Tuần tin khoa học 744 (28/06-03/07/2021)
Biểu hiện gen ở lá và rễ đậu nành
(131).png)
Nguồn; Hongwei Xun, Xue Zhang, Jiamiao Yu, Jinsong Pang, Shucai Wang, Bao Liu, Yingshan Dong, Lili Jiang & Dongquan Guo. 2021. Analysis of expression characteristics of soybean leaf and root tissue-specific promoters in Arabidopsis and soybean. Transgenic Research (2021) Published: 11 June 2021.
Đặc điểm của những promoters chuyên biệt theo mô tế bào vô cùng cần thiết để người ta nghiên cứu chức năng của gen đích có trong mô hoặc cơ quan cụ thể nào đó. Đển nghiên cứu “tissue-specific promoters” của cây đậu nành, người ta tiến hành sàng lọc các gen chỉ biểu hiện đặc biệt trong mô bằng phương pháp tham chiếu cơ sở dữ liệu transcriptome tren cơ sở trình tự RNA, song song với kết quả phân tích RT-PCR. Người ta dòng hóa những promoters này của 3 gen. Đó là GmADR1, GmBTP1, và GmGER1, rồi thiết kế những vector báo cáo tương ứng với chúng β-Glucuronidase (GUS). Người ta tạo ra cây Arabidopsis transgenic và xem xét thành phẩn biểu hiện của những promoters này bằng phản ứng biểu thị màu GUS và kết quả phân tích RT-PCR. Người ta tiến hành chuyển nạp “promoter-GUS reporter vectors” này vào cây đậu nành để co kiểu hình “hairy roots” (rễ lông tơ), rồi xem xét sự biểu hiện promoter bằng phản ứng GUS staining. Người ta tìm thấy một thành phần củabiểu hiện chuyên biệt tại rễ của GmADR1 và GmBTP1 trong cả hai cây Arabidopsis và đậu nành. Promoter của gen GmGER1 cho thấy đặc tính chuyên biệt trên lá của cây Arabidopsis transgenic. Muốn trắc nghiệm khả năng ứng dụng vào đại trà của những promoters như vậy cho cây đậu nành cải tiến bằng phương pháp chuyển nạp, người ta dùng promoter của gen GmADR1 thao tác sự thể hiện của một gen chống chịu mặn của đậu nành, GmCaM4, thông qua chuyển nạp gen. Người ta thấy rằng: những cây transgenic chống chịu mặn đáng kể so với cây nguyên thủy (wild-type). kết quả gợi ra rằng: du nhập promoters nội sinh theo pp chuyển nạp có thể mang đến kết quả biểu hiện gen chức năng chuyên biệt theo mô và chuyên biệt theo cơ quan của đậu nành.
Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s11248-021-00266-7
Cách tân di truyền & chọn giống cây trồng để hiệu quả chọn lọc cao đối với tính trạng dinh dưỡng và chống chịu biến đổi khí hậu
(134).png)
Nguồn: Pallavi Sinha, Vikas K. Singh, Abhishek Bohra, Arvind Kumar, Jochen C. Reif & Rajeev K. Varshney. 2021. Genomics and breeding innovations for enhancing genetic gain for climate resilience and nutrition traits. Theoretical and Applied Genetics June 2021; vol. 134:1829–1843.
Những công nghệ genomic có tính chất tích hợp và phương pháp chọn giống mới đột phá được những thông số trong phương trình cải tiến giống mô phỏng đối với tính trạng chống chịu biến đổi khí hậu và dinh dưỡng đáp ứng an toàn lương thực trong tương lai. Làm nâng cao hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gain) trong chương trình cải tiến giống cây trồng, đáp ứng với biến đổi khí hậu và nâng cao phẩm chất dinh dưỡng nông sản, cần có một chiến lược mới tích hợp nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau. Bài tổng quan này tập trung vào những phương pháp tiếp cận cách tân, nhấn mạnh đến những thành phần chủ chốt của mô phỏng toán học từ những nhà chọn giống. Điều kiện tiên quyết là làm tăng phương sai kiểu gen (genetic variance: σ2g) là việc xác định hoặc sáng tạo ra alen có ích/haplotypes có ích. Người ta khai thác chúng làm tính trạng chìa khóa phục vụ cải tiến giống. Những “novel alleles” như vậy điều khiển những tính trạng mới được người ta tiếp cận và bổ sung vào tập đoàn giống ngày càng có mức độ đa dạng di truyền phong phú. Cường độ chọn lọc (i) trong chương trình chọn giống này có thể được cải tiến bằng cách khảo nghiệm quần thể lớn hơn trước, cho phép thiết kế thí nghiệm được phân tích thông kê chính xác, giảm số lần lập lại thấp nhất và đánh giá kiểu hình theo phương pháp mới, hiệu quả. Các ưu tiên hóa và tiêu chuẩn hóa trong chọn lọc phải tương thích với quy mô quần thể đủ sức giả định vai trò quan trọng. Giá trị quan trọng nhất của mô phỏng toán học chọn giống là hệ số di truyền (h2). Hệ số di truyền ước đoán được phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm kích cỡ quần thể con lai lớn như thế nào, và kiểu quần thể con lai công thêm phương pháp thống kê thí nghiệm. Bài viết này mang tính khởi động một thảo luận mang tính chất cô đọng về những khả năng nhằm tăng cường giá trị σ2g trong quần thể con lai. Người ta tóm lược các phương pháp thống kê thí nghiệm và kiểu bố tró thí nghiệm có thể cải tiến được hệ số di truyền của tính trạng mong muốn. Người ta còn có thể làm giảm bớt thời gian chọn giống quá dài như pp truyền thống (t), mà điều này đạt được nhờ chọn dòng bố mẹ chính xác, tối ưu hóa sơ đổ lai tạo, cố định được nhanh các alen mục tiêu, và kết hợp được kỹ thuật chọn giống nhanh với chương trình chọn giống nhanh để tối ưu hóa các tính trạng cần phóng thích cho sản xuất. Cuối cùng, người ta tóm tắt những kiến trức nhân loại thông qua nhiều ngành khoa học có liên quan làm gia tăng được hiệu quả chọn lọc GA, trong điều kiện biến đổi khí hậu và nhu cầu nông sản có phẩm chất dinh dưỡng cao.
Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03847-6
Nhiệt độ nóng ban đêm làm xáo trộn hệ transcriptome trên bông lúa
(140).png)
Jigar S. Desai, Lovely Mae F. Lawas, Ashlee M. Valente, Adam R. Leman, Dmitry O. Grinevich, S. V. Krishna Jagadish, and Colleen J. Doherty. 2021. Warm nights disrupt transcriptome rhythms in field-grown rice panicles. PNAS June 22, 2021 118 (25) e2025899118
Ảnh hưởng của nhiệt độ nóng ban đêm WNT (warmer night time temperatures) tác động lên cây trồng vẫn còn được biết rất ít trong thách thức biến đổi khí hậu hiện nay. WNT là kết quả của sự gia tăng mất cân đối giữa nhiệt độ ngày đêm. Trong cây lúa, WNT làm giảm năng suất và phẩm chất gạo. WNT làm giảm biên độ của nhiệt độ ngày, đêm mà cây sử dụng trong đồng hồ sinh học (circadian clock). Do vậy, các tác giả nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của WNT đến sự timing của những hoạt động có tính chất phân tử ra sao? Thí nghiệm trên đồng ruộng, WNT làm thay đổi hệ transcriptome ban ngày. Các gen biểu hiện mạnh mẽ nhịp điệu sinh trưởng và theo đồng hồ sinh học, chúng đều bị ảnh hưởng bởi WNT. Nhiều phân tử regulators ứng cử viên cho các gen bị xáo trộn như vậy đều có liên quan đến đồng hồ sinh học, nhấn mạnh đến thay đổi thời gian dưới sức nóng của nhiệt độ đêm WNT. Chu trình và cơ chế sinh học này nếu được xác định rõ ràng sẽ góp phần xác định được dòng lúa chống chịu WNT. Trong cây lúa, một sự tăng rất nhỏ về nhiệt độ đêm đều làm suy giảm năng suất và phẩm chất gạo. Làm thế nào WNT có ảnh hưởng bất lợi như vậy? Người ta chưa biết rõ. Nhất là trong điều khiện ngoài đồng ruộng, nơi đó, biến động có tính chất điển hình về nhiệt độ ngày/đêm vượt ngưỡng. Người ta quan sát sự xáo trộn trên toàn hệ gen (genome-wide disruption) của thời gian biểu hiện gen trong phase sinh dục, trong bông lúa mọc ngoài đồng, ở nghiệm thức có WNT chênh nhau 2 - 3 °C. Phân tử transcripts được phân lập trước đây như một biểu hiện có tính chất nhịp độ chuẩn mực theo chu kỳ 24 giờ, và phân tử transcripts theo đồng hồ sinh học nhạy cảm hơn với WNT so sánh với phân tử “nonrhythmic transcripts”. Tính chất bất ổn có bản chất hệ thống ấy của những phân tử transcript gợi ra rằng WNT làm xáo trộn sự kết hợp chặt chẽ theo thời gian giữa phân tử bên trong và môi trường bên ngoài, làm năng suất giảm. Người ta xác định được những regulators phiên mã rất phong phú đối với kết quả nhạy cảm WNT. Những phân tủ transcripts bị ảnh hưởng ấy và những regulators ứng cử viên đều được người ta phân lập theo kết quả phân tích này. Điều đó giải thích những cơ chế phân tử dẫn đến sự nhạy cảm WNT và xác định những ứng cử viên có thể được cho là làm tăng cường tính chống chịu với WNT.
Xem: https://www.pnas.org/content/118/25/e2025899118
Đồng vị phóng xạ carbon ghi nhận cây C4 có khả năng chống chịu biến đổi khí hậu
Nguồn: Stella Eggels, Sonja Blankenagel, Chris-Carolin Schön & Viktoriya Avramova. 2021. The carbon isotopic signature of C4 crops and its applicability in breeding for climate resilience. Theoretical and Applied Genetics June 2021; vol. 134:1663–1675.
(127).png)
Hình: Kết hợp giữa hiệu quả sử dụng nước (WUE) và carbon isotopic composition của cây C4.
Đồng vị phóng xạ carbon phân biệt được một tính trạng mong muốn nào đó trong sàng lọc gián tiếp để cải tiến tính trạng sử dụng nước hiệu quả của cây trồng có chu kỳ C4. Trong ngữ cản biến đổi khí hậu, khô hạn là yếu tố chủ yếu làm hạn chế sự tăng trưởng của cây và hạn chế năng suất. Do vậy, mọi nỗ lực của nhà chọn giống là phải trực tiếp cải tiến hiệu quả sử dụng nước WUE (water use efficiency) như một yếu tố chìa khóa thích ứng với biến đổi khí hậu và phát triển bền vững sản lượng cây trồng. Vì WUE là một tính trạng phức tạp và việc đánh giá tính trạng này đòi hỏi rất tốn kém về trang bị và công sức nên phải có tính trạng ủy thác (proxy traits), để người ta dễ dàng sàng lọc và phản ánh được mức độ tin cậy cao về WUE. Trong cây trồng thuộc chu trình C3, tính trạng WUE được đánh giá nhờ đồng vị phóng xạ carbon [isotopic composition (δ13C)] của vật chất cây trồng, phản ánh được khả năng đồng hóa của đồng vị carbon nhẹ hơn 12C trên 13C trong suốt thời kỳ quang tổng hợp. Đối với cây C4, sự cố định carbon phức tạp hơn và δ13C còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa, không giống như cây C3. Kết quả nghiên cứu gần đây về sinh lý học và di truyền học cho thấy có tương quan giữa δ13C và WUE trong cây C4, cũng như có một vị trí trùng lập nhau của QTL đối với hai tính trạng nói trên. Hơn nữa, biến thiên có ý nghĩa trong các loài (significant intraspecific variation) cũng như môi trường có hệ số di truyền cao của δ13C được biểu hiện trong một vài loài cây trồng C4 ví dụ như cây bắp, cao lương và mía đường, chỉ ra rằng khả năng sàng lọc gián tiếp như vậy là khả thi trong chọn giống cây C4. Những thâm cứu về sinh lý và di truyền cho thấy: ảnh hưởng của δ13C là cần thiết để hỗ trợ cho sự áp dụng pp này để cải tiến tính trạng WUE làm cây C4 thích ứng được biến đổi khí hậu.
Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03761-3
Số lần xem: 271
