Thụ thể của hai “ligands” điều khiển tính miễn dịch và phản ứng hormone của khoai tây đối với effector của tuyến trùng Globodera pallida

Nguồn: Li Huang, Yulin Yuan, Chloe Ramirez, Zhe Zhao, Letian Chen, Thomas Griebel, Joanna Kud, Joseph C. Kuhl, Allan Caplan, Louise-Marie Dandurand, and Fangming Xiao. 2024. A receptor for dual ligands governs plant immunity and hormone response and is targeted by a nematode effector. PNAS; October 10, 2024; 121 (42) e2412016121; https://doi.org/10.1073/pnas.2412016121

Hình: Potato cyst nematode (Globodera pallida)  

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng một cơ chế chưa được mô tả trong bảo vệ thực vật, ở đó, một thụ thể ghi nhận tín hiện đơn StNILR1 (single pattern recognition receptor) xác định được một phân tử gắn với tuyến trùng NAMP (nematode-associated molecular pattern) con ascaroside #18 (Ascr18) cũng như kích thích tố thực vật brassinosteroid (BR) để kích hoạt những phản ứng khác nhau về sinh lý. Bên cạnh đó, người ta xác định một effector của tuyến trùng (RHA1B) làm gián đoạn tín hiệu kép này thông qua việc tiến đến thụ thể StNILR1 để phân giải. Kết quả đã làm loé sáng sự tương tác phức tạp giữa miễn dịch thực vật, điều hòa hormone, và sự ký sinh của tuyến trùng.

Theo nghiên cứu này, thụ thể ghi nhận tính hiệu của khoai tây (Solanum tuberosum)  PRR có chức năng của NEMATODE-INDUCED LEUCINE-RICH REPEAT (LRR)-RLK1 (StNILR1) là thụ thể kép (dual receptor), ghi nhận tín hiệu của cả phân tử ascaroside #18 (Ascr18) của tuyến trùng và tín hiệu của BR (plant hormone brassinosteroid) để tăng hoạt ra hai kết quả sinh lý khác nhau: PTI (pattern-triggered immunity) và phản ứng BR. Tín hiệu Ascr18/BR-StNILR1 yêu cầu cần phải có thụ thể coreceptor potato “BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE 1 (StBAK1)” và việc nhận ra được “ligand” làm mạnh thêm tương tác của StNILR1 với StBAK1 trong tế bào thực vật. Rất đáng kể là, tuyến trùng sưng rễ khoai tây (Globodera pallida) sử dụng effector RHA1B, có chức năng như enzyme “ubiquitin ligase”, để đánh dấu mục tiêu StNILR1 phục vụ nội dung thoái hóa protein phụ thuộc vào proteasome trên nền tảng ubiquitin hóa (protein phân rả thành amino acid), do đó, phản công lại Ascr18/BR-StNILR1-mediated PTI trong cây khoai tây và làm dễ dàng cho tiến trình ký sinh của tuyến trùng. Kết qảu đã mở rộng sự hiểu biết của chúng ta về “tính chuyên tính của PRR” và cho thấy một cơ chế ký sinh mới của tuyến trùng nhằm đến chu trình truyền tín hiệu PTI.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412016121

Xác định quy mô toàn hệ gen cây khoai lang, gen mã hóa “U-Box E3 ubiquitin ligases” và vai trò của IbPUB52 trong điều khiển tiêu cực với stress khô hạn

Nguồn: Shanwu Lyu, Yaping Mao, Yi Zhang, Tianli Yu, Xuangang Yang, Hongbo Zhu, Shulin Deng. 2024. Genome-wide identification of sweet potato U-Box E3 ubiquitin ligases and roles of IbPUB52 in negative regulation of drought stress. Physiol Plant.; 2024 Sep-Oct; 176(5):e14568. doi: 10.1111/ppl.14568.

Protein U-box (PUB) của thực vật, họ “ubiquitin ligases (E3) enzymes”, là họ protein then chốt trong điều phối nhiều tiến trình sinh học và giúp cho phản ứng của cây đối với các tác nhân gây stess bởi ngoại cảnh. Mặc dù chúng có vai trò quan trọng như vậy, nhưng người ta rất hạn chế trong khai thác đặc điểm của họ gen PUB và sự đa dạng chức năng của chúng trong cây khoai lang (Ipomoea batatas (L.) Lam.). Có 81 gen IbPUB được phân lập trong hệ gen cây khoai lang, chúng được phân nhóm thành 8 groups khác nhau dựa trên cơ sở kiến trúc “domain”, điều ấy chỉ ra rằng có sự phân bố không đồng nhất trên 15 nhiễm sắc thể của Ipomoea batatas. Người ta tìm thấy “cis-acting elements” làm lóe sáng khả năng tiềm ẩn của PUBs để tham gia vào hàng loạt các quá trình sinh học, đặc biệt là, nhấn mạnh vai trò của chúng trong phản ứng trung gian với stress phi sinh học. Phổ biểu hiện transcriptome cho thấy rằng: các gen  IbPUB biểu hiện ở mức độ rất rộng trong các mô tế bào khác nhau và được điều tiết bởi stress mặn hoặc khô hạn. IbPUB52 biểu hiện như một gen hết sứ thú vị bởi sự cảm ứng của nó với stress mặn và khô hạn. Kết quả nghiên cứu định vị gen cho thấy IbPUB52 có trong nhân và tế bào chất, và hoạt động “ubiquitin hóa” đã và đang được minh chứng thông qua kết quả xét nghiệm in vitro và in vivo. Điều hấp dẫn là, biểu hiện gen dị hợp tử IbPUB52 trong cây Arabidopsis cho thấy sự chống chịu hạn lại suy giảm. Thực hiện kỹ thuật VIGS (virus-induced gene silencing) đối với gen IbPUB52 trong khoai lang cho thấy tính chống chịu khô hạn được tăng cường. Minh chứng này  gh nhận IbPUB52 điều tiết một cách tiêu cực tính chống chịu khô hạn của cây. Kết quả là công cụ nâng cao sự hiểu biết của chúng ta về động lực học chức năng của PUB E3 ubiquitin ligases trong khoai lang.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39377156/

Nghiên cứu genomics đầu tiên về gián phân giảm nhiễm trong cây mía đường

Nguồn: Nina Reis Soares, Zirlane Portugal Costa, João Paulo Rodrigues Marques, Olivier Garsmeur, Monalisa Sampaio Carneiro, Cláudia Barros Monteiro Vitorello, Angélique D'Hont, Maria Lucia Carneiro Vieira. 2024. First investigation into the genetic control of meiosis in sugarcane. Plant J.; 2024 Jun; 118(6):2094-2107. doi: 10.1111/tpj.16731.

Mía đường (Saccharum spp.) có genome vô cùng phức tạp. Giống mía cải tiến mới, biểu hiện bản chất đa bội thể và đa bội lệch (aneuploid), bởi kết quả lai giữa Saccharum officinarum với S. spontaneum. Rất ít nghiên cứu được tiến hành để xem xét sự phân bào giảm nhiễm (meiotic control) trong loài thực vật đa bội thể, ngoại trừ locus Ph1 của lúa mì mang gen ZIP4 (TaZIP4-B2) gen này thúc đẩy sự bắt cặp giữa các nhiễm sắc thể tương đồng (homologous chromosomes) trong khi đó, ngăn cản sự trao đổi chéo (crossover) giữa những nhiễm sắc thể homeologs. Trong mía đường, mặc dù có nguồn gốc loài mang tính chất “interspecific” (khác loài), nhưng liên kết có tính chất “bivalent” được ưu tiên, kế đến là “multivalents”, ngoài ra, chúng được giải quyết ở giai đoạn cuối của prophase I. Như vậy, mục tiên nghiên cứu nhằm tìm kiếm sự kiểm soát di truyền của phân bào giảm nhiễm (meiosis) trong loài tổ tiên và trong cá thể cây mía. Người ta tiến hành nghiên cứu gen ZIP4 và các proteins có bản chất “immunolocalized meiotic”, mà người ta đặt tên là synaptonemal complex proteins “Zyp1 và Asy1”. Gen ZIP4 của mía đường định vị trên nhiễm sắc thể 2, biểu hiện ở mức độ rất phổ biến tại hoa mía, có phổ biểu hiện giống nhau với TaZIP4-B2. Sự biểu hiện của ZIP4 cao hơn trong loài S. spontaneum có bản chất đa bội là neoautopolyploid, gen này biểu hiện thấp hơn trong loài S. officinarum, loài đa bội “octoploid” khá ổn định. Protein Zip4 của mía có domain TPR, rất cần thiết cho gấp cuộn (scaffolding). Cấu trúc 3D của protein được dự đoán, rất giống với TaZIP4-B2, phản ánh mối liên quan về chức năng của chúng với nhau. Xét nghiệm “immunolocalization” của protein Asy1 và Zyp1 cho thấy loài tổ tiên S. officinarum hoàn tất sự kiện “synapsis” (nội dung bắt cặp 2 nhiễm sắc thể trong meiosis). Tuy nhiên, loài S. spontaneum và giống lúa cao sản SP80-3280, không có nhân tế bào nào hoàn tất được sự kiện synapsis. Quan trọng là, kết quả nghiên cứu đã góp phần cung cấp kiến thức vào di truyền tế bào cây mía đường, bản đồ di truyền, và hệ gen học.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38523577/

Điều chỉnh của QTLs kháng bệnh đạo ôn và hệ thống gen từ kết quả phân tích meta-QTL

Nguồn; Basavantraya Navadagi Devanna, Sumali Sucharita, N C Sunitha, C Anilkumar, Pankaj K Singh, D Pramesh, Sanghamitra Samantaray, Lambodar Behera, Jawahar Lal Katar, C Parameswaran, Prachitara Rout, Selvaraj Sabarinathan, Hosahatti Rajashekara, Tilak Raj Sharma. 2024. Refinement of rice blast disease resistance QTLs and gene networks through meta-QTL analysis. Sci Rep.; 2024 Jul 16; 14(1):16458. doi: 10.1038/s41598-024-64142-0.

Bệnh đạo ôn lúa rất phổ biến trên thế giới làm suy giảm nặng nề năng suất lúa. Tính kháng dọc (vertical resistance) được nghiên cứu nhiều cho dù nó không bền vững. Những chùm gen hoặc những QTLs điều khiển tính kháng đạo ôn ghi nhận tính kháng ngang (horizontal resistance) bền vững hơn, rất quan trọng trong cải tiến giống lúa. Theo nghiên cứu này, người ta muốn tinh lọc lại những QTLs đã được báo cáo trước đây và xác định meta-QTLs ổn định (MQTLs) gắn với tính kháng bệnh đạo ôn lúa. Có tất cả 435 QTLs được sử dụng cho nghiên cứu dự án 71 MQTLs trên tất cả 12 nhiễm sắc thể của hệ gen cây lúa. Với 199 gen kháng giả định (putative rice blast resistance genes), người ta xác định có 53 vùng MQTL. Những gen này bao gồm 48 analogs được định tính gen kháng và các protein có liên quan, ví dụ như NBS-LRR, LRR receptor-like kinase, NB-ARC domain, pathogenesis-related TF/ERF domain, elicitor-induced defense và những proteins có trong sự truyền tín hiệu bảo vệ cây lúa. Các vùng MQTL với chùm gen của RGA (resistance gene analogs) được phân lập. Mười lăm MQTLs có ý nghĩa cao nhất bao gồm 29 gen ứng cử viên và các gen được định tính đối với kháng bệnh đạo ôn, ví dụ như Piz, Nbs-Pi9, pi55-1, pi55-2, Pi3/Pi5-1, Pi3/Pi5-2, Pikh, Pi54, Pik/Pikm/Pikp, Pb1 và Pb2.

Bên cạnh đó, các gen ứng cử viên này (42) được kết gắn với sự biểu hiện khác nhau (differential expression in silico) trong những phản ứng có tính chất tương thích và không tương thích khi nhiễm bệnh.

Bên cạnh đó, gần một nửa số gen trong vùng MQTL mang bản chất orthologous (tương đồng) với các gen trong cây lúa O. sativa loài phụ indica, Z. mays và A. thaliana, chúng xác định tính chất có ý nghĩa của MQTL. Những markers đỉnh cao (liên kết chặt chẽ với gen đích) trong 3 vùng MQTLs có ý nghĩa phân rõ dòng lúa kháng và dòng lúa nhiễm bệnh; chỉ thị phân tử ấy đóng vai trò thay thế đầy tiềm năng (potential surrogates) phục vụ chọn lọc dòng lúa kháng đạo ôn. Những MQTLs này là những ứng cử viên có khả năng cải tiến giống kháng bệnh đạo ôn phổ rộng, bền vững; chúng có thể được sử dụng trong chương trình cải tiến giống lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39013915/

Hình: Biểu hiện của MQTLs mang những loci di truyền gắn chặt với tính kháng bệnh đạo ôn. Loci màu đỏ là gen kháng, xanh lá cây là RGAs (resistance gene analogs), xanh dương là gen kháng trong mỗi lần mô tả, màu đen là loci với “trait ontology” có liên quan đến tính kháng đạo ôn.