mật độ dầy đặc (composite reference map), bao gồm 22.403 chỉ thị phân tử phủ trên 18 LGs (linkage groups) (ICGMC 2014). Bản đồ có tính chất composite map này phát huy tính hữu dụng của nó, bao gồm nội dung  cải tiến hoặc đánh giá  những assemblies mới của hệ gen cây sắn (ICGMC 2014; Kuon et al. 2019; Bredeson et al. 2016). TỪ phần mềm version 5 đang lưu hành, những nhiễm sắc thể của assemblies tham chiếu AM560-2 đang được đánh số tùy theo bản đồ composite, ví dụ trên nhiễm sắc thể 7 tương ứng với LK VII (linkage group VII).

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33604743/

Hình: Chiến lược tổng hợp hệ gen tham chiếu. 

1. Tạo ra haploid representation (reference assembly) của hệ gen mang tính chất diploid inbred. 
2. Dị hợp tử hiện có trong hệ gen có tính chất diploid outbred có nghĩa là trình tự từ haplotype của bố hoặc mẹ (màu xanh blue và vàng gold) có xu hướng assemble riêng biệt.