Hideyuki Funatsuki^a,^b,¹, Masaya Suzuki^c, Aya Hirose^a, Hiroki Inaba^c, Tetsuya Yamada^d, Makita Hajika^d, Kunihiko Komatsu^a, Takeshi Katayama^e, Takashi Sayama^a,^f, Masao Ishimoto^a,^f, and Kaien Fujino^c,¹

Ý NGHĨA

Sự khai quả (pod dehiscence) là giai đoạn cực trọng của nội dung nhân giống đậu nành do tính chất dễ rụng hạt, hoặc văng ra ngoài của hạt, có trong cây họ đậu và họ thập tự, gây ra sự kiện mất năng suất. Cùng với sự khô quả, thành vỏhạt đậu tự khai (dehisced) bởi hai yếu tố như sau: sự suy giảm lực gắn vào thành vỏhạt đậu và sự hình thành lực ‘tự mở ra của hạt”. Các báo cáo trước đây cho rằng có những đột biến chống chịu được “sự rụng hạt”, duy trì được lực gắn của vỏhạt đậu; nhưng ở đây, các tác giả còn cho thấy được một gen điều hòa sự kiện lực tự khai quả (dehiscing force). Đó là gen Pdh1 mã hóa một họ protein có khả năng điều khiển được, có trong tiến trình lignin hóa, mà tiến trình này làm tăng lực khai quả bởi sự kiện xoắn lại thành vỏhạt đệu khi khô. Gen đột biến pdh1 (do mất đoạn: loss-of-function ) đã được người ta sử dụng phổ biến như một gen điều khiển tính kháng lại sự rụng hạt trong chương trình lai tại giống đậu nành. Kiến thức này có thể áp dụng trên cây họ đậu khác cũng như cây thập tự trong chương trình cải tiến giống cây trồng.

TÓM TẮT

Sự tự khai của hạt (Pod dehiscence hoặc shattering) rất cần thiết để phát tán của những loài thực vật hoang dại từ hạt giống nằm trong vỏnhưng đây là nguyên nhân gây thất thoát năng suất trong các loài cây thuộc họ Đậu và họ Thập Tự (cải). Mặc dù biến thiên di truyền trong tự nhiên về tính trạng tự khai quả đã được nghiên cứu, và sẽ nghiên cứu, nhưng người ta biết rất ít cơ sở di truyền phân tử của tính trạng ấy của giống cây trồng. Do đó, các tác giả đã hoàn thành kỹ thuật “map-based cloning” (dòng hóa gen đích trên cơ sở bản đồ di truyền) đểcông bố một QTL chủ lực (quantitative trait locus) điều khiển tính trạng “pod dehiscence” trong đậu nành. Phương pháp “fine mapping” và “complementation testing” cho thấy QTL này mã hóa mã hóa một protein có khả năng điều khiển được (dirigent-like protein), ký hiệu là Pdh1. Gen này có trong giống kháng rụng hạt, đột biến lặn pdh1, khiếm khuyết trình tự gen, có một “stop codon” có tính chất premature (xảy ra sớm). Gen có chức năng Pdh1, biểu hiện rõ nhất trong cương mô giàu lignin của thành vỏhạt đậu, đặc biệt xuất hiện ở giai đoạn bắt đầu hình thành lignin. So sánh các dòng NILs “near-isogenic lines” cho thấy Pdh1 khởi động sự kiện tư khai quả bằng cách gia tăng lực xoắn của thành vỏhạt đậu khô, mà hiện tượng này đóng vai trò như một lực điều khiển cho khai quả trong điều kiện ẩm độ thấp. Một kết quả thăm dò nguồn tài nguyên di truyền cây đậu nành có gen đột biến lặn pdh1 ở trong những giống bản địa  xuất phát từ vùng bán sa mạc (semiarid) và được người ta khai thác nhiều trong chương trình lai tạo giống đậu nành ở Bắc Mỹ, nơ sản xuất đậu nành chủ yếu của thế giới. Phát hiện này khẳng định có một cơ chế mới đối với tính trạng tự khai quả bao gồm họ protein có tính chất tự điều khiển được và gợi ý rằng gen pdh1 có vai trò cực trọng trong phát triển canh tác đậu nành trên thế giới. Thêm vào đó, các phân tử đồng dạng (orthologs) của pdh1, hoặc những gen có cùng chức năng, sẽ trở nên hữu ích cho cải tiến giống cây trồng.

GS. Bùi Chí Bửu lược dịch.

See: http://www.pnas.org/content/111/50/17797.abstract.html?etoc

PNAS December 16, 2014 vol. 111 no. 50 17797-17802

Hình 1. Tự khai quả (pod dehiscence) và sự vặn xoắn thành vỏ quả đậu trên quần thể NILs của đậu nành [Glycine max Merr. (L.)] đối với vị trí qPDH1 trong điều kiện ẩm độ thấp. (Scale bars: 10 mm.)

(A) Vỏ hạt đậu khô của dòng kháng “shattering” (SR) 85R (trái) và dòng nhiễm “shattering” (SS) 85S (phải) dưới điều kiện ẩm độ xung quanh [∼40% ẩm độ tương đối (RH)].

(B) Phần trăm vỏ đậu tự khai của 85R, 85H, và 85S sau khi phơi khô ở nghiệm thức 3 tuần và 6 tuần ở 30% RH (mean ± SE; n = 8). Dòng đậu nành 85H chứng mionh được HC1-85H, dòng bố mẹ của 85R và 85S là genotype dị hợp tử tại locus qPDH1. Chữ khác nhau biểu thị khác biệt có ý nghĩa ở xác suất P < 0.001.

(C) Thành vỏ hạt đậu của 85R (trái) và 85S (phải) ở 22% RH, tự khai quả sau khi phơi khô tự nhiên.

(D) Góc xoắn của thành vỏ quả đậu từ dòng 85R, 85H, và 85S ở 30% RH (mean ± SE; n = 6). Trắc nghiệm đa đoạn Ducan với P < 0.001.