Sửa đổi góc rễ để cải thiện năng suất lúa trên đất mặn

Các nhà khoa học từ Tổ chức Nghiên cứu Lương thực và Nông nghiệp Quốc gia Nhật Bản và các đối tác đã chỉ ra rằng các chất tương đồng DEEPER ROOTING 1 (DRO1) có thể hữu ích cho việc nhân giống có kiểm soát các cấu trúc hệ thống rễ thích nghi với điều kiện stress phi sinh học do biến đổi khí hậu gây ra. Bài báo nghiên cứu được đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (PNAS).

Kiến trúc hệ thống rễ (RSA) của cây trồng có thể có tác động đến sản xuất của chúng, đặc biệt khi tiếp xúc với các điều kiện căng thẳng phi sinh học như hạn hán, ngập úng và nhiễm mặn. Do đó, thông qua việc nhân bản và xác định đặc điểm của qSOR1 (quỹ tích tính trạng số lượng đối với SOIL SURFACE ROOTING 1), một chất tương đồng của DRO1 (DEEPER ROOTING 1) kiểm soát RGA, góc phát triển rễ nông hơn (RGA) có thể cải thiện năng suất lúa trên ruộng mặn.

Các xét nghiệm CRISPR-Cas9 cho thấy rằng các chất tương đồng khác của DRO1 cũng được liên kết với RGA. Kết quả chỉ ra rằng các phiên bản tự nhiên của các tương đồng DRO1 có thể được sử dụng để điều chỉnh các biến thể RSA trên lúa. Ở ruộng nước mặn, các dòng gần đồng gen với alen mất chức năng qSOR1 có bộ rễ bám trên mặt đất cho phép cây lúa vượt qua các áp lực của đất mặn, dẫn đến năng suất tốt hơn so với các giống bố mẹ không có SOR.

Chi tiết xin xem tại https://www.pnas.org/content/early/2020/08/13/2005911117/tab-figures-data

Đặc điểm kiểu hình và phân tử của qSOR1. (A) Kiểu gen đồ thị của Sasanishiki (SA; Trái), qsor1-NIL (NIL; Giữa) và Gemdjah Beton (GB; Phải). Các hình chữ nhật màu trắng và đen lần lượt chỉ ra các vùng đồng hợp tử từ SA và GB. Đầu mũi tên màu đỏ, vị trí của qSOR1. (B) Hình ảnh cây lúa được trồng trong cốc nhỏ trong 20 ngày sau gieo và sau khi loại bỏ lớp đất mặt trên mỗi cốc. (C) Hình ảnh về các bộ phận cơ bản của cây lúa trồng trong cốc. Góc phát triển của rễ (θrga) của mỗi cây được xác định bằng cách đo góc giữa đường ngang và rễ nông nhất. (D) Góc phát triển rễ trung bình của SA, qsor1-NIL và GB. Dữ liệu là phương tiện + SD; n = 40, 38 và 36 cây tương ứng cho SA, qsor1-NIL và GB. Các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt đáng kể (P <0,01, Tukey’s HSD test). (E) Các biến thể trình tự giữa SA và GB trong hai ORF giả định được phát hiện trong vùng ứng viên của quỹ tích qSOR1. Đầu mũi tên màu đỏ, một sự thay thế 1 bp duy nhất. Hình chữ nhật màu cam, ORF; hình chữ nhật màu xám, UTRs 5 ′ và 3 ′. (F) biểu hiện qSOR1 trong các mô chồi và rễ khác nhau. Các mẫu ngọn rễ từ các độ sâu khác nhau, phiến lá, bẹ lá và gốc chồi (mẫu 1 cm tính từ đáy chồi) được lấy từ cây trồng trong giỏ, 30 ngày sau gieo. Sự biểu hiện của qSOR1 được chuẩn hóa thành sự biểu hiện của gen Ubiquitin ở cây lúa. Dữ liệu được hiển thị dưới dạng trung bình + SD; n = 3 lần lặp lại sinh học. Giá trị P dựa trên các bài kiểm tra t của Student. (G) Độ cong hấp dẫn ở rễ tinh của cây SA và cây qsor1-NIL. rac là góc gốc của độ cong sau khi quay. Dấu hoa thị cho biết vị trí của các ngọn rễ khi bắt đầu xoay. Mũi tên màu vàng cho biết hướng của lực hấp dẫn. (H) Gốc góc cong của SA và qsor1-NIL sau khi quay 90 ° so với trục tung ban đầu trong 4 h. Giá trị P dựa trên phép thử Student’s t. (Các vạch chia độ: 1 cm.).