Xác định gen có chức năng với nhiều loại hình stress phi sinh học của lúa Oryza sativa: Phân tích quy mô “meta” các dữ liệu transcriptomics

Nguồn; Mahnaz Azad, Masoud Tohidfar, Rahele Ghanbari Moheb Seraj, Mohammad Mehralian, Keyvan Esmaeilzadeh-Salestani. 2024. Identification of responsive genes to multiple abiotic stresses in rice (Oryza sativa): a meta-analysis of transcriptomics data. Sci Rep.; 2024 Apr 1;4(1):5463. doi: 10.1038/s41598-024-54623-7.

Stress phi sinh học làm hạn chế năng suất và phẩm chất hạt gạo, một cây trồng chiến lược của nhiều nước trên thế giới. Trong nghiên cứu này, người ta tiếp cận phương pháp meta-analysis của nhiều dữ liệu microarray khác nhau ở giai đoạn mạ, được hoàn thiện để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều loại hình stress phi sinh học (khô hạn, mặn, lạnh, nóng, kiềm, sắt, nhôm, kim loại năng và thiếu K, P, N) của cây lúa. Phân tích kiểu so sánh giữa các nhóm stress phi sinh học và nhóm đối chứng cho thấy có 561 gen DEGs (differentially expressed genes), trong đó, 422 gen điều tiết kiểu “up” và 139  gen điều tiết kiểu “down”. Phân tích Gene Ontology cho thấy tiến trình của phản ứng cây lúa với stress và stimuli rất phong phú một cách ý nghĩa. Bên cạnh đó, các lộ trình như chu trình biến dưỡng và sinh tổng hợp các chất biến dưỡng thứ cấp được phân lập bởi phân tích KEGG pathway. Phân tích thuật toán WGCNA (weighted correlation network analysis) tìm thấy được 17 mô đun khác biệt nhau có tính chất đồng biểu hiện. Sáu modules gắn liền một cách ý nghĩa với các gen khi cây lúa phản ứng với stress phi sinh học. Cuối cùng, để đánh giá được kết quả của meta-analysis, người ta thấy có 5 gen, bao gồm TIFY9 (JAZ5), RAB16B, ADF3, Os01g0124650, và Os05g0142900 được tuyển chọn để phân tích qRT-PCR. Thành phần biểu hiện của những gen tuyển chọn xác định được kết quả của meta-analysis. Kết quả nghiên cứu này có thể giúp chúng ta du nhập các gen ứng cử viên có lợi cho chương trình kỹ thuật di truyền để tạo ra giống cây trồng mới hoặc tạo ra markers để chọn dòng con lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38561340/

Tổng hợp hệ gen bao gồm haplotype và thực hiện VitExpress, một nền tảng rất mở của transcriptome tương tác trong cây nho

Nguồn: Anis Djari, Guillaume Madignier, Olivia Di Valentin, Thibault Gillet, Pierre Frasse, Amel Djouhri, Guojian Hu, Sebastien Julliard,  Ming Chun Liu, Yang Zhang, Farid Regad, Julien Pirrello, Elie Maza, and Mondher Bouzayen. 2024. Haplotype-resolved genome assembly and implementation of VitExpress, an open interactive transcriptomic platform for grapevine. PNAS; May 28, 2024; 121 (23) e2403750121

Khác với hầu hết loài cây trồng, cây nho Vitis vinifera không thuận lợi nhiều với chọn giống cổ điển, bởi tính chất dị hợp tử của chúng. Đặc biệt, các giống nho trồng chủ lực mà chúng ta thấy hiện nay đã và đang duy trì cùng một phương cách ở nhiều thế kỷ trước; chúng rất nghèo  các tính trạng có khả năng thích nghi với sự thay đổi môi trường canh tác. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và ngoại cảnh bắt buộc phải thay đổi kỹ thuật canh tác nho mà kỹ thuật này yêu cầu  dịch chuyển kiến thức trên cơ sở khái niệm của công cụ genomics hiện đại.

Ở đây, người ta thấy rằng tạo ra những tập họp trong hệ gen các haplotypes giải mã đối với hai giống nho trồng và thiết kế phần mềm VitExpress, một nền tảng transcriptome mang tính chất tương tác rất cởi mở, cung cấp cho việc đệ trình hệ gen (genome browser) và những công cụ “integrated web” phục vụ phổ biểu hiện gen và nghiên cứu tương quan giữa các gen. Nguồn dữ liệu như vậy và các công cụ được dự đoán sẽ thúc đẩy những tiến bộ trong nghiên cứu cây nho.

Haplotype-resolved genome assemblies (tập họp toàn hệ gen nhờ haplotype) được tiến hành trên hai giống nho Chasselas và Ugni Blanc, hai giống nho trồng Vitis vinifera dị hợp tử bằng cách kết hợp chạy trình tự DNA theo phương pháp “high-fidelity long-read” và phương pháp “high‐throughput chromosome conformation capture” (Hi-C). Phủ hoàn toàn từ telomere đến telomere f của các nhiễm sắc thể cho phép chúng ta tập họp lại riêng rẻ hai haplo-genomes của cả hai giống nho này và cho thấy các biến thiên di truyền mang tính chất cấu trúc giữa hai haplotypes đối với từng giống nho. Phân tử mất đoạn/chèn đoạn, đảo đoạn, chuyển đổi vị trí, lập đoạn cho thấy luận điểm khoa học về lịch sử tiến hóa và mối quan hệ bố mẹ trong những giống nho trồng. Tích hợp kết quả “de novo single long-read sequencing” của phân tử transcript isoforms có chiều dài đầy đủ (Iso-Seq) cho kết quả cải tiến rất tốt trong giải thích di truyền hệ gen (genome annotation). Với tính liên tục cao hơn của nó và độ bền của IsoSeq-based annotation, tập họp của Chasselas assembly đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn trở thành hệ gen tham chiếu có thuyết minh di truyền chi tiết đối với cây nho V. vinifera. Tập hợp các nguồn, tác giả phát triển phần mềm VitExpress, một nền tảng mở phản ánh trạng thái transcriptome tương tác, nó cung cấp một genome browser (ngôn ngữ đệ trình genome) và công cụ “integrated web” để tạp ra phổ biểu hiện gen, và một bộ các công cụ thống kê sinh học (StatTools) để xác định các gen có tương quan với nhau chặt chẽ. Thực hiện công cụ có tên “correlation finder” đối với gen MybA1, một regulator chủ lực của lộ trình anthocyanin, người ta xác định được các gen ứng cử viên gắn với biến dưỡng anthocyanin, mà thành phần biến dưỡng này được minh chứng trong thí nghiệm là cách phân biện giữa nho đen và nho trắng. Kết quả và công cụ hiện đại để dò tìm nguồn dữ liệu liên quan đến hệ gen  rất cần để tăng cường các tiến bộ mới trong nhiều lĩnh vực khoa học cây nho.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2403750121

Ảnh hưởng của bả khoai lang lên men trên khả năng tiêu hóa, phẩm chất thịt gà, và hệ vi sinh đường ruột gia cầm của công nghiệp chăn nuôi gà thịt

Nguồn; Ting Yao, Chenyu Wang, Lifen Liang, Xuan Xiang, Hui Zhou, Wentao Zhou, Ruoxin Hou, Tianli Wang, Liuqin He, Shiyu Bin, Yulong Yin, Tiejun Li. 2024. Effects of fermented sweet potato residue on nutrient digestibility, meat quality, and intestinal microbes in broilers.Anim Nutr.; 2024 Mar 28: 17:75-86. doi: 10.1016/j.aninu.2024.03.007. 

Mục tiêu nghiên cứu là tìm xem ảnh hưởng của nhiều thành phần khác nhau trong bả khoai lang lên men khi tiêu hóa (FSPR) hình thành chất bổ sung như một thay thế  cho bắp đối với khả năng tiêu hóa chất dinh dưỡng, phẩm chất thịt gà, và vi sinh vật đường ruột của gà thịt lông vàng. Thí nghiệm 1 (ép ăn: force-feeding) đánh giá được thành phần dinh dưỡng và khả năng tiêu hóa của hợp chất với các thành phần khác nhau của residue khoai lang (70%, 80%, 90%, và 100%) trước và sau lên men. Thí nghiệm 2 (tăng trưởng biến dưỡng), có tổng cộng 420 gà thịt lông vàng một ngày tuổi được  phân bổ ngẫu nhiên thành 4 nhóm rồi cho ăn theo nghiệm thức “bánh đậu nành+bắp” liều lượng 0, 5%, 8%, và 10% FSPR như một substitute đối với bắp. Thí nghiệm force-feeding và metabolic growth được tiến hành vào ngày 9 và ngày 70, theo thứ tự.

Nghiệm thức 70% sweet potato residue (bả khoai lang lên men) cho mức độ cao nhất về protein thô, chất trích ether, và chất xơ; cải tiến khả năng tiêu hóa protein và amino acids (P < 0.05). Mặc dù nghiệm thức dietary FSPR supplementation với các liều lượng khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến tăng trưởng và ruột non, nhưng nó cải thiện được tỷ lệ giết mổ (slaughter rate), tỷ lệ half-chamber, tỷ lệ full clearance, và màu thịt gà, cũng như giảm mất mát khi nấu nướng trong cơ ngựa và cơ đùi gà (P < 0.05). Nghiệm thức dietary supplementation với 8% và 10% FSPR làm tăng serum immunoglobulin M và tăng mức độ immunoglobulin G của gà thịt (P < 0.05). Hơn nữa, 10% FSPR tăng (Shannon index) và Ruminococcaceae_UCG-014, Ruminococcaceae_UCG-010 và rất nhiều Romboutsia. Kết quả làm giảm sự phong phú của Sutterella và Megamonas  (P < 0.05). Phân tích tương quan Spearman cho thấy màu thịt gà tương quan thuận với Ruminococcaceae_UCG-014 (P < 0.05); tương quan nghịch với Megamonas (P < 0.05). Như vậy, 70% bả khoai lang (sau lên men) có giá trị dinh dưỡng cao nhất và khả năng tiêu hóa cao nhất. Nghiệm thức thay thể dinh dưỡng với 8% đến 10% FSPR là một substitute cho bắp, có thể cải thiện được  hiệu suất giết mổ, phẩm chất thịt gà, cộng đồng vi sinh đường ruột gà thịt. Kết quả cho thấy FSPR có khả năng được áp dụng như một substitute đối với nguồn thức ăn bắp-bánh đậu nànhh nhằm cải thiện phẩm chất thịt gà và sức khỏe đường ruột của chăn nuôi gà thịt

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38737580/

GWAS mô phỏng tính trạng phẩm chất hạt gạo biểu hiện bên ngoài

Nguồn: Supriya Sachdeva, Rakesh Singh, Avantika Maurya, Vikas Kumar Singh, Uma Maheshwar Singh, Arvind Kumar, Gyanendra Pratap Singh. 2024. Multi-model genome-wide association studies for appearance quality in rice. Front Plant Sci.; 2024 Jan 11: 14:1304388. doi: 10.3389/fpls.2023.1304388. 

Cải tiến phẩm chất tính trạng biểu hiện bên ngoài của hạt gạo rất quan trọng quyết định sự chấp nhận của thị trường. Dò tìm các gen có liên quan đến tính trạng phẩm chất ấy đã và đang được thực hiện nhằm phát triển phương pháp chọn giống hiệu quả trong cây lúa. Theo thí nghiệm này, có hai SL-GWAS (CMLM và MLM), ba ML-GWAS (FASTmrEMMA, mrMLM, và FASTmrMLM) genome-wide association studies được thực hiện trong một subset của 3K-RGP bao gồm 198 mẫu giống lúa với 553.831 chỉ thị phân tử SNP. Có tổng cộng 594 SNP markers được xác định theo mô phỏng tóa “mixed linear model” đối với các tính trạng phẩm chất hạt. Bên cạnh đó, người ta tìm thấy 70 quantitative trait nucleotides (QTNs) thông qua kết quả ML-GWAS chúng rất gắn kết với tính trạng mùi thơm của hạt (AR), tỷ lệ gạo nguyên (HRR: head rice recovery), và tỷ lệ gạo bạc bụng (PGC, %). Có 39 QTNs được xác định thông qua single- and multi-locus GWAS. Trong số 39 QTNs có liên quan, người ta tìm ra 20 QTNs mới được phân lập từ ba tính trạng liên quan đến phẩm chất hạt. Theo giải trình di truyền (annotation) và kết quả trước đây, có 4 gen ứng cử viên (LOC_Os01g66110, LOC_Os01g66140, LOC_Os07g44910, và LOC_Os02g14120) được tìm thấy  có ảnh hưởng đến tính trạng mùi thơm AR, tỷ lệ gạo nguyên HRR (%), và tỷ lệ gạo bạc bụng PGC (%), tất cả có thể sử dụng trong chọn tạo giống lúa cao sản phẩm chất gạo tốt.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38273959/

GWAS đối với tính trạng phẩm chất hạt gạo của các mẫu giống lúa trong tập đoàn. Giản đồ Manhattan và Quantile-Quantile dẫn xuất thông qua mrMLM, FASTmrMLM, và FASTmeEMMA mô tả sự phân bố của QTNs trên 12 nhiễm sắc thể cây lúa đối với mùi thơm hạt gạo (AR), tỷ lệ gạo nguyên HRR (%), phần trăm hạt bạc bụng PGC (%). Các chấm màu hồng là những QTNs trên bản đồ di truyền qua nhiều hơn một phương pháp GWAS, trong khi đó, tất cả QTNs xác định bởi một phương pháp biểu thị bằng màu nhạt hơn bên trên đường thẳng màu xám. Các gen được biết quanh những QTNs được đánh dấu màu đỏ, gen ứng cử viê giả định xung quanh QTNs được đánh dấu màu xanh blue đậm.