Tuần tin khoa học 512 (09-15/01/2017)

Bộ Genome mới của gà cho biết cấu trúc Genome của cúm gia cầm

Nguồn: Wesley C. Warren^*, LaDeana W. Hillier, Chad Tomlinson, Patrick Minx, Milinn Kremitzki, Tina Graves, Chris Markovic, Nathan Bouk, Kim D. Pruitt, Francoise Thibaud-Nissen, Valerie Schneider, Tamer A. Mansour, C. Titus Brown, Aleksey Zimin, Rachel Hawken, Mitch Abrahamsen, Alexis B. Pyrkosz, Mireille Morisson, Valerie Fillon, Alain Vignal, William Chow, Kerstin Howe, Janet E. Fulton, Marcia M. Miller, Peter Lovell, Claudio V. Mello, Morgan Wirthlin, Andrew S. Mason, Richard Kuo, David W. Burt, Jerry B. Dodgson and Hans H. Cheng. 2017. A New Chicken Genome Assembly Provides Insight into Avian Genome Structure. G3 January 1, 2017 vol. 7 no. 1 109-117

Tầm quan trọng của Gallus gallus (con gà) như một sinh vật mô hình và nông sản chính củ con người, làm cho nó xứng đáng được người ta đầu tư nghiên cứu một cách liên tục, toàn bộ chuỗi trình tự của bộ genome, với nhiều nỗ lực cải tiến đáng chú ý. Các tác giả đã giới thiệu một “version” mới của bộ genome gà về tổng thể (version “Gallus_gallus-5.0”; GCA_000002315.3), họ đã hình thành nên kết quả quả này, từ công nghệ đọc chuỗi trình tự đơn, kết hợp với những vec tơ kết thúc BACs, và đã cải tiến đáng kể bản đồ vật lý. Tổng số các bases với kích cỡ là 183 Mb, bao gồm 16,4 Mb trên những nhiễm sắc thể được xác định vị trí, với số liệu tương ứng, tính theo phần trăm những nguyên tố lập lại. Trong genome có độ lớn 1,21 Gb, các tác giả đã bổ sung ba autosomes đã mất trước đó, GGA số 30, số 31, và số 33, sau đó là cải tiến nội dung đọc trình tự với độ dài của contig gấp 10 lần hơn số liệu của version “Gallus_gallus-4.0”. Mặc dù có những cải tiến đặc trưng “base” rất đáng kể, nhưng có đến 138 Mb của trình tự này chưa được định vị chính xác trên nhiễm sắc thể. Khi giải thích các gen, verison “Gallus_gallus-5.0” cho thấy có sự tăng về số lượng gen có thể giải thích là 4679 gen (2768 không có tính chất coding và 1911 gen mã hóa protein) so với version cũ “Gallus_gallus-4.0”. Người ta đặt trở lại câu hỏi là các gen nào bị mất trong giống gà bị cúm gia cầm, cũng như được tiếp cận với bộ genome của cúm gia cầm với chất lượng cao nhất  cho đến hôm nay. Người ta thấy rằng có một phần khá lớn cơ sở dữ liệu cũ về gen bị mất (missing genes) vẫn tiếp tục không hiện diện trong các loài chim đã được giải trình tự. Cuối cùng, số liệu mới của version này đã hỗ trợ cho việc thành lập bản đồ di truyền của MHC-B, hoàn thành trên  hai phân đoạn: Một là, số bản sao chép của gen có tính ổn định cao. Hai là, số bản sao chép gen có biến thiên cao. Gà mô hình đã và đang trở thành nguồn số liệu phục vụ cho nhiều lĩnh vực khoa học, số liệu tham khảo mới này sẽ là những nỗ lực rất đáng trân trọng. Xem  http://www.g3journal.org/content/7/1/109.abstract?etoc

“OMICS” có tính chất so sánh của vi nấm Fusarium funjikuroi Complex phác họa nên những khác biệt di truyền và sinh tổng hợp biến dưỡng

Nguồn: Niehaus EM, Münsterkötter M, Proctor RH, Brown DW, Sharon A, Idan Y, Oren-Young L, Sieber CM, Novák O, Pěnčík A, Tarkowská D, Hromadová K, Freeman S, Maymon M, Elazar M, Youssef SA, El-Shabrawy ES, Shalaby AB, Houterman P, Brock NL, Burkhardt I, Tsavkelova EA, Dickschat JS, Galuszka P, Güldener U, Tudzynski B. 2016. Comparative "Omics" of the Fusarium fujikuroi Species Complex Highlights Differences in Genetic Potential and Metabolite Synthesis. Genome Biol Evol. 2016 Dec 31;8(11):3574-3599. doi: 10.1093/gbe/evw259.

Các loài của Fusarium fujikuroi complex (FFC) gây nên một phổ rất rộng trong bệnh học của vi nấm gây tác hại trên cây trồng mang tính đa dạng của nông nghiệp, đó là: cà phê, cây sung, cây xoài, bắp, lúa (bệnh lúa von, hay mạ đực) và mía đường. Mặc dù các loài của vi nấm này trong phức hợp FFC rất khó phân biệt theo hình thái học, cũng như các gen của chúng thường chia sẻ độ tương đồng đến 90% về trình tự, nhưng chúng có thể khác biệt trên từng loài cây chủ xét về mức chuyên tính và khác nhau về chu kỳ sống. Các loài nấm trong phức hợp FFC cũng có thể sản sinh ra cơ chế biến dưỡng thứ cấp xét theo cấu trúc rất đa dạng (SM: secondary metabolites), bao gồm mycotoxins fumonisins, fusarins, fusaric acid, beauvericin và những phytohormones như gibberellins, auxins, cytokinins. Phổ SMs tạo nên có thể khác biệt trong những loài có quan hệ gần gủi nhau, cho thấy rằng SMs có thể là những “determinants” của tính chuyên biệt đối với từng ký chủ khác nhau. Cho đến nay, những genomes của một số ít các loài FFC đã được người ta giải trình tự xong. Ơ đây, các tác giả hoàn thiện trình tự bộ genome phác thảo (draft genome sequences) của ba thành viên thuộc FFC: một mẫu phân lập lấy từ cây xoài (F. mangiferae), gây bệnh biến dạng xoài (mango malformation), hai mẫu phân lập nấm F. proliferatum, một mẫu bệnh của bắp và còn lại là một “orchid endophyte” (cây ký sinh trên phong lan). Họ đã so sánh những genome ấy với nhau để công khai những trình tự genome có thể có thuộc ba loài FFC. Những so sánh này nêu lên đặc điểm của loài và sự khác biệt của những mẫu phân lập (isolates)  rất đặc thù về thành phần và sự thể hiện (in vitro và in planta) của các gen của phổ SM  khi sinh tổng hợp phytohormome. Khác biệt như vậy là khả năng tác động lên sự chuyên biệt đối với từng ký chủ, trong trường hợp của F. proliferatum, cách sống của vi nấm xét trên mức độ bệnh học (pathogenic) so sánh với mức độ ký sinh (endophytic).

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28040774

B-BOX32 của arabidopsis tương tác với constans-like3 để điều tiết sự ra bông      

 Nguồn: Prateek Tripathi, Marcela Carvallo, Elizabeth E. Hamilton, Sasha Preuss, and Steve A. Kay. 2016. Arabidopsis B-BOX32 interacts with CONSTANS-LIKE3 to regulate flowering. PNAS January 3 2017; vol.114; no.1: 172–177

Những gen gắn với đồng hồ sinh học được chứng minh có liên quan đến sự điều tiết nhiều tính trạng nông học quan trọng. Do đó, việc xác định những vai trò mới trong hệ thống đồng hồ sinh học này sẽ cung cấp cho chúng ta những chiến lược mới trong phát triển giống cây trồng cải tiến. Kết quả nghiên cứu này tập trung nghiên cứu CONSTANS-LIKE 3 (COL3) như một protein quan trọng đóng vai trò kết nối với hoạt động của protein B-BOX32 (BBX32) trong cây Arabidopsis. Khám ra tương tác ấy với COL3 cung cấp những chứng cứ ở mức độ phân tử làm thế nào BBX32 phát huy được ảnh hưởng của nó vào tăng trưởng và năng suất. Người ta còn nhấn mạnh rằng COL3 là hợp phần kết gắn protein có thể được sử dụng trong phối hợp với BBX32 để tăng năng suất. Chu trình biến dưỡng ấy có thể được ứng dụng như một chiến lược rất hiệu quả trong thao tác di truyền giống cây trồng để gia tăng năng suất.

Thực vật có khả năng đáp ứng với sự biến đổi của môi trường và thời vụ  thông qua việc theo dõi độ dài ngày để bắt đầu cho hoa. Sự dịch chuyển từ tăng trưởng sang sinh dục là quá trình phát triển cực trọng mở khóa sinh học làm cây trổ bông, đảm bảo mức độ tối hảo và/hoặc đảm bảo năng suất. Trước đây người ta cho rằng B-BOX32 (BBX32) có khả năng làm tăng năng suất hạt trong khi nó thể hiện lệch pha trong cây đậu nành. Theo nghiên cứu hiện nay, người ta hoàn thiện định tính phân tử khá chi tiết gen BBX32 của cây Arabidopsis mã hóa B-box domain. Đồng hồ sinh học cây Arabidopsis (circadian clock) điều tiết BBX32 và thể hiện vào buổi sáng sớm. Muốn hiểu được cơ chế phân tử trong điều tiết gen BBX32, người ta phải hoàn thiện nội dung tương tự trên nấm men với qui mô lớn, sàng lọc mang tính chất “two-hybrid” và xác định CONSTANS-LIKE 3 (COL3)/BBX4 như một trong những thành viên của protein có tính chất tương tác. Thông qua xác xét nghiệm sinh học và di truyền, người ta đã và đang làm rõ hơn  sự tương tác ấy và chỉ ra rằng COL3 xác định mục tiêu FT khi biểu hiện BBX32 để điều tiết chu trình ra bông. Theo đó, người ta đã giả thiết rằng BBX32-COL3 module có thể là một cơ chế điều tiết bổ sung ảnh hưởng đến phát triển sinh dục của cây Arabidopsis. Điều ấy có thể được vận dụng trên những cây trồng trong mục tiêu gia tăng năng suất.

Xem: http://www.pnas.org/content/114/1/172.abstract.html?etoc

Khác biệt genome trong thay đổi sự methyl hóa dna của hai giống lúa chống chịu khô hạn và giống nhiễm khô hạn

Nguồn: Wang W, Qin Q, Sun F, Wang Y, Xu D, Li Z, Fu B. 2016. Genome-Wide Differences in DNA Methylation Changes in Two Contrasting Rice Genotypes in Response to Drought Conditions. Front Plant Sci. 2016 Nov 8;7:1675. EPIGENETICS

Những khác biệt trong phản ứng chống chịu khô hạn giữa hai giống lúa tương phản nhau đóng góp vào sự đa dạng di truyền và sự thay đổi của di truyền biểu sinh (epigenetics). Sự methyl hóa phân tử DNA (DNA methylation) là sự cải biên quan trọng trong di truyền biểu sinh. Nó làm ảnh hưởng đến nhiều tiến trình sinh học hết sức khác biệt nhau, nhưng các ảnh hưởng của nó trong sự chống chịu khô hạn của cây lúa vẫn chưa được hiểu rõ ràng. Trong nghiên cứu này, người ta đọc trình tự “DNA immunoprecipitation” bị methyl hóa và thông qua “Affymetrix GeneChip” của bộ genome cây lúa, người ta khai thác phổ gen (profile) trên từng hợp phần bị methyl hóa của DNA (DNA methylation patterns) cũng như hệ “transcriptomes” của dòng lúa cho gen chống chịu khô hạn “DK151” và dòng lúa nhiễm  “IR64” trong nghiệm thức khô hạn và nghiệm thức đối chứng. Sự du nhập nguồn gen cho DNA chống chịu khô hạn đã kích thích những thay đổi về methyl hóa DNA trên diện rộng của bộ genome trong cây lúa DK151. Có tổng cộng 1.190 vùng có methyl hóa khác biệt nhau (DMRs: differentially methylated regions) được tìm thấy giữa hai giống lúa nói trên trong điều kiện bình thường, những gen phối hợp với DMR trong cây lúa DK151 chủ yếu liên quan đến phản ứng đối với stress, lập trình sự chết của tế bào và hoạt động dự trữ nguồn dinh dưỡng, trong đó, nó tạo nên tính chống chịu stress do khô hạn. So sánh những thay đổi của methyl hóa DNA của hai giống lúa nói trên trong điều kiện xử lý khô hạn cho thấy rằng cây lúa DK151 có nhiều hơn hệ methylome ổn định, với chỉ 92 DMRs bị kích hoạt do khô hạn, trong khi cây lúa IR64 có 506 DMRs. Phân tích “gene ontology” của những gen phối hợp với DMR trong cây lúa có xử lý khô hạn cho thấy những thay đổi về methyl hóa DNA của gen của từng giống lúa khác nhau phối hợp với điều tiết mang tính chất di truyền biểu sinh khi phản ứng với khô hạn. Phân tích hệ “transcriptome”  giúp người ta xác định được một bộ gồm có 12 gen và 23 gen DMR biểu hiện rất khác nhau trong giống lúa DK151 và IR64, theo thứ tự, ở nghiệm thức xử lý khô hạn so với đối chứng. Phân tích hệ số tương quan cho thấy sự methyl hóa DNA có nhiều ảnh hưởng khác nhau trong biểu hiện gen, khẳng định rằng nó có ảnh hưởng đến thể hiện gen này một cách trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua những chu trình sinh học có tính chất điều hòa.  Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27877189