Tuần tin khoa học 763 (15-21/11/2021)

Di truyền màu sắc vỏ hạt đậu cô ve

Nguồn: Carmen García-Fernández, Ana Campa & Juan Jose Ferreira. 2021. Dissecting the genetic control of seed coat color in a RIL population of common bean (Phaseolus vulgaris L.). Theoretical and Applied Genetics November 2021; vol. 134: 3687–3698

Ba gen có liên quan đến tính trạng màu sắc vỏ hạt đậu vcô ve được nghiên cứu từ quần thể con lai cận giao tái tổ hợp giữa TU/Musica (RIL population) được định vị trên bản đồ di truyền. Hai gen ứng cử viên được đề nghị có khả năng điều khiển tính trạng vỏ hạt màu đen của giống TU được định tính.

Tính trạng màu vỏ hạt đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) rất quan trọng về thương phẩm trên thị trường đối với giống đậu cho hạt khô, rất quan trọng về phẩm chất hạt và phẩm chất dinh dưỡng, cũng như phản ứng đối với vật thể gây bệnh (pathogen). Theo kết quả này, di truyền tính trạng màu sắc vỏ hạt đậu cô ve được nghiên cứu trong quần thể con lai cận giao tái tổ hợp (RILs)  bao gồm 175 dòng cá thể, thu được từ cặp lai ‘TU’ × ‘Musica’. Phân ly kiểu hình giữa màu trắng và màu không trắng theo định luật Mendel 1:1, và giữa màu nâu và màu đen là 3:1, điều này chỉ ra rằng ba gen độc lập, một gen điều khiển màu trắng và hai gen (có tương tác không alen “epistatic”) điều khiển màu đen. Bản đồ di truyền được hình thành trên cơ sở  842 chỉ thị SNPs, gen phản ứng với tính trạng màu vỏ hạt trắng định vị tại nhóm liên kết LG (linkage group) Pv07, mà trước đây định vị là gen P. Đối với kiểu hình hạnh vỏ đen, hai gen được lập trên bản đồ bắt đầu từ nhiễm sắc thể Pv06 và Pv08, trong những vị trí ấy mà người ta dự đoán có gen V và một locus phức tạp có tên là C locus, theo thứ tự. Trong hai vùng genomic này người ta làm rõ thông qua hai cặp lai giữa 3 dòng RILs tuyển chọn, biểu hiện bản chất di truyềnbổ sun và trội (complementary and dominant inheritance), trong đó, các alen TU của cả hai gen đều cho kết quả kiểu hình vỏ hạt màu đen. Hai gen bao gồm hoạt động sinh tổng hợp anthocyanin được đề nghị là  gen ứng cử viên: Phvul.006G018800 mã hóa một flavonoid 3′5’ hydroxylase và Phvul.008G038400 mã hóa protein MYB113 transcription factor. Những phát hiện này bổ sung vào ngân hàng kiến thức của hệ thống phức tạp của các gen điều khiển tính trạng màu sắc vỏ hạt đậu cô ve cũng như cung cấp tền của những chỉ thị phân tử sẽ được sử dụng cho phân tích di truyền tương lai hoặc sử dụng trong nội dung chọn giống.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03922-y

Di truyền tính chống chịu hạn của lúa cạn

Nguồn: Giovanni Melandri, Hamada AbdElgawad, Kristýna Floková, Diaan C Jamar, Han Asard, Gerrit T S Beemster , Carolien Ruyter-Spira, Harro J Bouwmeester. 2021. Drought tolerance in selected aerobic and upland rice varieties is driven by different metabolic and antioxidative responses. Planta 2021 Jun 25;254(1):13.  doi: 10.1007/s00425-021-03659-4.

Sự thích ứng với khí hậu trên cơ sở áp suất thẩm thấu và đường, một phán ứng mạnh mẽ mang tính chất chống ô xi hóa, làm giảmsự mất mát sinh khối bởi khô hạn gây ra ở gia đoạn tăng trưởng của cây lúa được ghi nhận. Người ta hiểu rất rõ về những thích nghi mang tính chất sinh lý và sinh hóa khi nước bị hạn chế của cây lúa rẫy và cây lúa canh tác điều kiện thoáng khí. Điều này có thể giúp người ta xác định  những cơ chế hiểu được tính chống chịu với khả năng cung cấp nước kém. Theo kết quả nghiên cứu này, 3 giống lúa loại hình indica là IR64 (lúa nước), Apo (lúa hảo khí),và UPL Ri-7 (lúa rẫy), được định tính bởi mức độ đối nghịch nhau về chống chịu khô hạn, khi cho phơi nhiễm khô hạn ở giai đạon lúa tăng trưởng. Những thay đổi bởi khô hạn gây ra cho sinh khối là: cơ chất biến dưỡng trong lá lúa và những markers do stress có tính chất ôxi hóa / hoạt tính enzyme đều được phân tích cặn kẽ trong từng giống lúa, ở nhiều thời điểm khác nhau. Hai giống chống chịu khô hạn là: Apo và UPL Ri-7 biểu hiện sự giảm sử dụng nước rất khác với phản ứng của giống IR64 nhạy cảm khô hạn; giống IR64 biểu hiện sử dụng nước lớn, hệ qủa là mất nước trong lá cực trọng trong nghiệm thức xử lý khô hạn. Sự thích nghi khí hậu theo kiểu sugar-mediated osmotic acclimation của giống lúa UPL Ri-7, sự phản ứng chống ô xi hóa mạnh mẽ (strong antioxidative response) của giống lúa Apo, cả hai rất hiệu quả trong hạn chế mất sinh khối bởi khô hạn, trong khi mất sinh khối rất cao trong giống lúa IR64, ngay cả sau khi phục hồi. So sánh phẩm chất theo kết quả thí nghiệm này, trên đồng ruộng ở gia đoạn sinh dục cho thấy chỉ có giống lúa Apobiểu thị khả năng antioxidant cao nhất, có thể duy trì đượcnăng suất hạt ổn định trong điều kiện bị stress. Kết quả còn cho thấy những đáp ứng hết sức khác nhau về chất biến dưỡng và antioxidant có liên quan đến chống chịu khô hạn cho lúa hảo khí (aerobic) và lúa rẫy ở giai đoạn tăng trưởng. Hiệu quả của sự thích nghi này khác biệt nhau giữa những giai đoạn phát triển của cây lúa. Làm rõ bản chất di truyền của tính trạng này có thể giúp người ta khai thác tốt nguồn vật liệu cải tiến giống lúa cao sản thích ứng với ngoại cảnh thiếu nước.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34173050/

Di truyền tính chống chịu khô hạn cây lúa thông qua kỹ thuật làm câm gen OsSYT-5

Nguồn: Sudha Shanmugam, Virginia Ann Boyett, Mariya Khodakovskaya. 2021. Enhancement of drought tolerance in rice by silencing of the OsSYT-5 gene. PLoS One; 2021 Oct 22;16(10):e0258171.

Cải tiến tính chống chịu khô hạn cây trồng là thách thức to lớn để thích ứng với biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng. Báo cáo mô tả kỹ thuật làm câm gen synaptotagmin-5 (OsSYT-5) mã hóa protein trong cây lúa Ca⁺⁺ sensing protein với một domain C2 dẫn đến kết quả cải tiến đáng kể tính chống chịu của cây lúa đối với stress thiếu nước. Các dòng lúa transgenic với biểu hiện bị ức chế gen OsSYT-5 thể hiện một tốc độ quang hợp tăng nhưng hoạt động di chuyển khí khổng giảmvà sự thoát hơi nước cũng giảm trong qua trình cây lúa thiếu nước. Hàm lượng abscisic acid (ABA) cả trong hai điều kiện bình thường và khô hạn đều đươc tăng lên trong lá lúa transgenic so sánh với cây lúa nguyên thủy (wild type). Làm câm gen OsSYT-5 ảnh hưởng sự biểu hiện  của nhiều gen liên quan đến truyền tín hiệu khi có stress liên quan ABA trong cây lúa transgenic. Nghiệm thức thiếu nước,  cây lúa transgenic có  OsSYT-5 bị câm sẽ biểu hiện những triệu chứng của stress khô hạn chậm hơn 7 ngày so với cây lúa wild type. Cây transgenic với biểu hiện gen OsSYT-5 bị ức chế sẽ có khả năng sống của hạt phấn cao hơn, cho nhiều hạt thóc hơn so với cây lúa wild type ở cả nghiệm thức bình thường và nghiệm thức stress khô hạn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34679114/

Di truyền tính kháng bệnh bạc lá lúa trên cơ sở TAL effector-dependent Bax gene

Nguồn: Yuejing Gui, Dongsheng Tian, Kar Hui Ong, Joanne Chin Yi Teo & Zhongchao Yin. 2021. TAL effector-dependent Bax gene expression in transgenic rice confers disease resistance to Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Transgenic Research Journal (Published: 08 November 2021) 

Phản ứng siêu nhạy cảm HR (hypersensitive response) là một hình thức của sự chết tế bào được lập trình sẵn của tế bào thực vật xảy ra tại chổ, bao quanh khu xâm nhiễm của pathogen, để ngăn ngừa sự lan rộng của xâm nhiễm pathogens. Bax, một thành viên của pro-apoptotic động vật có vú thuộc họ gen Bcl-2, kích hoạt sự chết tế bào mang tính chất HR-like trong thực vật. Tuy nhiên, sự biểu hiện về nguyên tắc của gen Bax ảnhn hưởng âm tính với tăng trưởng và phát triển. Gen Xa10 trong cây lúa (Oryza sativa) là gen kháng mang tính chất executor liên quan đến tính kháng chuyên biệt nòi (race-specific disease resistance) đối với các chủng nòi của vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae mang TAL effector gene AvrXa10. Trong nghiên cứu này, promoter của gen Xa10 được sử dụng để điều tiết sự biểu hiện có tính chất dị hợp của gen Bax lấy từ chuột (Mus musculus) vào cây Nicotiana benthamiana và cây lúa. Sự chết của tế bào được kích hoạt trong cây thuốc lá N. benthamiana sau khi thực hiện kỹ thuật co-infiltration với gen P_Xa10:Bax:T_Xa10  và gen P_PR1:AvrXa10:T_Nos. Cây lúa transgenic mang gen P_Xa10:Bax:T_Xa10  có tính kháng bệnh chuyên biệt với chủng nòi vi khuẩn  Xa10-incompatible X. oryzae pv. oryzae đó là PXO99^A(pHM1AvrXa10), nhưng không kháng với  Xa10-compatible strain PXO99^A(pHM1). Sự chuyên biệt về tính kháng ấy được thẩm định bởi kích hoạt AvrXa10 của gen P_Xa10:Bax:T_Xa10 trong cây lúa transgenic. Kết quả này chứng minh rằng: sự biểu hiện mang tính chất kích thích (inducible expression) gen Bax trong cây lúa transgenic thành công thông qua kiểm soát được executor R gene promoter và sự biểu hiện tính di hợp của gen mang tính chất pro-apoptosis regulator trong cây lúa, liên quan đến tính kháng bệnh bạc lá do vi khuẩn X. oryzae pv. oryzae gây ra.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s11248-021-00290-7

Bc Buu Photo Courtesy, Nam Dinh Prov. 2015.