Phân tử 24-nt phasiRNAs trước gián phân giảm nhiễm trong hệ gen chi Zea và tính độc nhất trong cơ chế “biogenesis” cũng như chứ năng phân tử

Nguồn: Junpeng Zhan, Sébastien Bélanger, Scott Lewis, Chong Teng, Madison McGregor, Aleksandra Beric, Michael A. Schon, Michael D. Nodine, and Blake C. Meyers. 2024. Premeiotic 24-nt phasiRNAs are present in the Zea genus and unique in biogenesis mechanism and molecular function PNAS May 13, 2024; 121 (21) e2402285121

Trước đây người ta ghi nhận có hai lớp phân loại về reproductive phasiRNAs (phased, small interfering RNAs) trong hệ gen cây bắp, đó là premeiotic 21-nt (nucleotides) phasiRNAs và meiotic 24-nt phasiRNAs. Bây giờ, người ta ghi nhận một lớp thứ ba của reproductive phasiRNAs, có tên là premeiotic 24-nt phasiRNAs. Nó hiện diện trong chi Zea, bao gồm trong 5 dòng bắp cận giao và 3 dòng bắp thuộc loài phụ teosinte mà các tác giả đã xem xét, cộng thêm hệ gen cây lúa. Riêng với chi Zea, phân tử 24-nt phasiRNAs trước gián phân giảm nhiễm khác biệt rõ với 24-nt phasiRNAs gián phân đẳng nhiễm theo cơ chế kích hoạt (triggering mechanism), effector protein, và chức năng phân tử.

Reproductive phasiRNAs (phased, small interfering RNAs) hiện diện phổ biến trong in thực vật hạt kín (angiosperms) có vai trò quan trọng trong duy trì khả năng sinh sản của phấn hoa. Trong khi, phân tử 21-nt (nucleotides) phasiRNAs tiền gián phân giảm nhiễm và tiền gián phân đẳng nhiễm đã và đang được nghiên cứu rất sạu trong hệ gen cây bắp (Zea mays) cũng như cây lúa (Oryza sativa), một chuẩn mực giả đinh thứ ba của reproductive phasiRNAs, có tên là premeiotic 24-nt phasiRNAs vừa mới được công bố gần đây trên cây  lúa mạch (Hordeum vulgare), lúa mì (Triticum aestivum). Muốn xác định được premeiotic 24-nt phasiRNAs trong hệ gen cây bắp và loài có liên quan người ta tiến hành định tính đặc điểm “biogenesis” của chúng và chức năng, người ta hoàn thiện dữ liệu transcriptome so sánh và phân tích được degradome của bao phấn trước và trong gián phân đẳng nhiễm của 5 dòng bắp cận giao, 3 loài/loài phụ teosinte. Cở sở dữ liệu cho biết có một subset khá rõ tại loci của 24-nt phasiRNA trong cây bắp trồng và cây bắp teosinte biểu hiện mạnh mẽ trong pha “premeiotic”. Phân tử premeiotic 24-nt phasiRNAs giống với phân tử meiotic 24-nt phasiRNAs trong hệ gen gốc và dộc lập với DCL5 (Dicer-like 5) để thực hiện “biogenesis” (phát sinh học), tuy nhiên, phân tử premeiotic 24-nt phasiRNAs rất độc đáo, dường như (i) không bi6 kích hoạt bởi microRNAs, (ii) không bị nạp vào bởi AGO18 proteins, và (iii) không thể trung gian trong sự kiện cắt rời tiền chất PHAS. Bên cạnh đó, người ta còn ghi nhận một nhóm phân tử premeiotic 24-nt phasiRNAs trong cây lúa  có cơ sở dữ liệu khá đủ trước đây. Kết quả cho thấy phân tử premeiotic 24-nt phasiRNAs thiết lập nên một lới rất độc đáo của phasiRNAs sinh dục, hiện diện phổ biến trong họ Hòa Bản (Poaceae) nhiều hơn những gì mà chúng ta đã biết trước đây.

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2402285121

Phổ biểu hiện có tính chất polyadenyl hóa giống lúa kháng và nhiễm bệnh bạc lá thông qua kỹ thuật RNA-seq

Nguồn: Shaochun Liu, Shuqi Luo, Dewei Yang, Junying Huang, Xinlei Jiang, Shangwei Yu, Junru Fu, Dahu Zhou, Xiaorong Chen, Haohua He, Haihui Fu. 2024. Alternative polyadenylation profiles of susceptible and resistant rice (Oryza sativa L.) in response to bacterial leaf blight using RNA-seq. BMC Plant Biol.; 2024 Feb 28; 24(1):145. doi: 10.1186/s12870-024-04839-6.

Hình 1: Phổ biểu hiện của poly(A)(PA) sites của giống lúa nhiễm bạc lá và giống lúa kháng bạc lá.

Hiện tượng polydenyl hóa xen kẽ APA (alternative polyadenylation) là kiến thức quan trọng trong điều tiết hậu phiên mã của gen đích rất phổ biết trong sinh vật eukaryotes, bao gồm các tiến trình sinh lý và phát sinh bệnh của thực vật. Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu về vai trò của APA profile của bệnh bạc lá lúa.

Ngưởi ta tiến hành so sánh APA profile của giống lúa nhiễm bệnh bạc lá (CT 9737-613P-M) và giống lúa kháng bệnh (NSIC RC154) thông qua xử lý chủng dịch vi khuẩn theo phương pháp cắt lá. THông qua phân tích “gene enrichment” (mức độ phong phú của gen), người ta thấy rằng các gen của hai giống lúa này biểu hiện có tính chất điển hình tại distal poly(A) (PA) sites mà ở đó chúng có vai trò khác biệt nhau hình thành hai nhóm giống lúa, cho thấy tính chất của cơ chế APA regulatory khác biệt theo chủng nòi. Theo tiến trình như vậy, nhiều gen kháng bệnh biểu hiện nhiều phân tử transcripts thông qua APA. Hơn nữa, có 5 yếu tố polyadenylation của các hợp phần biểu thị giống nhau trong cây lúa, cho biết vai trò cực trọng của 5 yếu tố như vậy phản ứng với bệnh bạc lá theo sự đa dạng của locus PA.

Chú ý, đây là nghiên cứu đầu tiên về thay đổi động thái học của APA trong cây lúa phản ứng sớm với stress sinh học này và đề ra một giả thuyết chức năng (possible functional conjecture) của APA trong phản ứng miễn dịch thực vật, đặt nền tảng lý thuyết trong xác định vai trò của sự kiện APA lhi cây phản ứng với stress và các tiến trình sinh học khác.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10900630/

Xác định QTL và gen ứng cử viên gắn với tính trạng hạt đậu cô ve thông qua GWAS và RNA-Seq

Maria Jurado, Carmen García-Fernández, Ana Campa & Juan Jose Ferreira. 2024. Identification of consistent QTL and candidate genes associated with seed traits in common bean by combining GWAS and RNA-Seq. Theoretical and Applied Genetics; Published: 27 May 2024; Volume 137, article number 143

Phân tích di truyền kết hợp (association analysis), nghiên cứu tính chất đồng vị trí (colocation) QTL theo nghiên cứu trước đó, phân tích phổ biểu hiện di truyền cho phép người ta xác định được những QTLs và gen ứng cử viên điều khiển tính trạng hạt đậu cô ve.

Đậu cô ve có biến thiên di truyền rộng về dạnh hạt, kích thước, khả năng hấp thu nước, và vỏ bao hạt. Nghiên cứu nhằm mục đích xác định vùng mục tiêu trong hệ gen và gen ứng cử viên trong vùng đó điều khiển các tính trạng của hạt thông qua GWAS và phân tích phổ biểu hiện gen. Người ta sử dụng tập đoàn giống bao gồm 298 dòng thuộc Spanish Diversity Panel để đánh giá kiểu gen nhờ 4.658 chỉ thị SNP; đánh giá kiểu hình đối với 7 tính trạng hạt trong 3 mùa vụ. Ba mươi tám SNP-trait associations có ý nghĩa thống kê, kết quả chia ra được 23 QTL genomic regions với 1.605 gen được giả định. Vị trí của 5 vùng mang QTL gắn liền với tính trạng khối lượng hạt được thống nhất theo kết quả trước đó.Kết quả phân tích HCPC với chỉ thị SNP tìm ra được 5 vùng mang QTL thành 3 clusters di truyền chính có ý nghĩa đối với tính trạng khối lượng hạt. Phân tích chia ra nhóm tương ứng tốt với 2 gene pools đã được mô tả là: Andean và Mesoamerican. Biều hiện hạt đậu của giống ‘Xana’ trong 3 giai đạon phát triển hạt, và 1.992 gen DEGs (differentially expressed genes: gen biểu hiện khác nhau) được tìm thấy, chủ yếu khi người ta so sánh  phát hiển hạt giai đoạn sớm và muộn (1,934 gen DEGs). Có tất cả 91 gen DEGs liên quan đến tăng trưởng tế bào, chu trình truyền tín hiệu, yếu tố phiên mã cơ bả từ 23 QTL được phân lập. Hai mươi hai gen DEGs định vị trên 5 vùng QTL gắn liền với tính trạng khối lượng hạt, cho thấy chúng là “set” chủ lực của các gen ứng cử viên điều khiển khối lượng hạt đậu cô ve.  Kết quả cho thấy tính trạng khối lượng hạt là tổng các ảnh hưởng của hệ thống phức tạp trong các loci, đóng góp lớn đến sự hiểu biết về kiểu hình của hạt đậu cô ve.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04638-5

Hình 3: Vị trí trên nhiễm sắc thể gắn với 7 tính trạng hạt thông qua GWAS (hộp màu xanh lá cấy). * Vvùng đồng vị trí với QTL được báo cáo trước đó của tính trạng hạt. Các DEGs biểu hiện trong giai đoạn phát triển hạt thông qua kết quả RNA-seq analysis (bên phải nhiễm thể).

GWAS và dự đoán di truyền tính kháng rầy nâu trên lúa

Nguồn: Cong Zhou, Weihua Jiang, Jianping Guo, Lili Zhu, Lijiang Liu, Shengyi Liu, Rongzhi Chen, Bo Du, Jin Huang. 2024. Genome-wide association study and genomic prediction for resistance to brown planthopper in rice. Front Plant Sci.; 2024 Mar 21: 15:1373081.doi: 10.3389/fpls.2024.1373081.

Abstract

Rầy nâu (BPH) là đối tượng dịch hại nghiêm trọng cho sản xuất lúa trên toàn thế giới. Phát triển giống lúa kháng rầy mang mang kháng BPH là nội dung quan trọng. Trong nghiên cứu này, người ta tiến hành đánh giá tính kháng của tập đoàn căn bản bao gồm 502 mẫu giống với thang điểm chuẩn, tăng  khối lượng cơ thể (weight gain rates) và dịch bài tiết (honeydew excretions). Có tất cả 117 giống lúa kháng (23.31%). Genome-wide association studies (GWAS) được tthực hiện trên tập đoàn 50 giống lúa và loài phụ, có 6 loci liên kết có ý nghĩa với thang điểm kháng (P value < 1.0e^-8). Trong các loci như vậyse loci, người ta xác định được 8 gen ứng cử viên mã hóa receptor-like protein kinase (RLK), nucleotide-binding và leucine-rich repeat (NB-LRR), hoặc LRR proteins. Hai loci chưa được tìm thấy trong kết quả trước đó, hoàn toàn mới. Người ta đánh giá được khả năng dự đoán qua sàng lọc di truyền (genomic selection) của tính kháng BPH. Kết quả cho thấy mức độ chính xác cao nhất của tính kháng BPH là 0.633. Như kỳ vọng, mức độ chính xác dự đoán cùng tiến theo số lượng chỉ thị phân tử SNPs, Một array có 6.7K SNPs tăng chính xác có thể so sánh được với bộ 268K SNPs. Theo mô phỏng toán thống kê ứng dụng, random forest model biểu hiện mức chính xác dự đoán cao nhất. Bên cạnh, gia tăng số quần thể “training” cũng cải tiến được độ chính xác dự đoán; tuy nhiên, không khác biệt có ý nghĩa giữa training population của 737 và 1179. Khi có quan hệ di truyền quá gần giữa quần thể training và quần thể validation, mức độ chính xác cao hơn được ghi nhận với những kịch bản theo khoảng cách di truyền. Kết quả ghi nhận nhiều gen ứng cử viên kháng rầy và nguồn vật liệu bố mẹ, rất hữu ích cho ứng dụng genomic selection (sàng lọc di truyền) phục vụ cải tiến giống lúa cao sản kháng rầy nâu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38576786/

Hình 4. Manhattan plot và Quantile-Quantile (QQ) plot của tính kháng rầy nâu trong 502 giống lúa (A), indica (B), japonica (C) và circum-aus (D). Mật độ chỉ thị SNPs được đánh dấu dưới nhiễm sắc thể. The p-value threshold for significance is 1.0×10^-8.