Di truyền tính kháng bệnh siêu vi của đậu nành

Nguồn: Dagang Wang, Shengnan Chen, Zhiping Huang & Jing Lin. 2022.  Identification and mapping of genetic locus conferring resistance to multiple plant viruses in soybean. Theoretical and Applied Genetics Sept 2022; vol. 135: 3293–3305

Một locus đáng tin cậy liên quan đến tính kháng phổ rộng đối với nhiều siêu vi gây bệnh cho cây đậu nành trong điều kiện đồng ruộng được ghi nhận.

Bệnh SMD (soybean mosaic disease) có thể do một loạt các siêu vi gây ra, hầu hết chúng đều được quan tâm đặc biệt trong chương trình cải tiến giống đậu nành. Sự dịch chuyển tích cực của SMD làm cho công việc chọn giống phải cần đến tính kháng phổ rộng. Tuy nhiên, những báo cáos về tính kháng phổ rộng ấy đối với nhiều siêu vi hết sức hạn chế. Để catalog các thành viên của cộng đồng siêu vi bên cạnh bệnh SMD, những mẫu virus được người ta thu thập về từ các ruộng thí nghiệm có triệu chứng bệnh rõ ràng, và việc phát sinh bệnh của những chủng nòi được người ta đánh giá cẩn thận. Kết quả chạy ELISA và PCR cho thấy 39.58% mẫu có 2 chủng nòi virus (virus strains) và 66.67% có ba chủng nòi virus. Chỉ có 3 mẫu giống đậu nành hoàn toàn không có triệu chứng bệnh lý, trong khi đó, 42% biểu hiện tính nhiễm trung bình và nặng, cho thấy có hiện tượng co-infection của nhiều siêu vi còn là mối hiểm họa cho hệ thống sản xuất đậu nành. Bên cạnh đó, người ta tạo ra quần thể con lai RIL bao gồm 150 dòng F_7:9 từ các giống đậu nành phản ứng với sự lây nhiễm của siêu vi và khai thác nhiều chỉ thị phân tử có ý nghĩa, cũng như các gen kháng bệnh. Kết quả phân tích QTL cho thấy có một locus đáng tin cậy, GmRmv, trên nhiễm sắc thể 13. Gen GmRmv kháng SMD được xác nhận trong xét nghiệm các dòng NIL và định vị trong quãng 157-kb bao gồm 17 gen được chú thích (annotated). Trong những gen ấy, có 3 gen, Glyma.13G190000, Glyma.13G190300 và Glyma.13G190400, mỗi gen đều có domaim LRR, biến dị di truyền có ý nghĩa trong trình tự mật mã giữa bố mẹ cho tính kháng và tính nhiễm bệnh.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04187-9

Di truyền tính kháng bệnh rỉ sắt đậu nành Phakopsora pachyrhizi

Nguồn:David R. Walker, Samuel C. McDonald, Donna K. Harris, H. Roger Boerma, James W. Buck, Edward J. Sikora, David B. Weaver, David L. Wright, James J. Marois & Zenglu Li. 2022. Genomic regions associated with resistance to soybean rust (Phakopsora pachyrhizi) under field conditions in soybean germplasm accessions from Japan, Indonesia and Vietnam.Theoretical and Applied Genetics September 2022; vol. 135: 3073–3086

Tám vùng gen đích của hệ gen đậu nành được tìm thấy, bao gồm 6 vùng đã có trước khi báo cáo khao học này được công bố, biểu thị di truyền tính kháng bệnh rỉ sắt đậu nành (soybean rust do nấm Phakopsora pachyrhizi) ở đông nam Hoa Kỳ.

Bệnh rỉ sắt đậu nành do vi nấm Phakopsora pachyrhizi gây ra, là một trong trong những bệnh trên lá đậu nành [Glycine max (L.) Merr.]. Mặc dù bảy loci gen kháng Rpp đã được công bố rồi, những biến thiên di truyền pathotype rất lớn trong các quần thể nấm gây bệnh làm tăng khả năng xác định các gen bổ sung  và các loci có liên quan đến tính kháng bệnh rỉ sắt. Có 191 mẫu giống đậu nành nhập nội từ Nhật, Indonesia và Vietnam, có 65 dòng nhập nội từ các quốc gia khác được thanh lọc tính kháng P. pachyrhizi trong điều kiện ngoài đồng ở vùng đông nam Hoa Kỳ, năm 2008 đến 2015. Kết qua ghi nhận 84, 69, và 49% mẫu giống đậu nành từ nam Nhật Bản, Vietnam và trung Indonesia, theo thứ tự, có có trị BLUP âm tính, cho thấy ít bệnh rỉ sắt hơn giá trị trung bình của tập đoàn gđã xác định được 8 vùng treong hệ gen đậu nành định vị trên 7 nhiễm sắc thể có liên quan đến tính kháng bệnh SBR, bao gồm những vùng đã được báo cáo trước đây rồi là nhiễm sắc thể 1, 4, 6, 9, 13, và 15, bên cạnh cáv vị trí của Rpp3 và Rpp6 loci. Có 6 vùng trong hệ gen chưa được báo cáo chứa các loci mới  Rpp. Phân lập những nguồn bổ sung này của bệnh rỉ sắt và các vùng có liên quan trên hệ gen sẽ là sự nỗ lực trong tương lai nhằm phát triển giống đậu nành cao sản có phổ kháng rộng, kháng bền vững với bệnh rust ở đông nam Hoa Kỳ.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04168-y

Di truyền các tính trạng phức hợp của hệ gen cây lúa

Nguồn: Ioanna-Theoni Vourlaki, Raúl Castanera, Sebastián E. Ramos-Onsins, Josep M. Casacuberta & Miguel Pérez-Enciso. 2022. Transposable element polymorphisms improve prediction of complex agronomic traits in rice. Theoretical and Applied Genetics Sept. 2022; vol. 135: 3211–3222

Đa hình đoạn phân tử chèn transposon có thể là yếu tố cải tiến dự đoán của những tính trạng nông học phức tạp (complex agronomic traits) của cây lúa khi so sánh với kỹ thuật SNPs, đặc biệt là các mẫu giống lúa được dự đoán có ít liên quan đến bộ dòng training trong sàng lọc di truyền.

TIPs (transposon insertion polymorphisms) là nguồn biến dị di truyền rất có ý nghĩa. Những công trình nghiên cứu trước đây cho thấy TIPs có thể cải tiến sự phát thiện ra các loci đích đối với tính trạng nông học di truyền số lượng, phức tạp của cây lúa. Ở đây, tác giả công trình định lượng tỷ lệ phương sai giải thích được biến thiên di truyền nhở bộ chỉ thị SNPs so sánh với phương pháp  TIPs, họ khai thác ưu điểm của TIPs có thể cải tiến giá trị dự đoán các tính trạng nói trên khi so sánh với nghiệm thức chỉ sử dụng chỉ thị SNPs. Người ta dùng 11 tính trạng nông học của 5 nhóm quần thể giống lúa thuộc loại hình Aus, Indica, Aromatic, Japonica, và Admixed, bao gồm tất cả 738 mẫu giống lúa trong ngân hàng gen. Người ta đánh giá kết quả dự đoán bằng cách sử dụng dữ liệu “split validation” trong hai kịch bản. Ở kịch bản “within-population”, người ta đã dự đoán được kết quả của giống indica cải tiến  bằng tập đoàn còn lại của mẫu giống lúa indica. Trong kịch bản “across population”, người ta đã dự đoán được tất cả mẫu giống lúa thơm và mẫu giống lúa “Admixed” sử dụng tập đoàn còn lại. Ở mỗi kịch bản, hệ phương trình “Bayes C and Bayesian reproducible kernel Hilbert space regression” được so sánh kết quả với nhau. TIPs có thể giải thích được một tỷ số quan trọng của biến thiến di truyền tổng quát; chúng còn có thể cải tiến được giá trị chẩn đoán sàng lọc di truyền (genomic prediction). Trong kịch bản tập đoàn lai, TIPs hoàn thiện bộ chỉ thị SNPs thành 9 nhóm của 11 tính trạng nông học phân tích. Một vài tính trạng như sự hóa già của lá (leaf senescence), chiều rộng hạt thóc, TIPs đã làm tăng giá trị “predictive correlation”  từ 30 đến 50%. Đây là minh chứng lần đầu tiên, đánh giá kiểu gen bằng TIPs có thể cải tiến kết quả dự đoán những tính trạng nông học complex của cây lúa, khi các mẫu giống lúa được dự đoán có ít liên quan đến are  “training accessions”.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04180-2

Figure 1:

(a) PC loadings of each trait for the two first standardized principal components. 

(b) Plot showing the accessions projected. The first (x-axis) and second (y-axis) PCs explained 19% and 15.8% of variance, respectively.

APIP5 và yếu tố phiên mã tronghệ thống tự vệ của cây lúa

Nguồn: Fan Zhang, Hong Fang , Min Wang, Feng He, Hui Tao, Ruyi Wang, Jiawei Long, Jiyang Wang, Guo-Liang Wang, Yuese Ning. 2022. APIP5 functions as a transcription factor and an RNA-binding protein to modulate cell death and immunity in rice. Nucleic Acids Res.; 2022 May 20; 50(9):5064-5079.  doi: 10.1093/nar/gkac316.

Nhiều phân tử yếu tố phiên mã (TFs) của động vật kết gắn với cả phân tử  DNA và mRNA, điều tiết phiên mã và điều tiết hình thành mRNA. Tuy nhiên, chức năng TFs thực vật ở hai mức độ phiên mả và hậu phiên mã đều chưa được biết. Cây lúa (Oryza sativa) có bZIP TF AVRPIZ-T-INTERACTING PROTEIN 5 (APIP5) điều tiết thụ động để lập trình gây chết (programmed cell death) và kháng bệnh đạo ôn. Nó bị định dạng bởi effector AvrPiz-t của nấm gây đạo ôn Magnaporthe oryzae. Người ta minh chứng được tín hiệu định vị trong nhân của APIP5 vô cùng cần thiết cho sự ức chế APIP5 của sự kiện tế bào chết và tính kháng bệnh đạo ôn. APIP5 hướng trực tiếp đến nơi mà có điều tiết tích cực tính kháng bệnh đạo ôn: gen liên kết với kinase của thành tế bào  có tên là OsWAK5 và gen gắn với cytochrome P450 có tên là CYP72A1. APIP5 ức chế sự biểu hiện của OsWAK5, làm hạn chế sự tích tụ lignin; hơn nữa, APIP5 còn ức chế sự biểu hiện của CYP72A1, làm hạn chế sản sinh ra ROS (reactive oxygen species) và bảo vệ sự tích tụ những hợp chất cần thết. Đáng chú ý là, APIP5 hoạt động như RNA-binding protein để điều tiết sự hình thành phân tử mRNA của các gen liên quan đến cell death & defense. Đó là OsLSD1 và OsRac1. Do đó, APIP5 đóng hai chức năng cùng một lúa (dual roles), hoạt động như TF để điều hòa sự biểu hiện gen trong nhân và  có chức năng như một RNA-binding protein để điều hòa mRNA turnover trong tế bào chất.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35524572/

Hình: Tích tụ trong nhân GFP-APIP5 có tính chất phụ thuộc vào pathogen và có tính chất phát triển.