Tuần tin khoa học 727 (08-14/03/2021)

Di truyền tính kháng cỏ chổi Striga hermonthica của hệ gen cây bắp nhiệt đới

Nguồn: Manje Gowda, Dan Makumbi, Biswanath Das, Christine Nyaga, Titus Kosgei, Jose Crossa, Yoseph Beyene, Osval A. Montesinos-López, Michael S. Olsen & Boddupalli M. Prasanna. 2021. Genetic dissection of Striga hermonthica (Del.) Benth. resistance via genome-wide association and genomic prediction in tropical maize germplasm. 

Hình: Giản đồManhattan trong kết quả GWAS liên quan đến 6 tính trạng Striga.

GWAS được áp dụng để phân tích di truyền tính kháng cỏ chổi Striga hermonthica do đa gen nằm trên nhiều vùng khác nhau của hệ gen cây bắp, có ảnh hưởng trung bình. Người ta có thể làm tăng hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gains) bằng phương pháp chọn tính kháng cỏ Striga, nhờ giá trị dự đoán di truyền (genomic prediction).  Striga hermonthica (Del.) Benth., là cỏ dại có màu tím (purple witchweed hoặc giant witchweed), đây là vấn đề cực trọng cho canh tác bắp tại các nông hộ nhỏ thuộc vùng cận Sahara, châu Phi. Chọn tạo giống bắp kháng Striga rất phức tạp do biến thiên di truyền rất hiếm hoi, sự phức tạp của tính kháng và những thách thức về đánh giá kiểu hình. người ta tiến hành nghiên cứu này nhằm(i) đánh giá tập đoàn giống bắp rất đa dạng ở nhiệt đới để xem phản ứng với cỏ Striga trong điều kiện lây nhiễm nhân tạo ở 3 địa điểm khác nhau của Kenya; (ii) tìm kiếm QTLs liên quan đến tính kháng Striga thông qua GWAS; và (iii) đánh giá hiệu quả của phương pháp GP (genomic prediction) đối với tính kháng Striga. Bản đồ di truyền thuộc dạng association bao gồm 380 dòng bắp cận giao được đánh giá tại 3 địa điểm khác nhau, cho lây nhiễm nhân tạo cỏ chổi Striga trên ruộng, 3 lần lặp lại, đánh giá kiểu gen thông qua bộ chỉ thị SNPs  với 278.810 markers. Biến dị genotypic và GxE (genotype x environment) có ý nghĩa thống kê đối với tính trạng liên quan đến tính kháng Striga. Hệ số di truyền ước đạt giá trị trung bình (0.42) cho đến cao (0.92) đối với các tính trạng mục tiêu. GWAS cho kết quả 57 chỉ thị SNPs liên quan có ý nghĩa với tính kháng Striga và năng suất (GY) với ảnh hưởng thấp đến trung bình. Bộ gen ứng cử viên bao gồm 32 gen liên kết gần với chỉ thị SNPs có vai trò bảo vệ cây chống lại stress sinh học đã được phân lập. GP với xác minh chéo khác nhau cho thấy giá trị dự đoán các performance của dòng bắp thí nghiệm trong những môi trường canh tác khác nhau tốt hơn dự đoán performance của dòng bắp mới đối với tất cả tính trạng mục tiêu. Dự đoán thông qua môi trường có độ chính xác cao đối với tất cả tính trạng, trong khi chỉ thị SNPs trong GWAS dẫn đến kết quả làm tăng độ chính xác một chút.

Xem: file:///C:/Users/Admin/Downloads/Gowda2021_Article_GeneticDissectionOfStrigaHermo.pdf

Phát sinh bệnh đạo ôn trên ruộng lúa Indonesia

Nguồn: Santoso Kadeawi, Anggiani Nasution, Aris Hairmansis, Mary Jeanie Telebanco-Yanoria, Mitsuhiro Obara, Nagao Hayashi, Yoshimichi Fukuta. 2021. Pathogenicity of Isolates of the Rice Blast Pathogen ( Pyricularia oryzae) From Indonesia. Plant Diseases; 2021 Feb 8;PDIS05200949RE.  doi: 10.1094/PDIS-05-20-0949-RE.

Thu thập 201 mẫu phân lập (isolates) nấm Pyricularia oryzae (tác nhân gây đạo ôn lúa) được thực hiện tại 3 vùng sinh thái lúa khác nhau (lúa cạn, lúa nước, lúa vùng đầm lầy) tại 5 khu vực trồng lúa của Indonesia (West Java, Lampung, South Sumatra, Kalimantan, và Bali). Tính chấp phát sinh bệnh (pathogenicities) được định tính dựa trên phản ứng của 25 giống lúa chuẩn nòi (differential varieties: DVs) và đối chứng nhiễm là giống lúa Lijiangxintuanheigu (LTH), nhiễm tất cả mẫu phân lập của đạo ôn. Một tần suất cao của các isolates (>80.0%) có độc tính đối với giống DVs mang gen kháng Pib, Pit, Pia, Pik-s, và Pi12(t). Một tần suất thấp của các isolates (<12.9%) có độc tính với DVs mang gen Pik-m, Pi1, Pik-h, Pik, Pik-p, và Pi7(t). Độc tính đối với giống lúa chuẩn nòi khác DVs mang gen Pish, Pii, Pi3, Pi5(t), Pi9(t), Piz, Piz-5, Piz-t, Pita-2 (hai dòng), Pita (hai dòng), Pi19(t), và Pi20(t) cho thấy tần suất trung bình từ 20.0 đến 80.0%. Những isolates này được phân ra thành  ba nhóm, Ia, Ib, và II, tần suất của các nhóm biến đổi giữa 3 vùng sinh thái canh tác lúa và 5 khu vực trồng lúa. Tần suất của các nhóm biến động giữa vùng sinh thái và khu vực trồng lúa, và các nòi nấm (races) biến thiên tùy theo vùng sinh thái. Có 27 SDBIs (standard differential blast isolates) được sàng lọc từ 201 chủng nòi. Tập đoàn giống lúa chuẩn nòi là 25 DVs và 27 SDBIs sẽ được sử dụng làm thành hệ thống chuẩn nòi mới để phân tích tính phát sinh bệnh (pathogenicity) đạo ôn trên cây lúa và phục vụ phân tích các gen kháng.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32787657/

GWAS xác định gen kháng đạo ôn trong điều kiện bón phân N cao

Nguồn: Mathias Frontini, Arnaud Boisnard, Julien Frouin, Malika Ouikene, Jean Benoit Morel, Elsa Ballini. 2021. Genome-wide association of rice response to blast fungus identifies loci for robust resistance under high nitrogen. BMC Plant Biol. 2021 Feb 18;21(1):99.  doi: 10.1186/s12870-021-02864-3.

Phân N được biết là yếu tố làm gia tăng sự nhiễm bệnh, người ta sử dụng thậut ngữ NIS (Nitrogen-Induced Susceptibility). Trong cây lúa, hiện tượng này được quan sát với nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzae. Nghiên cứu di truyền trước đây ghi nhận rằng một locus có tên là NIS1 làm tăng cường tính nhiễm bệnh khi bón phân đạm nhiều. Để hiểu rõ cơ chế di truyền này,  người ta thực hiện phân tích NIS trong điều kiện nhà kính với các điều kiện không mong muốn được kiểm soát. Bộ giống thí nghiệm bao gồm 139 giống lúa japonica ôn đới. Kết quả phân tích GWAS cho thấy những loci được xác định bao gồm NIS nhờ so sánh các loci nhiễm trong nghiệm thức bón phân N Cao và phân N thấp, Phương pháp cho pháp minh chứng những loci thông qua nhiều nghiệm thức bón phân khác nhau. Người ta còn sử dụng chỉ số NIS Index để xác định các loci góp phần vào tính co dãn của kết quả nhiễm bệnh, trong những nghiệm thức phân N khác nhau.

Ảnh hưởng toàn cầu của NIS được quan sát trong quần thể này, với mật độ vế bệnh điển hình tăng 8%, trong nghiệm thức bón N cao. Ba QTL mới, khác hơn NIS1, đã được phân lập. Một alen hiếm của locus RRobN1 định vị trên nhiễm sắc thể 6 cho kết quả tính kháng rất mạnh mẽ khi bón N cao và thấp khác nhau. Một alen thường gặp tại locus NIS2 trên nhiễm sắc thể 5, làm trầm trọng hơn mức độ nhiễm bệnh khi bón nhiều phân đạm. Sau cùng, một alen của NIS3, trên nhiễm sắc thể 10, có ảnh hượng đệm làm tăng tính nhiễm bệnh khi tăng hàm lượng phân đạm nhưng làm tăng mức độ nhiễm bệnh toàn cầu. Alen này hầu hết đều có trong các giống lúa japonica ôn đới, là kết quả di truyền với một locus điều khiển sự thích nghi với lạnh.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33602120/  

Hình: Giản đồ Manhattan của GWAS xác định gen kháng đạo ôn trong điều kiện boón nhiều đạm Green points indicate significant SNPs with -log10(P) ≥ 5

Di truyền tính kháng bệnh thối đầu trái bắp Gibberella

Nguồn: David Sewordor Gaikpa, Bettina Kessel, Thomas Presterl, Milena Ouzunova, Ana L. Galiano-Carneiro, Manfred Mayer, Albrecht E. Melchinger, Chris-Carolin Schön & Thomas Miedaner. 2021. Exploiting genetic diversity in two European maize landraces for improving Gibberella ear rot resistance using genomic tools, Theoretical and Applied Genetics March 2021; vol. 134: 793–805.

Biến thiên di truyền cao của tính trạng di truyền trong hai giống bắp châu Âu có thể được khai thác làm nguồn vật liệu cho tính kháng bệnh thối đầu trái bắp (Gibberella ear rot) thông qua các công cụ của genomics. Nấm Fusarium graminearum (Fg) gây ra bệnh thối đầu trái bắp (GER: Gibberella ear rot), làm năng suất bắp giảm nghiêm trọng và làm tạp nhiễm độc tố mycotoxins trong hạt bắp. Nghiên cứu này nhằm mục đích làm rõ cơ sở di truyền phân tử của tính kháng GER trong 500 dòng bắp đơn bội kép (DH: doubled haploid lines) dẫn xuất từ hai giống bắp bản địa châu Âu, “Kemater Landmais Gelb” (KE) và “Petkuser Ferdinand Rot” (PE). Hai giống bản địa này được phân tích riêng biệt bằng phương pháp GWAS (genome-wide association studies) và phương pháp sàng lọc di truyền GS (genomic selection). Các dòng được đánh giá kiểu gen với bộ array có quy mô 600-k maize array. Đánh giá kiểu hình mức độ cực trọng GER, ngày phun râu, chiều cao cây, số hạt. tại 4 địa điểm nghiên cứu khác nhau, lây nhiễm bệnh nhân tạo với mẫu phân lận có độc tính cao nhất  Fg isolate. Phương sai kiểu gen lớn và hệ số di truyền nghĩa rộng lớn được ghi nhận trên tất cả tính trạng mục tiêu. Tương tác GxE rất quan trọng cũng được phân tích cẩn thận. Tương quan theo kiểu hình (r) ve tương quan theo kiểu gen (rgrg) giữa điểm cực trọng GER và ba tính trạng nông học nói trên: thấp (r =  − 0.27 đến 0.20; rgrg=  − 0.32 đến 0.22). đối với mức độ nhiễm GER, có 8 QTLs được tìm thấy trong giống KE, giải thích được 34% biến thiên kiểu hình. Trong giống PE, không có QTLs nào có ý nghĩa điều khiển GER được tìm thấy. Không có QTLs chung cho tất cả được tìm thấy giữa mức độ nhiễm GER và 3 tính trạng nông học. Mức dự đoán chính xác trung bìnhs (ρρ) của giá trị weighted GS (wRR-BLUP) cao hơn ρρ của marker-assisted selection (MAS) và unweighted GS (RR-BLUP) đối với GER severity. Sử dụng nguồn giống bắp KE làm quần thể training và giống PE làm quần thể validation có kết quả ρρ rất thấp, giá trị này có thể được cải thiện bằng cách sử dụng fixed marker effects trong mô phỏng thuật toán sàng lọa di truyền GS.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03731-9

Hình: Giản đồ Manhattan plot - GWAS biểu thị vùng mang gen kháng GER) (a) “Kemater Landmais gelb” (N=236), (b) ”Petkuser Ferdinand rot” (N=226). Ex pl. Exploratory threshold at P ≤ 0.0001; Bonf. Bonferroni-corrected threshold at P ≤ 0.05.