Kết quả GWAS trong phân lập gen kháng bệnh cháy lá do vi khuẩn của đậu nành

Nguồn: Fangzhou Zhao, Yanan Wang, Wei Cheng, Augustine Antwi-Boasiako, Wenkai Yan, Chunting Zhang, Xuewen Gao, Jiejie Kong, Wusheng Liu, Tuanjie Zhao. 2025. Genome-Wide Association Study of Bacterial Blight Resistance in Soybean. Plant Dis.; 2025 Feb; 109(2):341-351. doi: 10.1094/PDIS-01-24-0162-RE.

Bệnh cháy lá do vi khuẩn (bacterial blight) do Pseudomonas syringae pv. glycinea (Psg) gây ra với đốm lá lan rộng. Bốn gen kháng vi khuẩn được ký hiệu là (Rpg) từ 1 đến 4 được người ta ghi nhận  với tỷ lệ con lai phân ly theo luật Mendel; nhưng cơ sở di truyền số lượng của các gen kháng vẫn còn chưa rõ. Trong nghiên cứu này, tính kháng bệnh Psg của 2 tập đoàn giống đậu nành bao gồm 573 và 213 mẫu giống, được đánh giá kiểu hình trên nhiều môi trường canh tác khác nhau, năm 2014 đến 2016. GWAS (genome-wide association study) được thức hiện nhờ hai mô hình toán: FarmCPU và BLINK, để xác định được loci điều khiển tính kháng bệnh Psg. Có tất cả 40 giống đậu nành biểu thị tính kháng cao với Psg, có 14 QTLs (quantitative trait loci) được tìm thấy trên 12 nhiễm sắc thể đậu nành. Những QTLs này được phân lập lần đầu tiên. Những QTLs chủ lực chỉ được tìm thấy trong một tập đoàn hoặc trong tập đoàn giống khác, trong khi đó, qRPG-18-1 được tìm thấy trong cả hai tập đoàn giống đối với nhất một vụ đậu nành. Có tất cả 46 gen ứng cử viến kháng bệnh Psg được người ta xác định từ loci qRpg_13_1, qRPG-15-1, và qRPG-18-1 trên cơ sở phần mềm “gene function annotation”. Hơn nữa, người ta thấy vùng mang gen đích trong vùng genome rpg1-b và rpg1-r mang tính chất đồng dạng di truyền (synteny) với một vùng genome khác trên nhiễm sắc thể 15; xác định được 16 gen mã hóa NBS-LRR (nucleotide binding site-leucine-rich repeat) như những gen ứng cử viên kháng bệnh Psg từ trong những “synteny blocks” như vậy. Kết quả cung cấp nguồn thông tin mới đối với điều khiển di truyền tính kháng bệnh Psg của cây đậu nành.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39254851/

Xác định in silico và đặc điểm của họ gen SOS của đậu nành: Khả năng của calcium trong giảm thiểu mức độ gây hại của mặn

Nguồn: Anam Hameed, M Asaf Khan, M Hammad Nadeem Tahir, Madeeha Shahzad Lodhi, Saima Muzammil, Muhammad Shafiq, Tsanko Gechev, Muhammad Faisal . 2025. In Silico identification and characterization of SOS gene family in soybean: Potential of calcium in salinity stress mitigation. PLoS One; 2025 Feb 10; 20(2):e0317612. doi: 10.1371/journal.pone.0317612.

Cây trồng họ Đậu thường rất nhạy cảm với stress mặn trong giai đoạn nẩy mầm và giai đoạn tăng trưởng. Tiến trình SOS (Salt Overly Sensitive) là một trong những tiến trình truyền tín hiệu chủ chốt có trong sự kiện chuyển vị muối và tính chống chịu của cây trồng, tuy nhiên, nó lại không rõ ràng đối với đậu nành. Nghiên cứu này mô tả được khả năng của bón calcium để làm giảm thiểu stress mặn gây ra và tác động của nó trên hạt nẩy mầm, tính trạng hình thái, sinh lý, sinh hóa của cây đậu nành.

Hạt đậu nành từ giống nhiễm và chống chịu mặn trước đó được được xử lý bằng nước, calcium (10 và 20 mM), xử lý muối với nồng độ 60, 80 và 100 mM NaCl, rồi được đánh giá trong nhiều kết hợp khác nhau. Kết quả chỉ ra rằng hạt nẩy mầm tăng 7% trong nghiệm thức calcium hạt không bị stress trong nghiệm thức đối chứng, trong khi, kết quả cải tiến đến 15%-25% giai đoạn nẩy mầm đối với nghiệm thức có NaCl. Tương tự, cải tiến về chiều dài cây mầm (3%-8%), chiều cao cây (9%-18%), số lóng thân (3%-14%), hoạt tính SOD (20%) và nồng độ Na+/K+ (giảm 3%-5%) trong cây được xử lý calcium, như vậy, có sự giảm nhẹ tác động tiêu cực của mặn. Hơn nữa, nghiên cứu còn cho thấy trong xác định in silico và xác dịnh sự có mặt của các gen đồng dạng SOS của cây mô hình Arabidopsis thaliana có trong cây đậu nành. Nghiên cứu chuỗi trinh tự amino acid của protein SOS của cây Arabidopsis thaliana (AtSOSs) trong hệ gen cây đậu nành Glycine max cho thấy có protein được nhận dạng (60-80%), do vậy, các gen đồng dạng (homologs) này được gọi là GmSOS. Kết quả phân tích quan hệ huyết thống và kết quả phân tích in silico cho thấy các gen đồng dạng GmSOS có cấu trúc gen giống nhau, quan hệ tiến hóa rất gần nhau, và có cùng motifs rpotein bảo thủ, củng cố luận điểm rằng GmSOSs thuộc về họ SOS và chúng chia sẻ nhiều đặc điểm chung với các orthologs của những loài cây trồng khác nữa, do vậy, chúng có thể thực hiện các chức năng giống nhau. Đây là nghiên cứu đầu tiên báo cáo vai trò của SOSs trong làm giảm tac động của mặn đối với cây đậu nành.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39928632/

Gen mã hóa “chalcone isomerase” (OsCHI3) làm cây lúa tăng chống chịu hạn  thông qua dọn dẹp gốc ô xi tự do (ROS) nhờ tiến trình biến dưỡng flavonoid và ABA

Nguồn: Ting Liu, Ling Liu, Tianshun Zhou, Yinke Chen, Huang Zhou, Jiahan Lyu, Di Zhang, 

Xiwen Shi, Dingyang Yuan, Nenghui Ye, Meijuan Duan. 2025. Chalcone isomerase gene (OsCHI3) increases rice drought tolerance by scavenging ROS via flavonoid and ABA metabolic pathways. The Crop Journal; Available online 1 March 2025

Gen mã hóa chalcone isomerase (OsCHI), là một trong những gen chủ lực có trong tiến trình sinh tổng hợp flavonoid, nó có vai trò quan trọng trong cây lúa (Oryza sativa) điều khiển tính kháng với stress phi sinh học. Nghiên cứu cho thấy làm thế nào thành phần OsCHI3 của họ gen  chalcone isomerase  tham gia vào phản ứng của cây lúa đối với khô hạn thông qua điều tiết sinh tổng hợp flavonoid. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsCHI3 làm tăng tính chống chịu của cây lúa với stress khô hạn. Trái lại, chỉnh sử nhờ hệ thống CRISPR/Cas9 gây đột biến mất đoạn gen OsCHI3 sẽ làm giảm tính chịu khô hạn của cây lúa, một tác đụng có thể phản ứng ngược lại bằng xử lý ABA ngoại sinh. Phân tích transcriptomic và phân tích sinh lý, sinh hóa cho thấy flavonoids được điều tiết bởi OsCHI3 không những chỉ dọn dẹp gốc ô xi tự do ROS (reactive oxygen species) mà con làm tăngtính chịu hạn nhờ kích hoạt sinh tổng hợp ABA thông qua sự điều tiết của gen biểu hiện OsNCED1 và OsABA8ox3. Kết quả chứng minh được OsCHI3 làm tăng tính trạng chống chịu hạn cây lúa nhờ tăng hoạt động của hệ thống tự vệ nhờ antioxidant  và tăng tiến trình tạo chất biến dưỡng ABA, kết quả cho chúng ta một minh chứng mới trong nghiên cứu cải tiến giống lúa chịu hạn.

Xem: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214514125000510

Biến đổi khí hậu hình thành nên một bẫy sinh học trong loài côn trùng di cư (sâu cuốn lá)

Nguồn: Shi-Yan Zhang, Yi-Yang Zhang, Fan Yang, Chen Zhou, Hui-Mei Shen, Bei-Bei Wang, Juan Zeng, Don R. Reynolds, Jason W. Chapman, and Gao Hu. 2025. Climate change is leading to an ecological trap in a migratory insect. PNAS; February 24, 2025; 122 (9) e2422595122; https://doi.org/10.1073/pnas.2422595122

Nhiều loài sâu hại cây trồng, làm vectors truyền bệnh là những loài côn trùng nhỏ bé có khả năng di cư rất xa phụ thuộc kết quả vận chuyển theo gió để xâm nập vào những vùng có lợi theo mùa. Ở miền đông Trung Quốc, điều kiện khí quyển có lợi cho vận chuyển này theo hai chiều (mùa xuân đi về hướng bắc, mùa thu đi về hướng nam) do chế độ gió mùa kết hợp với thuận lợi của mùa xuân và sự quay lùi vào mùa thu của hệ thống gió hè Đông Á. Tuy vậy, biến đổi khí hậu đã và đang làm chậm trễ hệ thống mùa vụ này, trong trường hợp của “rice leafroller” (RLR: sâu cuốn lá lúa) bướm trưởng thành, đã dẫn đến sự kiện có có gió thuận lợi phục vụ di chuyển trở lại vào mùa thu. Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi cán cân di chuyển này để bây giờ có kết quả kém thuận lợi hơn đồi với sâu cuốn lá lúa RLR và nhiều loài sâu hại khác.

Nhiều loài côn trùng có khả năng di chuyển dựa vào gió mùa có lợi để thực hiện chuyến di cư xa hàng nhiều vĩ tuyến. Ở Đông Trung Quốc, sự tiến và lùi của gió mù vụ hè Đông Átạo ra điều kiện lý tưởng cho sự mở rộng và thu hẹp của nhiều loài sâu hại di cư theo mùa. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu gây ra về cường độ, thời gian và vị trí của gió mùa tác động đến hệ thống gió mà điều này có thể tác động ngược đến mô hình di cư.

Người ta đặt ra câu hỏi này trên loài sâu cuốn lá lúa, một vấn nạn trong canh tác lúa hàng năm xâm nhập vào vùng LYRV (Lower Yangtze River Valley: thung lủng ở hạ lưu sông Dương Tử) từ  khu vực sinh sản vào mùa đông, đang dịch về phía nam. Sử dụng bộ dữ liệu “24-y dataset” của động thái quần thể sâu RLR (24 năm) trên 31 trạm quan trắc ở Đông Bắc Trung Quốc, người ta nghiên cứu tác động của những biến đổi gió mùa trên quân thể di cư vào mùa thu. Theo lịch sử, sâu RLR di cư từ thung lủng ở hạ lưu sông Dương Tử đến miền nam Trung Quốc theo hướng gió thuận lợi, được tạo ra bởi sự rút lui của gió mùa vào cuối giai đoạn bùng phát dịch (từ giữa tháng 8 trở đi). Người ta thấy trong 12 năm gần đây, gió thịn hành vào cuối mùa ở lại miền bắc lâu hơn trước, ngăn chặn bướm trưởng thành bay về nam. Bên cạnh đó, hiện nay gió đang tạo thuận lợi cho sự kiện di cư hàng loạt vào hạ lưu Dương tử, tạo ra cái gọi là “ecological trap” (bẫy sinh môi), loài nhập cư không đủ thời gian để sinh ra thế hệ tiếp. Vì sự thay đổi chế độ gió, áp lực dịch hại đang giảm, và biến đổi khí hậu tác động tới gió mùa hè Đông Á làm cho di cư theo mùa trở nên rủi ro hơn. Những thay đổi như vậy trong mô hình di cư của côn trùng có tác động nghiêm trọng đến dân số của loài di cư theo gió mùa, chức năng hệ sinh thái, và chiến lược quản lý sâu hại cây trồng.

Xem  https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2422595122

Đặc điểm của quần thể con lai NAM (nested association mapping) giữa G. max × G. soja  và xác định loci điều khiển tính trạng thành phần hạt của loài đậu nành hoang dại

Nguồn: Linfeng Chen, Earl Taliercio, Zenglu Li, Rouf Mian, Thomas E. Carter, He Wei, Chuck Quigely, Susan Araya, Ruifeng He & Qijian Song. 2025. Characterization of a G. max × G. soja nested association mapping population and identification of loci controlling seed composition traits from wild soybean.  Theoretical and Applied Genetics; March 7 2025; vol.138; article 65

Loài đậu nành hoang dại (Glycine soja Siebold & Zucc.) có đa dạng di truyền rất quý phục vụ tính kháng bệnh, chống chịu stress, tăng hàm lượng protein hạt và tăng amino acid có lưu huỳnh cao trong hạt. Nhiều nghiên cứu đã ghi nhận các loci điều khiển thành phần trong hạt của tập đoàn giống đậu nành trồng trọt, nhưng đối với loài hoang dại đã bị bỏ qua. Nghiên cứu này được thực hiện trên quần thể con lai NAM (nested association mapping) có 10 họ và 1107 dòng cận giao tái tổ hợp (RILs: recombinant inbred lines) thông qua cặp lai có 10 mẫu hoang dại lai với giống NC-Raleigh.

Thành phần trong hạt quả quần thể con lai F₆  được trồng tại hai địa điểm khác nhau, tất cả được đánh giá kiểu hình. Người ta sử dụng chỉ thị phân tử nhằm xác định đối với từng cá thể con lai. Số trung bình dòng con tái tổ hợp (recombinants) quần thể đậu nành hoang dã cao hơn đáng kể so với quần thể dẫn xuất từ đậu nành trồng, như vậy, kết quả có độ phân giải cao hơn bản đồ QTL. Giá trị lệch trong phân ly (segregation bias) trong hết hết con lai gia đình NAM đe72u phân ly mạnh đáng kể so với alen của bố mẹ đậu nành hoang dại. Kết quả “single-family linkage mapping” và “association analysis” của toàn thể quần thể con lai NAM cho thấy những QTLs mới với ảnh hưởng alen rất rõ được phân lập thành công từ nguồn bố mẹ hoang dại, bao gồm quần thể 5, 6, 18, 9, 16, 17 và 20 đối với hàm lượng protein, hàm lượng dầu, protein và dầu tổng số, methionine, cysteine, lysine và threonine, theo thứ tự. Các gen ứng cử viên gắn liền với tính trạng nói trên được xác định trên cơ sở phần mềm “gene annotations”; mức độ biểu hiện gen được tìm thấy trên các mô khác nhau. Đây là nghiên cứu đầu tiên cho thấy đặc điểm di truyền của quần thể con lai dẫn xuất từ nguồn đậu nành hoang dại, tình trạng và ảnh hưởng của những QTLs, gen ứng cử viên điều khiển tính trạng cần thiết có nguồn gốc từ loài hoang dại.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04848-5

Mật độ chỉ thị SNP/Mb trong hệ gen đậu nành trên cơ sở số SNPs của xét nghiệm sinh học BARCSoySNP6K (A); số  chỉ thị SNP tham chiếu trong cơ sở dữ liệu “parental SoySNP50K” (B).