Tuần tin khoa học 778 (28/02-06/03/2022)

Tổng quan nghiên cứu hệ gen chức năng của cây đậu nành

Nguồn: Min Zhang, Shulin Liu, Zhao Wang, Yaqin Yuan, Zhifang Zhang, Qianjin Liang, Xia Yang, Zongbiao Duan, Yucheng Liu, Fanjiang Kong, Baohui Liu, Bo Ren, Zhixi Tian. 2022. Progress in soybean functional genomics over the past decade. Plant Biotechnol J.; 2022 Feb; 20(2):256-282. doi: 10.1111/pbi.13682. 

Đậu nành là cây có dầu quan trọng và là nguồn thứ ăn gia súc. Những ích lợi của quá trình tuyển chọn giống đậu nành của nhà chọn giống cùng với sự phát triển công nghệ mới đạt thành tựu nhất định, số mẫu giống vật liệu nguồn rất lớn được thu thập và quản lý hơn 100 năm. Tuy nhiên, chọn tạo giống đậu nành cần tiếp cận với nhu cầu tiêu thụ đậu nành của nhân loại trên toàn thế giới, để tăng cường một nền nông nghiệp bền vững và chú ý những thay đổi môi trường trong tương lai. Thành tựu này được mọi người tín nhiệm cao trong những khám phá gen mục tiêu có chức năng. Kết quả công bố các hệ gen tham khảo cây đậu nành vào năm 2010 đã và đang tạo thuận lợi rất có ý nghĩa trong nghiên cứu soybean functional genomics. Bài tổng quan này, các tác giả phác họa lại tiến bộ trong nghiên cứu về soybean omics ( bao gồm genomics, transcriptomics, epigenomics và proteomics), phát triển ngân hàng vật liệu bố mẹ (germplasm resources and databases), chương trình gene discovery (các gen mục tiêu tương ứng với tính trạng quan trọng bao gồm năng suất, trổ bông và chín hạt, phẩm chất hạt, tính kháng stress, sự tạo nốt rễ và quá trình thuần hóa cây đậu nành) và công nghệ chuyển nạp gen trong thập niên trước. Cuối cùng các tác giả tóm tắt thảo luận về những thách thức trước mắt và xu hướng trong tương lai.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34388296/

Chỉnh sửa gen eIF4E2 của cây cà chua bi kháng bệnh “veinal mottle virus”

Nguồn: Kyoka Kuroiwa, Christina Thenault, Fabien Nogué, Laura Perrot, Marianne Mazier,Jean-Luc Gallois. 2022. CRISPR-based knock-out of eIF4E2 in a cherry tomato background successfully recapitulates resistance to pepper veinal mottle virus. Plant Science; Volume 316, March 2022, 111160.

Những yếu tố làm cây chủ bị nhiễm bệnh là mục tiêu nghiên cứu rất quan trọng để phát triển tính kháng di truyền trong cây trồng. Công cụ chỉnh sửa gen ghi nhận được tính khánh nhờ phát hiện các yếu tố bị nhiễm ấy, trong giống cây trồng được tuyển chọn.

Translation initiation factors 4E đã được người ta biết đến như là một yếu tố gây nhiễm bệnh đối với siêu vi thuộc chi Potyviridae, potyviruses, nhưng sự bất hoạt của gen eIF4E2 mới chỉ được biểu hiện gần đây để cung cấp tính kháng đối với một vài mẫu phân lập của siêu vi gây bệnh pepper veinal mottle virus (PVMV) trong cà chua giống quả to. Bài nghiên cứu này, người ta sử dụng CRISPR-Cas9-NG, tác giả chứng minh làm thế nào eIF4E2 có thể là đích nhắm đến và làm bất hoạt trong cây cà chua bi (cherry tomato). Ba alen độc lập bị knockout bởi indel tại phân tử exon đầu tiên của gen eIF4E2, làm cho không có mặt hoàn toàn của protein eIF4E2. Trong ba dòng biểu hiện phổ kháng hẹp với siêu vi potyvirus, giống như một dòng đã được mô tả trước đây trong dòng đột biến eIF4E2 EMS mutant của giống M82, giống cà chua quả to; cây cà chua hoàn toàn kháng với PVMV-Ca31, đặc biệt đối với PVMV-IC và nhiễm hoàn toàn với hai mẫu phân lập của xét nghiệm PVY: N605 và LYE84.

Kết quả chứng minh làm thế nào tạo ra được tính kháng dễ dàng trên cơ sở eIF4E2 nó không những có thể chuyển vào giống cà chua đang trồng, mà còn xác định mức độ phong phú của gen có khả năng làm thu hẹp tính kháng trên sở sở kỹ thuật knockout “eIF4E.”

Xem: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168945221003563#!

Di truyền biểu sinh tính trạng chống chịu khô hạn cây lúa

Nguồn: Taeyoung Um, Joohee Choi, Taehyeon Park, Pil Joong Chung, Se Eun Jung, Jae Sung Shim, Youn Shic Kim, Ik-Young Choi, Soo Chul Park, Se-Jun Oh, Jun Sung Seo, Ju-Kon Kim. 2022. Rice microRNA171f/SCL6 module enhances drought tolerance by regulation of flavonoid biosynthesis genes. Plant Direct.; 2022 Jan 9;6(1):e374. doi: 10.1002/pld3.374. 

Thực vật đã và đang tiến hóa hết sức tinh tế hệ thống tự vệ của chúng  để tăng cường khả năng chống chịu được khô hạn. Điều đó bao gồm di truyền biểu sinh trên cơ sở nhóm phân tử microRNA (miRNA) của những noncoding RNAs rất nhỏ hoạt động như những regulators có tính chất hậu phiên mã; tuy nhiên, chi tiết của những cơ chế ấy liên quan đến chống chịu khô hạn vẫn chưa được biết. Người ta chứng minh rằng osa-MIR171f, một thành phần của họ gen osa-MIR171, chủ yếu biểu hiện khi cây phản ứng với stress khô hạn và điều tiết phản ứng các phân tử transcript  như SCARECROW-LIKE6-I (SCL6-I) và SCL6-II trong cây lúa (Oryza sativa). Các gen SCL6 được biết có nhiều trong nhánh chồi thân và lá đòng cây lúa. Sự biểu hiện mạnh mẽ của Osa-MIR171f- (osa-MIR171f-OE) trong cây transgenic làm giảm hiện tượng thiệt hại do khô hạnso với cây đối chứng NT (non-transgenic) trong cả hai điều kiện xử lý khô hạn ngoài ruộng và xử lý polyethylene glycol (PEG)-mediated dehydration stress. Phân tích transcriptome những cây mang gen osa-MIR171f-OE và những dòng osa-mir171f-knockout (K/O) từ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9, cho thấy osa-mature-miR171a-f (osa-miR171) điều tiết sự biểu hiện của những gen mã hóa sản phẩn sinh tổng hợp flavonoid, dẫn đến kết quả là tăng cường tính chống chịu hạn. Sự điều tiết theo kiểu “up” của osa-MIR171f-OE, không xảy ra tong cây đối chứng NT, chỉ được quan sát trên nghiệm thức bình thường và nghiệm thức xử lý khô hạn. Kết quả chỉ ra rằng osa-miR171 đóng vai trò quan trọng trong chống chịu khô hạn nhờ điều tiết 2 phân tử transcript SCL6-I và SCL6-II.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35028494/

Hệ miễn dịch XA-21 của cây lúa

Nguồn: María Florencia Ercoli, Dee Dee Luu, Ellen Youngsoo Rim, Alexandra Shigenaga, Artur Teixeira de Araujo Jr, Mawsheng Chern, Rashmi Jain, Randy Ruan, Anna Joe, Valley Stewart, and Pamela Ronald. 2022. Plant immunity: Rice XA21-mediated resistance to bacterial infection. PNAS February 22, 2022 119 (8) e2121568119

Cây trồng có cơ chế kháng lại sự xâm nhiễm của pathogen vẫn còn là câu hỏi lớn cho đến vài thập kỷ gần đây. Các tác giả hiểu rằng cây sử dụng những classes hết sức đa dạng của những thụ thể trong hệ miễn dịch (immune receptors) đ6ẻ nhận biết và phản ứng với vi khuẩn xâm nhiễm hoặc côn trùng. Bài khoa học này mô tả sự phát triển trên đồng ruộng tính miễn dịch của cây, từ những nghiên cứu đầu tiên cho đấn này về di truyền tính kháng bệnh nhằm nâng cao sự hiểu biết về thụ thể thực vật (plant receptors) tương tác như thế nào với microbial ligands củ chúng, nhấn mạnh thụ thể XA21 trong hệ miễn dịch cây lúa và ligands là vi khuẩn gây bệnh bạc lá lúa.

Người ta mô tả sự phát triển của hiện tưỡng miễn dịch thực vật trên đồng ruộng, bắt đầu với những kết quả về cơ sở di truyền tính kháng bệnh, xuyên suốt 30 năm qua để dẫn đến khám phá những classes of immune receptors rất đa dạng chúng ghi nhận và phản ứng với các vi khuẩn xâm nhiễm. Người ta tập trung tìm hiểu từ kết quả nghiên cứu XA21 immune receptor của cây lúa, chúng ghi nhận được RaxX (required for activation of XA21 mediated immunity X), một peptide của vi khuẩn có gốc sulfate tiết ra bởi vi khuẩn gram âm Xanthomonas oryzae pv. oryzae. XA21 là đại diện cho một class rất lớn của thụ thể miễn dịch thực vật cũng như động vật, chúng ghi nhận được  và phản ứng với  nhiều phân tử vi khuẩn được bảo tồn. Người ta phác hoạc mức độ phức tạp của class rất lớn này đối với các receptors trong thực vật, người ta thảo luận vai trò có thể có của RaxX trong sinh học Xanthomonas, và người ta lưu ý vai trò quan trọng của sulfotyrosine trong môi trường có tương tác giữa receptor–ligand.

Xem: https://www.pnas.org/content/119/8/e2121568119

Hình 4: Vùng kiểm soát phiên mã đa dạng raxX-raxSTAB. raxX-raxSTAB gene cluster bao gồm vùng điều khiển 431 bp (Inset) giữa raxST và raxX initiation codons. Các vị trí tương đối có trong  –10 box sequences (xanh dương), PIP box sequences (xanh lá cây), và bắt đầu phiên mã (mũi tên).