Giảm thiểu tình trạng thiếu lân qua trung gian “Strigolactone GR24” thông qua bệnh nấm rễ của canh tác lúa hiếu khí

Nguồn: Debasis Mitra, Periyasamy Panneerselvam, Parameswaran Chidambaranathan, Amaresh Kumar Nayak, Ankita Priyadarshini, Ansuman Senapati, Pradeep Kumar Das Mohapatra. 2024. Strigolactone GR24-mediated mitigation of phosphorus deficiency through mycorrhization in aerobic rice. Curr Res Microb Sci.; 2024 Mar 5: 6:100229. doi: 10.1016/j.crmicr.2024.100229. 

Strigolactones (SLs) là một lớp phân loại mới của hormones thực vật, chúng đóng vai trò rất có ý nghĩa trong điều tiết nhiều  lĩnh vực khác nhau của tăng trưởng thực vật, chống chịu stress và có ảnh hưởng nhất định đến microbiome ở vùng rễ. GR24 là một đồng phân của SL tổng hợp được sử dụng trong nghiên cứu để tìm hiểu ảnh hưởng của  SL đối với thực vật và hoạt động như promoter tăng trưởng thực vật. Nghiên cứu này nhắm đến mục đích thực hiện thăm dò trong hạt lúa với các nghiệm thức “nồng độ” khác nhau của GR24 (0.1, 0.5, 1.0, 5.0 và 10.0 µM) có và không có chủng nấm AMF [arbuscular mycorrhizal fungi] trong các giống lúa tuyển chọn (CR Dhan 201, CR Dhan 204, CR Dhan 205, và CR Dhan 207), Kasalath-IC459373 (P-tolerant check), và IR-36 (P-susceptible check) trong điều kiện thiếu lân để biết được  sự tăng cường về tăng trưởng và ảnh hưởng dò tìm (priming effects) của nấm gây bệnh trên rễ. Kết quả  cho thấy “seed priming” (dò tìm trong hạt thóc) với liều lượng 5.0 µM SL GR24 làm tăng cường hiệu suất của nấm gây bệnh rễ lúa đối với giống lúa CR Dhan 205 (88.91 %), theo sau là giống CR Dhan 204 và 207, bảo tử của chủng nấm AMF trong giống lúa CR Dhan 201 (31.98 bào tử / 10 gm đất) và giống CR Dhan 207 (30.29 bào tử / 10 g đất), theo sự tăng trưởng cây lúa. Kết quả thấy rằng giống lúa phản ứng mạnh là CR Dhan 207, theo sau là CR Dhan 204, 205, 201, và Kasalath IC459373 biểu hiện hấp thu lân cao hơn đối chứng, và nghiệm thức xử lý AMF với nồng độ  5.0 µM SL GR24 giống lúa CR Dhan 205 thoe sau là giống CR Dhan 207 và 204 biểu hiện hiệu suất đạt cao nhất xét theo tăng trưởng của cây lúa, hàm lượng diệp lục, và các đặc tính chức năng khác của đất, như hoạt động acid hóa và kiềm hóa bởi men phosphatase, carbon sinh khối của vi sinh MBC (soil microbial biomass carbon), hoạt tính men dehydrogenase (DHA), và hoạt tính của fluorescein diacetate (FDA). Tổng hợp lại, can thiệp của AMF với SL GR24 làm gia tăng đáng kể mức tăng trưởng thực vật, hoạt tính enzyme trong đất, và khả năng hấp thu P so với nghiệm thức đối chứng. Trong điều kiện thiếu lân, nghiệm thức “seed priming” (mồi hạt giống) với liều lượng 5.0 µM strigolactone GR24 và có chủng AMF làm tăng lên đáng kể sự tăng trưởng cây lúa trên đất hảo khí, tăng hấp thu P, và tăng hoạt tính enzyme đất. Áp dụng các công thức có SLs kết hợp với chủng nấm  AMF trong các giống lúa tuyển chọn trên đất hảo khí, giống CR Dhan 207, CR Dhan 204, và CR Dhan 205, sẽ đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng nấm vùng rễ lúa (mycorrhization), và làm tăng cường hữu dụng phân P trong điều kiện thiếu dưỡng chất lân.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38525307/

Đói carbon làm tăng khả năng kháng thuốc “kháng sinh” của vi khuẩn và chuyển hóa carbon phụ trợ virus trong đất

Nguồn: Qicheng Xu, He Zhang, Philippe Vandenkoornhuyse, Shiwei Guo, Yakov Kuzyakov, Qirong Shen, and Ning Ling. 2024. Carbon starvation raises capacities in bacterial antibiotic resistance and viral auxiliary carbon metabolism in soils. PNAS April 10, 2024; 121 (16) e2318160121

Thích nghi của vi sinh vật đối với nguồn carbon khả dụng là vô cùng cần thiết  để dự đoán được phản ứng của hệ thống môi sinh đối với thay đổi ngoại cảnh hiện nay. Tác giả chứng minh được rằng sự chuyên biệt hóa đối với nguồn carbon hữu cơ sử dụng và sự giảm độ lớn hệ gen (genome size reduction) trong đất nghèo carbon làm giảm sự thùa chức năng và dẫn đến làm tăng mức dễ bị tổn thương đối với thay đổi ngoại cảnh. Sự phong phú của gen kháng “kháng sinh” ngày càng tăng làm cho mức độ lo ngại cũng tăng về sự tràn làn của sự kiện kháng “kháng sinh” trong nền nông nghiệp sử dụng phân hóa học. Kết quả của tác giả hé mở những bí mật về vai trò tương tác giữa virus và vi khuẩn trong việc tăng cường khả năng cạnh tranh của ký chủ và khả năng thích nghi môi trường. Kết quả là, tình trạng chung thiếu carbon trong nền nông nghiệp dựa vào phân hóa học làm tăng khả năng cạnh tranh của vi sinh, thích ứng với biến dưỡng carbon hữu cơ, làm tăng tính kháng “kháng sinh”, và tăng cường tương tác giữa virus và ký chủ. Tất cả điều này quan trọng cho sự canh tranh của vi sinh vật khi thúc đẩy quỹ tiến hóa với ý nghĩa của của tăng cường lưu trữ carbon trong đất, giảm thiểu sự phát triển của kháng “kháng sinh”, và thúc đẩy nông nghiệp bền vững.

Khả năng hữu dụng của carbon hữu cơ trong đất vô cùng cần thiết để hình thành những cộng đồng vi sinh, nhưng, sự không chắc chắn tồn tại cùng với sự thích nghi của vi sinh vật với mức độ carbon khác nhau và tạo ra hậu quả sinh thái, tiến hóa. Tác giả nghiên cứu cơ chế biến dưỡng carbon hữu cơ, tính kháng “kháng sinh”, và tương tác giữa virus với cây chủ trong đất trải qua 40 năm bón phân hóa học và hữu cơ điều ấy dẫn đến tương phản khả năng hữu dụng carbon khác nhau: đất nghèo carbon và đất giàu carbon, theo thứ tự. Đất nghèo carbon dẫn đến sự giàu các gen giả định bao gồm gen phân hủy chất hữu cơ và đất biểu hiện sự chuyên biệt trong sử dụng phức chất hữu cơ, phản ánh sự cạnh tranh giành nguồn dinh dưỡng. Sự chuyên biệt hóa này liên quan đến một tiện ích có tính cạnh tranh của cộng đồng vi sinh trong đất nghèo carbon nhưng làm giảm đi khả năng đệm của chúng theo ý nghĩa là “biến dưỡng carbon hữu cơ”, làm cho chúng dễ bị tổn thương hơn trước những biến động của môi trường. Bên cạnh đó, trong đất nghèo carbon, các gen có chức năng trao đổi chất phụ trợ virus liên kết với biến dưỡng carbon hữu cơ làm tăng tính cạnh tranh của cây chủ và khả năng ngoại cảnh thông qua chiến lược giống như “cõng người chiến thắng.” Hơn nữa, các gen giả định kháng “kháng sinh”, đặc biệt trong những loại thuộc có mức độ phong phú thấp, chúng nhiều hơn ở đất nghèo carbon như một kết quả của tiến hóa bởi chiến tranh hóa học (i.e., cạnh tranh mang tính chất can thiệp). Điều này làm dấy lên mối lo ngại về khả năng lan truyền tính trạng kháng “kháng sinh” từ nông nghiệp truyền thống mà nông nghiệp ấy chỉ gắn liền với bón phân hóa học. Như vậy, sự đói carbon chỉ vì bón phân hóa học thời gian dài làm gia tăng sự thích nghi của vi sinh vật đối với cạnh trạng, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc  thực hiện các kỹ thuật canh tác mang tính bền vững nhằm giảm thiểu sự xuất hiện và lan rộng của hiện tượng kháng thuốc kháng sinh và làm gia tăng dự trữ carbon trong đất.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2318160121

Than sinh học tác động đến phát thải khí CO₂, CH₄, và tích tụ cadmium trong cây lúa trên đất bị nhiễm Cd: kết quả “META-analysis”

Nguồn: Muhammad Athar Khaliq, Ibtisam Mohammed Alsudays, Haifa Abdulaziz Sakit Alhaithloul, Muhammad Rizwan, Jean Wan Hong Yong, Shafeeq Ur Rahman, Muhammad Sagir, Safdar Bashir, Habib Ali, Zuo Hongchao. 2024. Biochar impacts on carbon dioxide, methane emission, and cadmium accumulation in rice from Cd-contaminated soils; A meta-analysis. Ecotoxicol Environ Saf.; 274:116204. doi: 10.1016/j.ecoenv.2024.116204. 

Biến đổi khí hậu và tạp nhiễm bởi cadmium (Cd) là mối đe dọa cực trọng đến sản lượng lúa gạo và an ninh lương thực. Than sinh học BC (biochar) có mặt như một sự cải tạo đất đầy hứa hẹn để giảm thiểu những thách thức như vậy. Muốn nghiên cứu các ảnh hưởng BC trên ruộng lúa đối với phát thải khí nhà kính (GHG), khả năng sinh dụng của Cd (bioavailability), và sự tích tụ Cd, người ta tiến hành phương pháp meta-analysis của cơ sở dữ liệu được công bố từ năm 2000 đến 2023. Phần mềm Data Manager 5.3 và GetData plot Digitizer được sử dụng để thu thập và  sử lý dữ liệu cho các thông số cần có được. Kết quả cho thấy có sự gia tăng đáng kể (18%) trong pH đất có bón bùn thải chứa than sinh học BC, trong khi đó có 9% tăng trong đất carbon hữu cơ (soil organic carbon: SOC) bằng dăm tre BC. Giảm đáng kể tỷ trọng biểu kiến đất (8%), nhưng không có ảnh hưởng nào khác được nhận biết  đối với độ xốp của đất (soil porosity), ngoại trừ nghiệm thức BC tro lúa mì, nó làm giảm độ xốp xuống 6%. Than sinh học từ bùn thải (sewage sludge) và dăm tre (bamboo chips) làm giảm đáng kể carbon dioxide (CO₂) còn 7-8%, trong khi đó, chất thải sinh học đô thị làm giảm phát thải khí methane (CH₄) 2%. Nghiên cứu tình huống về kim loại nặng, vỏ hạt của cây hướng dương và vỏ trấu hạt thóc làm BC đã có kết quả giảm đáng kể  hàm lượng Cd khả dụng trong đất lúa là 24% (Hướng dương) và 12% (vỏ trấu), theo thứ tự. Hấp thu Cd của rễ lúa trở nên thấp hơn bởi gia tăng bón BC từ nguyên liệu tro bếp (22%), vỏ hạt đậu phụng (21%), cùi bắp (15%). Tương tự, BC từ que bông, tro bếp, vỏ hạt đậu phụng,  và vỏ trấu ức chế chuyển vị Cd từ rễ lúa lên chồi thân là 22%, 27%, 20%, và 19%, theo thứ tự, trong khi đó, BC từ mạt cưa và vỏ trấu rất hiệu quả trong việc làm giảm tích tụ Cd trong hạt tgạo là 25% và 13%. Liên quan đến năng suất, BC từ nguồn que bông làm tăng đáng kể năng suất là 37% trong ruộng lúa bị tạp nhiễm Cd. Kết quả “meta-analysis” minh chứng được thanh sinh học BC là một chiến lược hiệu quả và đa hướng phục vụ canh tách lúa bền vững và chống chịu bằng cách làm thấp phát thải nhà kính và làm giảm tích tụ Cd đồng thời làm tăng năng suất lúa trước biến đổi khí hậu đang đe dọa thế giới.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38489905/

Cơ sở dữ liệu phân tích sự đáp ứng với biến đổi khí hậu về phẩm chất hạt của 48 giống lúa Nhật tương phản với tính trạng chống chịu nóng

Nguồn: Hitomi Wakatsuki, Takahiro Takimoto, Yasushi Ishigooka, Motoki Nishimori, Mototaka Sakata, Naoya Saida, Kosuke Akagi, David Makowski, Toshihiro Hasegawa. 2024. A dataset for analyzing the climate change response of grain quality of 48 Japanese rice cultivars with contrasting levels of heat tolerance. Data Brief.; 2024 Mar 28: 54:110352. doi: 10.1016/j.dib.2024.110352. 

Biến đổi khí hậu có tác động lớn đến phẩm chất biểu hiệu bên ngoài hạt gạo; đặc biệt là, nhiệt độ cao khi lúa tích lũy chất khô (lúa vào chắc) làm tăng tỷ lệ gạo bạc bụng, làm giảm giá trị thương phẩm của hạt gạo trên thị trường. Giống chống chịu nóng đã và đang được lai tạo – phóng thích ra sản xuất, làm giảm tỷ lệ gạo bạc ụng và cải tiến phẩm chất hạt trong điều kiện nhiệt độ nóng, nhưng khả năng của giống có tính trạng bạc bụng giảm chưc từng được chúng minh đầy đủ vì thiếu cơ sở dữ liệu tích hợp. Ở đây, người ta tiến hành lập một cơ sở dữ liệu thu thập từ nhiều nguồn nghiên cứu hàn lâm có hệ thống, từ nguồn dữ liệu sẵn có mang tính công khai, đối với phân tích di truyền số lượng về tác động của yếu tố khí tượng trên phẩm chất biểu hiện hạt gạo bên ngoài với nhiều mức độ tương phản về chống chịu nóng khác nhau. Cơ sở dữ liệu này bao gồm 1302 số quan sát trên đồng ruộng về tỷ lệ hạt bạc bụng (%) – tính trạng cần thiết ảnh hưởng đến độ nhạy cảm của kiểu dạng hạt thóc đối với shocks nhiệt độ - 48 giống lúa trồng biểu hiện 5 mức độ chịu nhiệt khác nhau (heat-tolerant ranks: HTRs) lấy từ 44 ruộng thí nghiệm trên Nhật Bản. Cơ sở dữ liệu này còn bao gồm giá trị của những biến số chủ chốt về khí tượng trong suốt giai đoạn hạt vào chắc, ví dụ giá trị trung bình tích hợp của nhiệt độ không khí trên ngưỡng nhiệt cho phép (threshold temperature: TaHD), trung bình bức xạ mặt trời, trung bình ẩm độ tương đối suốt 20 sau sau khi trổ bông, thu thập số liệu của trạm khí tượng hàng ngày với giá trị “1-km resolution” do “Tổ chức Nghiên cứu Lương Nông Quốc Gia”. Bộ cơ sở dữ liệu này bao gốm tất cả giống lúa thương mại của Nhật tại nhiều điều kiện canh tác khác nhau. Đây là nguồn tư liệu hữu ích để phân tích tác động của biến đổi khí hậu trên phẩm chất nông sản và đánh giá hiệu quả của cải tiến di truyền giống lúa chống chịu nóng. Giá trị cu3a nó đã được công bố trên tạp chí khoa học có tựa đề "Effectiveness of heat tolerance rice cultivars in preserving grain appearance quality under high temperatures - A meta-analysis", cơ sở dữ liệu đã được sử dụng  để phát triển mô phỏng thống kê  định lượng những ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với phẩm chất hạt như một chức năng của giống lúa chống chịu nóng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38595907/