Những alen mới của pstol1 từ lúa hoang Oryza rufipogon điều khiển sự hấp thu lân có hiệu quả cao

Nguồn: Neelam K, Thakur S, Neha, Yadav IS, Kumar K, Dhaliwal SS, Singh K. 2017. Novel Alleles of Phosphorus-Starvation Tolerance 1 Gene (PSTOL1) from Oryza rufipogon Confers High Phosphorus Uptake Efficiency. Front Plant Sci. 2017 Apr 11;8:509. doi: 10.3389/fpls.2017.00509. eCollection 2017.

TÓM TẮT

Khả năng lân dễ tiêu trong đất rất hạn chế là một trong những trở ngại chính cho tăng trưởng và năng suất cây lúa ở các nước thuộc châu Á, châu Phi và châu Nam Mỹ, tại đây 50% diện tích canh tác lúa là hệ sinh thái lúa nước trời, đất có vấn đề và nghèo dinh dưỡng. Nhằm mục đích xác định những alen mới sao cho sự hấp thu lân đạt hiệu quả cao của những loài lúa hoang dại Oryza rufipogon, nhóm tác giả công trình này đã nghiên cứu locus Pup 1 [phosphorus uptake1] với 11 chỉ thị phân tử SSR được công bố trước đó, rồi giải trình tự gen PSTOL1 định tính tính chống chịu sự đói lân số 1. Theo kết quả này, họ đã thanh lọc 182 mẫu giống (accessions) của loài lúa hoang O. rufipogon với giống đối chứng kháng Vandana (positive control) và chỉ thị SSRs. Kết quả phân tích cho thấy hầu hết các mẫu giống O. rufipogon đều có một đoạn phân tử xen đoạn với độ lớn 90 kb, bao gồm Pup1-K46, một chỉ thị chẩn đoán gen PSTOL1, tuy nhiên, người ta không thấy đoạn này trong lúa trồng O. sativa với các giống PR114, PR121, và PR122. Trình tự đầy đủ của gen PSTOL1 được phân tích trong 67 mẫu đặc trưng của O. rufipogon và giống lúa trồng Vandana như một đối chứng tích cực (positive control). Kết quả phân tích so sánh giữa các chuỗi trình tự, có 53 đột biến (52 chỉ thị SNPs và 1 đột biến có tti1nh chất “nonsense”) trong vùng mang mật mã của PSTOL1, trong đó, có 28 đột biến mang tính chất “missense” và 10 đột biến tương ứng với những thay đổi tính chất phân cực của amino acid. Trong 53 đột biến nói trên, chúng tương ứng với 17 haplotypes. Với 17 haplotypes như vậy, có 6 haplotypes được chia sẻ và 11 được tính theo thang điểm. Một haplotype chủ lực được người ta quan sát  có trong 44 mẫu giống lúa O. rufipogon bên cạnh giống lúa trồng Vandana và Kasalath. Ngoài 17 haplotypes nói trên, các mẫu giống đại diện cho 8 haplotypes đã được trồng trong điều kiện thiếu lân, bố trí trong chậu, pha môi trường lỏng “dinh dưỡng Yoshida” trong vòng 60 ngày. Khác biệt có ý nghĩa được ghi nhận là chiều dài rễ lúa và khối lượng rễ lúa trong tất cả các mẫu giống thí nghiệm cho trồng dưới điều kiện thiếu lân so với điều kiện đủ lân. Các mẫu thuộc loài lúa hoang O. rufipogon là IRGC 106506 của Lào cho thấy nó chống chịu đói lân tốt nhất, gấp 2,5 lần cao hơn xét theo tính trạng khối lượng rễ và hàm lượng lân so với đối chứng Vandana. Xét theo ý nghĩa sự hữu hiệu trong hấp thu lân (P uptake efficiency), mẫu giống của O. rufipogon là IRGC 104639, 104712, và 105569 biểu hiện mạnh hơn gấp hai lần về hàm lượng P hấp thu so với Vandana. Như vậy, những mẫu giống của loài O. rufipogon này có thể được sử dụng làm nguồn vật liệu cho trong cải tiến giống lúa chống chịu thiếu lân, với hiệu quả hấp thu lân cao.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28443109

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

Hình 2: So sánh cấu trúc protein của (A) Kasalath, (B) Oryza rufipogon accession IRGC 106336. Protein của Kasalath theo mô phỏng có “leucine rich repeat protein kinase” trong khi đó IRGC 106336 là “tyrosine protein kinase domain”. Theo kết quả giải thích của Prosite, cấu trúc của protein được giải mã của giống lúa Kasalath (có những domains màu xanh lá cây với giá trị Pfam E-value = 5.8e-45; những domains màu vàng cam với giá trị Prosite = 36.994) chỉ ra vị trí “proton acceptor” (vị trí năng động, dấu hình vuông màu đỏ trên domain vàng cam) trong khi đó, mẫu giống của O. rufipogon IRGC 106336 (có domains màu xanh lá cây, Pfam E-value = 2.4e-16; domains màu vàng cam, Prosite score = 14.054) không thấy vị trí năng động do “stop codon” xảy ra trước.