Tuần tin khoa hoc 555 (06-12/11/2017)

Bản đồ QTL tính kháng bệnh vi khuẩn cháy lá cây sắn

Nguồn: Soto Sedano JC, Mora Moreno RE, Mathew B, Léon J, Gómez Cano FA, Ballvora A, López Carrascal CE. 2017. Major Novel QTL for Resistance to Cassava Bacterial Blight Identified through a Multi-Environmental Analysis. Front Plant Sci. 2017 Jul 5; 8:1169.

Sắn, Manihot esculenta Crantz, là loài cây lương thực quan trọng của thế giới, với hơn 1 tỷ người phụ thuộc vào cây sắn, đặc biệt ở các nước nghèo. Sản lượng sắn bị đe dọa bởi sâu bệnh hại, trong đó bệnh vi khuẩn cháy lá sắn còn gọi là CBB (cassava bacterial blight) do vi khuẩn Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam) gây ra, được xem là đối tượng làm giảm năng suất sắn nghiêm trọng bậc nhất. Người ta tìm thấy vị trí của các gen số lượng  - QTL (Quantitative Trait Loci) liên quan đến tính kháng CBB. Quần thể F₁ của 117 dòng “full sibs” được khảo sát đối với tính kháng vi khuẩn thuộc chủng nòi (Xam strains): Xam 318 và Xam 681 thu thập tại ruộng sắn của nước Colombia: đó là La Vega, Cundinamarca và Arauca. Đánh giá được tiến hành cả trong mùa mưa và mùa khô, cộng thêm trắc nghiệm bổ sung trong điều kiện nhà lưới có kiểm soát. Kiểu hình sắn phản ứng với Xam biến thiên một cách liên tục. Phân tích QTL theo phương pháp bản đồ cách quãng (composite interval mapping), tính kháng 5 chủng nòi vi khuẩn 5; người ta xác định những QTL điều khiển tính kháng Xam có thể giải thích phương sai kiểu hình từ 15,8 đến 22,1%. Đây là cơ sở để tiếp tục phân tích kiểu gen thông qua bản đồ di truyền phân giải cao với chỉ thị SNP. Bốn trong số ấy có tính ổn định cao trong kết quả đánh giá trong cả mùa mưa và mùa khô. Phân tích tương tác kiểu gen và môi trường cho thấy   có ba QTL tương tác với môi trường; hệ số di truyền nghĩa rộng (broad sense heritability) đối với chủng nòi Xam318 là 20% và chủng nòi Xam681 là 53%. Phân tích trình tự DNA của những quãng QTL đích cho thấy có tất cả 29 QTL ứng cử viên liên quan đến gen trong hệ thống tự vệ của cây sắn (CDRGs). Hai gen mã hóa protein có những “domains” gắn liền với protein có tính miễn dịch, đó là NB-ARC-LRR và WRKY.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28725234

Hình 2: Bản đồ QTL tính kháng bệnh CBB của cây sắn trên nhóm liên kết gen (linkage groups). Chữ màu đỏ là những chỉ thị chủ đạo của QTL, chữ màu đen là là những chỉ thị kế cận. Khoảng cách di truyền tính bằng cM (thang bên trái). Sử dụng phần mềm MapChart (Voorrips, 2002).

Phân tích di truyền tính kháng bệnh lúa von trên cây lúa

Nguồn: Niehaus EM, Kim HK, Münsterkötter M, Janevska S, Arndt B, Kalinina SA, Houterman PM, Ahn IP, Alberti I, Tonti S, Kim DW, Sieber CMK, Humpf HU, Yun SH, Güldener U, Tudzynski B. 2017. Comparative genomics of geographically distant Fusarium fujikuroi isolates revealed two distinct pathotypes correlating with secondary metabolite profiles. PLoS Pathog. 2017 Oct 26; 13(10):e1006670.

Nấm Fusarium fujikuroi gây bệnh mạ đực hay lúa von trên cây lúa, có tên tiếng Anh là bakanae ("foolish seedling") biểu hiện được quan sát bằng mắt thường là sự kéo dài cây mạ, cao lênh khênh, bởi ảnh hưởng của gibberellic acids (GAs) do nấm tạo ra trong cây lúa. Pathogen này còn sản sinh ra độc tố mycotoxins, ví dụ như fusarins, fusaric acid, apicidin F và beauvericin. Gần đây, người ta lần đầu tiên tiến hành phân tích trình tự de novo genome của nấm F. fujikuroi chủng nòi IMI 58289 bao gồm các phân tích proteomics, transcriptomics, di truyền biểu sinh (epigenetic), và sản phẩm hóa học sản sinh ra. Số lượng GA cho thấy tính chất có chọn lọc trong suốt giai đoạn nấm xâm nhiễm vào cây lúa. Người ta xem xét trình tự hệ gen của tám mẫu phân lập (isolates) nầm F. fujikuroi bổ sung từ các vùng có khoảng cách địa lý xa. Những mẫu phân lập này có kích thước nhiễm sắc thể khác nhau, hầu hết đều do tính chất biến thiên của vùng telomere.  Chúng có kiểu bào tử sinh sản vô tính (asexual spores) (microconidia và/hoặc macroconidia). Người ta quan sát số lượng và sự thể hiện của chùm gen thứ cấp (secondary metabolite gene clusters). Hầu hết các mẫu phân lập của nấm có triệu chứng “bakanae” điển hình, nhưng có một isolate, B14, gây triệu chứng cây mạ lùn và cháy khô sớm. Ngược với các isolates khác, mẫu B14 không phát sinh GAs nhưng hàm lượng fumonisins rất cao khi xâm nhiễm bệnh cây lúa. Hơn nữa, nó khác với mẫu phân lập thường thấy là xuất hiện ba gen mã hóa “polyketide synthase: (PKS):  đó là PKS40, PKS43, PKS51 và không có chùm gen “apicidin F” đặc trưng của nấm F. fujikuroi (chùm gen NRPS31). Phân tích các mẫu phân lập bổ sung trên đồng ruộng cho thấy sự tương quan chặt chẽ của pathotype này (cao lênh khênh hoặc lùn/cháy khô), và khả năng sản sinh GAs hoặc fumonisins. Không có fumonisin và fusaric acid-đặc biệt của các gen PKS trong mẫu B14 làm giảm triệu chứng lùn/cháy khô. Không có gen PKS51 làm tăng cường sự phát triển các triệu chứng điển hình của bệnh. Phân tích di truyền huyết thống cho thấy có hai “subclades” của chủng nòi nấm F. fujikuroi tùy theo pathotype của nó và phổ biến dưỡng thứ cấp của nó (secondary metabolite profiles).

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29073267

Phân tích transcriptomics bệnh khảm trên cây đậu nành

Nguồn: Jo Y, Choi H, Bae M, Kim SM, Kim SL, Lee BC, Cho WK, Kim KH. 2017. De novo Genome Assembly and Single Nucleotide Variations for Soybean Mosaic Virus Using Soybean Seed Transcriptome Data. Plant Pathol J. 2017 Oct; 33(5):478-487.

Đậu nành là loài cây họ Đậu quan trọng của thế giới. Đậu nành có nhiều bệnh hại gây sụt giảm năng suất nghiêm trọng ở các quốc gia sản xuất đậu nành chủ lực như Mỹ, Brazil, Argentina. Tuy nhiên, đậu nành có thể bị xâm nhiễm bởi virus đặc biệt. Gần đây, người ta thực hiện một nội dung sàng lọc bệnh virus qui mô rộng lớn nhằm xác định các viruses xâm nhiễm cây đậu nành gây gệnh hại thông qua khai thác cơ sở dữ liệu hệ “transcript”. Một trong những hệ transcriptomes được sàng lọc, người ta thực hiện transcriptome đối với phân tích hạt đậu nành có nhiều trình tự virus kết hợp với nhau. Nghiên cứu này đã xác định năm virus, bao gồm SMV (soybean mosaic virus), trên cơ sở phân tích “de novo transcriptome assembly” tiếp sau đó là tìm kiếm “blast”. Người ta tổng hợp hầu như toàn bộ trình tự genome của SMV Trung Quốc bằng cơ sở dữ liệu transcriptome. Trên cơ sở phân tích di truyền huyết thống phylogenetic, trình tự genome tham chiếu của SMV China quan hệ rất gần với các mẫu phân lập SMV của South Korea. Người ta xem xét sự biến thiên SNVs (single nucleotide variations) đối với các SMVs trong hệ transcriptome hạt đậu nành, cho thấy rằng: 780 SNVs, phân bố trong SMV genome. Bốn  SNVs, C-U, U-C, A-G, và G-A, được xác định một cách thường xuyên nhất. Kết quả chứng minh rằng: sự biến thiên có tính chất “quasispecies” như vậy xảy ra trong SMV genome.

Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29018311

Nghiên cứu di truyền bệnh cháy lá bắp

Nguồn: Galiano-Carneiro AL, Miedaner T. 2017. Genetics of Resistance and Pathogenicity in the Maize/Setosphaeria turcica Pathosystem and Implications for Breeding. Front Plant Sci. 2017 Aug 29; 8:1490.

Bệnh cháy lá NCLB (Northern corn leaf blight), là đối tượng gây hại nặng trên cây bắp (Zea mays L.), do nấm “heterothallic ascomycete”, tên khao học là Setosphaeria turcica. Pathogen này có mức độ đa dạng di truyền rất cao trong quần thể nấm ký sinh ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới. Tính kháng của giống được xem là giải pháp hiệu quả nhất để quản lý bệnh NCLB. Tính kháng của cây chủ có thể được định tính bởi các gen Ht ít chuyên biệt hoặc kiểm soát theo số lượng bởi nhiều gen, với ảnh hưởng thấp. Tính kháng số lượng tương đối có hiệu quả tốt hơn và ổn định hơn để chiến đấu với các nòi địa lý khác nhau của nấm gây bệnh. Tuy nhiên, tính kháng số lượng phải được phân tích trên nhiều môi trường khác nhau (= địa điểm × năm) để sàng lọc tính kháng ổn định. Ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, tính kháng số lượng là phương án thường được lựa chọn nhiều hơn để quản lý dịch hại do bệnh NCLB. Mức độ tính kháng có thể được gia tăng lên trong những chương trình chọn tạo giống thông qua nhiều chu kỳ tuyển lựa tái tục tại điểm nóng của ổ dịch hoặc bằng con đường chọn lọc hệ gen (genomic selection). Tổng quan bài này nhằm mục đích khẳng định lại hai khía cạnh then chốt của hệ thống gây bệnh NCLB: di truyền của nấm S. turcica và cách thức di truyền của cây chủ (cây bắp), bao gồm những chiến lược chọn giống thành công trên tính kháng NCLB.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28900437