“Ethylene-MPK8-ERF.C1-PR” và tính kháng nấm Botrytis cinerea xâm nhiễm cà chua

Nguồn: Heng Deng, Yangang Pei, Xin Xu, Xiaofei Du, Qihan Xue, Zhuo Gao, Peng Shu, Yi Wu, Zhaoqiao Liu, Yongfei Jian, Mengbo Wu, Yikui Wang, Zhengguo Li, Julien Pirrello, Mondher Bouzayen, Wei Deng, Yiguo Hong, Mingchun Liu. 2024. Ethylene-MPK8-ERF.C1-PR module confers resistance against Botrytis cinerea in tomato fruit without compromising ripening. New Physiologists; First published: 25 February 2024; https://doi.org/10.1111/nph.19632

Chất điều hòa sinh trưởng ethylene có vai trò rất quan trọng trong cơ chế tự vệ của trái cà chua kháng được sự xâm nhiễm của nấm Botrytis cinerea, nhưng cơ chế này chưa được hiểu đầy đủ. Các tác giả của công trình này tiến hành nghiên cứu phản ứng của ethylene với yếu tố SlERF.C1 đóng vai một regulator chủ chốt để kích hoạt hệ thống tự vệ nhờ ethylene kháng nấm B. cinerea trong trái cà chua mà không ảnh hưởng đến quá trình chín.

Knockout gen SlERF.C1 làm tăng sự nhiễm bệnh do B. cinerea mà không ảnh hưởng đến tiến trình chí trái, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ của gen làm tăng tính kháng. Xét nghiệm RNA-Seq, transactivation assays, EMSA và ChIP-qPCR cho kết quả là SlERF.C1 làm tăng hoạt tính phiên mã các gen PR thông qua gắn kết với những promoters của chúng.

Hơn nữa, SlERF.C1 tương tác với protein kinase SlMPK8 làm tăng hoạt mitogen, điều đó cho phép SlMPK8 thực hiện phosphoryl hóa SlERF.C1 tại gốc Ser¹⁷⁴ và làm tăng lên hoạt động phiên mã của nó. Knock-out gen SlMPK8 làm tăng tính nhiễm bệnh bởi B. cinerea, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ gen này đã làm tăng cường tính kháng mà không ảnh hưởng đến tiến trình chín trái cà chua. Sự tái tổ hợp di truyền giữa dòng cà chua mang gen SlMPK8-KO và SlERF.C1-OE làm suy giảm tính kháng với B. cinerea trong quả cà chua có SlERF.C1-OE. Như vậy, sự xâm nhiễm của nấm B. cinerea kích thích ethylene sản sinh ra nhiều hơn. Điều này làm kích hoạt phiên mã của gen SlMPK8 và tăng cường hoạt động phosphoryl hóa SlERF.C1. Kết quả này chứng tỏ cơ chế điều tiết của mô đun ‘Ethylene-MPK8-ERF.C1-PR’ giúp cây cà chua kháng sự xâm nhiễm của nấm B. cinerea và cung cấp cách nhìn mới tác động bệnh bệnh “gray mold” trên trái.

Xem https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19632

Hai QTLs chủ lực điều khiển tính trạng hàm lượng sucrose trong hạt đậu phụng

Nguồn: Zhihui Wang, Yue Zhang, Dongxin Huai, Yuning Chen, Xin Wang, Yanping Kang, Liying Yan, 

Huifang Jiang, Kede Liu, Yong Lei & Boshou Liao. 2024. Detection of two homologous major QTLs and development of diagnostic molecular markers for sucrose content in peanut. Theoretical and Applied Genetics; 27 February 2024; vol. 137; article 61

Người ta xác định được 2 QTLs chủ lực điều khiển hàm lượng sucrose trong đậu phụng, phát triển những chỉ thị phân tử phục vụ chiến lực MAS (chọn giống nhờ marker). Hàm lượng sucrose là tính trạng phẩm chất hạt đậu thiết yếu, làm tăng hàm lượng sucroase là mục tiêu chính của cải tiến giống. Tuy nhiên, cơ sở di truyền của tính trạng sucrose trong đậu phụng chưa được biết rõ, những QTLs chủ lực điều khiển hàm lượng sucrose vẫn chưa được phân lập. Nghiên cứu này được tiến hành trên cơ sở bản đồ di truyền phân giải cao, trên cơ sở dữ liệu của resequencing toàn bộ hệ gen, từ quần thể cận giao tái tổ hợp RIL. Bản đồ có tất cả 2.042 bins và 24.142 chỉ thị SNP, hình thành nên một trong những bản đồ có tính chất hoàn thiện nhất cho đến nay, xét theo mật độ “marker”. Hai QTLs chủ lực (qSCA06.2 và qSCB06.2) đã được phân lập, giải thích được 31,41% và 24,13% biến thiên kiểu hình, theo thứ tự. Đáng chú ý là, hai QTLs này định vị trong vùng của genome có tính chất “homologous” giữa hệ A và hệ B của subgenomes. Alen ưu việt qSCA06.2 là điển hình của đậu phụng “Valencia-type”, trong khi alen ưu việt qSCB06.2 là điển hình đậu phụng của những types khác. Điều quan trọng là, sự phân bố alen từ 2 QTLs tương đồng này trong quần thể con lai RIL và trong tập đoàn các mẫu giống đậu phụng rất đa dạng đều chứng minh được rằng: chi có sự tổi hợp (combination) các giống đậu có alen ưu việt từ cả hai QTLs/genes dẫn đến kiểu hình trội có ý nghĩa về thống kê, song song với sự tăng lên tiếp theo của hàm lượng sucrose. Những chỉ thị mang tính chất “diagnostic” mới được phát triển đối với QTLs này được khẳng định là rất đáng tin cậy; chúng có thể giúp cho chương trình cải tiến giống thuận lợi hơn để có giống đậu cao sản, hàm lượng sucrose cao bằng MAS (marker-assisted selection). Nghiên cứu này phác họa được hiệu quả của “co-regulation” hàm lượng sucrose bởi hai QTLs/genes và cho thấy cơ sở lý thuyết đáng giá về di truyền tính trạng hàm lượng sucrose của đậu phụng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04549-5

Biểu hiện gen CYP450 trong khoai lang (Ipomoea batatas L.) tăng cường hệ thống tự vệ

Nguồn: Xiongjian Lin, Binquan Tang, Zhenqin Li, Lei Shi, Hongbo Zhu. 2024. Genome-wide identification and expression analyses of CYP450 genes in sweet potato (Ipomoea batatas L.). BMC Genomics; 2024 Jan 13; 25(1):58. doi: 10.1186/s12864-024-09965-x.

Cytochrome P450 monooxygenases (CYP450s) có vai trò quan trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa bao gồm sự tổng hợp các chất antioxidants, sắc tố, polymers kiến trúc, và hợp chất liên quan đến tự vệ của cây.

Khoai lang (Ipomoea batatas L.) là loài cây trồng có giá trị kinh tế, một phân tích đầy đủ về các gen CYP450 có thể cho chúng ta biết rõ hơn khái niệm về các quan hệ trong quá trình tiến hóa loài khoai lang và đặc điểm chức năng của các gen ấy.

Người ta tiến hành xác định được rất thành công và định tính được 95 gen CYP450 tự hệ gen khoai lang chia thành 5 fhọ và 31 họ phụ (subfamilies). Kết quả định vị “subcellular” theo dự đoán cho thấy: CYP450s phân bố nhiều trong màng tế bào. Vùng promoter của các gen IbCYP450 có khá nhiều cis-acting elements đa dạng liên quan đến chất điều hòa sinh trưởng thực vật và các phản ứng với stress. Bên cạnh đó, 10 motifs có tính bảo thủ (Motif1-Motif10) cũng được xác định trong họ protein IbCYP450, với 5 gen thiếu introns và chỉ có một exon. Tác giả quan sát các sự kiện tự tái bản một cách tích cực (extensive duplication) trong họ gen CYP450, họ gen này có thể giải thích cho sự phát triển của nó. Phân tích tự tái bản của gen (gene duplication) cho thấy có sự xuất hiện của 15 cặp gen với hiệu ứng “tandem repeats” (tự tái bản theo trình tự). Phân tích hệ thống tương tác gen cho thấy họ IbCYP450 có thể tương tác với nhiều gen mục tiêu và có tương tác protein-protein trong họ gen này. Yếu tố phiên mã (TFs) theo kết quả phân tích tương tác cho thấy họ IbCYP450 tương tác với nhiều TFs khác. Hơn nữa, phân tích biểu hiện gen cho thấy có sự biểu hiện từng phần rất đặc trưng của gen CYP450 trong khoai lang, cũng như phản ứng của chúng với stress phi sinh học và kích thích tố thực vật. Đáng chú ý là,  kết quả qRT‒PCR  cho thấy  có sự tham gia của gen CYP450 trong phản ứng tự vệ chống lại stress phi sinh học  của cây khoai lang.

Đây là cơ sở lý luận của nghiên cứu này để làm rõ chức năng gen CYP450 của khoai lang.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38218763/

Dòng hóa gen chitinase 1 của cây bắp; biểu hiện gen này trong cây lúa giúp kháng được sự xâm nhiễm của nấm Pyricularia oryzae

Nguồn: Sadaf Anwaar, Nyla Jabeen,  Khawaja Shafique Ahmad, Supervision, Saima Shafique, Samra Irum, Hammad Ismail, Siffat Ullah Khan, Ateeq Tahir, Nasir Mehmood, and Mark L. Gleason. 2024. Cloning of maize chitinase 1 gene and its expression in genetically transformed rice to confer resistance against rice blast caused by Pyricularia oryzae. PlosOne 2024; 19(1): e0291939. Published online 2024 Jan 16. doi: 10.1371/journal.pone.0291939

Hình: Vùng T-DNA của plasmid pSDF3.

Pathogens là nấm, một trong những nguyên nhân chính gây srtress sinh học cho cây lúa (Oryza sativa L.), làm thiệt hại đáng kể đến năng suất lúa hàng năm trên thế giới. Cải tiến giống lúa kháng bệnh là con đường chủ lực trong quản lý bệnh trên lúa, nhưng con đường chọn giống truyền thống sẽ mất nhiều thời gian để có được giống thương mại. Trái lại, việc phát triển giống lúa kháng bệnh bằng thao tác trên hệ gen tại gen đích là tiềm năng to lớn để phát triển giống cao sản kháng bệnh một cách nhanh chóng. Các tác giả tiến hành dòng hóa lần đầu tiên gen chitinase 1 của cây bắp rồi chèn gen này vào cây lúa - giống Basmati 385 thông qua chuyển nạp gen gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium để có giống lúa kháng  bệnh đạo ôn do nấm Pyricularia oryzae. Nhiều yếu tố cho thao tác chuyển nạp này đã được tối ưu hóa. Mô sẹo 4 tuần tuổi được xử lý xâm nhiễm 15 phút với vi khuẩn Agrobacterium trước khi “colonization” trên môi trường nuối cây có tính chất “co-cultivation”, đây là điều kiện phù hợp nhất. Bên cạnh đó, cho thêm 300 μM acetosyringone trên môi trường nuôi cấy, 2 ngày, thu được tần suất chuyển nạp qua callus hiệu quả nhất. Dòng lúa transgenic được phân tích bằng kỹ thuật phân tử và xem xét chức năng gen. Tích hợp thành công gen đích vào cây lúa được xác định bằng xét nghiệm PCR với primer sets đặc hiệu với chitinase và gen hpt. Thực hiện real-time PCR  với những transformants cho thấy có một sự kết hợp cực mạnh giữa biểu hiện transgene  và tính kháng bệnh đạo ôn. Minh chứng  chức năng gen tích hợp  này được hoàn thiện nhờ xét nhiệp bioassay trên lá lúa, kết quả cho thấy hiệu quả của tính kháng bệnh qua chitinase trong tất cả dòng lúa Basmati 385 chuyển gen với điểm kháng bệnh do nấm P. oryzae khá biến động. Kết luận: biểu hiện mạnh mẽ gen chitinase 1 của cây bắp được chuyển nạp vào giống lúa Basmati 385 đã cải tiến được tính kháng bệnh đạo ôn. Kết quả này bổ sung những phương án mới cho nguồn vật liệu bố mẹ kháng  bệnh trong lai tạo giống mới. Gen chitinase 1 của bắp được minh chứng là gen tiềm năng để cải tiến di truyền giống lúa kháng bệnh trong tương lai.

Hình: Bản đồ chi tiết của vector pDW3586.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10791007/

Đặc điểm của họ gen C3HC4 RING Finger trong khoai tây (Solanum tuberosum L.): Sinh tổng hợp anthocyanin

Nguồn: Limin Chen, Yuanming Li, Jinyong Zhu, Zhitao Li, Weilu Wang, Zheying Qi, Dechen Li, Panfeng Yao, Zhenzhen Bi, Chao Sun, Yuhui Liu, Zhen Liu. 2024. Comprehensive Characterization of the C3HC4 RING Finger Gene Family in Potato (Solanum tuberosum L.): Insights into Their Involvement in Anthocyanin Biosynthesis. Int J Mol Sci.; 2024 Feb 8; 25(4):2082. doi: 10.3390/ijms25042082.

Họ gen C3HC4 RING finger (RING-HC) mã hóa “zinc finger protein”, rất cần thiết cho cây tăng trưởng. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về họ gen RING-HC trong hệ gen cây khoai tây.  Người ta tiến hành nghiên cứu 77 gen giả định của StRING-HCs  trong genome cây khoai tây, rồi phân nhóm thành 3 clusters di truyền trên cơ sở di truyền huyết thống, sự phân bố nhiễm sắc thể, kiến trúc gen, motif có tính bảo thủ, các sự kiện tự tái bản gen và tương quan trong “synteny”, các nguyên tố “cis-acting”.

Thông qua kết quả phân tích cơ sở dữ liệu RNA-seq các giống khoai tây trồng trọt, người ta thấy gen ứng cử viên StRING-HC có thể đã tham gia vào sự phát triển của mô, stress phi sinh học, đặc biệt là khô hạn, và sinh tổng hợp anthocyanin. Cuối cùng, một gen StRING-HC (Soltu.DM.09G017280 annotated as StRNF4-like), biểu hiện cực mạnh mẽ trong củ khoa tây có màu; gen này được tập trung nghiên cứu. StRNF4-like định vị trong nhân, kết quả xét nghiệm Y2H cho thấy nó có thể tương tác với những TFs có liên quan đến phiên mã tính trạng hàm lượng  anthocyanin – đó là phiên mã gen StbHLH1 trong củ khoai tây, gen này định vị trong nhân và ở màng tế bào. Kết quả xét nghiệm “transient” cho thấy StRNF4-like ức chế tích tụ anthocyanin trong lá cây thuốc lá thuộc 2 loài Nicotiana tabacum và Nicotiana benthamiana thông qua ức chế trực tiếp hoạt động của dihydroflavonol reductase (DFR) promoter được kích hoạt bởi StAN1 và StbHLH1.

Kết quả ghi nhận StRNF4-like có thể ức chế sự tích tụ anthocyanin trong củ khoai tây thông qua tương tác với StbHLH1. Phân tích đầy đủ họ gen khoai tây StRING-HCs cho thất chúng đóng góp rất có ý nghĩa về chức năng phát triển cây khoai tây, stress phi sinh học, truyền tín hiệu hormone, và đặc biệt là sinh tổng hợp anthocyanin.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38396758/

Hình: Phân bố của 77 gen StRING-HC trên 11 nhiễm sắc thể. Chữ “Soltu” là “Soltu.DM.”

1. Phân bố của gen StRING-HC trên 11 nhiễm sắc thể. Hộp màu đó đánh dấu các gen tự tái bản kiểu “tandem”
2. Số lần phân bố của gen StRING-HC trên từng nhiễm sắc thể cây khoai tây.