OsNAC120 làm cân bằng giữa tăng trưởng và tính trạng chịu hạn của cây lúa

Nguồn: Zizhao Xie, Liang Jin, Ying Sun, Chenghang Zhan, Siqi Tang, Tian Qin, Nian Liu, Junli Huang. 2024. OsNAC120 balances plant growth and drought tolerance by integrating GA and ABA signaling in rice. Plant Commun.; 2024 Mar 11; 5(3):100782. doi: 10.1016/j.xplc.2023.100782.

Tác độ tương hỗ giữa sự truyền tín hiệu của gibberellin (GA) và abscisic acid (ABA) rất cần thiết cho việc giữa cân bằng của tăng trưởng và thích nghi của cây với stress ngoại cảnh. Tuy nhiên, cơ chế phân tử của sự đối kháng với nhau như vậy vần còn mù mờ. Trong nghiên cứu này, tác giả nhận thấy rằng  knockout gen OsNAC120 mã hóa yếu tố phiên mã TFs như NAC (NAM, ATAF1/2, CUC2) ức chế tăng trưởng của cây nhưng lại tăng cường tính trạng chống chịu khô hạn, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsNAC120 sản sinh ra kết quả ngược lại. Hàm lượng GA ngoại sinh có thể cứu được kiểu hình “semi-dwarf” (nửa lùn)  của giống lúa đột biến osnac120, và kết quả nghiên cứu sâu hơn cho thấy OsNAC120 làm tăng hoạt sinh tổng hợp GA thông qua kích thích phiên mã của gen OsGA20ox1 và OsGA20ox3. Protein DELLA có tên là SLENDER RICE1 (SLR1) tương tác với OsNAC120 và cản trở khả năng giao dịch của nó, nghiệm thức xử lý GA có thể làm mất sự kiện ức chế hoạt động giao dịch này bởi SLR1. Trái lại, OsNAC120 điều tíết một cách tiêu cực tính chống chịu khô hạn của cây lúa bởi ức chế sự đóng lại khí khổng kích thích do  ABA. Điều tra cơ học cho thấy OsNAC120 ức chế sinh tổng hợp ABA thông qua ức chế có tính chất phiên mã của gen liên quan đến sinh tổng hợp ABA, đó là OsNCED3 và OsNCED4. Protein KINASE 9 (OsSAPK9) bị kích hoạt bởi OSMOTIC STRESS/ABA tương tác theo hoạt động lý học với OsNAC120 và đóng vai trò trung gian cho phosphoryl hóa của nó, điều này làm cho OsNAC120 bị suy thoái. Nghiệm thức xử lý ABA làm tăng nhanh sự suy thoái OsNAC120 và làm giảm hoạt động giao dịch của nó. Kết quả nay minh chứng OsNAC120 có vai trò tích cực trong cân bằng tăng trưởng trên cơ sở GA với chống chịu khô hạn  bởi ABA của cây lúa. Kết quả giúp chúng ta hiểu được cơ chế đánh đổi giữa tăng trưởng thực vật và chống chịu stress; thao tác công nghệ di truyền kháng stress, năng suất cao.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38148603/

SlBEL11 điều tiết sinh tổng hợp flavonoid, thực hiện “fine-tuning” dòng chảy auxin để ngăn ngừa cà chua rụng khi chín trái

Nguồn: Xiufen Dong, Xianfeng Liu, Lina Cheng, Ruizhen Li, Siqi Ge, Sai Wang, Yue Cai, Yang Liu, Sida Meng, Cai-Zhong Jiang, Chun-Lin Shi, Tianlai Li, Daqi Fu, Mingfang Qi, Tao Xu. 2024. SlBEL11 regulates flavonoid biosynthesis, thus fine-tuning auxin efflux to prevent premature fruit drop in tomato. Journal of Integrative Plant Biology; 29 February 2024; https://doi.org/10.1111/jipb.13627

Auxin điều tiết sự ra hoa và rụng quả, nhưng làm thế nào những tín hiệu phát triển này làm trung gian vận chuyển auxin để rụng quả vẫn chưa rõ ràng. Ở đây, người ta tiến hành ngiên cứu làm rõ vai trò của yếu tố phiên mã (TFs) BEL1-LIKE HOMEODOMAIN11 (SlBEL11) trong điều tiết sự vận hành auxin khi trái cà chua (Solanum lycopersicum) rụng. Gen SlBEL11 biểu hiện caotại vùng tách rời trái cà chua, mức độ biểu hiện của nó tăng dân khi trái phát triển.

Knockdown sự biểu hiện gen SlBEL11 bẳng kỹ thuật RNA can thiệp (RNAi) làm cho trái sắp chịn bị rụng ở “breaker” (cắt) (Br) và ở “3 d post-breaker (Br+3)” (sau cắt 3 ngày) trong giai đoạn trái phát triển. Phân tích transcriptome và metabolome của dòng cà chua SlBEL11-RNAi cho thấy: sinh tổng hợp flavonoid suy yếu và mức độ của hầu hết hàm lượng flavonoids đều giảm rõ ràng, đặc biệt quercetin, mà chức năng của chúng như chất ức chế auxin di chuyển. Như vậy, SlBEL11 ngăn ngừa được sự rụng trái chưa chín thông qua điều chế dòng lưu thông auxintừ trái cà chua, đây rất cần thiết cho sự hình thành một gradien của phản ứng auxin. Thật vây, xử lý quercetin  làm ức chế stra1i rụng sớm khi chưa chín trong cây cà chua SlBEL11-RNAi. Giải trình tự DNA có tính chất thanh lọc theo ái lực DAP-seq (affinity purification sequencing) cho kết quả là SlBEL11 kích hoạt sự biểu hiện của gen SlMYB111 mã hóa TFs kết gắn trực tiếp với promoter của nó. Kết quả PCR có tính chất “chromatin immunoprecipitation-quantitative” và kết quả điện di xét nghiệm dịch chuyển cho thấy  MYELOBLASTOSIS VIRAL ONCOGENE HOMOLOG111 (SlMYB111) của cây cà chua S. lycopersicum kích hoạt biểu hiện của gen liên quan đến sinh tổng hợp flavonoid; đó là gen SlCHS1, SlCHI, SlF3H, và SlFLS bởi sự kết gắn trực tiếp với promoters. Kết quả cho thấy SlBEL11–SlMYB111 module điều hòa sinh tổng hợp flavonoid để mở khóa dòng lưu thông auxin từ trái cà chua, tiếp theo đó, duy trì “gradien” của phản ứng auxin trong cuống trái, ngăn ngừa được rụng trái cà chua chưa chín.

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.13627

Tính linh hoạt của mô phỏng “genomic predictions” đối với hai chu kỳ lai giống bắp

 Nguồn: Alizarine Lorenzi, Cyril Bauland, Sophie Pin, Delphine Madur, Valérie Combes, Carine Palaffre, Colin Guillaume, Gaëtan Touzy, Tristan Mary-Huard, Alain Charcosset & Laurence Moreau. 2024. Portability of genomic predictions trained on sparse factorial designs across two maize silage breeding cycles. Theoretical and Applied Genetics; March 2024; vol. 137; article 75

Người ta minh chứng được hiệu quả của “genomic predictions” (dự đoán hiệu quả di truyền) hiệu chỉnh trên tập đoàn giống bắp “sparse factorial training sets” để biết trước được thế hệ con lai kế tiếp và trắc nghiệm, các chiến lược khác nhau phục vụ cập nhật kết quả dự báo theo nhiều thế hệ con lai.

Sàng lọc di truyền thu nhận những triển vọng mới phục vụ nội dung kiểm tra lại sơ độ lai thông qua thay thế việc đánh giá kiểu hình tích cực của từng cá thể với số liệu dự đoán hiệu quả di truyền. Tìm ra được thiết kế lý tưởng phục vụ “training genomic prediction models” vẫn còn là câu hỏi chưa có lời đáp. Những nghiên cứu trước đây đã và đang biểu hiện triển vọng về khả năng dự báo thông qua thuật toán “sparse factorial” thay vì “tester-based training sets” để dự đoán được kết quả lai đơn trong cùng một thế hệ. Nghiên cứu này nhằm mục tiêu tìm hiểu sâu hơn việc sử dụng thuật toán “factorials” và sự tối ưu hóa của cúng nhằm chọn dòng có khả năng phối hợp chung mong muốn (GCAs) và giá trị con lai thông qua các chu kỳ lai chọn. Điều đó dựa vào hai chu kỳ lai chọn của một sơ đồ sàng lọc di truyền lai nghịch đảo giống bắp bao gồm quần thể có nhiều bố mẹ (multiparental) kết hợp với quần thể lai nghịch đảo (reciprocal populations) từ tập đoạn bắp “flint” và tập đoàn bắp “dent”, nhóm bổ sung ưu thế lai được sàng lọc để hoàn tất “silage”. Chọn lọc trên cơ sở dự đoán hiệu quả di truyền chạy trên mô phỏng “factorial design” cho kết quả GA% tăng đáng kể (genetic gain: hiệu quả chọn lọc) đối với năng suất chất khô ở thế hệ mới. Kết quả khẳng định hiệu quả của thuật toán “sparse factorial training sets” cho biết dòng ứng cử viên về khả năng phối hợp cao GCAs và giá trị ưu thế lai qua các chu kỳ lai chọn. So với kết quả trước đây trên thế hệ thứ nhất, lợi thế của “factorial” hơn “tester training sets” biểu thị thấp hơn qua nhiều thế hệ. Cập nhật hóa “factorial training sets” bằng “adding single-cross hybrids” giữa dòng con lai được chọn từ thế hệ đầu tiên hoặc một subset ngẫu nhiên nào đó của con lai hybrids của thế hệ mới đã cải tiến được khả năng dự đoán rất nhiều. Giá trị “CDmean criterion” giúp nhà chọn giống xác định được tập đoàn của “single-crosses” (cặp lai đơn) để tiến hành đánh giá kiểu hình nhằm cập nhật “training set” một cách hiệu quả. Kết quả minh chứng tính hiệu quả của thuật toán “sparse factorial designs” trong việc điều chỉnh số liệu dự đoán hiệu quả di truyền của con lai trong thí nghiệm, chỉ ra rằng lợi ích của sự cập nhật theo từng thế hệ con lai.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04566-4

Sơ đồ những thay đổi về quy mô thử nghiệm trong chương trình nhân giống bắp.

Di truyền tính trạng chống chịu nóng ban đêm của cây lúa

Nguồn: Chuang Yang, Anni Luo, Hai-Ping Lu, Seth Jon Davis, Jian-Xiang Liu. 2024. Diurnal regulation of alternative splicing associated with thermotolerance in rice by two glycine-rich RNA-binding proteins. Sci Bull (Beijing); 2024 Jan 15; 69(1):59-71. doi: 10.1016/j.scib.2023.11.046.

Sản lượng lúa (Oryza sativa L.) trên thế giới bị đe dọa bởi hiện tượng ấm lên toàn cầu với nhiệt độ nóng cực đoan, sự nhạy cảm với nóng của cây lúa khác nhau khi stress nóng của ban ngày và ban đêm. Tuy vây, người ta chưa biết rõ cơ chế phân tử của phản ứng với nóng. Ở đây, người ta tiến hành nghiên cứu hai proteins có tên là glycine-rich RNA binding, gen mã hóa nó là OsGRP3 và OsGRP162, rất cần thiết cho tính trang chịu nhiệt của lúa, đặc biệt là ban đêm.

Sự biểu hiện có tính nhịp nhàng của OsGRP3/OsGRP162 đạt đỉnh điểm vào nửa đêm, vào thời điểm trùng hợp bị làm tăng lên bởi nhiệt độ nóng. Điều này phần lớn phụ thuộc vào phức chất của buổi tối: OsELF3-2. Tiếp theo, người ta thấy dòng đột biến kép của OsGRP3/OsGRP162 nhạy cảm hơn rất nhiều với stress nóng theo tỷ lệ sống sót (survival rate) và tỷ lệ hình thành hạt (seed setting) khi so sánh vớ cây “wild-type” (nguyên thủy). Chú ý, sự khiếm khuyết về khả năng chịu nhiệt rõ ràng hơn khi stress nóng xảy ra vào ban đêm nhiều hơn là vào ban ngày. Khi bị stress nhiệt, dòng đột biến kép OsGRP3/OsGRP162 biểu hiện số gen phản ứng với stress nóng giảm nhiều đáng kể, tăng “slpicing” các phân tử mRNA thay thế bởi “exon-skipping” (bỏ qua exon). Đây là kết quả chỉ rỏ tầm quan trọng của OsGRP3/OsGRP162 trong chống chịu nóng của cây lúa, làm sáng tỏ cơ chế gen OsGRP3/OsGRP162 làm thế nào điều tiết tính chống chịu nhiệt vào ban đêm.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38044192/