Chỉ thị phân tử microsatellite và kết quả “fingerprinting” giống điều canh tác

Nguồn: Siddanna Savadi, Gokul Mohan, K Manoj, Manju Manuel, B M Muralidhara, Babli Mog, Jamboor Dinakara Adiga. 2024. Microsatellite markers development and molecular fingerprinting of cashew cultivars. Mol Biol Rep.; 2024 Dec 5; 52(1):34. doi: 10.1007/s11033-024-10131-5.

Điều lộn hột (Anacardium occidentale L.) là cây trồng phổ biến có giá trị kính tế cao đáng kể. Trong canh tác điều, nhiều giống điều ưu việt đã và đang được phát triển phục vụ thương mại hóa, tạo nên nền tảng cho phát triển công nghệ chế biến hạt điều và thương mại thế giới với giá trị hàng tỷ đô la. Tuy nhiên, độ thuần di truyền thường xuyên không duy trì được lâu dài, dẫn đến thiệt hại to lớn về kinh tế. Do đó, người ta cần phải phát triển một phương pháp đáng tin cậy để xác định các giống điều để tránh thiết hại kinh tế nói trên giúp cho canh tác và bảo vệ giống điều nhờ các nhà chọn giống. Trong nghiên cứu này, có 35 chỉ thị phân tử SSRs (microsatellite) được phát triển, và một bộ chỉ thị phân tử gồm 20 markers có đa hình cao và khả năng tái sản xuất cao được sử dụng để phục vụ phương pháp “DNA fingerprinting” và phân tích đa dạng di truyền của 32 giống điều. Chỉ số PIC (polymorphic information content) của những markers mới được phát triển này là 0,19 – 0,7, trung bình 0,44. Khả năng cao để xác định được hai dòng khác biệt nhau với fingerprints giống hệt nhau trong 20 SSR markers đã được sử dụng phục vụ fingerprinting các giống điều nhỏ hơn 2,8 × 10^-11. Trong 20 markers ấy, có 8 markers đáp ứng đầy đủ cho fingerprinting duy nhất với bất cứ giống điều nào. Phân tích đa dạng di truyền theo phương pháp NJ (neighbor-joining) xếp nhóm 32 giống điều này thành 3 clusters di truyền chính, và kết quả xếp nhóm ấy không liên quan gì đến vùng địa lý hoặc liên quan gì đến phả hệ. Như vậy, phát hiện này rất hữu dụng cho bảo tồn vật liệu di truyền và bảo vệ giống điều theo luật PVP đảm bảo cho thương mại giống điều điều có chất lượng hạt ngon và cũng rất hữu dụng cho chương trình cải tiến giống mới.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39636481/

Phân tích GWAS gen ứng cử viên quyết định tính trạng khối lượng 100 hạt đậu tương

Nguồn: Javaid Akhter Bhat, Hui Yu, Lin Weng, Yilin Yuan, Peipei Zhang, Jiantian Leng, Jingjing He, Beifang Zhao, Moran Bu, Songquan Wu, Deyue Yu & Xianzhong Feng. 2025. GWAS analysis revealed genomic loci and candidate genes associated with the 100-seed weight in high-latitude-adapted soybean germplasm. Theoretical and Applied Genetics; January 12 2025; vol.138; article 29

Theo kết quả này, người ta đã phân lập được 22 chỉ thị SNPs, tám QTLs ổn định và 17 gen ứng cử viên có tiềm năng gắn với tính trạng nông học khối lượng 100 hạt đậu nành. Đậu nành là cây trồng có giá trị kinh tế quan trọng mà hạt đậu rất giàu protein và dầu thực vật. Khối lượng 100 hạt (HSW) là tính trạng đóng góp vào năng suất hạt cực kỳ quan trọng. Tính trạng này biểu hiện bản chất di truyền vô cùng phức tạp do nhiều gen điều khiển và rất nhạy cảm với các yếu tố ngoại cảnh. Theo kết quả này, một chiến lược tích hợp lọai hình nghiên cứu “association mapping”, “phân tích QTL”, “phân tích gen ứng cử viên và haplotype” được tiến hành nhằm làm sáng tỏ kiến trúc di truyền phức tạp của tính trạng HSW trong tập đoàn giống đậu nành có đa dạng di truyền.

Nghiên cứu cho thấy có 22 chỉ thị SNPs kết hợp có ý nghĩa với tính trạng kiểu hình HSW trong bản đồ “association mapping” theo mô phỏng GWAS được trồng trên nhiều ruộng thí nghiệm kết hợp với ngoại cảnh khác nhau. Theo kết quả phát hiện chỉ thị SNPs và kết quả GWAS ở nhiều địa điểm thí nghiệm khác nhau, vùng mục tiêu trong hệ gen đậu nành biểu hiện 8 chỉ thị SNPs thống nhất cho tất cả địa điểm; định vị trên quãng có kích thước phân tử  ± 213,5 kb được cho là QTLs ổ định nhất. Trong tám QTLs, có 4 QTLs là qGW1.1, qGW1.2, qGW9 và qGW16, được ghi nhận là lần đầu tiên người ta phát hiện được, 4 QTLs khác là qGW4, qGW8, qGW17 và qGW19, đã được ghi nhận trước đây rồi. Ba mươi hai gen được tìm thấy là gen giả định nằm trong quãng phân tử của 8 QTLs theo kết quả chạy in silico. Mười hai gen (ngoài tổng số 32) biểu hiện có ý nghĩa thống kê về “differential expression patterns” (DEPs) trong các mẫu giống đậu nành thí nghiệm với tính trạng khối lượng 100 hạt tương phản. Hơn nữa, các alen khác nhau của haplotype thuộc 10 gen ứng cử viên còn gắn với kiểu hình nhiều tính trạng khác với khối lượng 100 hạt. Kết quả mới này có thể được áp dụng cho chương trình cải tiến giống đậu nành sản sinh ra giống cao sản mới.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04815-6

Chuyển gen gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium và đột biến có chủ đích gen SpCas12f trong cây lúa

Nguồn: Satoru Sukegawa, Seiichi Toki, Hiroaki Saika. 2025. Agrobacterium-Mediated Transformation and Targeted Mutagenesis Using SpCas12f in Rice. Methods Mol Biol.; 2025: 2869:75-90. doi: 10.1007/978-1-0716-4204-7_9.

Chỉnh sửa gen nhờ hệ thống CRISP (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) và CRISPR-gắn với proteins (Cas) (CRISPR-Cas) là một hệ thống miễn dịch thích nghi của sinh vật prokaryote kháng lại DNA/RNA ngoại lai; mà người ta đang áp dụng rộng rải trong chỉnh sửa gen. Một mô hình Cas thu nhỏ, CRISPR-Cas12f, chiếm một nửa đến một phần ba kích thước phân tử của CRISPR-Cas9 được sử dụng rộng rải trong các thí nghiệm chỉnh sửa gen trên nhiều loài sinh vật, bao gồm thực vật bậc cao. Sự thu gọn của CRISPR-Cas12f  được người ta kỳ vọng sẽ thuận lợi trong trường hợp thiết kế vector và tần suất chuyển nạp mong muốn. Hơn nữa, CRISPR-Cas12f có thể hữu ích đối với chỉnh sửa gen trên nền tảng vector là virus vì kích thước của transgene là hạn chế chính khi sử dụng “virus vectors”. Ở đây, người ta mô tả quy trình “đột biến gen có chủ đích” nhờ Cas12f dẫn xuất từ Syntrophomonas palmitatica (SpCas12f) chuyển nạp gián tiếp qua vi khuẩn Agrobacterium vào cây lúa. Người ta còn tóm lược một vài phương pháp khác để cải tiến tần suất đột biến có chủ đích thông qua SpCas12f.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39499469/

Lượng carbon tăng ở tần đất trên nhưng mất ở tầng đất sâu bên dưới vùng canh tác cây trồng Trung Quốc trong bốn thập niên qua

Nguồn: Zhenghu Zhou, Chuankuan Wang, Yu’e Li, Xuhui Wang, Xinhua He, Minggang Xu. 2024. Carbon gain in upper but loss in deeper cropland soils across China over the last four decades. PNAS; December 31, 2024; 122 (1) e2422371122. https://doi.org/10.1073/pnas.2422371122

Ghi nhận về động thái “organic carbon” của đất (SOC) tại vùng canh tác cây trồng ở Trung Quốc thay đổi đáng kể do các nguồn cơ sở dữ liệu khác nhau  và do thiếu một phương pháp chuẩn hóa. Bên cạnh đó, động thái SOC ở tầng đất sâu ít được chú ý đầy đủ. Bằng cách tiến hành lấy mẫu đất theo phương pháp phẩu diện đầy đủ (whole-soil profiles) trên cùng những địa điểm trong năm 1980 và 2023, người ta  trình bày một “atla” quốc gia về động thái SOC. Thật vô cùng ý nghĩa, tổng số tích lũy ròng của 0,74 Pg SOC lấy kết quả từ 0,86 Pg SOC ở tầng đất mặt 0 - 60 cm độ sâu, nhưng mất 0,12 Pg SOC ở tầng đất sâu 60 - 100 cm do sự phân hủy mạnh mẽ bơn bởi nhiệt độ tăng. Kết quả kết quả thông tin chi tiết về phản ứng của SOC đối với sự ấm lên của trái đất và chiến lược tích tụ carbon trong nông nghiệp.

Gia tăng carbon hữu cơ trong đất (SOC) thuộc nhiều hệ thống nông nghiệp là là một lựa chọn chính dựa trên thiên nhiên nhằm giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu, cải thiện độ phì nhiêu đất đai, đảm bảo an ninh lương thực. Tuy nhiên, kết quả của sự ấm lên toàn cầu và sự gia tăng đầu vào  carbon trên những “cropland SOC stocks” của thập kỷ gần đây vẫn còn chưa được biết thấu đáo, đặc biệt là ở tần đất dưới sâu. Ở đây, tác giả sử dụng các phép đo lập đi lập lại, họ đánh giá lại các biến động của “SOC stocks” trong phẩu diện đất 0 - 100 cm tại cùng một địa điểm ở vùng trồng màu (upland crop) tại Trung Quốc trong năm 1980 và 2023. Người ta quan sát tổng tích lũy ròng 0,74 Pg SOC (7%)  trung bình giá trị “sequestration rate” là 13,7 g SOC m⁻² y⁻¹. Tích lũy như vậy biến động từ 0,86 Pg SOC ở tầng đất mặt phía trêm (0 - 60 cm) bị kích thích bởi  đầu vào carbon, bên cạnh 0,12 Pg SOC mất đi ở tầng đất sâu (60 - 100 cm) bị phân hủy bởi sự ấm lên của khí hậu. Trong khi đó, kết quả này chỉ ra được thành công, cho dù thấp hơn sự kỳ vọng, gia tăng tổng tích lũy ròng “SOC stocks”, nhưng sự mất đi carbon hữu cơ ở tầng sâu hơn, tầng cứng hơn cảnh báo nhưng xem xét trong tương lai về ảnh hưởng của nó đối việc nội dung tăng cường tích lũy SOC trên đất trồng nhằm đạt được mục tiêu trung hòa carbon trong dài hạn.

Xem  https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2422371122

Phân tích hệ gen phổ rộng họ gen Hsp20 của cải xà lách và xác định khả năng phản ứng với khô hạn

Nguồn: Qinqin Zhang, Bowen Dai, Mi Fan, Liling Yang, Chang Li, Guangguang Hou, Xiaofang Wang, Hongbo Gao, Jingrui Li. 2024. Genome-wide profile analysis of the Hsp20 family in lettuce and identification of its response to drought stress. Front Plant Sci.; 2024 Jul 12: 15:1426719. doi: 10.3389/fpls.2024.1426719. 

Heat shock protein 20 (Hsp20) có chức năng vô cùng quan trọng khi phản ứng với stress phi sinh học như khô hạn; tuy nhiên, trong cây cải xà lách (Lactuca sativa L.), họ gen này được biết rất ít. Nghiên cứu đã áp dụng tin sinh học để các định 36 thành viên của họ gen Hsp20 trong hệ gen xà lách, có tên là LsHsp20-1~LsHsp20-36.

Kết quả định vị trong tế bào cho thấy 26 thành viên của họ protein LsHsp20 nằm trong cytoplasm và nhân. Bên cạnh đó, có 15 domains bảo thủ được phân lập trong họ protein LsHsp20, với số lượng amino acids biến động từ 8 đến 50. Phân tích kiến trúc gen cho thấy 15 gen (41,7%) không có introns, và 20 gen (55,5%) có một intron. Tỷ lệ kiến trúc thứ cấp LsHsp20  biểu thị dạng random coil > alpha helix > extended strand > beta turn.

Phân tích định vị trong nhiễm sắc thể cho thấy 36 gen phân bố không đều trên 9 nhiễm sắc thể, và có 4 cặp gen định vị thẳng hàng đồng dạng (collinear). Tỷ lệ Ka/Ks của những “collinear genes” này nhỏ hơn 1, cho thấy việc quá trình chọn lọc tinh khiết chiếm ưu thế trong lịch sử tiến hóa của cây xà lách. Mười ba cặp gen có tính chất “collinear” trong xà lách và trong cây Arabidopsis, và 14 cặp gen có tính chất “collinear” trong cây xà lách và cây cà chua. Tổng số 36 LsHsp20 proteins được chia thành 12 subgroups theo kết quả phân tích cây gia hệ. Ba loại hình “cis-acting elements”, tên là, “abiotic and biotic stress-responsive, plant hormone-responsive, và plant development-related elements,” được xác định thành công trong họ gen LsHsp20 cây xà lách. qRT-PCR được áp dụng để phân tíchmức độ biểu hiện gen của 23 LsHsp20 gen, kết quả gen điều tiết theo kiểu “up” ở ngày thứ 7 hoặc ngày thứ 14 sau khi xử lý khô hạn, mức độ biểu hiện của 2 gen (LsHsp20-12 và LsHsp20-26) tăng lên rất đáng kể gấp 153 lần ở ngày thứ 14h và 273 lầnở ngày thứ 7 sau khi xử lý khô hạn. Kết quả cung cấp thông tin cần thiết cho nghiên cứu họ gen LsHsp20 trong xà lách và đặt nền tảng sáng tỏ hơn chức năng sinh học của Hsp20, cung cấp thông tin đáng giá về cơ chế điều tiết biểu hiện của họ gen LsHsp20 khi cây xà lách phản ứng với stress khô hạn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39070912/

Hình:  Vị trí trên các nhiễm sắc thể của họ gen LsHsp20 trong genome cây cải xà lách