Tuần tin khoa học 1009 (14-20/9/2026)

Chuỗi phản ứng miRNA phụ thuộc vào hormone hội tụ tại enzyme glycogen phosphorylase để điều tiết tính thích ứng của tính trạng cánh con rầy mềm aphids (1)

Tính mềm dẻo trong sự phát tán của rầy mềm aphid, liên quan đến sản sinh ra rầy có cánh hoặc rầy không cánh đều tùy thuộc vào tín hiệu ngoại cảnh, liên quan đến các chuỗi phản ứng phân tử phức tạp. Tác giả xác định được một  phân tử TF “hormone–nuclease” – trong hệ thống microRNA mà ở đó, men glycogen phosphorylase (GP) hoạt động như một nút chuyển hóa được chia sẻ bởi hai phân tử  “miRNA cascades” phản ứng với hormone trong các giai đoạn riêng biệt về tính dẻo dai của cánh rầy mềm. Trục JH–RRP44–miR-317–GP thúc đẩy sản xuất rầy con có cánh, trong khi, trục insulin–FoxD3–miR-305–GP hỗ trợ quá tro2nh hình thành cánh bình thường, và những trục nàyđược điều khiển một cách độc lập . Khu ng mô hình lấy hệ men GP làm trung tâm gắn liền với các tín hiệu môi trường, tín hiệu hormone, sự biến dưỡng, và tính trạng linh hoạt của cánh liên quan đến phát tán. Kết quả này xây dựng nên một tương tác chéo giữa hormone và phân tử miRNA giống như một cơ chế then chốt của thích nghi hết sức mềm dẻo, mang lại những hiểu biết sâu sắc về cơ chế phát tán và quá trình tiến hóa của côn trùng.

Tính chất mềm dẻo của kiểu hình (phenotypic plasticity) tạo khả năng cho sinh vật có thể thích nghi với biến đổi của môi trường bền ngoài chúng, nhưng cơ chế các tín hiệu môi trường tạo ra những kiểu hình thay thế  như thế nào vẫn chưa được làm rõ. Tính mềm dẻo của cánh rầy mềm aphid cung cấp một mô hình khả thi để xử lý nhằm hiểu được chúng ở mức độ phân tử, làm thế nào mà dạng có cánh và dạng không cánh được tạo ra và được định tính. Đối với rầy mềm aphids, tín hiệu nội tiết (endocrine) ví dụ như juvenile hormone (JH) và insulin, cùng với phân tử miRNAs, hình thánh nên tính mềm dẻo linh hoạt của cánh, nhưng, liệu rằng các kết quả điều hòa ấy có liên quan về cơ chế hay không, kết nối với nhau như thế nào; tất cả chưa rõ. Ở đây, tác giả đã xác định được hai chuỗi phản ứng miRNA phản ứng với hormone, chúng hướng về cùng một mục tiêu, glycogen phosphorylase (GP), để điều tiết các pha khác biệt nhau của sự điều tiết hình thái cánh một cách mềm dẻo. Tring điều kiện mật số cao, JH kích hoạt RRP44 (phức exosome mang tên exonuclease RRP44) – suy giảm qua trung gian của pre-miR-317 của tế bào chất làm suy giảm miR-317 trưởng thành và giảm bớt ức chế men GP, điều này thúc đẩy thế hệ con của chúng có cánh. Khi phát triển cánh, insulin kích hoạt yếu tố phiên mã Forkhead Fox D3, nó ức chế miR-305, tăng hoạt GP, và thúc đẩy cánh hình thành. Do đó, trục miR-317–GP khống chế hiện tượng cánh lưỡng hình (wing dimorphism), trong khi, trục miR-305–GP điều khiển sự phát triển cánh ngay sau đó. Kết quả xét nghiệm chức năng xác định miR-317 và miR-305 cả hai đều nhắm mục tiêu là GP nhưng lại khởi động ở nhiều giai đoạn khác nhau. Thao tác miR-317 hoặc xử lý JH đã làm thay đổi quần thể rầy con có cánh mà không gây ra hiện tượng cánh dị dạng, phù hợp với vai trò của chúng trong kết quả tính lưỡng hình của cánh hơn là phát triển cánh. Đột biến knockdown  GP  phân giải glycogen làm thấp đi mức độ ATP, kết quả là cánh bị biến dạng gợi ra  rằng cần có biến dưỡng đối với phát triển cánh rầy mềm. kết quả tìm ra được một hệ thống miRNA cặp đôi mật độ quần thể rầy và tín hiệu hormone truyền đi để có sự linh hoạt của cánh thông qua điều kiển năng lượng qua trung gian của GP (glycogen phosphorylase) (1).

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2616112123

Phân tích GWAS đa biến và dự đoán hệ genome trong phân tích chi tiết hệ di truyền tính trạng khối lượng trái cà chua (2)

Khối lượng trái cà chua là tính trạng được kiểm soát trước tiên nhờ nền tảng di truyền ổn định và các loci góp phần cải tiến cũng như thuần hóa trái cà chua, bao gồm các tin hiệu nổi bậc trên nhiễm sắc thể số 5, và tích hợp chỉ thị SNP, INDEL, tính đa dạng SV; tất cả cải tiến được việc khám phá ra locus ứng củ viên, giải thích cơ chế sinh học, và dự đoán hệ gen thông qua nhiều môi trường canh tác.

Tính trạng khối lượng quả cà chua (fw) là mục tiêu cải tiến giống được định hình nhờ quá trình thuần hóa, nhờ cải tiến giống mới, và biến thiên di truyền do ngoại cảnh. Người ta nghiên cứu kiến trúc di truyền và chỉ số di truyền dự đoán của tính trạng fw trong quần thể cà chua Varitome đại diện cho cà chua được thuần hóa một cách liên tục, bao gồm loài Solanum pimpinellifolium (SP), S. lycopersicum var. cerasiforme (SLC), và loài cà chua trồng trọt S. lycopersicum (SLL). Phân tích bằng chỉ thị Genome-wide SNPs, InDel, và chỉ thị SVs (structural variants) từng cá thể và quần thể kết hợp để đánh giá sự đóng góp của chúng trong mô hình “association mapping”, tìm ra locus ứng cử viên, rồi xác định giá trị chính xác của hệ gen (genomic prediction). Kiến trúc quần thể dựa trên 3 lớp tập họp các biến thể (three variant classes) được tách ra hết sức rõ ràng trong tập đoàn cà chua được thuần hóa. Kết quả GWAS xác dịnh có 15 chỉ thị SNP, 10 INDEL, và 10 SV loci gắn kết có ý nghĩa thống kê với fw (khối lượng trái cà chua) qua nhiều môi trường khác nhau. Nhiều tổ hợp đồng vị trí với các gen fw, bao gồm các gen  fw2.2/CNR,  fw3.2/KLUH,  fw11.3/CSR,  lc/WUSCHEL,  và  fas/CLAVA3 đặt nền tảng ý nghĩa sinh học của các tin hiệu đã tìm thấy. Nhiễm sắc thể (Chr) 5 được chú ý hết sức đặc biệt, với đoạn phân tử bị mất đạon 390-bp tại chr5_45,551,023 phát hiện tại 4 địa điểm thí nghiệm và chỉ thị INDEL tại chr5_55,361,233 phát hiện tại 3 địa điểm thí nghiệm, như vậy, các loci ứng cử viên liên quan đến sự cải thiện ổn định này  đối với kết quả minh chứng fw variation (biến dị di truyền tính trạng khối lượng trái cà chua). Nhiều loci đã biểu hiện tần suất alen rất rõ dịch chuyển từ loài cà chua SP thông qua loài SLC thành loài cà chua SLL, phù hợp với quá trình thuần hóa, chọn lọc và cải tiến, nơi đó, một số khác được phát hiện gần như độc quyền trong nguốn gen cà chua trồng trọt, điều này cho thấy có các nguồn gốc liên quan đến nội dung lai tạo gần đây hơn. Tính trạng khối lượng trái Fw là tính trạng di truyền mạnh mẽ, với kiểu gen giải thích được hơn 92% biến thiên kiểu hình và chỉ có những đóng góp tối thiểu của môi trường và tương tác giữa kiểu gen x môi trường. Có 5 mô phỏng toán dự đoán trên cơ sở chỉ thị SNPs, INDELs, SVs, những kết hợp của chúng,  tương tác G x E thông qua 4 trường hợp lai minh chứng (cross-validation scenarios: CV1, CV2, CV0, và CV00). Giá trị chính xác của dự d09oa1n di truyền mạnh hơn rất nhiều trong kịch bản minh chứng (validation scenario) và việc lựa chọn thuật toán dự đoán (prediction algorithm) tốt hơn so với xếp lớp các chỉ thị phân tử. Thuật toán PLS (Partial Least Squares) và BGLR (Bayesian Genomic Linear Regression) luôn đạt hiệu suất vượt trội so với mô phỏng RF (Random Forest), DL (Deep Learning), đặc biệt là trong kịch bản bao gồm các giống và môi trường chưa khảo nghiệm (untested genotypes and environments). Các mô phỏng toán liên quan đến INDEL thường cho kết quả chính xác cao nhất theo các kịch bản dự bào nghiêm nhặt nhất, cho dù, có những khác biệt giữa những “marker classes”. Tích hợp đa lớp của biến dị di truyền đã cải tiến được việc giải thích hiện tượng sinh học, cho phép xác định  những loci nào liên quan đến thuần hóa và liên quan đến cải tiến di truyền, cung cấp giá trị dự đoán chính xác quan các điểm thí nghiệm và qua nhiều nền tảng di truyền. Kết quả này chứng minh được rằng tính trạng khối lượng quả cà chua fw được điều khiển chủ yếu bởi ảnh hưởng cộng trong di truyền số lượng và nhấn mạnh giá trị của các phương pháp có tính chất “multi-variant genomic”  đối với kết quả tìm kiếm di truyền và chọn giống nhờ kết quả hệ gen (2).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05326-2

Hình 1: Kiểm soát di truyền, tính ổn định về môi trường, khả năng đáp ứng kiểu gen của tính trạng khối lượng quả cà chua fw thông qua nhiều địa điểm thí nghiệm (2). 

Từ thí nghiệm dòng tộc gia đình đến phân bố cặp bố mẹ trong hệ gen: chiến lược thống kê sinh học và hệ gen học nhằm thúc đẩy kết quả cải tiến di truyền mía đường (3)

Mía đường (Saccharum spp.) đóng vai trò nền tảng trong cung cấp đường và năng lượng sinh học toàn cầu, ngày càng được đánh giá cao như nguồn nguyên liệu sinh khối có tính chất tái tạo. Sự cải tiến bền vững về những tính trạng thương mại và khả năng phục hồi bị hạn chế do chu kỳ chọn tạo giống rất dài, nhân giống vô tính, khảo nghiệm nhiều giai đoạn, và là loài cây đa bội thể rất cao, dị hợp tử, thường là hệ gen lệch bội (aneuploid genome) với biến dị di truyền không cộng tính rất đáng kể (non-additive genetic variation). Chọn lọc hệ gen đã và đang minh chứng có giá trị phục vụ dự đoán có hiệu suất dòng hóa cao (elite-clone performance), tuy nhiên, việc ứng dụng vào thực tiễn trong vận hành vẫn còn hạn chế ở các giai đoạn ra quyết định sớm hơn, bao gồm giá trị tuyển chọn gia đình (family selection), đánh giá bố mẹ, và mô hình lai. Tổng quan này xem xét các yếu tố về sinh học, thống kê sinh học, và các yếu tố hệ gen (genomic factors), tất cả giúp cho nhà chọn giống ra quyết định, nhấn mạnh đến  bài học chọn giống mía ở Úc dựa trên cơ sở khảo nghiệm đánh giá con lai PATs (progeny assessment trials), khảo nghiệm đánh giá dòng vô tính CATS (clonal assessment trials), khảo nghiệm đánh giá hậu kỳ FATs (final assessment trials). Tác giả đánh giá thách thức phát sinh từ “family plot means”, sử dụng các mẫu “full-sib” khác nhau như bản sao gia đình danh nghĩa, không đồng nhất về không gian, cạnh tranh, tương tác GxE, và sự phân tích hiệu ứng cộng, không cộng. Người ta còn đánh giá sự kết hợp phả hệ và tương quan hệ gen, đại diện cho kiểu gen, ước đoán giá trị “allele-dosage”, aneuploidy (đa bội lệch), các mô phỏng toàn về giá trị dự đoán di truyền (genomic prediction), thiết kế quần thể “training-population” (huấn luyện). Sau đó, người ta xem xét giá trị dự đoán di truyền của hiệu suất lai chéo và phân bố của cặp cha mẹ có ràng buộc như phương pháp cải thiện hiệu quả gia đình theo kỳ vọng (expected family performance), tính toán hiệu ứng không cộng tính khi lai chéo đặc biệt và quản lý tính liên kết. Tác giả đề nghị một khung quyết định trung tâm (decision-centred framework) nối kết được dữ liệu gia đình và dòng vô tính thông qua nhiều giai đoạn lai chọn, theo dõi sự lan truyền của thông tin và sự bất định, hỗ trợ quay vòng giống bố mẹ và phân bố chéo. Kết luận: với một lịch nghiên cứu thực tiễn phục vụ mô hình tích hợp từng giai đoạn và phương pháp phân tích “single-step” (từng bước riêng) tất cả nối kết với nhau torng đánh giá rất sớm quần thể họ với giá trị dự đoán di truyền và hỗ trợ cho quyết định lai ở mức độ nàpo phục vụ cải tiến giống mía (3). Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05373-9

Khai thác sự đa dạng di truyền ở các giống sắn bản địa Colombia nhằm đẩy nhanh quá trình chọn tạo giống (4)

Sắn (Manihot esculenta) là loài cây trồng quan trọng cho lương thực ở nam bán cầu, nhưng giống mới có thể bị hạn chế về đa dạng di truyền bởi nhiều điểm nghẽn mang tính lịch sử. Người ta đã nghiên cứu đa dạng di truyền cây sắn với trên 1000 mẫu giống sắn, bao gồm 387 giống sắn bản địa Columbia được giải trình tự mới đây từ nhiều điều kiện khí hậu khác nhau. Tác giả giả thuyết rằng các giống sắn bản địa duy trì nhiều biến dị chưa được khai thác, chúng rất hữu ích cho lai tạo và sự thích nghi với biến đổi khí hậu. Giải trình tự toàn hệ gen nhằm đánh giá dòng bản địa và dòng lai. Tác giả đã đánh giá sự phân hóa tính trạng di truyền qua điều kiện địa lý khác nhau và khí hậu khác nhau, rồi phân tích sự phân bố của những đột biến LoF (loss-of-function: mất chức năng) để xác định được các mục tiêu đầy tiềm năng cho công nghệ chỉnh sửa gen (gene editing). Giống sắn bản địa duy trì cao các nội dung mới về đa dạng di truyền so với giống sắn lai của châu Á và châu Phi. Sự biệt hóa giửa các giống sắn bản địa phản ánh được cả nhân khẩu học và khi hậu của vùng xuất xứ. Phân tích đột biến LoF cho thấy sự loại bỏ những alen có hại nhờ cận giao, nhưng các alen LoF được duy trì ở các gen làm giàu cho quá trình sinh tổng hợp coumarin và tính miễn dịch thực vật, cho thấy rằng có sự chọn lọc  đối với tính trạng phẩm chất sau thu hoạch và tính trạng kháng bệnh sắn. Những loci gắn biến đổi khí hậu đã được khai thác vì tiềm năng thích nghi của giống sắn. Giống sắn bản địa đặc trưng cho một nguồn dự trữ thiết yếu về đa dạng di truyền. Nghiên cứu này tạo cơ sở cho việc tận dụng đa dạng di truyền nhằm đẩy nhanh quá trình cải tiến giống sắn thông qua chỉnh sửa gen đích và chọn gipo61ng theo mục tiêu rõ ràng (4).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41552874/

Mẫu địa lý nguồn vật liệu di truyền và phân bố chỉ thị SNP distribution.

1821 mẫu giống sắn có thông tin địa lý rõ ràng; mỗi đốm đỏ là vị trí đặc biệt tại Brazil. 

Phương pháp “Genotyping-by-sequencing” nhờ bộ chỉ thị single-nucleotide polymorphism (SNP) trong tập đoàn giống sắn của Brazil. Legend scale chỉ số lượng marker SNPs trong quãng 1 Mb. Phân bố chỉ thị SNPs trên toàn hệ gen của quần thể sắn

Biên tập: BÙI CHÍ BỬU

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Jin-Ming Lu, Yu-Jing Liu, Lin Wang, Xiu-Cheng Xie, Bi-Yue Ding, Hong-Bo Jiang, Akiko Sugio, Jean-Christophe Simon, Wei Dou, Jin-Jun Wang, and Feng Shang. 2026. Hormone-dependent miRNA cascades converge on glycogen phosphorylase to regulate wing plasticity in aphids. PNAS; September 1 2026; 123 (36) e2616112123; https://doi.org/10.1073/pnas.2616112123

2. Yasin Topcu, Alper Adak, Halim Can Kayikci, Serkan Aydin, Kubra Yildiz, Alexis Ramos, Denise M. Tieman, Sofia Visa, Esther van der Knaap & Manoj Sapkota. 2026. Multi-variant GWAS and genomic prediction dissect the genetic architecture underlying tomato fruit weight. Theoretical and Applied Genetics; September 2 2026; vol. 139; article 139

3. Andrew Rigby, Felicity Atkin, Ben Hayes, Lee Hickey & Seema Yadav. 2026. From family trials to genomic mate allocation: statistical and genomic strategies to accelerate sugarcane genetic improvement. TAG; September 12 2026; vol. 139; article 266.

4. Kehan Zhao, Evan Long, Francisco Sanchez, Erwan Monier, Paul Chavarriaga, Grey Monroe. 2026. Unlocking genetic diversity in Colombian cassava landraces for accelerated breeding. New Phytol. 2026 May; 250(3):1905-1917. doi: 10.1111/nph.70918..