Tuần tin khoa học 740 (31/05-05/06/2021)
Di truyền giống bắp chống chịu mặn thông qua nghiên cứu rễ bắp
(125).png)
Nguồn: Pengcheng Li, Xiaoyi Yang, Houmiao Wang, Ting Pan, Yunyun Wang, Yang Xu, Chenwu Xu & Zefeng Yang. 2021. Genetic control of root plasticity in response to salt stress in maize. Theoretical and Applied Genetics May 2021; vol. 134:1475–1492
GWAS đã xác định được 559 chỉ thị phân tử SNP có liên quan đến sự kiện tái mô phỏng lại (remodelling) của kiến trúc rễ bắp khi phản ứng với stress mặn. Có 168 gen ứng cử viên được ưu tiên hóa bởi kỹ thuật integrating RNA-seq, DEG và cơ sở dữ liệu WGCNA.
Mặn là yếu tố ngoại cảnh chủ yếu làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Hệ rễ cây là cơ quan đầu tiên phản ứng với mặn, do vậy ảnh hưởng của mặn ở vùng rễ cây bắp phát triển như thế nào, vẫn còn là điều chưa biết rõ. Theo kết quả nghiên cứu này, biến thiên tự nhiên của rễ bắp thông qua 14 tính trạng và của chồi thân thông qua 4 tính trạng đã được đánh giá, trong quần thể bao gồm 319 dòng bắp cận giao giữa nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức xử lý mặn. Những biến thiên kiểu hình đáng chý ý là ở nghiệm thức nồng độ mặn cao, chiều dài rễ giảm đáng kể, nhưng đường kính rễ lại tăng lên. Phân tích GWAS những tính trạng nông học và tính chất co dãn trong phản ứng với stress (relative variation). Người ta phát hiện thấy có 55 chị thị SNP có ý nghĩa thống kê, trong đó, có 125 SNPs biểu hiện trong nghiệm thức đối chứng, 181 SNP trong nghiệm thức có stress mặn và 253 SNPs biểu hiện trong giá trị tương đối giữa stress và đối chứng (trait plasticity). Có 168 gen thuộc 587 gen ứng cử viên được phân lập bởi kết quả GWAS. Hai gen ứng cử viên ZmIAA1 và ZmGRAS43 được minh chứng bởi kết quả chạy trình tự DNA (theo kỹ thuật resequencing). Trong những gen ấy, có 130 gen được tìm thấy trong nghiệm thức có stress mặn, hoặc trong phương pháp tính giá trị tương đối, bao gồm nhiều tiến trình sinh học đa dạng, sự truyền tín hiệu hormone, sinh tổng hợp phenylpropanoid, và tổng hợp acid béo. Kết quả nghiên cứu đã làm rõ được bản chất của “root remodelling” khi cây bắp phản ứng với mặn, xác định được những loci và gen ứng cử viên. Chúng rất quan trọng để cải tiến di truyền kiến trúc rễ bắp và giống bắp cao sản chống chịu mặn.
Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03784-4
Tiến trình chín của quả cà chua & sự phát triển của chromoplast
(113).png)
Nguồn: Qihua Ling, Najiah Mohd. Sadali, Ziad Soufi, Yuan Zhou, Binquan Huang, Yunliu Zeng, Manuel Rodriguez-Concepcion & R. Paul Jarvis. 2021. The chloroplast-associated protein degradation pathway controls chromoplast development and fruit ripening in tomato. Nature Plants May 2021; Vol. 7:655–666
Sự chín của quả cà chua xanh biểu hiện qua màu sắc quả và mùi vị quả. Đây là chiến lược nghiên cứu tính chất sinh dục cũng như tính chất phân tán di truyền. Cà chua (Solanum lycopersicum) và nhiều loài cây trồng, sự chín quả (fruit ripening) luôn gắn liền với bản chất di truyền của chromoplast (biogenesis of chromoplasts), chúng là những plastids có rất nhiều trong quả chín, đặc biệt là tích lũy nhiều sắc tố carotenoid. Chromoplasts phát triển từ pre-existing chloroplasts trong quả, nhưng cơ chế chuyển đổi như vậy chưa được biết rõ. Nghiên cứu này chỉ ra được vai trò của sự phân giải protein có liên quan đến CHLORAD (chloroplast-associated protein degradation), chu trình có thuật ngữ khoa học là “proteolytic pathway” trong biệt hóa chức năng chromoplast. Knockdown protein “plastid ubiquitin E3 ligase SP1”, hoặc protein đồng phân của nó SPL2, làm trì hoãn sự chín quả cà chua, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ SP1 thúc đẩy quá trình chín quả, minh chứng bởi sử chuyển màu sắc quả. Người ta chứng minh rằng SP1 kích hoạt ảnh hưởng có tính chất rộng hơn trong tiến trình chín quả, bao dồm quá trình làm mềm quả, biểu hiện gen mục tiêu và thay đổi hoạt động biến dưỡng, bằng cách làm tăng cường sự chuyển dịch của chloroplast này đến chromoplast khác. Bên cạnh đó, người ta chứng minh SP1 và SPL2 cà chua điều tiết quá trình sự hóa già của lá (leaf senescence), dẫn đến chức năng được bảo tồn là CHLORAD trong cây. Người ta kết luận rằng những SP1 homologues (chất đồng phân của SP1) điều khiển sự chuyển dịch plastid trong suốt tiến trình quả chín và duy trì lá xanh bằng cách cho phép tái cấu trúc lại hình dạng plastid protein trong cơ chế vận hành của import machinery gây ảnh hưởng đến hệ thống tái cấu tạo lại proteome. Đây là kết quả tóm lược vai trò của chromoplasts trong sự chín quả, cung cấp cơ sở lý luận cho cải tiến giống bằng kỹ thuật di truyền sau này.
Xem: https://www.nature.com/articles/s41477-021-00916-y
Sàng lọc di truyền các tính trạng nông học phức tạp của mía đường
(111).png)
Nguồn: Ben J. Hayes, Xianming Wei, Priya Joyce, Felicity Atkin, Emily Deomano, Jenny Yue, Loan Nguyen, Elizabeth M. Ross, Tony Cavallaro, Karen S. Aitken & Kai P. Voss-Fels. 2021. Accuracy of genomic prediction of complex traits in sugarcane. Theoretical and Applied Genetics May 2021; vol. 134:1455–1462
Những tính trạng phức tạp (complex traits) của mía đường có thể được dự đoán chính xác bằng phương pháp sử dụng “genome-wide DNA markers”. Dự đoán có tính chất genomic chỉ thông qua một lần đã trở thành nội dung hấp dẫn ccác nhà di truyền chọn giống mía trong sàng lọc di truyền (genomic selection) của chương trình cải tiến giống mía thương phẩm. Chương trình cải tiến giống mía đạt được hiệu quả chọn lọc 1% GA (1% genetic gain) đối với một ít tính trạng nông học chủ lực, như năng suất TCH (tonnes of cane per hectare), CCS (commercial cane sugar) và hàm lượng chất xơ, trong nhiều thập niên qua. Người ta đánh giá tiềm năng của sàng lọc di truyền nhằm làm tăng GA% của những tính trạng nông học chủ lực, thông qua phương pháp GEBVs (genomic estimated breeding values), sử dụng quần thể tham chiếu (reference population) có 3984 dòng vô tính đã được đánh giá kiểu gen rồi, nhờ công cụ 26 K SNP. Người ta tiến hành đánh giá ba phương pháp khác nhau để sàng lọc di truyền có tên là GBLUP, GenomicSS (genomic single step), và BayesR. Phương pháp GenomicSS kết hợp với phương pháp phả hệ và thông tin của bộ chỉ thị SNP từ chương trình lai giống mía trước đây và hiện nay. Kết quả cho giá trị dự đoán chính xác nnất với hầu hết các tính trạng nghiên cứu (0.30–0.44). Phương pháp này hấp dẫn trong đánh giá di truyền truyền thống (routine genetic evaluation), bởi vì nó tương đối cần rất ít sự cải biên trong đánh giá, kết quả cải tiến di truyền đã dự đoán được trên hầu hết cá thể dòng con lai, không phải chỉ có đối với dòng đã biết kiểu gen rồi. Thông tin từ những nghiệm thức đầu tiên khẳng định nó chính xác hơn 5% đối với tính trạng CCS, xơ bả mía, nhưng chỉ có 0% đối với TCH, phản ánh tầm quan trọng của ảnh hưởng cạnh tranh đối với tính trạng TCH. Giá trị chính xác của GEBV khá đầy đủ cho chương trình lai tạo giống mía cao sản mới, một kết quả tăng gấp đôi hiệu quả chọn lọc GA (genetic gain). Người ta tiếp tục xem xét tính trạng ngày trổ bông, giới tính và sức sống hạt phấn. Người ta thấy hệ số di truyền cao của ba tính trạng này với giá trị 0.57, 0.78 và 0.72, theo thứ tự. Độ chính xác của GEBV cho thấy phương pháp sàng lọc di truyền có thể được áp dụng để cải tiến những tính trạng nông học phức tạp này. Ví dụ người ta có thể quản lý đồng loạt thời gian trổ với chọn bông đực có sứ sức hạt phấn cao.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03782-6
GWAS và phân tích hệ gen đơn bội của tập đoàn giống bắp nhập nội
(105).png)
Nguồn: Anderson Luiz Verzegnazzi, Iara Gonçalves dos Santos, Matheus Dalsente Krause, Matthew Hufford, Ursula Karoline Frei, Jacqueline Campbell, Vinícius Costa Almeida, Leandro Tonello Zuffo, Nicholas Boerman & Thomas Lübberstedt. 2021. Major locus for spontaneous haploid genome doubling detected by a case–control GWAS in exotic maize germplasm. Theoretical and Applied Genetics May 2021; vol. 134: pages1423–1434
Một locus chủ lực quy định sự gia tăng gấp đôi hệ gen đơn bội tự phát sinh trong thiên nhiên (spontaneous haploid genome doubling) được tìm thấy qua kết quả GWAS của tập đoàn giống bắp nhập nội. Sự kết hợp của chọn giống đơn bội kép với locus này dẫn đến quần thể phân ly mạnh mẽ trên nhiễm sắc thể 5. Chương trình lai giống bắp (Zea mays L.) cho vùng ôn đới thường ít thành công vì đa dạng di truyền rất hẹp, điều này cần thiết phải mở rộng nguồn vật liệu nhập nội trong lai tạo giống mới. Mục tiêu nghiên cứu là hoàn thiện tính chất nông học các dòng cận giao dẫn xuất từ quần thể bắp BS39 nhiệt đới, sử dụng các phương pháp chọn giống khác nhau để xác định vùng trên hệ gen bắp có được kết quả “segregation distortion” (phân ly đột phá) dòng lai của quần thể đơn bội kép DH. Quần thể này có bản chất tự phát sinh nên người ta gọi đó là SHGD (spontaneous haploid genome doubling). Người ta sử dụng kỹ thuật bản đồ case–control association mapping để xác định được những loci điều khiển SHGD. Bốn tập đoàn khác nhau được dùng là: BS39_DH và BS39_SSD dẫn xuất từ quần thể BS39 bởi đơn bội kép DH và single-seed descendent (SSD); quần thể con lai BS39 × A427_DH và BS39 × A427_SSD từ cặp lai BS39 x A427. Có tất cả 663 dòng cận giao (inbred) được đánh giá kiểu gen. Phân tích tính chất đa dạng nguồn gen và sự phân hóa di truyền (genetic differentiation) đối với bản chất đơn bội kép DH đã minh chứng được rằng: sự có mặt của locus SHGD gần tâm động (centromere) của nhiễm sắc thể số 5 là nguyên nhân chính. Kết quả GWAS đối với bản chất DH cũng xác định lại locus này là chính xác. Phân tích đơn bội chomthấy hầu hết 100% đóng góp có tính chất chọn lọc của hệ gen giống bắp A427 nằm ở cùng vị trí trên nhiễm sắc thể 5 của cặp lai BS39 × A427_DH, bởi một alen ảnh hướng đến SHGD. Locus này có thể sản sinh ra dòng đơn bội kép từ quần thể giống bắp nhập nội bằng xử lý colchicine.
Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03780-8
Yuan Longping, cha đẻ Lúa lai đã qua đời ở tuổi 90
(99).png)
Nguồn: Harrison Smith; IRRI News; May 26, 2021
Yuan Longping, nhà khoa học lúa gạo người Trung Quốc, người đã tạo ra những giống lúa lai F1 thành công đầu tiên trên thế giới, người đã góp phần vào nội dung giảm đói nghèo trên thế giới, đã qua đời vào ngày 22 tháng Năm năm 2012 tại Changsha, Trung Quốc. Ông mất do bệnh MODS (Multiple organ dysfunction syndrome), hưởng thọ 90 tuổi. Ông sinh vào ngày 7 tháng 9 năm 1930 tại Bắc Kinh, Trung Quốc. Nơi cư trú nhiều năm là Hunan, với học hàm giáo sư Đại Học Nông Nghiệp Hunan; giám đốc của China National Hybrid Rice R&D Center.
Ông là nhà khoa học rất nổi tiếng của Trung Quốc “the father of hybrid rice,” Ông Yuan khiêm tốn tự cho mình chỉ là một “nông dân thông thái”, không phải là một nhà khoa học hàn lâm. Mặc dù ông từng được giải thưởng World Food Prize.
Đầu thập niên 1970, Yuan Longping và đồng nghiệp đã phát triển thành công dòng lúa lai lý tưởng, đạt cao hơn giống lúa cao sản bình thường trên 20%. Đi kèm theo đó là những kỹ thuật sản xuất hạt giống F1 vô cùng sáng tạo để có số lượng hạt lai đáp ứng với yêu cầu sản xuất rộng lớn. Ông đã chia sẻ thành tựu ấy với nhiều bạn bè đồng nghiệp quốc tế, không riêng ở Trung Quốc.
Thông qua Viện Lúa Quốc tế IRRI, Philippines, ông trở thành người thầy của nhiều đồng nghiệp đến từ Ấn Độ, Việt Nam, nơi phát triển lúa lai thành công sau Trung Quốc về diện tích và sản lượng. Năm 2004, ông được trao tặng giải thưởng cao quý World Food Prize cùng với nhà chọn giống Monty Jones, Sierra Leone.
Yuan Longping lãnh đạo chương trình quốc gia về lúa lai Trung Quốc nhiều năm liền, đặc biệt là sự đóng góp rất lớn vào những công ty sản xuất hạt lúa lai có chất lượng tốt. Ông vinh dự được trao ngọn đuốc Olympic 2008 từ Hunan quê ông, trên đường các vận động viên chạy về Beijing. Năm 2019, ông được chủ tịch Tập Cận Bình tặng Huân Chương “Republic - the country’s highest official honor”. Những ngày cuối đời, ông sống cùng vợ, bà Deng Zhe; ba người con trai và rất nhiều cháu tại Changsha, Hunan.
Gần đây, ông và đồng nghiệp tập trung chọn tạo giống lúa chống chịu mặn, giống lúa có phẩm chất gạo tốt. Ông nói về ước mơ của mình, với câu nói thật dí dõm “rice crops taller than men,” mơ sao cho mỗi bông lúa to như cái chổi, mơ sao mỗi hạt thóc to như hạt đậu phọng. Ông cũng thường nói với cơ quan thông tin đại chúng rằng: “tôi có thể nấp trong bóng cây lúa với bạn bè của tôi”. (I could hide in the shadow of the rice crops with a friend.)
Thế hệ chúng tôi đã xem Yuang Longping như người Thầy lớn. Chúng tôi từng họp chung với nhau ở các hội nghị khoa học tại IRRI, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và một số nơi khác.
Xin vĩnh biệt người Thầy đáng kính!
Bùi Chí Bửu biên tập.
Số lần xem: 327
