Phương pháp tổng hợp trình tự DNA mới, rẻ và hiệu quả cao.

Ngày 6-5-2013, trên tạp chí Nature Methods, Cơ quan DOE JGJ (U.S. Department of Energy Joint Genome Institute) đã công bố kỹ thuật đọc trình tự DNA trong bộ gen của vi sinh vật, nhấn mạnh đến những ứng dụng của nó trong lĩnh vực năng lượng sinh học và môi trường. Là một phương tiện giúp người sử dụng ở qui mô quốc gia, DOE JGI tập trung phát triển công cụ rẻ tiền, hiệu quả tốt để tổng hợp và phân tích các chuỗi trình tự các bộ gen của sinh vật. Cho dù chúng ta đang có những tiện ích vô cùng to lớn trong việc giảm được giá thành và kỹ thuật chính xác “DNA sequencing”, nhưng các thách thức vẫn còn đeo đuổi chúng ta trong nội dung tái cấu trúc lại genome (reconstructing genomes).  Những công nghiệ hiện nay khá tốt trong việc việc đ5c trình tự các đoạn phân tử ngắn, từ đó kết nối chúng lại nhợ trợ giúp của computer thành ra những đại phân tử lớn, sao cho thứ tự của những ký tự ấy có thể được xác định và chức năng của trình tự DNA mục tiêu được phân biệt rõ (target sequence discerned). Tuy nhiên, “genome assembly” (tổng hợp trình tự genome) là một nổ lực tột bậc gắn kết hàng triệu mảnh như một trò chơi ghép hình (jigsaw puzzle) mà chúng ta không biết rằng bức tranh ấy có bao trùm hết hay không, đó chính là thách thức còn lại hôm nay, bởi vì số lượng các mảnh nhỏ này đang là con số cực kỳ lớn. Một sự hợp tác giữa DOE JGI, Pacific Biosciences (PacBio) và Đại Học Washington đã cải thiện được tình trạng này, tạo ra một “workflow” đối với nội dung tổng hợp bộ gen mà người ta mô tả đó như thuật ngữ sau đây: “a fully automated process from DNA sample preparation to the determination of the finished genome.” Kỹ thuật có tên là HGAP (Hierarchical Genome Assembly Process), sử dụng phân tử đơn PacBio, đọc trình tự “real-time DNA”. Ngần ấy tạo nên một kỹ thuật đọc được hàng vạn nucleotides, chuỗi trình tự dài hơn bất kỳ kết quả nào trước đây trong dự án nổi tiếng thế giới “Human Genome Project era”, công nghệ đọc trình tự của Sanger, cho phép đọc khoảng 700 nucleotides.

Hình 2: Sơ đồ của kỹ thuật HGAP: Trước tiên, tiến hành lần đọc trình tự dài nhất để bắt giữ từng bộ dữ liệu của sequence. Sau đó, những trình tự này hoạt động như những trình tự tham khảo (references) để phục hồi khả năng đọc đối với các bước “tiền chuẩn bị” cho tổng hợp.
Giai đoạn đọc có tính chất “pre-assembled” sẽ tiến đến “assembled” sử dụng một công cụ có tên là “off-the-shelf assembler” và trình tự cuối cùng được chỉnh sửa để có genome cuối cùng (Courtesy of Jason Chin, PacBio). Tác giả của công trình này là: Alex Copeland và Alicia Clum thuộc DOE JGI, Chen-Shan Chin, David Alexander, Patrick Marks, Aaron Klammer, James Drake, Cheryl Heiner, Stephen Turner, và Jonas Korlach thuộc Pacific Biosciences, và John Huddlestonand Evan Eichler thuộc Đại Học Washington.

Xem chi tiết: http://www.jgi.doe.gov/News/news_13_05_06.html hoặc science.energy.gov.    (GS Bùi chí Bửu lược dịch)

Xác định và thực hiện fine mapping một đột biến gen điều khiển duy trì màu xanh của lá già trong cây lúa “ospse1”.

Nguồn: Hai-Bin Wu, Bin Wang, Yuanling Chen, Yao-Guang Liu, Letian Chen. 2013. TAG, tháng 4-2013

Tính trạng hóa già trước khi chín (premature senescence) có thể làm hạn chế năng suất lúa do hạn chế pha tăng trưởng. Trong nghiên cứu này, một đột biến gen tự phát sinh (premature senescence mutant) được phân lập trong bộ gen cây lúa (Oryza sativa L.). Phân tích di truyền cho thấy kiểu hình “premature senescence” được điều khiển bởi một đột biến gen lặn, người ta gọi đó là Oryza sativa premature senescence1 (ospse1). Gen đột biến lặn ospse1 biểu hiện “premature leaf senescence” kể từ giai đoạn tượng khối sơ khởi cho đến giai đoạn chín ngày một trầm trọng hơn. Thành phần năng suất rất quan trọng là khối lượng 1.000 hạt bị ảnh hưởng nặng nề nhất, bên cạnh đó là tỷ lệ đậu hạt trên bông, nhưng không ảnh hưởng đến số hạt trên bông trong cây lúa có gen ospse1. Hàm lượng diệp lục, hiệu suất quang hợp thuần, và mức độ bốc thoát hơi nước ở lá đòng có gen ospse1 vẫn giống hệt như cây lúa nguyên thủy (wild-type) trong giai đoạn tăng trưởng, nhưng các thông số này giảm từ từ sau khi lúa trổ bông. Các gen có liên quan đến tính trạng “senescence” OsNYC1 và OsSgr điều tiết theo kiểu UP trong cây lúa có gen ospse1 trong giai đoạn lá hóa già trước khi trưởng thành  (premature leaf senescence). Locus ospse1 được người ta lập bản đồ tại vùng có độ lớn 38-kb trên nhiễm sắc thể số 1. Phân tích chuỗi trình tự vùng này, người ta ghi nhận có sự kiện mất một nucleotide ở vị trí 3′ của một ORF (open reading frame) mã hóa một pectate lyase có tính chất giả định, dẫn đến một hiện tượng dịch chuyển khung (frame shift) và dẫn đến việc tạo ra một phân tử ORF dài hơn. Người ta kết luận rằng tính trạng “premature senescence” do gen đột biến ospse1 có thể được điều tiết bằng một cơ chế khá mới trên cơ sở hoạt động của pectate lyase.

Xem chi tiết http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-013-2104-y

Bản đồ di truyền hai gen kháng bệnh trên đậu nành do nấm Phytophthora sojae gây ra – nguồn vật liệu bản địa PI 567139B

Nguồn: Feng Lin, Meixia Zhao, Jieqing Ping, Austin Johnson, Biao Zhang, T. Scott Abney, Teresa J. Hughes, Jianxin Ma; Theoretical and Applied Genetics, May 2013

Bệnh thối thân và thối rễ đậu nành do Phytophthora (PRR), vi nấm gây bệnh lây nhiễm trong đất, thuộc oomycete pathogen Phytophthora sojae, là một trong những đối tượng gây hại nghiêm trọng. PRR có thể được kiểm soát một cách hữu hiệu bởi gen kháng chuyên tính với nòi P. sojae (Rps). Tuy nhiên, các gen Rps thường không bền vững (non-durable), vì quầ thể của vi nấm P. sojae rất đa dạng và nhanh chóng thích ứng với điều kiện mới, chúng có thể chịu đựng và khắc phục sau 8–15 năm. Do đó, việc xác định giống đậu nành có gen Rps mới kháng bệnh rất quan trọng để phát triển giống đậu nành cao sản kháng bệnh Phytophthora. Mẫu giống PI 567139B là giống đậu nành bản địa mang gen kháng rất tốt với hầu hết các nòi có độc tính mạnh P. sojae tại bang Indiana. Quần thể lập bản đồ bao gồm 245 cá thể F₂ và 403 dòng F_2:3 được phát triển từ tổ hợp lai giữa PI 567139B và giống nhiễm ‘Williams’, rồi phân tích tính kháng có từ nguồn PI 567139B. Giống PI 567139B mang hai gen Rps độc lập, ký hiệu là RpsUN1 và RpsUN2. Gen trước được tìm thấy trê bản đồ di truyền ở vùng 6,5 cM giữa hai SSR markers Satt159 và BARCSOYSSR_03_0250 kế cận locus Rps1 trên NST3, gen sau định vị ở khu vực 3,0 cM giữa BARCSOYSSR_16_1275 và Sat_144, khoảng 3,0–3,4 cM ở vùng trên nguồn của Rps2 trên NST16. Theo dữ liệu genome sequence của ‘Williams 82’, cả hai vùng ấy rất nhiều gen mã hóa protein giàu domain NBS-LRR. Phân tích chỉ thị phân tử có liên quan đến tính kháng các gen này, với 16 mẫu phân lập của nấm P. sojae, cộng với kết quả nghiên cứu trên bản đồ như vậy, người ta cho rằng RpsUN1 là một alen mới ở locus Rps1, trong khi RpsUN2 dường như là một gen mới Rps.

Xem chi tiết: http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-013-2127-4