Tuần tin khoa học 761 (01-07/11/2021)

Di truyền tính trạng chống chịu khô hạn cây bắp

Nguồn: Schulze WX, Altenbuchinger M, He M, Kränzlein M, Zörb C. 2021. Proteome profiling of repeated drought stress reveals genotype-specific responses and memory effects in maize. Plant Physiol Biochem. 2021 Feb; 159:67-79.

Khô hạn là stress gây thiệt hại chính cho năng suất nông sản vùng ôn đới, như Trung Âu. Do vậy, thông tin về cây trồng phản ứng với khô hạn như thế nào trở nên vô cùng quan trọng cho mục tiêu phát triển bền vững để phát triển bắp lai, có năng suất ổn định. Điều tiết có tính chất hậu phiên mã thông qua biểu hiện thay đổi protein vô cùng phong phú. Đây là một cơ chế sinh học quan trọng của phản ứng với stress ngay lập tức, chưa được khai thác bao nhiêu trong chiến lược cải tiến giống. Ở đây, các tác giả của nghiên cứu này  xem xét phản ứng đối với bắp cho phơi nhiễm trong điều kiện khô hạn mang tính chất lập lại của giống bắp lai nhiễm và chống chịu hạn để tìm hiểu cặn kẽ mức độ đa dạng protein tổng thể bị kích thích bởi khô hạn một lần hoặc khô hạn nhiều lần. Nhín chung, khô hạn ảnh hưởng đến mức độ phong phú protein từ nhiều chu trình trong thực vật. Người ta xác định biến dưỡng tinh bột, mức độ phong phú của aquaporin, PSII proteins và histones, đó là những yếu tố gắn kết chặt chẽ với kiểu hình cây bắp chịu khô hạn điển hình, ví dụ như sự phá vỡ màng tăng lên, điều tiết áp suất thẩm thấu hoặc ảnh hưởng của khí khổng đóng mở và mức độ đồng hóa sản phẩm quang hợp. Bên cạnh đó, người ta thấy rằng có một ảnh hưởng mạnh mẽ của khô hạn đối với khả năng đồng hóa dưỡng chất, đặc biệt là cơ chế biến dưỡng lưu huỳnh. Nhìn chung, kết quả xét nghiệm trước đây khi cho cây phơi nhiễm khô hạn từ nhẹ đến nặng đều dựa trên kết quả quan sát bằng mắt, kiểu hình biểu hiện giống như kết quả quan sát những thay đổi mức độ phong phú protein bây giờ.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33341081/

Siêu lúa japonica YJ114 kháng đạo ôn

Ting Mao, Mingdong Zhu, Shakeel Ahmad, Guoyou Ye, Zhonghua Sheng, Shikai Hu, Guiai Jiao, Lihong Xie, Shaoqing Tang, Xiangjin Wei, Peisong Hu, Gaoneng Shao. 2021. Superior japonica rice variety YJ144 with improved rice blast resistance, yield, and quality achieved using molecular design and multiple breeding strategies. Mol Breed. J. 2021;41(10):65.  

Giống lúa Yanfeng 47 (YF47) thuộc loại hình japonica được canh tác tại Trung Quốc trên diện tích gần 2 triệu hectares, 30 năm qua. Tuy nhiên, YF47 nhiễm nặng bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae gây ra. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta phát triển thành công chỉ thị phân tử mới TPAP (tetra-primer ARMS-PCR) xác định các gen Pita, Pib, và Pid2, chúng điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn với phổ kháng rộng. Tập đoàn giống bao gồm 91 loại hình japonica trong quỹ gen cây lúa có đặc điểm sinh thái tương đương với loại hình giống lúa YF47 được thanh lọc đạo ôn, giống Wuyunjing 27 (WYJ27) có alen Pita và Pib, giống P135 có alen Pid2. Bên cạnh đó, các alen tương ứng Pita, Pib, và Pid2 được du nhập vào giống YF47 sử dụng phương pháp hồi giao đơn, hồi giao hai chiều thuận nghịch, hồi giao có sự hỗ trợ của chỉ thị phân tử (MAS) và công nghệ nuôi cấy túi phấn. Những vật liệu di truyền này, mang một, hai hoặc ba alen có chức năng, được phát triển trong 3 năm, rồi so sánh với giống YF47, tất cả chúng đều biểu hiện tính kháng bệnh cải tiến thông qua chủng nấm bệnh tự nhiên. Dòng cải tiến (IL: improved lines) số 1 đến số 5 (đều mang alen Pita, Pib, và Pid2 ); chúng được đánh giá tiếm năng về năng suất, không phun thuốc diệt nấm, tất cả các dòng ngoại trừ IL-4 biểu hiện tính kháng bệnh tăng so với giống lúa YF47. Dòng IL-5, được đặt tên là Yanjing 144 (YJ144), năng suất tăng cao tại tỉnh Liaoning trong khảo nghiệm so sánh giống lúa và có phẩm chất hơn hẳn giống YF47. Công trình này cho thấy một chiến lược có dấu ấn phân tử trong chồng gen kháng (pyramiding) để nhanh chóng cải tiến tính kháng bệnh đạo ôn của giống lúa cao sản, đồng thời cải tiến phẩm chất gạo trong chiến lược cải tiến giống lúa đa mục tiêu cùng một lúc.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34642568/

Di truyền tính kháng tuyến trùng phổ rộng của giống đậu nành

T. D. Vuong, H. Sonah, G. Patil, C. Meinhardt, M. Usovsky, K. S. Kim, F. Belzile, Z. Li, R. Robbins, J. G. Shannon & H. T. Nguyen. 2021. Identification of genomic loci conferring broad-spectrum resistance to multiple nematode species in exotic soybean accession PI 567305. Theoretical and Applied Genetics October 2021; vol. 134: 3379–3395

Phân tích di truyền sự kết hộp độc đáo một QTL chủ lực điều khiển tính kháng tuyến trùng từ một vật liệu giống đậu nành chưa được báo cáo trước đó.

Mẫu giống đậu nành [Glycine max (L.) Merr.] có số mẫu giống là PI 567305, được ghi nhận biểu hiện tính kháng mạnh mẽ với 3 loài tuyến trùng, SCN (soybean cyst nematode), RKN (root-knot nematode), và RN (reniform nematode). Tuy nhiên, cơ sở di truyền tính kháng ấy với phổ kháng rộng, chưa được nghiên cứu cặn kẽ. Các tác giả ghi nhận kết quả phân tích di truyền để phân lập các loci trong hệ gen cây đậu nành mang tính kháng các loài tuyến trùng nói trên. Quần thể “bi-parental” bao gồm 242 dòng RILs, F₈ (recombinant inbred lines) có từ cặp lai giữa giống nhiễm tuyến trùng Magellan với mẫu giống đậu nành PI 567305. Những dòng RILs (cận giao tái tổ hợp) này được đánh giá kiểu hình đối với tính kháng tuyến trùng thuộc ba loại hình SCN HG. Nguòi ta tiến hành đánh giá kiểu gen thông qua công cụ Infinium SoySNP6K BeadChips và GBS (genotype-by-sequencing) để xem xét hiệu quả kinh tế và hiệu quả kỹ thuật trên nền tảng hai kiểu gen ấy. Phân tích di truyền xác định được một QTL chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 10 và một trên nhiễm sắc thể 18, có phổ kháng rộng đối với 3 loại hình tuyến trùng nói trên. Phân tích haplotype và số bản sao chép của QTL mang tính kháng tuyến trùng SCN cho thấy rằng PI 567305 có một haplotype khác biệt, kết hợp với cơ chế tính kháng độc đáo tuyến trùng SCN, khác với kiểu kháng Peking hoặc PI 88788. Kết quả đánh giá của cả hai Infinium Beadchip và GBS đều cung cấp những hiểu biết có ích cho nhà nghiên cứu về chọn lọc dòng con lai một cách có hiệu quả kinh tế và hiệu quả kỹ thuật cao nhất, trong xem xét QTL mapping và xem xét khác của hệ gen cây đậu nành.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03903-1

Di truyền tính chống chịu mặn cây lúa

Nguồn: Rakesh Kumar Singh, Suneetha Kota & Timothy J. Flowers. 2021.  Salt tolerance in rice: seedling and reproductive stage QTL mapping come of age. Theoretical and Applied Genetics November 2021, vol. 134: 3495–3533.

Chống chịu mặn ở giai đoạn sinh dục cây lúa là sự kiện cực trọng quyết định năng suất khi bị stress mặn. Rất ít nghiên cứu tính trạng ấy vì đánh giá kiểu hình hết sức phức tạp, nhưng công nghệ mới trong bài tổng quan này sẽ bổ sung những kiến thức cần thiết như vậy. Sáu mươi ba meta-QTLs, định vị ở những vùng quan trọng bậc nhất trong hệ gen cây lúa, đánh dấu mục tiêu gen chủ đích để tăng cường tính chống chịu mặn đã được tổng quan rất đầy đủ.

Cho dù cây lúa được xếp vào loài thực vật dễ nhiễm mặn, nhưng các giống lúa không chịu ảnh hưởng giống nhau về các thời kỳ tăng trưởng, chỉ nhạy cảm nhất ở giai đoạn mạ và giai đoạn lúa trổ (sinh dục). Tuy nhiên, có tương quan rất kém giữa mức độ nhiễm mặn của 3 giai đoạn trong vòng đời cây lúa, dẫn đến ảnh hưởng stress mặn cũng khác nhau, bởi những cơ chế hết sức đặc thù. Các gen chống chịu (QTLs) trong giai đoạn mạ và giai đoạn trổ bông cũng khác nhau. Mặc dù tính trạng chống chịu mặn ở giai đoạn sinh dục quan trọng hơn, vì nó trực tiếp ảnh hưởng đến năng suất hạt, nhưng có hơn 90% tài liệu khoa học được công bố đều tập trung cho kết quả chống chịu ở giai đoạn mạ. Chỉ có một ít nghiên cứu được thực hiện chỉ ra cơ sở di truyền tính trạng chống chịu mặn giai đoạn sinh dục, vì đánh giá kiểu hình này hết sức cồng kềnh và phức tạp. Theo tổng quan, người ta liệt kê danh mục các giống lúa được phóng thích có tính trạng chống chịu mặn, trở thành giống thương mại hóa, canh tác đại trà trên đất nhiễm mặn. Người ta tóm lược các phương pháp đánh giá kiểu hình. Tính trạng chống chịu mặn ngày càng được nâng cao, nhằm mục tiêu bền vững về năng suất lúa, người ta cố gắng tìm ra phương pháp hiệu quả nhất trong đánh giá kiểu hình chống chịu mặn ở giai đoạn sinh dục. Một danh sách bao gồm 935 QTLs điều khiển tính trạng chống chịu mặn cây lúa ở giai đoạn mạ và giai đoạn sinh dục. Người ta chỉ rõ những nhiễm sắc thể mang 63 meta-QTLs (quãng phân tử có độ tin cậy cao 95%). Điều này khẳng định được những vùng quan trọng nhất trong hệ gen cây lúa có QTL chống chịu mặn. Nghiên cứu sâu hơn những QTLs như vậy nên  gia tăng, để người ta hiểu biết tốt hơn về tính chống chịu mặn của cây lúa, rất cần thiết cho mục tiêu ứng dụng thành công "chọn giống nhờ chỉ thị phân tử".

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03890-3

Hình 2: Vị trí trên nhiễm sắc thể chừa những QTLs điều khiển tính chống chịu mặn của cây lúa từ kết quả của những quần thể mapping với nhiều nền tảng di truyền đa dạng phân bố trên 12 chromosomes.