Tuần tin khoa học 633 (06-12/05/2019)

Tầm quan trọng của tính trạng “tán lá khô chậm” trong sự chống chịu hạn của đậu nành

Nguồn: Ye H, Song L, Schapaugh WT, Ali ML, Sinclair TR, Riar MK, Raymond RN, Li Y, Vuong T, Valliyodan B, Pizolato Neto A, Klepadlo M, Song Q, Shannon JG, Chen P, Nguyen HT. 2019. The importance of slow canopy wilting in drought tolerance in soybean. J Exp Bot. 2019 Apr 13. pii: erz150. doi: 10.1093/jxb/erz150.

Tán lá cây khô chậm SW được viết tắt từ chữ “Slow Canopy Wilting” là một tính trạng bảo quản nước của cây được điều khiển bởi nhiều gen QTL (quantitative trait loci) trong nhóm giống đậu nành chín muộn [Glycine max (L.) Merr.]. Gần đây, hai giống đậu nành bản địa được du nhập vào Missouri (PI 567690 và PI 567731) được xác định là những dòng đậu nành mới có tính trạng SW thuộc nhóm giống đậu nành chín sớm. Ở đây, các tác giả bài này ghi nhận rằng hai giống đậu nành ký hiệu PIs ấy, có chiến lược bảo tồn nước giống nhau, trong điều kiện bốc thoát hơi nước ở mức độ tối đa, đó là giống PI 416937. Trái lại, giống PI 416937, mức độ thoát hơi nước ấy của những giống PIs vô củng nhạy cảm với ức chế của aquaporin, cho thấy một sự độc lập giữa thoát hơi nước tối đa có hạn chế (limited-maximum transpiration) và sự thiều aquaporins nhạy cảm với bạc (silver-sensitive aquaporins). Khảo nghiệm năng suất đậu nành cho thấy các dòng đậu nành tái tổ hợp được chọn lựa từ hai giống đậu nành nói trên cung cấp bằng chứng trực tiếp đến luận điểm rằng:  tính trạng SW có ưu điểm trong chống chịu khô hạn. Bốn SW QTL được lập bản đồ trên quần thể cặp lai Pana × PI 567690 ở nhiều địa điểm khảo nghiệm khác nhau cho thấy chúng định vị trùng khớp với các báo cáo khoa học trước đây. Hơn nữa, hai SW QTL mới đã được định vị trên bản đồ di truyền tại nhiễm sắc thể số 6 và 10 từ tổ hợp lai Magellan × PI 567731. Hai QTL này giải thích biến thiên kiểu hình 20 - 30% và được xác định trên nền tảng di truyền gần như đẳng gen (near-isogenic background). Kết quả chứng minh rằng tính trạng SW rất quan trọng để đảm bảo năng suất của đậu nành trong điều kiện bị khô hạn, và cung cấp nguồn vật liệu bố mẹ cho chương trình lai tạo giống đậu nành cao sản, chín sớm, chịu khô hạn. Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30980084

Xác định QTL điều khiển tính trạng trinh sản của dưa leo

Nguồn: KT Win, CY Zhang, RR Silva, JH Lee, YC Kim, S Lee. 2019. Identification of quantitative trait loci governing subgynoecy in cucumber. Theoretical and Applied Genetics; May 2019, Volume 132, Issue 5, pp 1505–1521

Phân tích “QTL-seq” đã xác định được ba QTL chủ lực có liên quan đến sự kiện trinh sản (subgynoecy) của cây dưa leo. Phân tích trình tự DNA và sự thể hiện gen đã dự đoán được các gen ứng cử viên điều khiển sự kiện “subgynoecy”. Dưa leo (Cucumis sativus L.) là loài thực vật điển hình về lưỡng tính “monoecious”; hoa đực và hoa cái nằm trên cùng mốt cây, sự phân hóa tính dục là một tiến trình phát triển rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất quả. Hiện tượng sinh lý “trinh sản” là đặc trưng của một loại hình tính dục với một mật độ cao của hoa cái, sử dụng hiện tượng trinh sản trong điều kiện nguồn phấn hoa hạn chế. Gần đây, nhiều công trình nghiên cứu khoa hoc công nhận rằng kỹ thuật QTL-seq dung hợp được thuận lợi của kỹ thuật BSA (bulked segregant analysis) và kỹ thuật chính xác cao của “high-throughput whole-genome resequencing” (chạy trình tự toàn hệ gen). Kỹ thuật QTL-seq có thể là cách nhanh nhất và chi phí hiệu quả nhất để thực hiện bản đồ QTLs. Phân tích sự phân ly của quần thể F₂ và BC₁ từ một tổ hợp lai giữa giống LOSUAS trinh sản (subgynoecious) và giống BMB lưỡng tính (monoecious) cho thấy bản chất di truyền số lượng của tính trạng “subgynoecy” của cây dưa leo. Cả hai kết quả về “genome-wide SNP profiling” của trinh sản và lưỡng tính của cây F₂ và BC₁ cho thấy có 3 vùng trên hệ gen dưa leo rất có ý nghĩa về thống kê, một QTL trên nhiễm sắc thể 3 (sg3.1) và hai QTL trên vai ngắn, vai dài của nhiễm sắc thể 1 (sg1.1 và  sg1.2). Phân tích QTL trên quần thể F₂ xác định sg3.1 (R² = 42%), sg1.1 (R² = 29%) và sg1.2 (R² = 18%) – đây là những QTL chủ lực. Theo đó, có sự di truyền độc đáo của tính trạng trinh sản thông qua giống LOSUAS với 2 QTL chủ lực là sg3.1 và sg1.1, chủ yếu làm tăng mức độ tính cái (femaleness), một QTL khác, sg1.2, làm giảm điều ấy. Nghiên cứu đã chứng minh rằng kỹ thuật “QTL-seq” cho phép người ta phát hiện nhanh và đầy khả năng đối với QTL mục tiêu, trên cơ sở quần thể lập bản đồ phù hợp ví dụ như F₂ hoặc BC₁ và kỹ thuật này đã xác định được những QTLs có thể hữu ích cho chọn giống dưa leo cao sản nhờ kỹ thuật phân tử. Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03295-3

Phát triển và minh chứng chỉ thị phân tử “exome-based SNP” có khả năng xác định hệ gen St, J^r và J^vs của cây Thinopyrym intermedium một loài Hòa thảo, có nền tảng di truyền như lúa mì trồng trọt

Nguồn: Andras Cseh, Caiyun Yang, Stella Hubbart-Edwards, Duncan Scholefield, Stephen S. Ashling, Amanda J. Burridge, Paul A. Wilkinson, Ian P. King, Julie King, Surbhi Grewal. 2019. Development and validation of an exome-based SNP marker set for identification of the St, J^r and J^vs genomes of Thinopyrym intermedium in a wheat background. Theoretical and Applied Genetics; May 2019, Volume 132, Issue 5, pp 1555–1570

Phân tích di truyền tế bào và đánh giá kiểu gen bằng chỉ thị “array-based SNP” của lúa mì hoang dại T. intermedium thông quan dòng dẫn xuất cho phép người ta xác định được 634 chỉ thị phân tử “chromosome-specific SNP” có mặt trên tất cả 23 nhiễm sắc thể của T. intermedium (hệ gen StJ ^r J ^vs , 2 n  = 6 x  = 42). Thinopyrum intermedium (2n = 6x = 42, StJ^rJ^vs) là một trong những loài thực vật được xem như là những “reservoirs” đáng tin cậy nhất để bảo tốn nguồn gen hữu ích bao gồm tính chống chịu các stress phi sinh học, tính kháng stress sinh học bền vững (kháng bệnh mà giống lúa mì trồng trọt không có nền gen này). Sự chuyển đa dạng di truyền như vậy từ loài hoang dại vào loài trồng trọt nhận được những phản ứng tích cực đối với sự biến đổi khí hậu toàn cầu hiện nay. Công nghệ mới sáng tạo ra chỉ thị phân tử “array-based single-nucleotide polymorphism” (SNP markers) cho chúng ta sử dụng hệ thống chị thị này rất rẽ tiến và dễ dàng trong chiến lược chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) đối với lúa mì. Ở đây, các tác gia đã tập trung và thế hệ của bộ chỉ thị mới “chromosome-specific SNP marker set”, chúng có thể được sử dụng để định tính và xác định nhiễm sắc thể của loài T. intermedium hoặc các đoạn nhiễm sắc thể cần thiết rồi chuyển vào hệ gen cây lúa mì trồng trọt. Nghiên cứu có tính chất cách tân này trong phát triển marker được thực hiện với 187 dòng dẫn xuất khác nhau mới được phát triển từ T. intermedium và công cụ có tên là “Axiom^® Wheat-Relative Genotyping array”. Các tác giả đã thao tác những kỹ thuật nghiên cứu di truyền tế bào để làm rõ cấu hình của hệ gen các loài bố mẹ T. intermedium và đã minh chứng được 634 chỉ thị “chromosome-specific SNPs”. Bộ cơ sở dữ liệu này xác định rõ bản chất của loài dị đa bội (allohexaploid) T. intermedium và xác định hệ gen St với tín hiệu GISH, chỉ thị phân tử ở vùng tâm động của nhiễm sắc thể 1J^vs, 2J^vs, 3J^vs và 7J^vs. Chỉ thị SNP ở đây sẽ được sử dụng trong nghiên cứu cải tiến giống lúa mì trồng trọt, tạo ra một bước tiến mới trong chọn tạo giống lúa mì, giyu1p cho chương trình ấy nguồn vật liêu quý hiếm lấy từ T. intermedium vào giống lúa mì trồng trọt. Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03300-9

Ty-6, một gen chủ lực kháng “begomovirus” trên nhiễm sắc thể 10, rất hữu hiệu để kiểm soát bệnh virus làm xoăn và vàng lá cà chua, bệnh virus làm mốc cà chua.

Nguồn: U Gill, JW Scott, R Shekasteband, E Ogundiwin, C Schuit, DM Francis, SC Sim, H Smith, SF Hutton. 2019. Ty-6, a major begomovirus resistance gene on chromosome 10, is effective against Tomato yellow leaf curl virus and Tomato mottle virus. Theoretical and Applied Genetics; May 2019, Volume 132, Issue 5, pp 1543–1554

Ty-6 là gen chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 10 của cây cà chua, cung cấp tính kháng begomoviruses mang tính chất “monopartite” và “bipartite”. Gen này hoạt động bổ sung với tính kháng do gen trội Ty-3 và gen lặn ty-5. Tính kháng với “begomovirus” mang hệ gen “monopartite” và hệ gen “bipartite” vô cùng quan trọng trong mục tiêu chọn tạo giống cà chua trồng trọt. Nhiều gen kháng begomovirus đã được du nhập từ loài Solanum hoang dại có quan hệ di truyền gần gủi vào loài trồng trọt đáp ứng được mục tiêu chọn tạo giống cà chua. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta đã lập bản đồ di truyền tại locus bổ sung, Ty-6, trên nhiễm sắc thể 10 của hệ gen cây cà chua. Gen Ty-6 tỏ ra hữu hiệu đối với cả hai bệnh virus gây hại cà chua; đó là: “monopartite Tomato yellow leaf curl virus” (TYLCV: bệnh xoăn đọt và vàng lá cà chua) và “bipartite Tomato mottle virus” (ToMoV: bệnh mốc cà chua do virus). Hoạt động gen mang tính trội không hoàn toàn, với phản ứng kháng trung bình khi gen Ty-6 ở trạng thái dị hợp tử. Phân tích quần thể con lai đang phân ly, Ty-6 cùng với Ty-3 hoặc ty-5 cho kết quả kháng ở mức cao nhất đối với TYLCV; khi Ty-6 được kết hợp với alen kháng mang tính chất bổ sung. gen lặn ty-5 không có hiệu quả kháng với ToMoV. Cho dù chỉ thị “multiple SNPs” liên kết với Ty-6 – được xem như hữu ích trong chọn giống, nhưng không có chỉ thị nào thể hiện tính đa hình rõ ràng giữa các dòng biểu hiện alen Ty-6 và ty-6 . Người ta đang tiến hành bộ dữ liệu “resequencing” đối với nhiều dòng con lai tự thụ Ty-6 để phát hiện ra đa hình mang tính chất bổ sung phục vụ yêu cầu “fine mapping”, định tính locus Ty-6. Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-019-03298-0

Hình 2: LOD plot từ kết quả phân tích SIM (simple interval mapping analysis) của bệnh TYLCV ở mức độ trầm trọng trong quần thể F₂ của tổ hợp lai Fla. 8383 x Fla. 7776; đánh giá kiểu gen tại 158 vị trí của chỉ thị “polymorphic SolCAP SNP” cho thấy sự hiện diện của một QTL trên nhiễm sắc thể 10 thuộc hệ gen cây cà chua, LOD score = 41.