Tuần tin khoa hoc 689 (08-14/06/2020)

Chọn giống đậu cô ve nhờ chỉ thị phân tử liên kết với gen R2R3-MYB quy định màu võ hạt

Nguồn: M. Erfatpour and K. P. Pauls. 2020. A R2R3-MYB gene-based marker for the non-darkening seed coat trait in pinto and cranberry beans (Phaseolus vulgaris L.) derived from ‘Wit-rood boontje’. Theoretical and Applied Genetics June 2020, vol. 133:1977–1994

Gen Phvul.010G130600 mã hóa protein MYB – liên quan một chút đến tính trạng nâu hóa võ hạt trái đậu (seed coat darkening) cô ve Phaseolus vulgaris. Một chỉ thị SNP phát hiện được alen của giống Wit-rood làm xáo trộn hoạt động phiên mã tại vùng phân tử mà người ta cho rằng ngăn cản chúc năng của nó trong kiều gen “non-darkening” (võ trái đậu không bị nâu hóa). Màu nâu lợt (beige) và màu trắng của võ hạt đậu thuộc giống truyền thống với hạt màu lấm chấm (pinto) và hạt giống màu việt quất (cranberry), sẽ chuyển sang màu nâu đậm qua một tiến trình gọi là PHD (postharvest darkening) biến thành màu nâu sau khi thu hoạch đậu cô ve. Kiểu hình PHD võ đậu cô ve là hệ quả của sự tích lũy proanthocyanidin và sự kiện ô xi hóa xảy ra ngay sau đó tại võ hạt đậu. Gen J này là locus di truyền kinh điển chưa định tính được – có chức năng đáp ứng với PHD của đậu cô ve (P. vulgaris). Những cá thể đồng hợp tử lặn  biểu thị không có kiểu hình võ bị nâu đậm (ND: non-darkening seed coat phenotype). Kết quả nghiên cứu trước đây xác định được một QTL quy định màu sắc võ hạt, định vị trên nhiễm sắc thể 10. QTL này kết hợp với tính trạng ND. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định một gen liên quan đến màu võ hạt sau thu hoạch bị nâu đen và làm rõ chức năng của gen ấy. Giải trình tự mang tính chất khuêch đại (amplicon sequencing) của 21 gen ứng cử viên trong vùng giả định của QTL  quy định tính trạng ND này, cho thấy: sự mất đi một nucleotide (c.703delG) của gen ứng cử viên Phvul.010G130600 của dòng cận giao tái tổ hợp “non-darkening” có được từ tổ hợp hai giữa giống ND ‘Wit-rood boontje’ và giống regular darkening pinto. Kỹ thuật phân tích in silico chỉ ra rằng Phvul.010G130600 mã hóa một protein có mức độ thống nhất trình tự amino acid rất mạnh mẽ (70%) theo kiểu MtPAR của R2R3-MYB (yếu tố phiên mã). Kết quả làm điều tiết sinh tổng hợp proanthocyanidin trong mô võ hạt cỏ ba lá Medicago truncatula. Sự mất đoạn trong alen Phvul.010G130600 của giống ‘Wit-rood boontje’  dường như đã gây ra chuyển khung dịch mã, làm xáo trộn chức năng của domain kích hoạt phiên mã tại đầu C của protein R2R3-MYB. Chỉ thị phân tử được thiết kế trên cơ sở gen có tính chất dominant đã được phát triển đối với alen Phvul.010G130600. Đây là tiền đề để nhà chọn giống thức hiện chọn giống nhờ chỉ thị phân tử giống đậu cô ve đối với cải tiến tính trạng ND.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03571-7

Giống lúa biến đổi gen ở Iran

Nguồn: Salman Dastan, Behzad Ghareyazie, Jaime A. Teixeira da Silva & Seyyed Hasan Pishgar-Komleh. 2020.  Assessment of the life cycle of genetically modified and non-genetically modified rice cultivars. Arabian Journal of Geosciences volume 13, Article number: 362 (2020) Published: 15 May 2020

Những gì phát thải ra môi trường do lạm dụng hóa chất trong nông nghiệp đã trở thành vấn đề chủ yếu của thế giới. Cây trồng biến đổi gen (GM) là một trong những giải pháp làm giảm thiều tác động tiêu cực đối với môi trường và sức khỏe con người. Chù kỳ sống của giống lúa GM này với giống lúa non-GM được đánh giá đề so sánh. Bốn dòng lúa GM (phát triển từ một hồi giao giữa giống lúa ‘Khazar’ với giống lúa ‘Tarom Molaii’, một dòng lúa GM) và một giống lúa trồng truyền thống (không có bố mẹ là GM) được thí nghiệm theo quy trình chuẩn về an toàn sinh học tại 3 vùng độc lập nhau hoàn toàn ở miền Bắc Iran. Để thực hiện được phân tích chu kỳ sống, trước hết, kết quả của giống lúa có năng suất thấp và năng suất trung bình tại mỗi vùng này phải đựợc phân tích độc lập. Vì ngưòi ta đã không quan sát có sự khác biệt giữa các mức độ tác động, các chỉ số tại những vùng khác nhau ấy, kết quả bình quân của 3 vùng sau đó đã được trình bày trong báo cáo. Khi giảm áp dụng thuốc sâu trong canh tác giống lúa GM sẽ dẫn đến giảm tiêu hao năng lượng sử dụng, giảm phát thải nhà kính, và giảm hiệu quả ấm lên toàn cầu (GWP: global warming potential). Giá trị cao nhất của GWP, nhu cầu năng lượng không tái tạo tích lũy, sự axit hóa quả đất, sự thiếu ô xy trong nước ngọt (eutrophication) và trong nước biển, sự cạn kiệt tài nguyên nước (water depletion) được theo dõi trên giống lúa non-GM. Kim loại nặng phát thải ra trong không khí (Pb, Cd, Zn, và Hg), phát thải trong nước (Cr, Zn, Cu, Cd, Hg, Pb, và Ni) ít hơn trong môi trường trống lúa GM so với lúa non-GM. Vật chất gây ô nhiễm (pollutants) phát thải từ đất (nitrate, metals, và thuốc sâu) trong giống lúa GM phát triển từ giống ‘Khazar’ ít hơn rất nhiều so với giống có bố mẹ non-GM. Như vậy mức độ phát thải ra môi trường sống  trực tiếp quan hệ với kỹ thuật áp dụng vật tư nông nghiệp đầu vào và phương pháp quản lý đồng ruộng. Chúng dựa trên cơ sở mức độ đầu vào thấp nhất mà giống lúa GM mang lại.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s12517-020-05386-8

Di truyền tính kháng muỗi lá hành trên cây lúa, gen Gm5

Nguồn: Hailian Zhou, Xinyi Wang, Yi Mo, Yang Li, Liuhui Yan, Zhihua Li, Wan Shu, Ling Cheng, Fengkuan Huang & Yongfu Qiu. 2020.  Genetic analysis and fine mapping of the gall midge resistance gene Gm5 in rice (Oryza sativa L.). Theoretical and Applied Genetics June 2020; vol. 133: 2021–2033.

Hình: Muỗi là hành - Gallmidge (Orseolia oryzae Wood-Mason).

Gen kháng muỗi gây lá hành (sâu năn): Gm5, liên quan đến bản chất tính kháng hóa sinh “antibiosis” – gen định vị trên nhiễm sắc thể 12, cùng vị trí của 3 giống lúa khảo sát. Kết quả fine mapping thu hẹp được vùng mục tiêu xuống còn 49-kb, người ta xác định có 2 gen ứng cử viên phản ứng có ý nghĩa khi muỗi là hành tấn công. Muỗi là hành châu Á (GM; Orseolia oryzae; Diptera: Cecidomyiidae) xâm nhập vào chồi thân lúa và làm nên hình dạng giống lá hành (galls), ảnh hưởng bất lợi cho tăng trưởng và năng suất lúa. Phát triển giống kháng thông qua xác định chính xác gen đích, bản đồ di truyền, ứng dụng hiệu quả giống kháng trên đồng ruộng được xem như là chiến lược có hiệu quả nhất trong quản lý dịch hại này. Hđiều tra gen kháng muỗi lá hành trong quần thể F₂ của tổ hợp lai giữa các giống kháng ‘ARC5984,’ ‘570011,’ và ‘ARC5833’ có gen kháng Gm5 định vị trên nhiễm sắc thể 12, cùng vị trí trên NST của cả 3 giống lúa này. Khi lập bản đồ đầu tiên, ba quần thể F₂ phục vụ lập bản đồ độc lập nhau. Gen Gm5 hiển thị trên bản đồ tại cùng một vùng của NST 12, liên kết rất gần với marker đích là  12M22.6. Thực hiện fine mapping, trên quần thề BC₁F₂ và BC₂F₂ thuộc tổ hợp lai 9311/ARC5984, người ta đã thu hẹp được vùng mục tiêu chứa gen Gm5 xuống còn 49-kb giũa 2 chỉ thị phân tử kế cận là Z57 và Z64. Trong bản đồ cuối cùng, người ta tìm thấy có 10 gen ứng cử viên. Trong đóm, sáu gen biểu thị tính liên quan như từ 1 họ gen (relative expression). Kết quả có 2 trong số những gen ấy là Os12g36830 và Os12g36880 thể hiện mạnh mẽ hơn hết ở cây có gen kháng muỗi lá hành và cây có gen nhiễm sau  24 và 72  giờ cho phơi nhiễm bởi muỗi lá hành. Sản phẩm PCR của markers 12M22.5 và 12M22.6 hiển thị băng điện di rất rõ ràng. Người ta áp dụng kết quả đa hình ấy đề chọn giống lúa nhờ chỉ thị phân tử (MAS) gen Gm5. Phát triển MAS markers, fine mapping của gen kháng nói trên sẽ giúp nhà chọn giống thực hiện kỹ thuật map-based cloning rồi du nhập gen kháng này vào giống lúa cao sản để cải tiến tính kháng muỗi lá hành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03575-3

Họ gen GRAS  của genome cây sắn

Nguồn: Shan Z, Luo X, Wu M, Wei L, Fan Z, Zhu Y. 2020. Genome-wide identification and expression of GRAS gene family members in cassava. BMC Plant Biol. 2020 Jan 29; 20(1):46. doi: 10.1186/s12870-020-2242-8.

Sắn chống chịu khá tốt với điều kiện bất lợi ngoại cảnh, đặc biệt là stress khô hạn. Tuy vậy, Cơ chế tính chống chịu như vậy vẫn còn chưa được biết rõ. Họ gen GRAS là một họ rất lớn của những yếu tố phiên mã. Họ này tham gia chức năng điều tiết tăng trưởng, phát triển và phản ứng với stress của cây sắn. Hiện nay, yếu tố phiên mã GRAS chưa được nghiên cứu một cách hệ thống trong hệ gen cây sắn, một trong 6 loài cây lương thực quan trọng nhất thế giới. Có 77 gen MeGRAS đã được phân lập từ cơ sở dữ liệu genome cây sắn. Phân tích di truyền huyết thống cho thấy những protein MeGRAS có thể được chuia thành 14 subfamilies (họ phụ). Cấu trúc gen và  motif của những proteins này được xem như bảo thủ triong cùng một subfamily. Sự kiện sao chép (duplication), nhất là duplication đoạn phân tử, được xác định là thế mạnh  của họ gen GRAS của cây sắn. Phân tích tổng hợp cho thấy các gen MeGRAS biểu hiện giống nhau hoặc khác nhau trong phổ thể hiện gen, lấy từ các mô khác nhau, từ các giống khác nhau. Bên cạnh đó, kết quả phân tích qRT-PCR cho kết quả biểu hiện từng phần của gen MeGRAS khi cây pjhản ứng với stress phi sinh học (khô hạn, mặn, lạnh, và H₂O₂). Kết quả này  cho thấy các gen nghiên cứu là gen đa chức năng. Đây là nghiên cứu đầu tiên về họ gen này, cung cấp kiến thức khá đầy đủ về thành viên của họ gen GRAS cây genome cây sắn. Dữ liệu sẽ tăng thêm kiến thức chúng ta về cả về cơ sở phân tử và ảnh hưởng đặc thù của gen GRAS. Hơn nữa, kết quả này sẽ góp phần vào việc xác định các phản ứng của cây sắn đối với những yếu tố ngoại cảnh khác nhau – cho chúng ta những hiểu biết mới về chúc năng tiềm năng của họ gen GRAS.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31996133/?from_term=Cassava+genome+in+2020&from_pos=1

Các vị tri của thành viên họ gen GRAS trên những nhiễm sắc thể của genome cây sắn. Hung gen MeGRAS bị duplicated (sao chép) được nốilại bằng đường màu đỏ. Các gen bị sao chép mang tính chất luân phiên (tandem duplicated) biểu thị bằng nền màu khác nhau.