Thực hiện “fine mapping” gen ERF017 mã hóa yếu tố phiên mã ERF đối với tính trạng chống chịu lạnh của bí đỏ

Nguồn: Yarong Liao,  Xiaoying Liu,  Na Xu, Guangling Chen, Xinhui Qiao, Qinsheng Gu, Yu Wang & Jin Sun. 2024. Fine mapping and identification of ERF transcription factor ERF017 as a candidate gene for cold tolerance in pumpkin. Theoretical and Applied Genetics; September 25 2014; vol.137; article 230

Hai QTLs chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu lạnh của bí đỏ được xác định. Gen CmoERF017 được phân lập là gen ứng cử viên then chốt trong những QTLs này thông qua kết quả chạy RNA-seq. Phân tích chức năng gen cho thấy gen CmoERF017 là một regulator tích cực của cây bí đỏ khi phản ứng với stress lạnh.

Nhiệt độ lạnh là yếu tố ngoại cảnh chính ảnh hưởng đến canh tác dưa leo (Cucumis sativus L.) vào mùa đông, tính trạng chống chịu lạnh của dưa leo tháp trên bí đỏ tùy thuộc vào nguồn vật liệu gốc tháp (rootstock). Bí đỏ (Cucurbita spp.) đã và đang có một hệ thống rễ rất khỏe, kháng mạnh và thích nghi rộng, thường được dùng làm gốc ghép cho cây dưa leo để cải thiện tính chống chịu lạnh  của cây ghép còn non. Nghiên cứu đã sử dụng hai dòng tổ tiên cận giao của Cucurbita moschata với khác biệt nahu đáng kể về phản ứng với lạnh. Người ta xác định được các gen ứng cử viên chính trong những QTL chống chịu lạnh của cây gốc ghép thông qua kết quả chạy QTL-seq và RNA-seq; người ta nghiên cứu chức năng và cơ chế phân tử của những gen này khi phản ứng với stress do nhiệt độ thấp. Kết quả chạy QTL-seq cho thấy gen đích định vị tại hai QTLs chống lạnh, qCII-1 và qCII-2, trong khi kết quả chạy RNA-seq cho thấy gen đích định vị trong 28 gen DEGs (differentially expressed genes) ở tại những QTLs này. Gen CmoERF017 được xác định là một gen ứng cử viên chủ chốt. Kết quả minh chứng gen có chức năng chỉ ra rằng CmoERF017 là một regulator tích cực của cây bí đỏ khi phản ứng với nhiệt độ lạnh và ảnh hưởng đến tổng hợp ABA của rễ, truyền tín hiệu nhờ điều tiết sự biểu hiện của gen SDR7 và ABI5. Nghiên cứu đã xác định thành công một gen chủ chốt quy định chống chịu stress nhiệt độ lạnh của giống bí đỏ làm gốc ghép và làm rõ vai trò của nó trong cơ chế phân tửcủa tính chống chịu lạnh trên cơ sở hormone thực vật. Phát hiện này làm giàu thêm lý luận di truyền về tính trạng chống chịu stress lạnh của bí đỏ, rất có giá trị trong chọn tạo giống mới chịu lạnh làm gốc ghép.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04720-y

Phân tích hệ gen đậu phụng đối với họ gen Trehalose-6-Phosphate Phosphatase và phổ biểu hiện các gen thành viên khi phản ứng với stress phi sinh học

Nguồn: Yue Liu, Xin Wang, Lei Ouyang, Ruonan Yao, Zhihui Wang, Yanping Kang, Liying Yan, Yuning Chen, Dongxin Huai, Qianqian Wang, Huifang Jiang, Yong Lei, Boshou Liao. 2024. Genome-Wide Analysis of Trehalose-6-Phosphate Phosphatase Gene Family and Their Expression Profiles in Response to Abiotic Stress in Groundnut. Plants (Basel); 2024 Apr 9; 13(8):1056. doi: 10.3390/plants13081056.

Trehalose-6-phosphate phosphatase (TPP) là enzyme chủ chốt trong sinh tổng hợp trehalose – vật liệu có chức năng vô cùng thiết yếu trong phát triển thực vật và trong phản ứng với stress phi sinh học. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về TPPs tronng cây đậu phụng. Theo nghiên cứu này, có tất cả 16 gen AhTPP được phân lập thành công, chúng có thể chia thành 3 subgroups trong di truyền huyết thống. Các thành viên AhTPP trong cùng subgroup này thường biểu hiện cấu trúc giống nhau về exon-intron và những motifs bảo tồn. Phân tích “collinearity” của gen cho thấy sự lặp đoạn các phân tử là yếu tố đầu tiên dẵn đường cho sự phát triển họ gen AhTPP. Phân tích vùng upstream của đoạn promoter gen AhTPPs cho thấy có 8 cis-elements về hormone và 4 cis-elements về phản ứng với stress . Phân tích transcriptomic cho thấy mức độ biểu hiện rất cao của các gen AhTPP có trong rễ hoặc bông đậu phụng, trong khi đó, kết quả chạy RT-qPCR cho thấy điều tiết gen kiểu “up” của 6 gen trắc nghiệm trong điều kiện xử lý stress phi sinh học, như vậy, AhTPPs có vai trò tăng trưởng, phát triển, và phản ứng với nhiều stress phi sinh học. Phân tích định vị tế bào cho thấy AhTPP1A và AhTPP5A dường như định vị cả trong cytoplasm và trong nhân. Để xác định sâu sắc hơn chức năng của chúng, gen AhTPP1A và AhTPP5A được tích hợp từng gen vào “yeast expression vectors”. Những thí nghiệm tiếp sau đó chứng minh được rằng biểu hiện mạnh mẽ trong “yeast cells” của những gen như vậy góp phần làm tăng tính chống chịu với  stress khô hạn và mặn trong nhóm đối chứng Kết quả không chỉ đặt nền tảng lý luận cho nghiên cứu sâu hơn chức năng của gen AhTPP, mà còn sẽ cung cấp nguồn gen quý giá để cải tiến tính chống chịu stress phi sinh học của đậu phụng và loài cây trồng khác.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38674465/

SlJMJ14 được phân lập  thông qua “QTL‑seq” và “fine mapping”, điều khiển thời gian trổ bông của cây cà chua

Nguồn: Tairu Wu, Baohang Su, He Zhang, Dalong Li, Hanqiao Zhang, Guanglong Xiao, Ao Sun, Tingting Zhao & Xiangyang Xu. 2024. SlJMJ14, identified via QTL‑seq and fine mapping, controls flowering time in tomatoes.

Theoretical and Appled Genetics; September 20 2024; vol.137; article 228

Một QTL chủ lực, qLF2.1, đối với tính trạng thời gian trổ cây cà chua, được thực hiện “fine mapped” trên nhiễm sắc thể 2 ở quãng phân tử có độ lớn 51.37 kb, và gen SlJMJ14 được xác minh là gen đích nhờ knockout.

Thời gian trổ bông cà chua là tính trạng nông học quan trọng ảnh hưởng đến năng suất, phẩm chất cà chua, và sự thích nghi với môi trường. Theo nghiên cứu này, dòng cận giao “high-generation” số 19108 có kiểu hình trổ muộn được người ta chọn làm “mapping”  gen đích điều khiển tính trạng trổ bông muộn. Trong quần thể con lai F₂ dẫn xuất từ 19108 (late flowering) × MM (early flowering), người ta xác định được một QTL chính điều khiển “late-flowering” thông qua kết quả chạy QTL-seq, ký hiệu là qLF2.1. QTL này được “fine mapped” ở quãng phân tử có độ lớn 51.37-kb  thông qua  kết quả phân tích tái tổ hợp. Phân tích chức năng của những gen có tính chất homologous như vậy, Solyc02g082400 (SlJMJ14), mã hóa histone demethylase, người ta xác định đây là gen ứng cử viên triển vọng nhất. Thực hiện “knocking out” gen SlJMJ14 trong MM cho kết quả thời gian trổ bông khoảng 5–6 ngày muộn hơn cây cà chua nguyên thủy (wild-type). Kết quả chỉ ra rằng SlJMJ14 đột biến là QTL chính của kiểu hình trổ bông muộn từ dòng 19108.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04737-3

Tiến hóa và tăng trưởng nhanh của “biến thái hoàn toàn” trong các loài côn trùng

Nguồn; Christin Manthey, C. Jessica E. Metcalf , Michael T. Monaghan , Ulrich K. Steiner,  and Jens Rolff. 2024. Rapid growth and the evolution of complete metamorphosis in insects. PNAS September 9 2024; 121 (38) e2402980121. EVOLUTION

Hơn một nửa tổng số loài động vật là côn trùng chúng trải qua quá trình xây dựng lại cơ thể đầy ấn tượng, được mệnh danh là “biến thái hoàn toàn” (complete metamorphosis), được minh họa qua biến đổi của sâu bướm rồi thành nhộng và bướm trưởng thành. Tại sao lối sống cực đoạn này tiến hóa không rõ ràng. Ở đây, người ta kết hợp số liệu thực nghiệm và mô phỏng toán, thấy rằng loài côn trùng chuyển hóa toàn phần tăng trưởng nhanh hơn loài côn trùng không biểu thị hình thức cực đoan của biến thái. Điều này cho phép hình thể tăng trưởng đầu tiên và sau đó xây dựng hình thể con trưởng thành, đều cho phép tăng trưởng nhanh hơn rất nhiều lần. Tăng trưởng nhanh là thuận lợi hơn nhiều trong môi trường sinh thái ví dụ như sự cạnh tranh và sự ăn thịt lẫn nhau. Thuận lợi cho tăng trưởng được ghi nhận ở đây có thể gần như chắc chắn giúp chúng ta hiểu được sự đa dạng hóa vô cùng to lớn của loài côn trùng chuyển hóa kiểu holometabolous.

Hơn 50% loài động vật là côn trùng chúng phải trải qua quá trình biến thái hoàn toàn. Sự đổi mới then chốt của những loài côn trùng “holometabolous”  là giai đoạn nhộng, giữa ấu trùng sâu non và thành trùng khi mà hấu hết kiến trúc phải làm lại hoàn toàn. Lối sống cực đoan này có sự tiến hóa chưa được biết rõ. Trong công trình nghiên cứu này, người ta trắc nghiệm giả thuyết rằng “trade-off” (sự trao đổi) giữa sự tăng trưởng và sự phân hóa chức năng (differentiation) giải thích được sự tiến hóa của điều mới lạ ấy. Tiếp cận với phương pháp so sánh, người ta tìm ra được côn trùng “holometabolous” tăng trưởng nhanh hơn rất nhiều côn trùng “hemimetabolous”. Phương pháp mô phỏng lý thuật cho thấy làm thế nào sự chuyển hóa toàn thể như vậy (holometaboly) tiến hóa được dưới điều kiện trao đổi “growth-differentiation” (tăng trưởng-phân hóa chức năng) và xác định được những điều kiện mà ở đó, sụ tách rời tạm thời giữa tăng trưởng và phân hóa được ưu tiên chọn lựa. Công trình này đặt nền tảng cho quan điểm lịch sử sống của “holometabolous” tiến hóa thành việc loại bỏ được những hạn chế cho phát triển khi tăng trưởng nhanh, chủ yếu tỷ lệ tử vong cao.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2402980121

Sơ đồ của mô hình. Các sinh vật có thể chuyển hóa theo chu kỳ sống kiểu holometabolous (trên) và hemimetabolous (dưới). Trước hết là giai đoạn tăng trưởng về kích thước (gạch xanh), theo sau đó là giai đoạn phân hóa chức năng (gạch đỏ).