Phân tích di truyền 10 tính trạng liên quan đến quang hợp của cây đậu nành

Nguồn: Dezhou Hu, Yajun Zhao, Lixun Zhu, Xiao Li, Jinyu Zhang, Xuan Cui, Wenlong Li, Derong Hao, Zhongyi Yang, Fei Wu, Shupeng Dong, Xiaoyue Su, Fang Huang & Deyue Yu. 2024. Genetic dissection of ten photosynthesis-related traits based on InDel- and SNP-GWAS in soybean. Theoretical and Applied Genetics; April 8 2024; vol.137; article 96

Người ta sử dụng chỉ thị phân tử bao gồm 416 InDels và 112 SNPs có kết gắn chặt chẽ với những tính trạng liên quan đến quang tổng hợp của cây đậu nành. Gen GmIWS1 có thể quan hệ đến sắc tố huỳnh quang của diệp lục và gen GmCDC48  liên quan đến những thông số về trao đổi khí.

Quang hợp là một trong những yếu tố chủ lực quy định năng suất cây trồng. Nếu hiểu biết tốt về kiến trúc di truyền của quang tổng hợp, đó sẽ là kết quã có ý nghĩa rất lớn để cải tiến năng suất đậu nành. Những nghiên cứu trước đây ghi nhận 5.410.112 chỉ thị SNPs từ cơ sở dữ liệu “resequencing” của 219 mẫu giống đậu nành trong thiên nhiên. Ở đây, tác giả xác định được 634.106 chỉ thị “insertions” và “deletions” (InDels) từ 219 mẫu giống đậu nành và sử dụng những biến thể InDel này để hoàn thiện phân tích thành phần chính (principal component) và phân tích  giá trị LD (linkage disequilibrium) của quần thể đậu nành. Người ta tiến hành phân tích GWAS (genome-wide association study) đối với 6 thông số “chlorophyll fluorescence” (hàm lượng diệp lục, năng lượng ánh sáng hấp thu trên mỗi trung tâm phản ứng, Năng suất “quantum” đối với vận chuyển electron, xác suất mà một “exciton” bị mắc vào bẫy di chuyển “electron” vào kênh vận chuyển electron vượt qua được “quinone acceptor” đầu tiên, Năng suất tối đa “quantum” của hệ thống quang hợp II những photochemistry sơ cấp trong trạng thái thích nghi bóng tối, chỉ số hiệu suất hấp thu) và 4 thông số về trao đổi khí (gas-exchange) (bao gồm nồng độ carbon dioxide bên trong tế bào, độ dẫn khí khổng, quang hợp thuần, tốc độ thoát hơi nước) và ghi nhận 416 chỉ thị InDels có ý nghĩa, 112 chỉ thị SNPs ý nghĩa. Kết quả GWAS suy ra rằng gen GmIWS1 (mã hóa một yếu tố phiên mã kéo dài) và gen GmCDC48 (mã hóa protein trong chu kỳ phân bào) với mức độ biểu hiện cao nhất trong vùng lập bản đồ di truyền, được xác định như hai gen ứng cử viên có nhiệm vụ trong “chlorophyll fluorescence” và thông số của “gas-exchange”, theo thứ tự. Xác định sâu hơn về haplotypes có lợi, với hiệu quả quang tổng hợp cao hơn, khối lượng hạt và năng suất hạt được thực hiện đối với gen GmIWS1 và GmCDC48. Kết quả nghiên cứu cho thấy biến thiên di truyền tự nhiên và gen ứng cử viên phản ánh các tính trạng liên quan đến quang hợp trên cơ sở dữ liệu rất phong phú về kiểu hình và kiểu gen, cung cấp luận điểm khoa học về những cơ chế di truyền điều khiển quang tổng hợp và năng suất hạt đậu nành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04607-y

Những tiến bộ trong nghiên cứu tiến hóa và di truyền giống cây đậu phụng

Nguồn: Hui Zhang, Yueyi Tang, Yunlai Yue, Yong Chen. 2024. Advances in the evolution research and genetic breeding of peanut.  Gene; 2024 Apr 3: 916:148425. doi: 10.1016/j.gene.2024.148425. 

Đậu phụng là cây trồng quan trọng để chế biến ra dầu thực vật, thực phẩm và lương thực của Trung Quốc. Sự phát triển quá nhanh công nghệ đọc trình tự DNA đã và đang thúc đẩy nghiên cứu di truyền các lĩnh vực liên quan đến nội dung di truyền chọn giống đậu phụng. Bài tổng quan này tổng hợp lại tiến bộ nghiên cứu nguồn gốc và tiến hóa giống cây đậu phụng, di truyền giống,  chỉ thị phân tử và những ứng dụng của chúng, genomics, QTL mapping và kỹ thuật sàng lọc di truyền. Những vấn để chính của di truyền chọn giống phân tử trong nghiên cứu đậu phụng trên thế giới bao gồm: nguồn di truyền cây đậu phụng khá hẹp (loài canh tác được), biến nạp di truyền không ổn định và cơ chế phân tử chưa rõ của những tính trạng nông học quan trọng. Xem xét những thách thức quan trọng liên quan đến dầu ăn, và những vấn đề chính  trong sản xuất đậu phụng, người ta đề ra hướng nghiên cứu cấp bách cây đậu phụng là: nghiên cứu quá trình thuần hóa de novo và sự khai thác các gen tuyệt hảo từ loài tổ tiên hoang dại để cải tiến giống đậu nành cao sản hiện nay; nghiên cứu tích hợp các cơ sở dữ liệu “multi-omics” nhằn thúc đẩy  tầm quan trọng của “big data” trong di truyền và chọn giống đậu phụng; nghiên cứu dòng hóa các gen quan trọng liên quan đến nhiều tính trạng nông học cần thiết và phân tích những cơ chế điều tiết tinh vi của hệ gen; chính xác hóa chương lai lai tạo giống theo mô hình phân tử và sử dụng “gene editing” để cải tiến một cách đúng đắn những tính trạng then chốt của đậu phụng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38575102/

Bản đồ di truyền của locus bwvr điều khiển tính kháng bệnh “broad bean wilt virus 2” của cây ớt Capsicum annuum thông qua “BSR-seq”

Nguồn: Jung-Min Kim, Joung-Ho Lee, Se-Ran Park, Jin-Kyoung Kwon, Na-Young Ro & Byoung-Cheorl Kang. 2024. Molecular mapping of the broad bean wilt virus 2 resistance locus bwvr in Capsicum annuum using BSR-seq. Theoretical and Applied Genetics; April 8, 2024; vol.137; article 97

Kỹ thuật “bulked segregant RNA seq” của nguồn vật liệu bao gồm những mẫu giống ớt nhiễm hoặc kháng bệnh “broad bean wilt virus 2” đã xác định được một gen đích kháng với pathogen này.

Virus “single-stranded positive-sense RNA” mang bệnh “Broad bean wilt virus 2” (viết tắt là BBWV2) làm tổn thương cây ớt (Capsicum annuum) trên nhiều động ruộng. Ơ đây, tác giả mô tả  phương pháp  mapping locus BBWV2 điều khiển tính kháng bệnh và locus bwvr thông quan quần thể con lai cận giao tái tổ hợp F_7:8  (RIL) bởi tổ hợp lai giữa mẫu giống ớt kháng BBWV2 có tên ‘SNU-C’ với mẫu giống ớt nhiễm bệnh mang tên ‘ECW30R.’ Tất cả cây F₁ đều được chủng bệnh BBWV2 với chủng nòi PAP1, biểu hiện nhiễm virus này. Quẩn thể con lai RIL biểu thị tỷ lệ kháng:nhiễm là 1:1, như vậy tính trạng này được điều khiển bởi một gen lặn. Để lập bản đồ di truyền gen bwvr, người ta thực hiện “bulked segregant RNA-seq” (BSR-seq). Người ta đọc trình tự “vật liệu nguồn [pools] của dòng kháng và dòng nhiễm từ quần thể RILs rồi so sánh trình tự theo kết quả số “reads” đối với hệ gen tham chiếu có chất lượng tốt ‘Dempsey’ để xác định được những “variants” giữa các “pools” như vậy. Kết quả phân tích xác nhận 519.887 “variants” (biến thể) và chọn ra vùng đích “từ 245.9 đến 250.8 Mb” của hệ gen tham chiếu Dempsey như một locus QTL đối với gen bwvr. Thực hiện fine-map gen bwvr, người ta sử dụng HRM mới thiết kế (high-resolution melting) và các chỉ thị KASP (Kompetitive allele specific PCR) trên cơ sở những “variants” lấy từ “BSR-seq reads” và kết quả phân tích chỉ thị SNPs theo “PepperSNP16K array”. Phân tích so sánh xác định được 11 SNU-C-specific SNPs định vị trong locus bwvr. Sử dụng chỉ thị dẫn từ kết quả “variants”, người ta lập bản đồ di truyền  của locus ứng cử viên bwvr tại vùng có độ lớn phân tử: “246.833–246.949 kb”. Xếp nhóm di truyền (clustering) những “SNU-C-specific variants” gần DEM.v1.00035533 định vị bên trong locus bwvr. DEM.v1.00035533 mã hóa protein đóng vai trò “nitrate transporter” NPF1.2 và bao gồm một chỉ thị SNP ơ trong đầu 5′ của vùng chưa dịch mã. Locus bwvr, có 4 gen, bao gồm gen DEM.v1.00035533, locus này có thể đại diện cho nguồn gen rất giá trị của chương trình lai tạo giống ớt.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04603-2

Phân lập trên toàn hệ gen B-Boxs và đặc điểm chức năng của gen AhBBX6 của đậu phụng đối với stress khô hạn và mặn

Nguồn: Haohong Tang, Cuiling Yuan, Haonan Shi, Feng Liu, Shihua Shan, Zhijun Wang, Quanxi Sun, Jie Sun. 2024.  Genome-Wide Identification of Peanut B-Boxs and Functional Characterization of AhBBX6 in Salt and Drought Stresses.Plants (Basel); 2024 Mar 26; 13(7):955. doi: 10.3390/plants13070955

Họ gen B-box (BBX) có (TF) yếu tố phiên mã zinc finger protein mà TF này  that điều hòa vô số tiến trình sinh lý và tiến trình phát triển của thực vật. Trong khi họ gen BBX đã được xác định trước đây đối với nhiều loài cây, thì các thành viên của họ gen và vai trò của BBXs trong cây đậu phụng chưa được biết nhiều. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành phân tích trên toàn hệ gen để xác định BBXs của 3 loài đậu (Arachis hypogaea, A. duranensis, và A. ipaensis), người ta nghiên cứu phổ biểu hiện gen của BBXs tại nhiều mô khác nhauvà trong nghiệm thức cây phản ứng với stress mặn và khô hạn; tuyển chọn gen AhBBX6 có chức năng được định tính rõ ràng. Người ta đã phân lập được tổng cộng 77 BBXs trong cây đậu phụng, chúng có thể được xếp thành nhóm thành năm họ phụ (subfamilies), với những gen có cùng nhánh gia hệ của cùng subgroup, chúng có cấu trúc “exon-intron” dễ so sánh. Hơn nữa, một số nguyên tố điều tiết cis rất có ý nghĩa bao gồm nội dung điều tiết phản ứng với ánh sáng và hormones; phản ứng với stress phi sinh học cũng được tìm thấy trong vùng promoter của họ gen BBXs đậu phụng. Trên cơ sở phân tích số liệu hệ transcriptome và kết quả qRT-PCR, người ta đã xác định được gen AhBBX6, AhBBX11, AhBBX13, và AhBBX38 là những gen có khả năng gắn liền với tính trạng chống chịu mặn và khô hạn. Làm câm gen AhBBX6 bằng virus-induced gene silencing làm tổn hại đến khả năng chịu đựng của cây đậu phụng đối với nghiệm thức xử lý mặn và khô hạn. Kết quả nay cung cấp cho chúng ta kiến thức về học gen BBXs của đậu phụng và hình thành nên  cơ sở lý luận cho nghiên cứu tương lai đối với vai trò chức năng của chúng để phát ytrie63n giống đậu phụn cao sản có khả năng chống chịu stress.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38611484/