Tuần tin khoa học 774 (31/01-06/02/2022)

GWAS và đa dạng di truyền cây bắp nhờ đột biến mất đoạn

Nguồn:Xiao Zhang, Yonghui Zhu, Karl A. G. Kremling, M. Cinta Romay, Robert Bukowski, Qi Sun, Shibin Gao, Edward S. Buckler & Fei Lu. 2022. Genome-wide analysis of deletions in maize population reveals abundant genetic diversity and functional impact. Theoretical and Applied Genetics; January 2022, vol. 135: 273–290

Hai phương pháp read depth được kết nối trong cơ sở dữ liệu NGS (next-generation sequencing: giải trình tự thế hệ mới) để xác định các đột biến mất đoạn trong hệ gen cây bắp đã được tiến hành trong nghiên cứu này. GWAS được phân tích thông qua đột biến mất đoạn (deletions) trên cơ sở biểu hiện gen và kiểu hình các tính trạng kinh điển, theo thứ tự.

Nhiều nghiên cứu đã đang khẳng định rằng biến thiên di truyền mang tính chất cấu trúc (SV: strutural variation) có ở khắp nơi trong hệ gen cây bắp. Đột biến mất đoạn là một kiểu hình của SV có tác động đến biểu hiện gen và gây ra những thay đổi kiểu hình của các tính trạng số lượng. Trong nghiên cứu này, người ta tiếp cận hai phương pháp “read count” để phân tích những deletions trong toàn bộ dữ liệu của trình tự DNA hệ gen của 270 dòng bắp cận giao. Có tất cả 19.754 deletion windows chồng lấp trên 12.751 gen, những gen này phố bố không đều trong hệ gen cây bắp. Những deletions như vậy đã giải thích được kiến trúc của quần thể khá rõ và tương quan với những đặc điểm của hệ gen. Phân bố tần suất đột biến mất đoạn của các gen đã được người ta xác định có tương quan nghịch với sự biểu hiện gen. phát hiện ra biểu hiện gen eQTL chỉ ra rằng  local eQTL có ít hơn nhưng có ảnh hưởng lớn hơn một gen nào đó ở cách xa chúng. Những gen có liên quan gắn với tiến trình biến dưỡng cơ bản, trong khi đó, những gen liên quan có tính chất đặc thù với  eQTL đóng vai trò quan trọng trong phản ứng với stress hoặc tác nhân kích thích (stimulus responses) ở mô tế bào. So sánh với eQTL được tìm thấy nhờ chỉ thị SNPs từ cùng cơ sổ dữ liệu trình tự DNA, có 89.4% associated genes có thể được tìm thấy bởi cả hai markers. Ảnh hưởng của những eQTL hàng đầu được tìm thấy nhờ SNPs được người ta sử dụng nhiều hơn các eQTL đối với cùng gen. GWAS  xem xét thời gian trổ bông và chiều cao cây cho thấy: chỉ có một vài loci có thể được tìm thấy bởi chỉ thị SNPs, kết gắn với đột biến mất đoạn và SNP thông qua kết quả GWAS; đây là một chiến lược xuất sắc để nghiên cứu kiến trúc tính trạng. Kết quả này cung cấp nhận thức mới trong chức năng định tính và chức năng sinh học của  pp  genome-wide deletions của hệ gen cây bắp.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03965-1

Chọn lọc tự nhiên trong canh tác lúa nước

Nguồn: Kenji Fujino, Yoshihiro Kawahara & Kenta Shirasawa. 2022. Artificial selection in the expansion of rice cultivation. Theoretical and Applied Genetics; January 2022; vol. 135: 291–299

Sự phân bố gen và ngành genomics chuyên khảo sát di truyền quần thể cho thấy có một chọn lọc triong tự nhiên của gen  ghd7 osprr37, đối với ngày trổ bông cây lúa, ở vùng Tohoku, Japan.

Những biến động của cây trồng theo môi trường canh tác khác nhau trên thế giới sau khi chúng được thuần hóa diễn ra tự nhiên. Hokkaido, Japan, liên quan đến giới hạn canh tác vùng phía Bắc bán cầu trong canh tác lúa có nguồn gốc từ nhiệt đới. Những giống lúa mới có đặc điểm trổ bông cực sớm (extremely early heading) tại Hokkaido được điều khiển bởi gen đột biến loss-of-function của cả hai gen Grain number, plant height and heading date 7 (Ghd7) và Oryza sativa Pseudo-Response Regulator 37 (OsPRR37). Người ta lần rtheo dấu vết của các giống lúa có tính trạng trổ bông cực sớm và phân tích bản chất phylogeny (di truyền huyết thống) của các giống lúa trồng ở Nhật Bản lâu đời. Đột biến của gen Ghd7 và OsPRR37 có phân bố khác nhau về địa điểm. Population genomics (di truyền quần thể của hệ gen) cho thấy những giống lúa này được thu thập từ Tohoku miền Bắc Nhật Bản có 3 nhóm di truyền khác nhau. Những alen đột biến của Ghd7 và OsPRR37 cho phép mở rộng việc trồng lúa ở vùng Hokkaido. Kết quả cho thấy đột biến của hai gen này có thể xảy ra trong tiến trình chọn lọc tự nhiên khi trồng lúa sớm ở Tohoku.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03966-0

Xác định vùng có gen đích điều khiển tính trạng kiến trúc rễ lúa

Nguồn: Parisa Daryani, Hadi Darzi Ramandi, Sara Dezhsetan, Raheleh Mirdar Mansuri, Ghasem Hosseini Salekdeh & Zahra-Sadat Shobbar. 2022. Pinpointing genomic regions associated with root system architecture in rice through an integrative meta-analysis approach. Theoretical and Applied Genetics, January 2022; vol. 135: 81–106

Nguòi ta áp dụng phương pháp integrated meta-analysis để phân lập được các meta-QTLs/ candidate genes liên quan đến kiến trúc hệ thống rễ lúa, mà hệ thống ấy có thể được sử dụng trong chọn giống nhờ  MQTL 9MQTL-assisted breeding) cộng với kỹ thuật di truyền (genetic engineering) tính trạng rễ lúa.

Kiến trúc hệ thi61ng rễ lúa RSA (Root system architecture) là yếu tố quan trọng giúp cây lúa hút nước và hút dinh dưỡng từ độ sâu trong đất canh tác lúa, thích nghi với stress khô hạn. Trong nghiên cứu này, người ta tiếp cận với phương pháp có thuật ngữ khoa học là integrated meta-analysis để tìm các gen ứng cử viên và các vùng đích trong hệ gen (genomic regions) co liên quan đến tính trạng RSA của cây lúa. Phương pháp whole-genome meta-analysis được hoàn thiện với 425 QTLs khởi thủy, có từ 34 thí nghiệm hoàn toàn độc lập điều khiển tính trạng RSA trong nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức khô hạntrong 20 năm gần đây. Sáu mươi bốn MQTLs (consensus meta-QTLs) được tìm thấy, phân bố không đồng đều trên 12 nhiễm sắc thể lúa. Giá trị toán họa CI (confidence interval) của những MQTLs được xác định 0.11–14.23 cM với trung bình là 3.79 cM, được thu hẹp 3.88 lần so với giá trị  CI trung bình của QTLs đầu tiên. Thú vị là, 52 MQTLs đồng vị trí với các đỉnh tập họp chỉ thị SNP trong GWAS cây lúa đối với tính trạng hình thái học của rễ lúa. Các gen này định vị trong  RSA-related MQTLs như vậy, được người ta tìm thấy và biểu hiện để phát hiện thêm gen có chức năng chống chịu hạn ở rễ lúa trên kết quả chạyt  RNA-seq và cơ sở dữ liệu microarray. Multiple RSA và gen chịu hạn kết hợp nhau trong MQTLs bao gồm các gen mã hóa auxin trong sinh tổng hợp auxin hoặc truyền tín hiệu (e.g. YUCCA, WOX, AUX/IAA, ARF), góc rễ (DRO1-related genes), lrễ phân nhánh ngang (e.g. DSR, WRKY), đường kính rễ (e.g. OsNAC5), thành thế bào (e.g. EXPA), và lignin hóa (e.g. C4H, PAL, PRX and CAD). Các gen ấy định vị tại cả đỉnh tập trung chỉ thị SNP và  QTL-overview peaks đối với tính trạng RSA. Điều này cho thấy có những gen mới nmang tính chất ứng cử viên phục phục phân tích gen chức năng. Nhũng gen ứng cử viên đầy triển vọng và những MQTLs có thể được sử dụng làm cơ sở cho công nghệ di truyền và phương pháp MQTL-assisted breeding đối với cải tiến rễ lúa hình thành nên tiềm năng năng suất cao, ổn định và thích nghi trong điều kiện một trường bị stress do thiếu nước.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03953-5