Đa dạng di truyền, kiểu thụ tinh và đặc điểm phát sinh bệnh của hai loài Phytophthora tấn công cây tiêu tại Ấn Độ

Nguồn: Fathimath Zumaila, A Jeevalatha, C N Biju. 2024. Genetic diversity, mating type and pathogenicity of two Phytophthora species infecting black pepper in India. 3 Biotech.; 2024 Jan; 14(1):1. doi: 10.1007/s13205-023-03843-1. 

Phytophthora capsici và  P. tropicalis là hai loài vi nấm thuộc chi Phytophthora gây ra bệnh chết nahnh, thối rễ (foot rot) của cây hồ tiêu tại Ấn Độ. Tính chất đa dạng di truyền của các loài thuộc chi nấm Phytophthora đã góp phần cho độ mở rộng các ký chủ của chúng và tạo ra kết quả biến dị di truyền lớn xét theo góc độ độc tính của nấm. Người ta tiến hành nghiên cứu đa dạng di truyền của loài Phytophthora tấn công cây tiêu thông qua phân tích RAMS (Random Amplified Microsatellites) và REP (Repetitive Extragenic Palindromic)-PCR fingerprinting. Có 48 mẫu phân lập, bao gồm 24 mẫu P. capsici và 24 mẫu P. tropicalis được thu thập từ các bang trồng hồ tiêu chủ lực như Karnataka, Kerala, Tamil Nadu và Goa, được sử dụng trong nghiên cứu. Kết quả cho thấy có tất cả 160 loci mà trong đó 150 loci (93.75%) biểu hiện đa hình. Kết quả phân tích UPGMA cluster và PCoA trên cơ sở kết hợp số liệu RAMS với REP-PCR đã phân nhóm các mẫu phân lập của P. capsici và P. tropicalis thành hai clusters di truyền, với 4 sub-clusters viz., I & II (P. capsici) và III & IV (P. tropicalis). Kết quả chỉ ra rằng tất cả những mẫu phân lập này có bản chất di truyền riêng biệt (unique) và quần thể chung biểu hiện tính chất dị hợp tử. Những cặp mồi REP-PCR cho biết loci nào có tính đa hình rõ hơn so với cặp mồi của RAMS. Mười sáu mẫu phân lập được tuyển chọn để phân tích hình thái học và cách thức nhiễm bệnh của nấm trong điều kiện in-vitro. Mẫu phân lập như vậy biểu hiện nhiều hình thái “colony” khác nhau, các dạng bào tử khác nhau và thuộc về kiểu giao phối A1. Dưới điều kiện, 16 mẫu phân lập Phytophthora có thể xâm nhiễm bệnh cây nhục đậu khấu (nutmeg), cà chua, ớt, bí đỏ, dưa leo. Một vào mẫu phân lập có thể xâm nhiễm bệnh trên cây thảo quả (cardamom). Không có mẫu phân lập nào tấn công cây dừa, cau và vanilla.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38050620/

Đa dạng hệ metabolome của tiêu đen và tiêu trắng phản ứng với kỹ thuật hấp vô trùng, thông qua xét nghiệm “MS và NMR-based metabolomics”, tương quan đến tác dụng kháng khuẩn trực tiếp và từ xa, chống lại vi nấm tấn công thực phẩm

Nguồn: Mostafa H Baky, Islam M Kamal, Ludger A Wessjohann, Mohamed A Farag. 2024. Assessment of metabolome diversity in black and white pepper in response to autoclaving using MS- and NMR-based metabolomics and in relation to its remote and direct antimicrobial effects against food-borne pathogens. RSC Adv.; 2024 Apr 3; 14(15):10799-10813. doi: 10.1039/d4ra00100a. 

Piper nigrum L. (hạt tiêu trắng và hạt tiêu đen) là một trong những gia vị ẩm thực phổ biến nhất của thế giới. Nghiên cứu nhằm  phân tích hệ thống chuyển hóa biến dưỡng (metabolome) của tiêu thông qua ¹H-NMR nhắm đến chất chuyển hóa biến dưỡng sơ cấp và thứ cấp của hồ tiêu. 18 chất biến dưỡng được phân lập trong piperine của hạt tiêu đen là 20.2 μg mg^-1 và hạt tiêu trắng là 23.9 μg mg^-1. Phổ biểu hiện mùi thơm (aroma profiling) thông qua HS-SPME song hành với phân tích GC-MS trong điều kiện xử lý nồi hấp (autoclave treatment) dẫn đến kết quả tìm ra được 52 chất hơi (volatiles) với độ phong phú cao của β-caryophyllene ở mức độ 82% trong hạt tiêu đen và 59% trong hạt tiêu trắng. Hấp vô trùng hạt tiêu đen và hạt tiêu trắng cho thấy có sự cải tiến của mùi thơm hạt tiêu, biểu hiện thông qua sự tăng lên của hợp chất có tính chất “oxygenated”. Hoạt tính kháng vi khuẩn từ xa in vitro đối với vi khuẩn Gram-dương và vi khuẩn Gram-âm trong thực phẩm  cho thấy hoạt tính kháng cao nhất với con vi khuẩn P. aeruginosa (VP-MIC 16.4 và 12.9 mg mL^-1) và có ảnh hưởng trực tiếp với vi khuẩn Enterobacter cloacae ở ca. 11.6 mg mL^-1 trong cả hạt tiêu trắng và hạt tiêu đen.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10989240/

“Fine mapping” gen FwS1 kháng bệnh “Fusarium wilt” của đậu Hà Lan

Nguồn: Dong Deng, Suli Sun, Wenqi Wu, Canxing Duan, Xuehong Wu & Zhendong Zhu. 2024. Fine mapping and identification of a Fusarium wilt resistance gene FwS1 in pea. Theoretical and Applied Genetics; July 2024; vol.137; article 171

Triệu chứng của bệnh Pea Fusarium Wilt trên cây đậu Hà Lan.

Gen kháng bệnh héo dây (Fusarium wilt) trên cây đậu hà Lan là FwS1 định vị trên nhiễm sắc thể 6 được người ta phân lập thành công và lập bản đồ trên đoạn phân tử có kích thước 91.4 kb  thông qua phương pháp genomics hoàn toàn. Gen Psat6g003960 mang NB-ARC domain được xác định là gen ứng cử viên giả định.

“Pea Fusarium wilt”, do nấm Fusarium oxysporum f. sp. pisi (Fop) gây ra, luôn là căn bệnh tàn khốc làm thiệt hại năng suất đáng kể và gây tổn thất về kinh tế của vùng canh tác cây đậu Hà Lan trên thế giới. Sử dụng giống kháng là phương pháp tiếp cận hiệu quả nhất để quản lý bệnh này. Để “fine-map” gen này, người ta sử dụng con lai quần thể F₂ của cặp lai giữa giống Shijiadacaiwan 1 (kháng) và giống Y4 (nhiễm). Kết quả phân tích di truyền tính kháng cho thấy tính kháng với nấm Fop trong giống đậu Shijiadacaiwan 1 được điều khiển bởi một gen trội,  FwS1. Trên cơ sở kết quả phân tích trình tự của BSA (bulked segregant analysis), gen đích FwS1 được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 6 (i.e., LG II, chr6LG2). Kết quả “linkage mapping” với 589 cá thể F₂  cho phép người ta  tiến hành “fine-mapped” gen FwS1 trên đoạn phân tử có độ lớn 91.4 kb. Phân tích chức năng có chú thích di truyền (annotation và phân tích haplotype) xác định được gen Psat6g003960, được định tính bởi domain của protein NB-ARC (nucleotide-binding adaptor shared by APAF-1, R proteins, and CED-4), gen này được xem như gen ứng cử viên đáng giá nhất. Chuỗi amino acid do gen mã hóa bị thay đổ ở nối “T/C” single-nucleotide polymorphism (SNP) trong phân tử exon đầu tiên của gen Psat6g003960, và trên cơ sở locus SNP, chỉ thị phân tử A016180 được xác định  là một “diagnostic marker” tin cậy đối với gen FwS1 bởi kết quả minh chứng tính chuyên biệt của nó trong cả 2 mẫu giống đậu Hà Lan và quần thể di truyền với nhiều nền tảng di truyền khác nhau. Gen FwS1 này với chỉ thị chẩn đoán KASP là A016180 có thể giúp nhà chọn giống tiến hành MAS (marker-assisted selection) để cải tiến giống đậu Hà Lan kháng bệnh héo dây. Hơn nữa, so sánh gen ứng cử viên Psat6g003960 trong giống 74SN3B và SJ1 cho thấy trình tự giống nhau. Như vậy giống 74SN3B mang gen ứng cử viên đối với FwS1, gợi ra rằng FwS1 và Fwf có thể liên kết rất chặt với nhau  hoặc là một gen kháng giống nhau chống bệnh “Fusarium wilt”.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04682-1

Gen OsLRR-RLP2 điều tiết khả năng miễn dịch đối với nấm  Magnaporthe oryzae trong giống lúa thuộc loại hình japonia

Nguồn: Hyo-Jeong Kim, Jeong Woo Jang, Thuy Pham, Van Tuyet, Ji-Hyun Kim, Chan Woo Park, Yun-Shil Gho, Eui-Jung Kim, Soon-Wook Kwon, Jong-Seong Jeon, Sun Tae Kim, Ki-Hong Jung, Yu-Jin Kim. 2024. OsLRR-RLP2 Gene Regulates Immunity to Magnaporthe oryzae in Japonica Rice. Int J Mol Sci.; 2024 Feb 12; 25(4):2216. doi: 10.3390/ijms25042216.

Lúa là loài mễ cốc quan trọng trên thế giới, lúa bị ảnh hưởng bởi nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae. Khi biến đổi khí hậy diễn ra, sự đa dạng của pathogens cũng tăng, gen kháng bệnh (R genes) trong cây phải được xác định. Gen kháng chủ lực bệnh đạo ôn của cây lúa phần lớn được xác định trong loại hình cây lúa indica; do đó,  loại hình cây lúa japonica có R genes hiện nay cần được phân lập rõ ràng. Bởi vì, protein có domain leucine-rich repeat (LRR) biểu thị các đặc điểm của gen R, người ta đã vận dụng cả phương pháp tin sinh học để xác định được những protein đón vai trò thụ thể (receptor-like) với LRR domain ứng cử viên của cây lúa (OsLRR-RLPs). Gen OsLRR-RLP2, có 6 LRR domains, cho thấy sự khác biệt trong chuỗi trình tự DNA, bao gồm 43 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) trong quần thể phụ indica và japonica. Kết quả phân tích chủng nấm M. oryzae cho thấy giống lúa thuộc loại hình  indica với mất đoạn từng phần của gen OsLRR-RLP2 biểu hiện nhiễm bệnh, trong khi, giống lúa loại hình japonica  với gen nguyên vẹn OsLRR-RLP2 biểu hiện kháng bệnh. Đột biến oslrr-rlp2, được phát sinh thông qua chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR-Cas9, biểu hiện sự nhiễm bệnh tăng lên, trong khi đó, cây lúa nào có biểu hiện mạnh mẽ gen này biểu hiện tính kháng pathogen. Kết quả cho thấy gen OsLRR-RLP2 có ảnh hưởng đến tính kháng bệnh của cây lúa, và OsLRR-RLP2 có thể rất hữu ích cho cải tiến giống lúa cao sản kháng đạo ôn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38396893/

Xác định đơn bội thể trong cây bắp

Nguồn: Abil Dermail, Mariah Mitchell, Tyler Foster, Mercy Fakude, Yu-Ru Chen, Khundej Suriharn, Ursula Karolina Frei, Thomas Lübberstedt. 2024. Haploid identification in maize. Front Plant Sci.; 2024 Apr 19: 15:1378421. doi: 10.3389/fpls.2024.1378421. 

Dòng đơn bội kép DH (doubled haploid) được sản xuất thông qua phương pháp “in vivo maternal haploid induction” (kích thích đơn bội từ dòng mẹ) được phổ biến rộng khắp trong các chương trình cải tiến giống bắp. Quy trình sản xuất dòng bắp đơn bội kép DH bao gốm 4 bước: in vivo maternal haploid induction (kích thích đơn bội từ mẹ), xác định haploid, doubling hệ gen đơn bội, tự thụ dòng đơn bội kép. Vì “haploid inducers” hiện đại vẫn còn sản sinh ra tương đối cây haploids khá ít trong “hybrid kernels” không mong muốn, do vậy, việc xác định haploid tốn rất nhiều công sức, chí phí và mất nhiều thời gian, làm cho bước thứ hai này trở nên quan trong trong kỹ thuật tạo ra đơn bội kép. Tổng quan này chọn lọc từ nhiều phương pháp khác nhau để xác định được haploid  từ nhiều cách tiếp cận bao gồm khác biệt bẩm sinh của haploids và diploids, những biomarkers tích hợp được các “haploid inducers”, và phân loại hạt một cách tự động. Sự phân hóa kiểu hình, cơ sở di truyền, những ưu điểm, và hạn chế của mỗi hệ thống biomarker như vậy được tóm tắt rõ ràng. Nhiều phương pháp phân loại hạt tự động từ các nhóm nghiên cứu cũng được thảo luận trong bài tổng quan này, liên quan đến nền tảng hoặc công cụ được sử dụng, thời gian phân loại, độ chính xác, thuận lợi, hạn chế, và những thách thức gì trước khi người ta thương mại hóa sản phẩm như vậy. Việc chọn lựa cây đôn bội trước đây dựa vào hệ thống marker có tính chất phân biệt với chìa khóa là mức độ hiệu quả. Việc chọn lực cây đơn bội hiện nay là áp dụng được  nhiều hệ thống biomarker đáng tin cậy với chìa khóa dẫn đến hiệu quả trong khi tìm kiếm khả năng tự động hóa. Phân loại đơn bội “high-throughput” hoàn toàn tự động sẽ là triển vọng trong tương lai gần  với chìa khóa dẫn đến kết quả vững chãi (robustness) với mức độ chính xác khả thi, duy trì lâu. Hệ thống có thể đáp ứng được ba hạn chế chính (thời gian, lực lượng lao động và ngân sách); quy mô phân loại sẽ là lựa chọn tốt nhất.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38708398/

Hình: Áp dụng nhiều phương pháp khác nhau trong phân lập đơn bội thể của cây bắp.