Bản đồ phân tử gen phục hồi phấn hoa (restorer-of-fertility 2) của cây củ cải đường (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris) đồng hợp tử đối với alen không phục hồi của gen “restorer-of-fertility 1”

Nguồn: Yujiro Honma, Kazunori Taguchi, Hajime Hiyama, Rika Yui-Kurino, Tetsuo Mikami, Tomohiko Kubo. 2014. Theoretical and Applied Genetics, December 2014 Volume 127, Issue 12, pp 2567-2574.

Bằng phương pháp giảm thiểu gen chủ lực “restorer - of – fertility” (Rf), một gen Rf yếu đã được công bố. Đó là một alen Z, được người ta biết từ trước như là một gen khó nhận biết Rf trong cây củ cải đường.

Trong cải tiến giống củ cải đường bằng con đường lai tạo giống ưu thế lai, việc chọn ra giống mẹ làm nhiệm vụ duy trì tính bất dục đực (maintainer) là một tiến trình mất nhiều công sức ví nó lệ thuộc vào rất nhiều nội dung lai thử nghiệm (test crossing), mà biểu hiện thường xảy ra cực kỳ thấp. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) các giống maintainer như vậy có tính cấp thiết cao đối với nhà chọn giống củ cải đường. Gen phục hồi phấn hoa chủ lực (Rf) được người ta xác định là Rf1, và alen không phục hồi phấn hoa rf1 được phân biệt ở mức độ phân tử DNA. Tuy nhiên, một vài chọn lựa rf1rf1 vẫn được giữ lạinhư một Rf có tính không đồng nhất, một locus mục tiêu khác đối với MAS. Mục tiêu của nghiên cứu này là xác định Rf như vậy. Mọt cây  rfrf1 được người ta lai với giống củ cải đường bất dục đực tế bào chất, rồi cho hồi giao để có quần thể con lai phân ly gen Rf không đồng nhất. Con lai thể hiện tính trạng phục hồi phân hoa một cách không hoàn toàn, mà nó không ổn định ở từng cây đơn lẽ. Tỷ lệ phân ly giữa cây phục hồi phấn hoa và cây không phục hồi được quan sát và gợi ra có sự hiện diện của một alen đơn Rf trong sự kiện phục hồi phấn hoa, ký hiệu là Rf2. Tác giả xác định khả năng của chỉ thị phân tử đánh dấu Rf2 bằng cách nhận diện 4 đoạn phân tử trong AFLP chuyên biệt đối với 17 cây phục hồi. Phân tích BSA (bulked segregant analysis) được thực hiện để thanh lọc các chỉ thị AFLP liên kết với Rf2, mà chỉ thị như vậy ngay sau đó được phản hồi đối với 17 chỉ thị STSs (sequence-tagged site markers). Tất cả chỉ thị này, cũng như hai marker bổ sung xác định vùng nhiễm sắc thể IV, mỗi cái liên kết với nhau để hình thành bản đồ “single linkage”, tại đó Rf2 định vị. Kết quả cho thấy Rf2 giống như một alen của gen Z, được từ trước là gen Rf của củ cải đường. Tính chất quan trọng của Rf2 cũng được thảo luận phục vụ cho cải tiến giống củ cải đường.

Hình 1  Các thành phần của sản phẩm PCR trong điện di AFLP với hai “restored bulks” (cột A), ba “non-restored bulks” (B), mười cây phục hồi phấn hoa của quần thể BC1F1 (C), và 15 cây hoàn toàn bất dục đực thuộc BC1F1 (D). Những primers chọn lọc là EcoRI-CCC và MseI-GAC. Mũi tên chỉ đoạn phân tử AFLP liên kết với tính trạng phục hồi phấn hoa. Độ lớn phân tử của sản phẩm PCR được ghi chú ở cạnh phải (bp).

Xem http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-014-2398-4

Bản đồ vùng chứa gen chuyển vị 1RS.1BL trong giống “common wheat” ảnh hưởng đến năng suất hạt và trạng thái nước trong tán lá

Nguồn: Tyson Howell, Iago Hale, Ljupcho Jankuloski, Marcos Bonafede, Matthew Gilbert, Jorge Dubcovsky. 2014. Theoretical and Applied Genetics, December 2014 Volume 127, Issue 12, pp 2695-2709.

Nghiên cứu này xác định một vùng rất xa và nhỏ bé của nhiễm sắc thể 1RS trong cây mạch đen (rye) có tác động dương tính với năng suất lúa mì.

Sự chuyển vị trên vai ngắn của nhiễm sắc thể cây mạch đen (Secale cereale L.) chromosome one (1RS) vào trong cây lúa mì (Triticum aestivum L.) nhiễm sắc thể 1B (1RS.1BL) được người ta sử dụng trong chương trình cải tiến giống lúa mì trên thế giới do ảnh hưởng tích cực của nó đến năng suất hạt, đặc biệt trong điều kiện bị stress phi sinh học. Không may là, tính chất chuyển vị ấy (translocation) liên kết với chất lượng kém của bánh mì. Để làm giảm thiểu vấn đề này, vai 1RS của nhiễm sắc thể được thao tác di truyền bằng phương pháp loại bỏ và thay thế hai đoạn phân tử của cây mạch đen có kẽ hở (interstitial rye segments) bằng đoạn chromatin của lúa mì: một đoạn phân tử có tính chất ngoại biên (distal segment) để du nhập vào loci Glu-B3/Gli-B1 của lúa mì. Một đoạn phân tử có tính chất đầu gần (proximal segment) được sử dụng để lấy ra locus Sec-1 của cây mạch đen. Tác giả đã sử dụng thao tác di truyền trên nhiễm sắc thể 1RS (trở về sau sẽ là 1RS^WW) để phát triển và đánh giá hai bộ quần thể đẳng gen (NILs): 1RS/1RS^WW. Thí nghiệm đồng ruộng cho kết quả các dòng tiêu chuẩn 1RS cho năng suất cao hơn và trạng thái nước trong tán lá tốt hơn “1RS^WW NILs” trong cả hai nghiệm thức có tưới và không tưới. Tác giả lai hai dòng 1RS và 1RS^WW rồi tạo ra hai dòng NILs có tính chất bổ sung cho nhau, một mang đoạn nhiễm thể “distal” (1RS^RW) và một mnang đoạn nhiễm thể “proximal” (1RS^WR) trong cây lúa mì. Các dòng lúa mì không mang đoạn nhiễm sắc “distal” (1RS và 1RS^WR) biểu hiện sự cải tiến rất có ý nghĩa về năng suất hạt và trạng thái nước trong tán lá so với các dòng NILs mang đoạn “distal” (1RS^WW và 1RS^RW), kết quả cho thấy: vùng 1RS đã được thay vào bởi vùng “distal” với các alen ưu việt. Dòng NILs không có đoạn “distal” biểu hiện sự khác biệt carbon đồng vị phóng xạ và làm tăng sự thoát nước qua khí khổng. Kết quả cho thấy những câh như vậy được cải tiến cách tiếp cận với nước. Dòng NILs như 1RS^WW, 1RS^WR và 1RS^RW đã được lưu giữ tại “National Small Grains Collection” (Tập đoàn cây trồng hạt nhỏ của quốc gia).

Xem http://link.springer.com/article/10.1007/s00122-014-2398-4

Hình 1: Hình chromatin của từng giống khác nhau trong nghiên cứu này. Chỉ có vai ngắn của nhiễm sắc thể được biểu hiện (tất cả vị trí chuyển đổi trên vai nhiễm IBL của lúa mì).