Tuần tin khoa học 1014 (19-25/10/2026)

Kênh ion Ca²⁺ “CYCLIC NUCLEOTIDE GATED CHANNEL13” điều tiết ion Ca²⁺ mang tính hệ thống qua mạch dẫn và truyền tín hiệu jasmonate đối với côn trùng ăn lá (1)

 Thực vật phải ứng phó với côn trùng ăn thân lá cây (herbivory) thông qua sự kích hoạt cơ chế miễn dịch tại chỗ và lưu dẫn trên toàn thân cây. Truyền tín hiệu calcium (Ca²⁺) có vai trò trung tâm trong mạnh lưới tự bảo vệ như vậy, nhưng trên cây mô hình Arabidopsis, tín hiệu sâu ăn thân lá truyền xa phần lớn do hệ thống kênh dẫn truyền “glutamate receptor”, và  sự tham gia của kênh dẫn ion Ca²⁺ bổ sung vẫn chưa có gì rõ ràng. Ở đây, tác giả xác định màng plasma  - nơi có kênh dẫn CYCLIC NUCLEOTIDE GATED CHANNEL13 (CNGC13) là một thành phần tích hợp chủ chốt về nhận thức tổn thương cơ học, tín hiệu toàn thân qua yếu tố trung gian Ricca, và phòng vệ nhờ jasmonate chống lại sâu xanh Spodoptera litura ăn thân lá cây Arabidopsis. CNGC13 tạo điều kiện thuận lợi cho lan truyền sóng Ca²⁺ có đặc điểm lưu dẫn, làm tăng hoạt jasmonate và sinh tổng hợp glucosinolate, rồi thúc đẩy quá trình nhận diện phân tử peptide liên quan đến tổn thương, AtPep tạo khả năng kháng côn trùng herbivore (ăn thân lá cây).  Kết quả xác định được CNGC13 là một kên truyền ion Ca²⁺ chủ lực góp phần vào truyền tín hiệu lưu dẫn khi cây bị thương.

Hình: Phân tử transcript CNGC13 được tăng hoạt trên lá tại chỗ bị thương và lưu dẫn;  phân tử này là một regulator tích cực đối với sâu xanh S. litura ăn lá (hình trên).

Thuật ngữ “insect herbivory” (côn trùng gậm nhấm thân lá khác với côn trùng chích hút) kích hoạt nhanh chóng các tín hiệu tại chỗ và lưu dẫn trong cây, bao gồm tính khử ở cực màng (membrane depolarization), làm tăng nồng độ Ca²⁺ trong tế bào chất, k1ich hoạt các lộ trình phòng vệ thông qua jasmonate. Các sự kiện đầu tiên như vậy được định hình nhờ kênh truyền ion calcium cho phép xuyên qua cùng với những thành phần điều tiết mà chúng phát sinh ra các đặc trưng Ca²⁺ cho từng loại kích thích khác nhau. Mô hình truyền tính hiệu Ca²⁺ đường dài dựa trên  thụ thể glutamate không đủ để giải thích tính vững chắc của loạt phản ứng mang tính hệ thống đối với sự tổn thuong rất đa dạng và côn trùng ăn thân lá, cho thấy có sự bổ sung của kênh ion Ca²⁺. Tác giả xác định CYCLIC NUCLEOTIDE GATED CHANNEL13 (CNGC13) là protein định vị tại màng plasma, kênh Ca²⁺ biểu hiện trong mạch dẫn truyền; mà nó vô cùng thiết yếu cho sự kiện truyền tính hiệu mang tính lưu dẫn của jasmonate và sự kiện tự vệ chống lại tấn công của sâu thuộc bộ Lepidoptera (canh vảy), ví dụ sâu xanh Spodoptera litura trên cây mô hình Arabidopsis thaliana. Gen CNGC13 nhanh chóng được kích hoạt khi cây bị thương và bị gậm nhấm ở thân lá, cây cần phải có đủ sự mở rộng tín hiệu Ca²⁺ từ lá bị thương đến lá khác ở xa hơn. Mất protein CNGC13 tổn hại cho men thioglucosidase (Ricca factor), quá trình phân hủy các glucosinolates mạch thẳng thành aglucones/isothiocyanates trong mô mạch dẫn, mà điều này rất cần cho sự tạo sóng Ca²⁺ có tính  lưu dẫn. Kết quả, dòng đột biến gen cngc13 biểu hiện nơi bị thương tích tụ jasmonate trên lá, giảm hàm lượng glucosinolate và tăng sự nhiễm hại của sâu gậm nhấm thân lá. CNGC13 còn cần phục vụ cho sự tăng lên Ca²⁺ bởi AtPep kích hoạt  và truyền tín hiệu ROS (reactive oxygen species); tương tác vật lý với PLANT ELICITOR PEPTIDE RECEPTOR 2 (PEPR2) kinase domain. Như vậy, pepr2 mutants biểu hiện các khiếm khuyết tương tự trong sản sinh ra glucosinolate aglucone và tích tụ jasmonate trong lưu dẫn. Kết quả này xác định CNGC13 là một kênh thấm ion Ca²⁺khu trú tại mạch dẫn truyền, chúng tích hợp nhiều dấu hiệu bị tổn hại, bao gồm yếu tố Ricca và tín hiệu AtPep-PEPR, thúc đẩy và duy trì các tín hiệu mang tính hệ thống cùng sự kích hoạt miễn dịch (1).

Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2612869123

Tăng cường sinh học anthocyanin có chủ đích trong gạo đen: tổng quan về kiểm soát chuyển hóa theo không gian; đánh đổi giữa tăng trưởng và phòng vệ; và chiến lược quản lý được thiết kế giữa “kiểu gen x môi trường” (2)

 Gạo có màu đen là hạt ngũ côc bị nhuộm đen hoàn toàn giàu dinh dưỡng mà sự tích tụ  anthocyanins chủ yếu bao bên ngoài hạt gạo, nhưng sắc tố mạnh hơn có thể áp đặt carbon bất lợi, năng lượng và  tiền chất yêu cầu gây ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất và khả năng chống chịu cũng như phẩm chất hạt. Bài tổng quan này tổng hợp được những kiểm soát có tính chất phân tử và sinh lý về sự tích tụ anthocyanin của cây lúa. Người ta đánh giá một cách hệ thống mối tương quan giữa hàm lượng anthocyanin, năng suất, phẩm chất cơm, phẩm chất xay chà và phẩm chất dinh dưỡng có quan hệ tương hỗ hay không? hoặc đối kháng, hoặc chưa giải quyết được. Tác giả đề xuất một khuôn khổ tăng cường dinh dưỡng sinh học (biofortification) theo hướng có mục tiêu thay vì mang tính cấu thành, trong đó tích hợp các bằng chứng của cây lúa về quá trình chuyển hóa phenylpropanoid–flavonoid và phức hợp phiên mã MYB–basic helix–loop–helix–WD40, cùng với các cơ chế tiềm năng liên quan đến kiểm soát di truyền biểu sinh (epigenetic) và hậu phiên mã, vận chuyển vào không bào, cũng như các tín hiệu từ môi trường. Các nghiên cứu về lúa đã xác định vai trò của những gen chủ chốt quy định sắc tố, đồng thời ghi nhận sự biến đổi trong thành phần anthocyanin ở hạt. Tuy nhiên, đóng góp định lượng của các yếu tố điều hòa phụ trợ, các con đường vận chuyển và tín hiệu từ môi trường vẫn chưa được kiểm chứng đầy đủ trong hạt gạo đen. Tác giả phân biệt bằng chứng trực tiếp từ hạt gạo với các bằng chứng khác từ mô gạo; đặt ra giả thuyết liên quan các loài (cross-species) hoặc giả thuyết “nguồn và sức chứa”. Cả hai đều yêu cầu xác nhận nhân quả cụ thể trên từng hạt và xác nhận thực địa. Chúng tôi phân biệt hai kịch bản lai tạo giống. Một kịch bản cải thiện các giống gạo đen hiện có bằng các con đường sắc tố nội sinh, được tổ chức theo không gian. Cả hai phương pháp đều yêu cầu xác nhận nguyên nhân; thực địa cụ thể trên từng loại hạt. Tác giả cho rằng có hai kịch bản lai tạo. Một kịch bản cải thiện các giống lúa đen hiện có bằng các con đường sắc tố nội sinh, được tổ chức theo không gian. Kịch bản còn lại tái tạo quá trình sản xuất anthocyanin đặc trưng cho từng loại hạt gạo trong các giống lúa trắng ưu tú; có thể yêu cầu hoàn thiện con đường phối hợp và kiểm soát chặt chẽ hơn tính đặc hiệu của mô và đặt nặng nội dung biến dưỡng (metabolism). Cả hai phương pháp đều yêu cầu xác nhận nguyên nhân và thực địa cụ thể cho từng loại ngũ cốc. Tác giả phân biệt hai kịch bản lai tạo giống. Một là “Genotype × Environment × Management” tích hợp “multiomics” theo không gian, xác nhận cụ thể cho từng kiểu gen lúa, chỉnh sửa gen mục tiêu, điều hòa cảm ứng và nông học chính xác. Việc hạn chế tổng hợp anthocyanin ở các mô thích hợp, các giai đoạn phát triển và điều kiện giàu carbon có thể cải thiện giá trị dinh dưỡng đồng thời duy trì sự ổn định năng suất, chất lượng sử dụng cuối cùng và khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu (2).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05401-8

Kết hợp di truyền “linkage mapping” và di truyền “association mapping” để tìm hiểu  gen điều khiển tính trạng hàm lượng tinh bột trong hạt bắp (3)

 Tinh bột là thành phần chính của khối lượng hạt, nó ảnh hưởng mạnh mẽ đến năng suất hạt, tuy nhiên, điều tít về di truyền tính trạng này chưa được làm rõ hoàn toàn. Tác giả tiến hành nghiên cứu bản đồ di truyền kiểu “linkage mapping” tính trạng hàm lượng tinh bột sử dụng quần thể con lai đơn bội kép IBM Syn10 DH từ cặp lai giữa B73 và Mo17, bao gồm 222 cá thể dòng cận giao với tất cả 6618 bin markers, được đánh giá qua bốn địa điểm khảo nghiệm. Có 13 QTLs được tìm thấy, trong đó, 5 QTLs được xác định đồng thời tại 4 địa điểm nói trên. Kết quả phân tích GWAS, tác giả xác địnhgen ứng cử viên Zm00001d039265 mã hóa protein  β-amylase 4, một modulator đầy tiềm năng liên quan đến quá trình phân giải tinh bột trong lá bắp. Kết quả GWAS được thực hiện thông qua tập đoàn giống bắp tự nhiên bao gồm 285 mẫu giống trong chương trình cải tiến giống bắp ở miền Tây Nam Trung Quốc. Biến thể SNP-3-826178 nằm trong vùng phân tử 3’-UTR of Zm00001d039265 gắn kết có ý nghĩa thống kê với hàm lượng tinh bột, kết quả chia tập đoàn giống này thành hai kiểu gen (two genotypes) (hàm lượng tinh bột cao: allele C; hàm lượng tinh bột thấp: allele T). Tác giả minh chứng rõ hơn hiệu ứng alen như vậy trong một quần thể con lai dòng cận giao tái tổ hợp độc lập bao gồm 248 con lai từ cặp lai giữa A188 và B73, khẳng định các dòng này mang C allele biểu hiện tinh bột cao trong hạt bắp hơn là dòng mang T allele. Kết luận, tác giả đã phát triển được  chỉ thị phân tử CAPS (cleaved amplified polymorphic sequence marker) đích là SNP-3-826178, giúp nhà chọn giống phân biệt được T allele với C allele trong dòng con lai cận giao với nền tảng di truyền khác. Các phát hiện này sẽ giúp hiểu sâu hơn về cơ sở di truyền chi phối quá trình hình thành tinh bột trong hạt bắp, đồng thời cung cấp một chỉ thị phân tử để xác định các nguồn vật liệu di truyền có hàm lượng tinh bột cao phục vụ công tác cải tiến giống bắp (3). Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05402-7.

Những tiến bộ gần đây về hệ gen học cây mía (Saccharum spp.) (4)

Cây mía (Saccharum spp.) là loài cây trồng C₄ có tầm quan trọng toàn cầu, đóng góp nhiều vào  sản lượng đường và hệ thống năng lượng sinh học tái tạo. Giống mía hiện đại được dẫn xuất từ cặp lai giữa loài; loài S. officinarum có hàm lượng sucrose cao và loài hoang dại S. spontaneum có khả năng chống chịu stress tốt; theo sau là hàng loạt nội dung hồi giao và chọn lọc tích cực. Quá trình cải tiến giống như vậy đã và đang phát sinh một hệ gen cực kỳ phức tạo về đa bội thể đánh dấu bởi đa bội cao, đa bội lệc lan rộng (aneuploidy), thành phần hệ gen dạng khảm (mosaic subgenome composition), và lịch sử tiến hóa có dạng lưới (reticulate evolution history). Nhiều thập niên trôi qua, sự phức tạp ấy đã dẫn đến vấn đề phân loại học được tranh cãi quyết liệt, các phân tích hệ gen gặp trở ngại, phân tích di truyền quá phức tạp đối với tính trạng nông học chính, đặc biệt hiệu quả chọn lọc thấp. Sự phát triển nhanh thế hệ thứ ba của kỹ thuật “long-read sequencing” (giải trình tự dài), lắp ráp phân giải kiểu haplotype, và tiếp cận phương pháp tính toán trạng thái đa bội, đã và đang được vận hành mang tính cách mạng trong nghiên cứu cây mía đường. Tổng quan này nêu bật được những tiến bộ gần đây về phân loại chi Saccharum, kiến trúc hệ gen đa bội thể và tiến hóa của chúng, phát triển được nguồn hệ gen chất lượng cao, khai thác hữu hiệu nguồn tài nguyên di truyền (germplasm exploration), và chiến lược cải tiến giống mía dựa trên thông tin hệ gen. Tác giả đề nghị một khung tích hợp kết nối được “điều chỉnh phân loại”, sinh học hệ gen, và phương pháp chọn giống. Các thách thức trọng yếu được phân tích chi tiết, bao gồm sự thiếu đồng nhất giữa phân loại học và hệ gen học, ​​phân tích vốn tập trung vào các sinh vật lưỡng bội, độ phân giải haplotype chưa đầy đủ, sự thiếu vắng các mô hình di truyền phù hợp với sinh vật đa bội, cùng với việc chưa khai thác hiệu quả nguồn vật liệu di truyền hoang dã. Cuối cùng, tác giả vạch ra các ưu tiên trong tương lai nhằm hướng tới việc cải tạo cây mía theo định hướng dự báo và thiết kế, thông qua việc giải quyết những vấn đề cốt lõi còn tồn tại. Bài tổng quan này cung cấp một góc nhìn toàn diện và có tầm nhìn xa, góp phần thúc đẩy quá trình cải tạo di truyền ở cây mía cũng như các loại cây trồng đa bội có hệ gen vô cùng phức tạp khác (4).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42544392/

Sơ đồ quá trình tiến hóa của chi Saccharum và loài có liên quan (Zhang et al., 2022; Wang et al., 2023, 2025). Các ngôi sao biểu thị những sự kiện tự tái bản hệ gen, hình tam giác biểu thị các sự kiện tái sắp xếp nhiễm sắc thể. Thời điểm phân tích (tính bằng triệu năm trước - Mya) được ước tính dựa trên chỉ số Ks (số lượng thay thế đồng nghĩa trên mỗi vị trí); các mốc thời gian ghi cho các sự kiện nhân đôi toàn bộ hệ gen (WGD) chỉ mang tính tương đối và dùng cho mục đích minh họa. Hình vẽ này được tạo bằng phần mềm Microsoft PowerPoint.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Misha Kumari, Ramgopal Prajapati, Mahendra Pawar, Bhawana Sharma, Bianca Maria Orlando Marchesano, Yang Yang, Yong-Fei Wang, Alex Costa, and Jyothilakshmi Vadassery. 2026. The Ca²⁺ channel CYCLIC NUCLEOTIDE GATED CHANNEL13 regulates vasculature-mediated systemic Ca²⁺ and jasmonate signaling on herbivory. PNAS; September 29 2026; 123 (40) e2612869123; https://doi.org/10.1073/pnas.2612869123

2. Meilin Chen, Qiao Wei, Ke Liu, Shijie Shi, Liying Huang, Zhaoqiang Jin, Yunbo Zhang & Matthew Tom Harrison. 2026. Targeted anthocyanin biofortification in black rice: a review of spatial metabolic control, growth–defence trade-offs and genotype–environment–management design. Theoretical and Applied Genetics; October 12 2026; vol. 139; article 296.

3. Langlang Ma, Hengshuo Chang, Yun Liu, Wei Min, Hui Hu, Xin Zhang, Wei Dai, Zhong Chen, Chaoying Zou, Thomas Lübberstedt & Yaou Shen. 2026. Combined linkage mapping and association analysis reveal the genetic control of starch content in maize kernel. TAG; October 13 2026; vol. 139; article 298.

4. Tianyou Wang, Qin Zhang, Qiutao Xu, Han Zhao, Zhen Li, Jisen Zhang. 2026. Recent advances in the genomics of sugarcane (Saccharum sp.). J Integr Plant Biol.; 2026 Aug 3.doi: 10.1111/jipb.70362.

Biên tập: BÙI CHÍ BỬU.