Tuần tin khoa học 776 (14-20/02/2022)

Phân tử miR396-GRF-GIF-SWI/SNF và sự truyền tín hiệu GA trong hệ gen cây lúa

Nguồn: Yuzhu Lu, Jia Zeng, Qiaoquan Liu. 2022. The Rice miR396-GRF-GIF-SWI/SNF Module: A Player in GA Signaling. Front Plant Sci.; 2022 Jan 11;12:786641.  doi: 10.3389/fpls.2021.786641.

Yếu tố điều tiết tăng trưởng cây lúa GFRs (Rice Growth-Regulating Factors ) được người ta xác định từ gốc là gibberellin (GA) bị kích hoạt, Nhưng bản chất sự kiện kích hoạt GA vẫn chưa được hiểu rõ ràng; hầu hết các báo cáo gần đây  tập trung vào vai trò của GRFs trong hoạt động tăng hoạt sự tăng trưởng cây lúa. GRFs có domain WRC (Trp, Arg, Cys) đối với phân tử DNA mục tiêu và bao gồm domain QLQ (Gln, Leu, Gln) để tương tác với GIF (GRF-Interacting Factor), mà phân tử ấy kết hợp với hệ men ATP-dependent DNA translocase Switch/Sucrose Non-fermenting (SWI/SNF) đối với tái lập trình của chromatin. Cả hai phân tử GRFs và GIFs đều thể hiện hoạt tính của phiên mã trừ GIFs thiếu một domian DNA-binding. Do vậy, GRFs hoạt động như một navigator trong phức hợp GRF-GIF-SWI/SNF, xác định khi nào và ở đâu phức hợp này khởi động. Các mức độ của GRFs của cây lúa có thể được điều tiết rất nhạy bởi phân tử miR396, đây là phân tử phản ứng với nhiều yếu tố mang tính chất phát triển và tính chất môi trường. Các chứng cớ gần đây từ nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy bức tranh tổng quát của câu hỏi chung nhất là: làm thế nào GRFs góp phần vào sự truyền tín hiệu GA. Protein DELLA (bao gồm DELLA motif) đóng vai trò điều khiển mức độ của những phân tử GRFs thông qua điếu tiết mức độ phân tử miR396 và tương tác với GRFs. Ở đây, người ta nhấn mạnh câu hỏi tại sao phức hợp ấy có vai trò quan trọng trong kiểm soát sự tăng trưởng của cây lúa, tập trong vào hoạt động của truyền tín hiệu GA, DELLA.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35087553/

Di truyền tính trạng kéo dài của rễ cây Arabidopsis thông qua yếu tố phiên mã NOBIRO6

Nguồn: June-Sik Kim, Yuki Sakamoto, Fuminori Takahashi, Michitaro Shibata, Kaoru Urano, Sachihiro Matsunaga, Kazuko Yamaguchi-Shinozaki, and Kazuo Shinozaki. 2022. Arabidopsis TBP-ASSOCIATED FACTOR 12 ortholog NOBIRO6 controls root elongation with unfolded protein response cofactor activity

PNAS February 8, 2022 119 (6) e2120219119

Sinh vật luôn luôn lập lại sự cân bằng liên tục trong tăng trưởng và trong bộ máy tự vệ cũng như chống chịu của chúng đối với tác động của ngoại cảnh và sự cạn kiệt nguồn năng lượng, tất cả xảy ra như sự kiện trade-offs. Protein UPR (unfolded protein response) là một minh chứng về cỗ máy sinh học như vậy đối với những sự kiện trade-offs, phản ứng với phổ rộng trên tất cả những mức độ khác nhau của stress và lập trình tăng trưởng căn bản trong cả ngành động vật và thực vật. Công trình nghiên cứu này ghi nhận sự đóng góp của yếu tố phiên mã rất phổ biến NOBIRO6/TAF12b đối với protein UPR điều khiển tăng trưởng của rễ. Kết quả chỉ ra rằng sự điều tiết của gen đích bởi UPR tự bản thân nó là một chìa khóa mở ra trade-offs của tăng trưởng. Những báo cáo trước đây cho rằng vai trò của NOBIRO6/TAF12b có trong sự kiện truyền tín hiệu của hai phytohormones: cytokinin và ethylene, nhưng tromng báo cáo này, người ta đề nghị làm thế nào những tín hiệu có tính chất đa kênh truyền ấy (multichannel signals) tương tác với nhau trong thực vật giúp cây sống sót và vượt qua khắc nghiệp trong môi trường hoang dã.

Tăng trưởng rễ cây là một tính trạng xác định nhưng phản ứng một cách liên tục khi ngoại cảnh thay đổi. Người t ađa ghi nhận trước đó về sự nghiêm trọng trong tăng trưởng rễ cây khiếm khuyết của một đột biến kép trong bZIP17 và bZIP28 (bz1728) lập trình cho phản ứng UPR (unfolded protein response: phản ứng protein không gấp cuộn). Để làm rõ cơ chế này thông qua cây non bz1728 phát triển một đoạn rễ ngắn, người ta thu về một loạt các đột biến bz1728 suppressor, gọi đó là nobiro, để cứu sống lại rễ tăng trưởng. Người ta tập trung nghiên cứu nobiro6, đó là một khiếm khuyết (defective) trong hợp phần của phân tử phiên mã chung nhất (general transcription factor) phân tử TBP-ASSOCIATED FACTOR 12b (TAF12b). Sự biểu hiện của hàng trăm gen, bao gồm bZIP60-UPR regulon, được kích hoạt bởi đột biến bz1728 , những tất cả kích hoạt ấy được điều tiết đáng kể bởi đột biến bz1728nobiro6. Theo đó, người ta ghi nhận hoạt động của transcriptional cofactor thông qua tương tác vật lý: bZIP60 đối với NOBIRO6/TAF12b. Gen đơn đột biến nobiro6/taf12b còn cho thấy có thể thay đổi tính nhạy cảm đối với stress ở mạng võng nội chất trong cả hai trường hợp UPR và phản ứng của rễ tăng trưởng, ngần ấy chỉ ra rằng NOBIRO6/TAF12b góp phần vào kiểm soát tăng trưởng của rễ phản ứng với ngoại cảnh thông qua UPR.

Xem: https://www.pnas.org/content/119/6/e2120219119

Nấm xanh Metarhizium anisopliae khó ký sinh trên châu chấu sống bầy đàn và dễ ký sinh trên châu chấu đơn độc

Nguồn: Yundan Wang, Xiwen Tong, Shenglei Yuan, Pengcheng Yang, Ling Li, Yong Zhao, and Le Kang. 2022. Variation of TNF modulates cellular immunity of gregarious and solitary locusts against fungal pathogen Metarhizium anisopliae. PNAS February 8,

2022 119 (6) e2120835119

Tính miễn dịch có bản chất sinh môi (ecological immunology) khẳng định những tương tác như vậy giữa sự miễn nhiễm của ký chủ  và ngoại cảnh diễn ra như thế nào. Châu chấu đóng vai trò dịch chuyển với khối lượng khổng lồ giữa con châu chấu đơn độc và châu chấu bầy đàn. Trong thí nghiệm có kiểm soát và xét nghiệm sinh học trong phòng thí nghiệm, châu chấu sống bầy đàn luôn luôn thể hiện tính kháng mạnh mẽ hơn với pathogen là nấm kính sinh so với châu chấu sống đơn độc. Tuy nhiên, rất ít nghiên cứu về cơ chế làm thay đổi tính miễn nhiễm của châu chấu. Công trình nghiên cứu này kết hợp thuật toán mô hình và số liệu thí nghiệm  chỉ ra rằng châu chấu sống bầy đàn ức chế TNF (tumor necrosis factor) để thay đổi hệ thống tự vệ miễn dịch bằng cách tăng cường bản chất tự vệ ở thể trạng humoral defense và làm giảm số tế bào tự vệ, nâng cao mức độ TNF để làm giảm sức sống của châu chấu sống đơn độc. Kết quả nghiên cứu cung cấp một minh chứng quan trọng giúp người ta hiểu rõ những biến thiên tính miễn nhiễm trong tế bào  khi phản ứng với mất số quần thể cao và phục vụ việc cải tiến sự kiểm soát hiệu quả châu chấu.

Xem: https://www.pnas.org/content/119/6/e2120835119

Di truyền tính kháng phổ rộng bệnh đạo ôn trên cây lúa

Nguồn: Kuan-Lin Lo, Yi-Nian Chen, Min-Yu Chiang, Mei-Chun Chen, Jerome P Panibe , Chung-Chun Chiu , Lu-Wei Liu, Liang-Jwu Chen, Chun-Wei Chen, Wen-Hsiung Li, Chang-Sheng Wang. 2022. Two genomic regions of a sodium azide induced rice mutant confer broad-spectrum and durable resistance to blast disease. Rice (N Y) 2022 Jan 10;15(1):2.  doi: 10.1186/s12284-021-00547-z.

Bệnh đạo ôn lúa là dịch hại quan trọng bậc nhất làm thiệt hại sản ;lượng lúa toàn cầu hàng năm rất lớn. Quản lý bệnh đạo ôn lúa bằng giống kháng là chiến lược mang tính chất kính tế và thân thiện môi trường so với quản lý bằng thuốc hóa học. Chọn tạo giống lúa mới kháng bệnh đạo ôn, người ta quan tâm đến nguồn vật liệu bố mẹ mang gen kháng phổ rộng làm donors, nhưng số lượng mẫu giống như vậy rất khiêm tốn. Do đó, người ta tạo ra những đột biến nhân tạo để có nguồn vật liệu mang gen kháng bệnh phổ rộng. Để tiếp cận tốt phương pháp ấy, người ta tập trung dòng lúa đột biến có phổ kháng rộng SA0169, được tuyển chọn trước đó từ xử lý đột biến bằng sodium azide trên giống TNG67, một loại hình japonia ưu việt. Người ta thấy rằng giống SA0169 hoàn toàn kháng với 187 mẫu phân lập vừa được thu thập trên đồng ruộng, biểu hiện tính khánh bền vững trong suốt 20 năm qua. Bản đồ di truyền loạii hình “linkage map” và kỹ thuật phân tích QTL-seq đều cho kết quả rằng vùng chứa gen đích lớn 1.16-Mb định vị trên nhiễm sắc thể 6 (Pi169-6(t)) và vùng đích có kích thước phân tử  2.37-Mb rtrên nhiễm sắc thể 11 (Pi169-11(t)) liên quan đến kiểu hình kháng đạo ôn của giống lúa SA0169. Phân tích trình tự DNA và chỉnh sửa hệ gen cho thấy 2 gen ứng cử viên R có trong Pi169-6(t) và 7 gen ứng cử viên R có trong Pi169-11(t). Với sự trợ giúp của bản đồ di truyền thuộc loại hình linkage, có 6 dòng lúa vừa kháng đạo ôn, vừa kháng bạc lá, mang gen Pi169-6(t) và/hoặc Pi169-11(t), được lập trên bản đồ. Sự bổ sung của Pi169-6(t) và Pi169-11(t), như giống SA0169, cho thấy tính kháng hoàn toàn đối với các mẫu phân lập được xem xét trong thí nghiệm, chỉ ra rằng ảnh hưởng kết hợp của hai vùng mục tiêu trong hệ gen nói trên liên quan đến tính kháng phổ rộng của giống lúa SA0169. Dòng đột biến bởi sodium azide mang tên SA0169 biểu hiện kiểu hình kháng phổ rộng, kháng bền vững với bệnh đạo ôn. Phổ kháng rộng của SA0169 tạo thành bởi  hai vùng mang gen R, Pi169-6(t) và Pi169-11(t). Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết về cơ sở di truyền của tính kháng phổ rộng bệnh đạo ôn lúa thông qua đột biến bởi sodium azide, làm nền cho chương trình cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn bền vững.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35006368/

Hình 1: bản đồ di truyền gen kháng bệnh đạo ôn của SA0169 thông qua phân tích liên kết và QTL-seq.