Tuần tin khoa học 517 (13-19/02/2017)

Xét nghiệm PCR để làm rõ tính đa hình của chỉ thị SNP trong cây lúa và cây đậu xanh

Chỉ thị SNP (single nucleotide polymorphism) là công cụ phân tích di truyền trong nghiên cứu đa dạng di truyền và QTL. Minh chứng liên kết của marker với gen đích vô cùng cần thiết trong phân tích QTL, nhưng chi phí và số lượng quá lớn của nhiều chỉ thị phân tử cần phải được xác định rõ. Hệ thống các chỉ thị phân tử có chi phí thấp luôn đáp ứng với mục tiêu của nội dung nói trên. Người ta xét nghiện một alen đặc biệt nào đó bằng PCR, với tetra markers và một công cụ đánh giá kiểu gen (genotyping) trên cơ sở “single strand specific nuclease CEL-I” để minh chứng rõ ràng  những chỉ thị SNP rất ngẫu nhiên được xác định trước đó với bộ “SNP array” hoặc kỹ thuật GBS (genotyping by sequencing) trong bộ gen cây lúa và cây đậu xanh Khả năng đánh giá kiểu gen của kỹ thuật “allele-specific PCR” và “tetra markers” bị ảnh hưởng bởi trình tự xung quanh SNP như vậy; các chỉ thị SNPs định vị trong chuỗi trình tự lập lại (repeated sequences) và trong đoạn phân tử giàu GC có thể không được xác định chính xác. Trái lại, sự phân cắt của CEL-I của những đoạn hỗn hợp xuất phát từ trắc nghiệm và tham chiếu trình tự DNA xác định một cách đáng tin cậy các kiểu gen chuẩn xác, khi chưa cho điểm kiểu gen phức tạp, khi những SNPs có trong các đoạn sản phẩm PCR. Phân tích chi phí thực hiện cho thấy rất thấp cho dù chuỗi trình tự khá lớn, đánh giá kiểu gen bằng kỹ thuật CEL-I đạt hiệu quả nhiều hơn xét theo chi phí so với kỹ thuật tetra markers. Đánh giá kiểu gen bằng CEL-I cho kết quả tốt hơn trong ý nghĩa chính xác và hiệu quả chi phí so với tetra markers. Phương pháp này vô cùng hiệu quả trong minh chứng các SNPs trong trường hợp ngân hàng gen của cây trồng nào đó quá nhỏ hoặc trung bình.

Xem Heriditas, 2017 Jan 26 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28149257

Methyl hóa DNA toàn bộ genome  của cây đậu xanh

Methyl hóa DNA tại gốc C được biết có ảnh hưởng mạnh mẽ đối với sự thể hiện gen và phản ánh tương đối biến thiên kiểu hình của nhiều giống đậu xanh khác nhau. Ở đây, người ta thực hiện những “profiles” của toàn bộ genome bị methyl hóa và đánh giá ảnh hưởng có thể có của chỉ thị SNPs của hai giống đậu xanh Sunhwanogdu (VC1973A) và Kyunggijaerae#5 (V2984). Thông qua đo lường mức độ methyl hóa DNA trong mô lá đậu xanh bằng kỹ thuật “bisulfite sequencing” (BSseq), người ta tìm được cả những tần suất kiểu methyl hóa DNA rất khác nhau và tần suất phân bố  mức độ methyl hóa như thế nào. Các chỉ thị SNPs gây nên những thay đổi nucleotide nào đó từ/đến CHH – trong khi C (cytosine) và H là bất cứ nucleotide nào khác – được tìm thấy có ảnh hưởng đến tình trạng methy hóa DNA trong giống đậu xanh VC1973A và V2984. Muốn biết rõ tương quan giữa thể hiện gen và mức độ methyl hóa DNA, người ta tiến hành điều tra sự thể hiện trong trong mô lá giống VC1973A và giống V2984 bằng kỹ thuật RNAseq. Transcript expressions of paralogous genes được kiểm soát bởi sự methyl hóa DNA trong genome giống đậu xanh VC1973A. Hơn nữa, các gen biểu hiện hết sức khác nhau  giữa hai giống này; cho thấy múc độ methyl hóa DNA cũng khác. “Profiles” củagenome cây đậu xanh sẽ được đánh giá để biết rõ biến thiên kiểu hình của hai giống khác nhau, và chọn giống nhờ công cụ phân tử.

Xem Sci Rep. 2017 Jan 13 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28084412

Hình 1: DNA methylation profiles của bộ genome hai giống đậu xanh, VC1973A và V2984.

Phân tích “deep sequencing” bộ transcriptomes và phát triển chỉ thị EST-SSR trong cây đậu xanh mungbean (Vigna radiata)

Đậu xanh (Vigna radiata L. Wilczek) là một trong những cây họ Đậu quan trọng nhất của Châu Á. Người ta áp dụng phương pháp “Illumina paired-end sequencing” để phân tích transcriptomes của ba giống đậu xanh khác nhau. Có tổng cộng 38,3-39,8 triệu cặp base đọc được, với độ dài 73 bp. Kết quả “pooled reads” từ ba thư viện (giống) nói trên được tổng hợp lại thành 56.471 phân tử transcripts. Thực hiện phân tích nhóm di truyền (cluster analysis), có 43.293 unigenes với chiều dài trung bình là 739 bp và chiều dài N50 là 1176 bp. Trong những unigenes ấy, có 34.903 (chiếm 80,6%) có mức độ tương đồng có ý nghĩa  đối với những protein được biết trong cơ sở dữ liệu NCBI “nonredundant protein database” (Nr), rong khi có 21.450 (chiếm 58,4%) biểu hiện BLAST hits trong cơ sở dữ liệu Swiss-Prot (E-value<10⁻⁵). Hơn nữa, 1245 gen thể hiện khác nhau cũng được người ta phát hiện  trong ba giống đậu xanh này. Bên cạnh đó, người ta xác định 3788 EST-SSR motifs (expressed sequence tag-simple sequence repeat), mà những motifs như vậy có thể đ0ược sử dụng làm markers. Trong 320 loci được trắc nghiệm, 310 ( chiếm 96,5%) cho kết quả sản phẩm khuếch đại, và 151 (chiếm 47,0%) cho kết quả đa hình  trong sáu mẫu giống đậu xanh. Cơ sở dữ liệu của transcriptome này và chỉ thị EST-SSRs của đậu xanh có thể được xem như một nguồn vật liệu đáng giá phục vụ tìm kiếm gen mới và chọ giống nhờ chỉ thị phân tử của loài cây trồng đậu xanh.

Xem J Genet. 2016 Sep  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27659323

QTLomics của đậu nành: Cách tiếp cận với dịch mã của genome và chọn tạo giống

Cây họ đậu có vai trò vô cùng quan trọng trong thực phẩm và trong hệ thống nông nghiệp bền vững trên toàn thế giới. Những tính trạng khác nhau có tầm quan trọng về kinh tế của cây họ đậu rất phức tạp  và có bản chất di truyền số lượng, do QTLs điều khiển. Bản đồ di truyền các tính trạng số lượng rất phức tạp và tốn kém thời gian nghiên cứu, tuy nhiên, một số lượng lớn QTLs đã và đang được lập bản đồ di truyên trong cây đậu nành phục vụ cho công tác cải tiến giống đã được nhiều tác giả công bố. Sự hữu hiệu của bản đồ di truyền QTL trong chọn tạo giống đậu nành là vô cùng cần thiết nhằm thu hẹp lại những quãng đáng tin cậy trên vùng QTLs, để xác định các gen  mong muốn, và định tính được hầu hết các alen của những gen ấy với những variants ưu việt. Trong lĩnh vực “genome học chức năng”, người ta đặc biệt xác định chức năng của gen đối với tính trạng số lượng, đậu nành là loài cây trồng được xem là cây tiên phong trong nhóm họ đậu. Tính khả thi trong thông tin di truyền của tính trạng số lượng có ý nghĩa hơn bởi vì nó rất dễ tìm thấy “homologs” hơn xác định các vùng có tính đồng dạng theo kiểu “syntenic” giữa các loài cây trồng. Gen liên quan đến QTL trong đậu nành đã và đang được phân lập cũng như đánh giá chức năng đối với mức độ hữu hiện của lân, sự ra hoa và thời gian chín, khả năng khai quả (pod dehiscence), độ cứng của hạt (hard-seededness), hàm lượng  α-Tocopherol, tính kháng tuyến trùng (soybean cyst nematode), hội chứng chết mau (sudden death syndrome), và tính chống chịu mặn. Những gen ứng cử viên đã được phân lập trên nhiều QTLs mà người ta phải làm rõ chức năng của chúng. Sử dụng thông tin về trình tự gen của những gen được xác định rồi, người ta tiến hành phân tích bộ genome có tính chất so sánh về “homologs” với giống cây họ đậu khác, từ ấy người ta có thể khám phá ra các variants mới về cấu trúc  và các alen hữu dụng  để phát triển marker chính xác.  Những “functional markers” này có thể rất có ích cho chọn giống phân tử của cây đậu nành cũng như các cây họ đậu khác. Đậu nành chính là cây mô hình cho cây trồng họ đậu về ca1igo5i là “translational genomics” và cải tiến giống có tính trạng di truyền số lượng. Bài tổng quan này đã tóm lược hiện trạng nghiên cứu xác định gen liên quan đến QTLs của nhiều tính trạng số lượng trong cây đậu nành.

Xem Front Plant Sci. 2016 Dec 21: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28066449