Bản đồ di truyền locus mới Ra điều khiển tính kháng bệnh siêu vi A trên khoai tây (Solanum tuberosum L.)

Nguồn: Wei Huang, Jie Zheng, Bihua Nie, Jiana Li, Ruhao Chen, Xianzhou Nie, Zhen Tu, Kyle Gardner, Jiaru Chen, Manhua Yang, Jingcai Li, Jianke Dong, Hui Ma & Botao Song. 2024. Mapping of a novel locus Ra conferring extreme resistance against potato virus A in cultivated potato (Solanum tuberosum L.). Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol.137; article 198

Gen Ra cực kháng “potato virus A” được người ta lập bản đồ di truyền trên nhiễm sắc thể 4 của hệ gen khoai tây.

Potato virus A (PVA) là một trong những siêu vi chính ảnh hưởng nghiêm trọng đến canh tác khoai tây trên toàn thế giới, có thể gây ra triệu chứng bệnh nặng, mất năng suất. Trước đây, người ta ta đã xác định giống khoai tây Barbara mang gen kháng Ry_sto (kiểu gen: Ryryryry) và gen Ra (kiểu gen: Rararara); chúng điều khiển tính kháng một cách độc lập với kiểu kháng cực mạnh (extreme resistance) đối với PVA. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm khai thác sự kết hợp của NGS (next-generation sequencing) và BSA (bulked-segregant analysis). Người ta định vị đượcgen mới Ra trên nhiễm sắc thể 4 thông qua sử dụng nguồn vật liệu “quần thể con lai khoai tây tứ bội BC₁^” dẫn xuất từ dòng con “Ry-free” (Rararararyryryry) của giống khoai tây Barbara (RarararaRyryryry) × F58050 (rararararyryryry). Sử dụng 29 chỉ thị phân tử InDels (insertion–deletion) quyet1 trên nhiễm sắc thể 4, gen Ra nằm trong quãng giữa 2 chỉ thị InDel liên kết gần nhất là M8-83 và M10-8, khoảng cách di truyền là 1,46 cM, tương ứng với vùng có kích thước phân tử 1,86-Mb trong hệ gen tham chiếu khoai tây DM. Chỉ thị InDel này là M10-8, liên kết chặt chẽ với tính kháng bệnh siêu vi A (PVA) của quần thể con lai phân ly gen “Ry-free”, được thanh lọc sau đó để xe xét 43 dòng vô tính khoai tây tứ bội mang gen Ry_sto-free. Kiểu hình đối với bệnh PVA tương quan có ý nghĩa với marker, mặc dù có dương tính giả là 9,3% và tỷ lệ âm tính giả là 14,0%. Kết quả này rất quan trọng phục vụ dòng hóa gen Ra và khai thác chọn giống nhờ chỉ thị phân tử để có giống khoai tây kháng bệnh PVA.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04705-x

Hình dạng chồi mầm quyết định quá trình chuyển đổi “chồi thân-căn hành”của loài lúa hoang đa niên châu Phi Oryza longistaminata

Nguồn: Kai Wang, Yufei Lu, Suwen Jing, Ru Yang, Xianjie Xu, Yourong Fan & Jiangyi Yang. 2024. Bud shapes dictate tiller–rhizome transition in African perennial rice (Oryza longistaminata). Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol. 137; article 194

Việc hình thành “rhizome” (rễ ngầm, căn hành) của loài lúa hoang Oryza longistaminata tùy thuộc vào “bud shape” (hình dạng chồi mầm). Các loci qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3 điều khiển sự hình thành rhizome có chức năng khá phong phú trong nền di truyền của Oryza longistaminata .

Căn hành (rhizome), thân ngầm mọc dưới đất như rễ, là cơ quan rất quan trọng đối với cỏ Hòa thảo để thực hiện đặc điểm tăng trưởng kiểu đa niên. Loài lúa hoang Oryza longistaminata, là loài hoang dại có tính chất “rhizomatous” (tạo ra căn hành) thuộc chi Oryza, có cùng hệ gen AA với loài lúa trồng AA. Đây là loài lúa hoang có nguồn di truyền quan trọng để phát triển cây lúa đa niên. Kết quả nghiên cứu cho thấy: sự hình thành rhizome của loài lúa O. longistaminata tùy thuộc vào dạng hình của chồi mầm (bud shape). Đó là kiểu hình “dome- like axillary bud” (dome bud) thường mọc xuyên qua bẹ lá, rồi phát triển thành rhizome (phân nhánh kiểu extravaginal), nhưng flat axillary bud (chồi nách phẳng: flat bud) được bao lại bởi bẹ lá lúa chỉ phát triển thành chồi thân (phân nhánh kiểu intravaginal). Những loci di truyền (QTL) điểu khiển tính trạng “bud shape” (BS) được lập bản đồ thông qua đánh giá kiểu gen quần thể con lai (F₂) từ cặp lai O. longistaminata với giống lúa Balilla (Oryza sativa); rồi thực hiện phương pháp “selective genotyping mapping” trên quần thể con lai BC₁F₂ của hồi giao F₁ với Balilla. Có tất cả 12 loci được xác định, bao gồm bốn QTL có ảnh hưởng chính: qBS2, qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3, hệ thống di truyền của 12 loci này được lập nên để nghiên cứu. Kiểu hình “dome bud” mất khả năng phát triển ra “rhizome” với sự gia tăng trong các thế hệ hồi giao theo nền tảng di truyền của giống Balilla. Xem xét sự mất nhanh “rhizome” trong nền tảng di truyền của Balilla, người ta làm ra quần thể gần như đẳng gen (NILs: near-isogenic lines) trên nền tảng di truyền của O. longistaminata, để xác định ảnh hưởng của những loci chủ yếu. Theo quần thể con lai BC₃F₂, BC₄F₂ và BC₅F₂ của nền tảng di truyền O. longistaminata, có nhiều gen chức năng được tìm thấy xung quanh qBS3.1, qBS3.2 và qBS3.3. Kết quả này cung cấp cách nhìn mới để phân tích cơ sở di truyền của đặc điểm cây đa niên (perenniality) và đặt nền móng cho thực hiện “fine mapping” cũng như minh chứng các gen có liên quan.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04699-6

Dự đoán tính kháng, tính độc, và tương tác giữa ký chủ-ký sinh, thông qua mô phỏng “dual-genome prediction”

Nguồn: Owen Hudson, Marcio F. R. Resende Jr., Charlie Messina, James Holland & Jeremy Brawner. 2024. Prediction of resistance, virulence, and host-by-pathogen interactions using dual-genome prediction models. Theoretical and Applied Genetics; August 2024; vol.137; article 196

Hình: Bệnh “Fusarium kernel rot” của bắp.

Tích hợp các số liệu thanh lọc bệnh và số liệu “genomic” đối với cây chủ và ký sinh theo mô phỏng toán dự báo sẽ cung cấp cho nhà chọn giống, nhà bệnh cây học  một khuôn khổ thống nhất để phát triển tính kháng bệnh.

Phát triển tính kháng bệnh trong giống cây trồng bao gồm phát triển quần thể con lai đối với một chủng nòi nào đó có độc tính cao của pathogen gây bệnh cho cây. Trong khi xem xét tính chất đa dạng của pathogens trong các thí nghiệm, người ta sẽ mong muốn phát triển tính kháng bệnh phổ rộng và bền vững, nó phức tạp về mặt logic và chưa phổ biến được; cũng như hạn chế về khả năng của chúng ta trong thực hiện nhiệm vụ kép mô phỏng dự đoán genome của “host-by-pathogen”. Cơ sở dữ liệu của một hệ thống sàng lọc bệnh có tính chất thay thế luôn có những thách thức đối với quần thể giống bắp ngọt vì hệ thống các mẫu phân lập của  pathogen rất đa dạng để có thể chứng minh được những thay đổi trong thông số di truyền do dự đoán mà kết quả dự đoán như vậy từ cơ sở dữ liệu “genomics” – cung cấp sự kết nối quả phương pháp điều trị thử nghiệm, còn quá mỏng. Có sự quá dư thừa của số liệu “phương sai di truyền” (genetic variance) khi ước tính mẫu phân lập có liên quan được gộp trong mô phỏng toán dự báo này, mà mô phỏng ấy được kiểm chứng khi tương tác ký chủ và ký sinh tác động gây ảnh hưởng  đến mô phỏng toán. Mô phỏng đầy đủ như vậy bao gồm ma trận “genomic similarity” của cây chủ, pathogen, và ảnh hưởng tương tác; kết quả cho thấy biến thiên kiểu hình xét theo kích thước vết bệnh có thể quy cho cây chủ, pathogen, và ảnh hưởng tương tác; mọi kết quả đều giống như vậy. Ước tính mức độ ổn định trong dự đoán kích cỡ vết bệnh trên giống cây trồng với nhiễu mẫu phân lập patogen khác nhau và tính chất ổn định của isolates được sử dụng để chủng bệnh trên nhiều cây chủ khác nhau; đều cho kết quả y chang. Trong hệ thống phát sinh bệnh, thông số di truyền được ước đoan cho thấy cây chủ, pathogen, tương tác giữa cây chủ và ký sinh được dự đoán có thể được nhà chọn giống sử dụng để xác định được giống kháng thật sự với độc tính mang tính đặc thù nào đó và hướng dẫn cách thức khai thác nguồn vật liệu bố mẹ đối với quần thể pathogen  nơi mà chúng sẽ tỏ ra hiệu quả vô cùng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04698-7

AcMYB266, một regulator chủ lực của tính trạng màu sắc vỏ trái dứa: tình huống “chức năng phụ” của gen lặp đoạn có tính chất luân phiên

Nguồn: Wei Zhang, Jing Wu, Junhu He, Chaoyang Liu, Wen Yi, Jingyao Xie, Ya Wu, Tao Xie, Jun Ma, Ziqin Zhong, Mingzhe Yang, Chengjie Chen, Aiping Luan2, and Yehua He. 2024. AcMYB266, a key regulator of the red coloration in pineapple peel: a case of subfunctionalization in tandem duplicated genes. Horticulture Research; 2024, 11: uhae116; https://doi.org/10.1093/hr/uhae116

Vỏ trái dứa màu đỏ là một tính trạng hấp dẫn xét theo mục tiêu chọn tạo giống dứa mới. Quá nhiều mẫu giống dứa có tính trạng màu vỏ trái khác biệt nhau hiện hữu trong thực tiễn; tuy nhiên, cơ chế phân tử chính xác liên quan đến nội dung này chưa được người ta biết rõ, cái gì cản trỡ quá trình cải tiến giống dứa từ nội dung kết hợp dứa chất lượng cao có vỏ trái màu đỏ. Trong nghiên cứu này, người ta tiến hành định tính một yếu tố phiên mã (TF) có tên AcMYB266, proytein này ưu tiên biểu hiện trên vỏ trái dứa và điều tiết tích cực sự tích tụ anthocyanin. Các loài cây chuyển gen (transgenic) như dứa, Arabidopsis, thuốc lá biểu hiện mạnh mẽ AcMYB266 đều có hàm lượng anthocyanin tích tụ đáng kể. Trái lại, loài transient làm câm gen đích dẫn đến kết quả giảm nghiêm trọng hàm lượng anthocyanin đặc biệt trong “red bracts” của cây dứa (lá bắc màu đỏ). Theo kết quả nghiên cứu sâu hơn, biến thể của chuỗi trình tự AcMYB266 tại vị trí promoter, thay vì vùng mang mật mã di truyền (ORF) hầu như đóng góp rất lớn vào sự khác biệt  của màu đỏ trên vỏ trái  của 3 giống dứa trồng điển hình. Bên cạnh đó, người ta tìm thấy AcMYB266 định vị tại vùng “gene cluster” tập họp 4 gen MYBs chỉ dành riêng và có tính bảo tồn cho các loài của chi Ananas. Trong gene cluster như vậy, mỗi gen đều biểu thị chức năng điều hòa sinh tổng hợp anthocyanin ở các mô khác nhau trong cây dứa, minh họa một trường hợp hết sức thú vị về chức năng phụ của gen với thuật ngữ “gene subfunctionalization” sau mỗi lần lặp đoạn tuần tự (tandem duplication). Người ta đã định tính được AcMYB266 là mộ regulator củ yếu của vỏ trái dứa màu đỏ  và xác định được “MYB cluster” mà thành viên của chùm gen nàycó chức năng phụ để điều tiết một cách linh hoạt màu đỏ của nhiều mô dứa khác nhau. Nghiên cứu này sẽ hỗ trợ cho việc xây dự luận điểm về cơ chế chọn tạo giống dứa có vỏ trái màu đỏ va cung cấp một trường hợp vô cùng thú vị về chức năng phụ của gen trong cây trồng.

Xem https://academic.oup.com/hr/article/11/6/uhae116/7658420?login=false

Hình: AcMYB266 ưu tiên biểu hiện ở vỏ trái dứa. (A) Biểu hiện từng phần của yếu tố phiên mã 89 R2R3–MYB tại các mô dứa khác nhau. Giá trị FPKM của gen theo thang điểm từ 0 đến 1. Màu đỏ biểu trưng cho mức độ thể hiện gen cao. (B) RT–qPCR minh chứng cho sự biệu hiện gen AcMYB266 tại các mô khác nhau. Sai số biểu thị bằng thanh ngang (tính theo độ lệch chuẩn) lấy từ số liệu 3 lần nhắc lại. Khác biệt có ý nghĩa (P < 0.05, t-test) biểu hiện bằng chữ trên mỗi cột. (C) “Bubble plot: cho thấy mức độ biểu hiện gen AcMYB266 tại các mô khác nhau của ‘SW’. Vòng tròn có kích thước lớn hơn chỉ ra mức độ biểu hiện cao hơn khi các dấu chéo nằm trong vòng tròn chỉ ra mức độ biểu hiện không thể tìm thấy.