Tuần tin khoa học 645 (29/07-04/08/2019)

Giống lúa tứ bội và gen quy định sự hữu thụ

Nguồn: Bei X, Shahid MQ, Wu J, Chen Z, Wang L, Liu X. 2019. Re-sequencing and transcriptome analysis reveal rich DNA variations and differential expressions of fertility-related genes in neo-tetraploid rice. PLoS One. 2019 Apr 5;14(4): e0214953.

Lúa dị tứ bội (autotetraploid) là nguồn vật liệu di truyền hữu ích cho chọn tạo giống lúa tứ bội thể, tuy nhiên, số hạt trên bông ít là rào cản chính khi thương mại hóa giống lúa tứ bội. Nhóm các nhà khoa học nghiên cứu nội dung này đã tiến hành phát triển các dòng lúa tứ bội thế hệ mới được gọi là “neo-tetraploid rice lines”. Chúng có tính trạng hữu thụ cao và cho ưu thế lai rõ ràng khi lai chúng với một dòng lúa tứ bội khác. Theo đó, người ta đã tiến hàng giải trình tự lần nữa (re-sequencing) và chạy “RNA-seq” để tìm kiếm những biến thể của DNA và các phân tử gen DEGs (differentially expressed genes) trong thời kỳ gián phân giảm nhiễm đối với 3 dòng lúa “neo-tetraploid” so sánh với bố mẹ của chúng. Có tất cả 4.109.881 SNPs và 640.592 chỉ thị InDels trong tìm kiếm các dòng lúa “neo-tetraploid” đối với genome tham chiếu, và 1.805 biến thể đặc biệt có/không có (PAVs: present/abscent variations) trong 3 dòng lúa này. Ước khoảng 12% chỉ thị SNPs và 0,5% chỉ thị InDels được xác định trong 3 dòng này định vị trên vùng di truyền mong muốn tìm. Có tất cả 28 gen, mang ít nhất một ảnh hưởng SNP hoặc/và InDel nào đó làm nên sự mã hóa protein, mà những gen ấy đã được xác định trong 3 dòng lúa này. Theo đó, 324 gen đột biến đặc biệt, bao gồm 52 gen liên quan đến gián phân giảm nhiễm và 8 gen thuộc di truyền biểu sinh đã được tìm thấy trong các dòng lúa “neo-tetraploid” so vối bố mẹ của chúng. Trong 324 gen như vậy, 5 gen liên quan đến gián phân, 3 gen liên qua n đến di truyền biểu sinh thể hiện trong giai đoạn gián phân giảm nhiễm. Tương tự, có 498 phân tử transcripts đặc biệt, 48 transposons khác nhau và 245 phân tử ncRNAs khác nhau cũng được tìm thấy trong cây lúa “neo-tetraploid”. Xem: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6450637/

Đa dạng di truyền giống lúa mì vùng Địa Trung Hải

Nguồn: Rufo R, Alvaro F, Royo C, Soriano JM. 2019. From landraces to improved cultivars: Assessment of genetic diversity and population structure of Mediterranean wheat using SNP markers. PLoS One. 2019 Jul 15; 14(7): e0219867. doi: 10.1371/journal.pone.0219867.

Đánh giá đa dạng di truyền và kiến trúc quần thể của giống cây trồng là cần thết cho bất cứ chương trình cải tiến giống nào đó cũng như công tác bảo tồn quỹ gen cây trồng. Tập đoàn giống lúa mì làm bánh mì gồm có 354 mẫu giống, quy tập các mẫu giống thu thập ở vùng Địa Trung hải và những giống lúa mì cao sản mới phát triển gần đây, phổ biến tại châu thổ Mediterranean. Chúng được định tính nhờ 11.196 chỉ thị SNPs (single nucleotide polymorphism). Đa dạng di truyền tổng số (HT) là 0,36 và giá trị PIC (polymorphic information content) là 0,30 đối với cả giống bản địa và giống cao sản. Giá trị LD (linkage disequilibrium) của giống lúa mì cao sản cao hơn giống bản địa (0,18 và 0,12, theo thứ tự). Phân tích kiến trúc di truyền cho thấy sự phân bố địa lý khá rõ ràng đối với giống lúa mì bản địa, tập họp trong 3 quần thể phụ (subpopulations: SPs) đại diện cho the miền tây, miền bắc và miền đông của Địa Trung Hải, trong khi đó, giống lúa mì cao sản được cấu trúc theo các chương trình lai tạo giống của CIMMYT/ICARDA, France/Italy, và Balkan/các nước Đông Âu. Giống cao sản có GST cao 0,1673 (genetic differentiation: GST) và dòng chảy của gen thấp (gene flow) 2,49 so với giống lúa mì bản địa có giá trị là 0,1198 và 3,67, theo thứ tự. Điều nay chứng minh rằng có khoảng cách khác biệt lớn của những “subpopulations” (SBs). Dòng chảy gen lớn nhất được quan sát giữa lúa mì bản địa thuộc quần thể SP của vùng bắc Địa Trung và giống lúa mì cao sản của chương trình lai bởi người Pháp và người Ý.

Xem https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0219867

Phân tích kiến trúc di truyền của tập đoàn lúa mì (durum wheat) ở Tunisia

Nguồn: Slim A, Piarulli L, Chennaoui Kourda H, Rouaissi M, Robbana C, Chaabane R, Pignone D, Montemurro C, Mangini G. Genetic Structure Analysis of a Collection of Tunisian Durum Wheat Germplasm. Int J Mol Sci. 2019 Jul 9; 20(13). pii: E3362. doi: 10.3390/ijms20133362.

Nguồn tài nguyên di truyền lúa mì “durum” ở Tunisia bao gồm giống cao sản và giống bản địa vẫn còn được canh tác ở đây, đặc biệt giống mới được canh tác theo phương pháp thâm canh cao. Theo khuôn khổ chương trình sưu tập quỹ gen của NGBT (National Gene Bank of Tunisia), quỹ gen lúa mì “durum” (lúa mì cứng) được sưu tập từ nhiều vùng sinh thái canh tác khác nhau của Tunisia. Mẫu giống thu thập được nghiên cứu bằng chỉ thị SSRs (simple sequence repeats) để khai thác đa dạng di truyền và đánh giá kiến trúc di truyền (genetic structure) của tập đoàn lúa mì Tunisia. Kết quả cho thấy có đa dạng di truyền rất lớn trong tập đoàn lúa mì “durum” của Tunisia, với sự phân hóa rõ ràng giữa giống cổ truyền và giống mới. Phân tích kiến trúc quần thể cho thấy có 5 quần thể phụ (subpopulations), hai trong số đó tập trung mạnh mẽ ở vùng nam và trung Tunisia, nơi ấy, điều kiện ngoại cảnh rất khắc nghiệt trong pha phát triển cực trọng của lúa mì. Những subpopulations này thiếu trong giống lúa mì mới, gợi ra rằng những tính trạng thích nghi hữu ích ấy rất cần cho chương trình cải tiến giống cao sản luôn có sẵn ở nguồn gen phía nam và miền trung. Hoạt động bảo tồn nguồn gen in situ tại trang trại có giống lúa mì “durum” được khởi động bởi National Gene Bank of Tunisia bên cạnh nội dung bảo tồn ex situ. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31323925