Chỉ thị phân tử SNP mới và vùng gen đích liên quan đến căng thẳng gắn liền với hiệu quả sử dụng phân N của cây sắn

Nguồn: Joseph Okpani Mbe, Daniel Kwadjo Dzidzienyo, Simon Peter Abah, Damian Ndubuisi Njoku, Joseph Onyeka, Pangirayi Tongoona, Chiedozie Egesi. 2024. Novel SNP markers and other stress-related genomic regions associated with nitrogen use efficiency in cassava. Front Plant Sci.; 2024 Apr 4: 15:1376520. doi: 10.3389/fpls.2024.1376520.

Năng suất sắn tương phản với nitrogen thấp trong đất, đó là tiền đề của hầu hết vùng trồng sắn ở nhiệt đới và cận nhiệt đới xet theo sinh thái nông học. Cải tiến tính chống chịu nitrogen thấp của cây sắn đã và đang trở thành mục tiêu chọn giống quan trọng. Nghiên cứu này nhằm phát triển các giống sắn có tính trạng cải tiến về hiệu quả sử dụng phân N thông qua xác định các vùng trong hệ gen cây sắn và tìm các gen ứng cử viên gắn liền với hiệu quả sử dụng N trong cây sắn. Người ta tiến hành phân tích GWAS thông qua GAPIT (Genome Association and Prediction Integrated Tool). Tập đoàn giống sắc rất đa dạng bao gồm 265 mẫu giống được đánh giá kiểu hình đối với 10 tính trạng sinh lý và nông học trong nghiệm thức tối hảo và nghiệm thức thiếu nitrogen. Tiến hành phân tích genotyping trên toàn hệ gen của những mẫu giống sắn này được hoàn tất nhờ chạy trình tự DArTseq (Diversity Arrays Technology). Có tổng số 68.814 chỉ thị phân tử SNPs được xác định, chúng phân bố rộng trên toàn bộ 18 nhiễm sắc thể của genome cây sắn, trong số đó, có 52 SNPs biểu thị mật độ rất khác nhau, có khả năng gắn kết với tính trạng hiệu quả sử dụng N của cây sắn và những tính trạng nông học khác có liên quan đến năng suất củ sắn. Các gen giả định như vậy từ kết quả GWAS, đặc biệt là những gen liên kết chặt với chỉ thị SNP trong trường hợp tính trạng hiệu quả sử dụng N (NUE) và những tính trạng liên quan có tiềm năng lớn để khai thác,  nếu tương ứng, để phát triển giống sắn mới có khả năng cải tiến hiệu quả sử dụng phân N tốt hơn, kết quả sẽ là giả đáp làm sao giảm thiểu chi phí kinh tế và môi trường trong sản xuất sắn bền vững.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38638347/

Nghiên cứu transcriptomic về vai trò của MeFtsZ2-1 trong tích lũy sắc tố trên lá sắn

Nguồn: Yuwei Zang, Kunlin Wu, Liangwang Liu, Fangfang Ran, Changyi Wang, Shuwen Wu ¹, Dayong Wang, Jianchun Guo, Yi Min. 2024. Transcriptomic study of the role of MeFtsZ2-1 in pigment accumulation in cassava leaves. BMC Genomics; 2024 May 7; 25(1):448. doi: 10.1186/s12864-024-10165-w.

MeFtsZ2-1 là một gen đích đối với phân chia plastid trong thực vật, nhưng cơ chế này bởi ảnh hưởng của MeFtsZ2-1 đến tích lũy sắc tố trong cây sắn (Manihot esculenta Crantz) thông qua plastids vẫn chưa rõ ràng. Người ta thấy: khi gen MeFtsZ2-1 biểu hiện mạnh mẽ trong cây sắn, chúng sẽ có màu sắc đậm hơn ở lá sắn, với hàm lượng gia tăng của anthocyanins và carotenoids. Quan sát kỹ hơn, thông qua công cụ TEM (Transmission Electron Microscopy) cho thấy không  có thiếu sót tạm thời nào về cấu trúc thể lạp (chloroplast) nhưng có sự gia tăng số lượng plastoglobule trong lá sắn của cây có biểu hiện gen đích mạnh mẽ. Kết quả RNA-seq cho thấy: có 1582 gen DEGS (differentially expressed genes) trong lá sắn cây biểu hiện gen đích mạnh. Phân tích KEGG pathway cho thấy rằng: những gen DEGs này có rất nhiều trong tiến trình liên quan đến tổng hợp flavonoid, anthocyanin, và carotenoid. Nghiên cứu còn nói đến chức năng của gen MeFtsZ2-1 trong tích lũy sắc tố của cây sắn từ kết quả phân tích sinh lý và  phân tích transcriptomic, ngần ấy cung cấp một luận điểm khoa học lý thuyết để cải tiến tính trạng phẩm chất của sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38802758/

Chỉ thị SNPs gắn với chống chịu lạnh và gen ứng cử viên ở giai đoạn hạt đậu nành nẩy mầm thông qua phân tích GWAS

Nguồn: Yuehan Chen, Zhi Liu, Dezhi Han, Qing Yang, Chenhui Li, Xiaolei Shi, Mengchen Zhang, Chunyan Yang, Lijuan Qiu, Hongchang Jia, Shu Wang, Wencheng Lu, Qian Ma & Long Yan. 2024. Cold tolerance SNPs and candidate gene mining in the soybean germination stage based on genome-wide association analysis. Theoretical and Applied Genetics; Published July 8 2024; vol.137; article 178

Ba QTLs gắn liền với tính trạng chống chịu lạnh được phân lập thành công bằng GWAS, và 15 gen ứng cử viên được xác định nhờ phân tích haplotype và phân tích biểu hiện gen.

Nhiệt độ lạnh là yếu tố cực trọng của đậu nành, ảnh hưởng đến sự phân bố địa lý, đến tăng trưởng và phát triển cây đậu nành cũng như năng suất hạt, với stress lạnh vào giai đoạn nẩy mầm của hạt làm cho mất năng suất sau này. Trong nghiên cứu, người ta sử dụng tập đoàn giống đậu nành bao gồm 260 mẫu giống, chúng được đánh giá 4 tính trạng hạt nẩy mầm và 4  tính trạng liên quan “cold tolerance index”, cho thấy có biến thể di truyền rất lớn về chống chịu lạnh. Genome-wide association study (GWAS) đã xác định được 10 QTNs (quantitative trait nucleotides) gắn liền với chống chịu lạnh, sử dụng 30.799 chỉ thị phân tử SNPs đa hình và 4 mô phỏng toán GWAS. Giá trị LD (linkage disequilibrium) định vị được những QTNs này nằm trong ba QTL điều khiển chịu lạnh và, với QTL19-1, nó được định vị bởi 3 mô phỏng toán “multi-locus”, khẳng định tính chất quan trọng của nó như là một QTL chủ chốt. Phân tích haplotype tích hợp, kèm theo là phân tích transcriptome, người ta tìm ra 15 gen ứng cử viên. Những haplotypes này nằm trong gen Glyma.18G044200, Glyma.18G044300, Glyma.18G044900, Glyma.18G045100, Glyma.19G222500, và Glyma.19G222600 biểu hiện biến thiên kiểu hình có ý nghĩa thống kê, với cách biểu hiện khác nhau (differential expression) như DEGs khi có thay đổi nghiệm thức chịu lạnh khác nhau. Những QTNs này và những gen ứng cử viên trong nghiên cứu này, có khả năng dùng trong chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và chỉnh sửa gen (gene editing) để cải tiến giống đậu nành cao sản chịu được lạnh, cho chúng ta cách nhìn nhận mới về cô choe61 di truyền của tính chống chịu lạnh khi nẩy mầm hạt đậu nành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04685-y

Biến dị tự nhiên của gen TBR liên quanđến tính trạng chống chịu độ độc kẽm thông qua methyl ester hóa chất pectin trong thành tế bào rễ

Nguồn: Kaizhen Zhong, Peng Zhang, Xiangjin Wei, Matthieu Pierre Platre, Wenrong He, Ling Zhang, Anna Małolepszy, Min Cao, Shikai Hu, Shaoqing Tang, Baohai Li, Peisong Hu & Wolfgang Busch. 2024. Natural variation of TBR confers plant zinc toxicity tolerance through root cell wall pectin methylesterification. Nature Communications volume 15, Article number: 5823 (2024)

Zinc (Zn) là vi lượng cực kỳ cần thiết nhưng trở nên độc khi nó có quá thừa. Thực vật đã và đang tiến hóa  nhằm chống chịu được độc tố của kẽm (Zn toxicity). Muốn xác định được genetic loci tương ứng với biến dị tự nhiên của tính chống chịu của cây với độc tố Zn, người ta tiến hành phân tích GWAS đối với khả năng phản ứng của rễ cây trong điều kiện Zn rất cao. Người ta xác định được 21 loci có liên quan ý nghĩa. Trong những loci này, người ta xác định Trichome Birefringence (TBR) biến thiên “allelic” xác định sự thay đổi kiểu hình của rễ trong nghiệm thức nhiều kẽm. Các alen tự nhiên của TBR xác định phân tử TBR transcript và các mức độ protein ảnh hưởng đến sự methy easter hóa “pectin” của thành tế bào rễ. Tổng hợp lại, cùng với kết quả được công bố trước đây, người ta kết luận rằng chính sự methyl hóa và ester hóa “pectin” (methylesterification) gia tăng theo sự kết dính Zn giảm đi, ngần ấy, nó giúp cho thành tế bào của cây đột biến TBR chịu được độc tố; kết quả này dẫn đến mô phỏng, trong đó, biến thể của TBR allelic có thể làm cho cây chống chịu Zn thông qua xếp đặt lãi cấu trúc thành tế bào khi methy ester hóa “pectin”. Vai trò củaTBR trong chống chịu Zn được bảo tồm trong cây song tử diệp và đơn tử diệp.

Xem https://www.nature.com/articles/s41467-024-50106-5#author-information

Hình: Biến thiên di truyền tự nhiên mang tính chất “allelic” của gen FRD3 gắn với phản ứng tăng trưởng của rễ khi môi trường quá nhiều Zn.