Di truyền sự kiện truyền tín hiệu GA bởi miR396-GRF-GIF-SWI/SNF

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 GRFs (Growth-Regulating Factors) được người ta xác định là do gibberellin (GA) kích hoạt, nhưng bản chất của sự kích hoạt bởi GA vẫn chưa được được biết rõ, vì hầu hết các báo cáo trước đây đều tập trung vào vai trò của các hoạt động tăng cường sự tăng trưởng.Protein GRFs có domain WRC (Trp, Arg, Cys) xác định vị trí đích của phân tử DNA và chứa đựng domain QLQ (Gln, Leu, Gln) để tương tác với GIF (GRF-Interacting Factor), protein GIF chọn phân tử ATP-dependent DNA translocase Switch/Sucrose Non-fermenting (SWI/SNF) khi tái hiện mô phỏng chromatin. Cả hai GRFs và GIFs biểu hiện hoạt tính của phiên mã nhưng GIFs thiếu một DNA-binding domain. Do vậy, GRFs hoạt động giống như một navigator trong phức hợp GRF-GIF-SWI/SNF, xác định khi nào và tại đâu phức hợp này nên hoạt động. Các mức độ này của hấu hết phân tử GRFs trong cây lúa có thể được điều tiết hết sức tinh tế bởi phân tử miR396, nó phản ứng lại đối với nhiều yếu tố mang tính chất ngoại cảnh và phát triển. Những minh chứng gần đây từ các nghiên cứu phác họa nên câu hỏi có tính chất căn cơ là làm thế nào GRFs tham gia vào tín hiệu GA. Protein DELLA (bao hàm DELLA motif) có vai trò chức năng kép khi điều khiển mức độ thể hiện của GRFs bằng cách điều tiết mức độ của phân tử miR396 và tương tác với GRFs. Ở đây, tác giả đặt câu hỏi tại sao phức hợp ấy có vai trò hết sức cần thiết trong điều khiển sự tăng trưởng của cây lúa nhấn mạnh đến hoạt động của truyền tín hiệu GA, DELLA.

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

Tổng quan: Chức năng hệ gen cây lúa được nghiên cứu những thập niên vừa qua

Nguồn: Rongzhi Chen, Yiwen Deng, Yanglin Ding, Jingxin Guo, Jie Qiu , Bing Wang, Changsheng Wang, Yongyao Xie, Zhihua Zhang, Jiaxin Chen, Letian Chen, Chengcai Chu, Guangcun He, Zuhua He , Xuehui Huang, Yongzhong Xing, Shuhua Yang, Daoxin Xie , Yaoguang Liu, Jiayang Li. 2022. Rice functional genomics: decades' efforts and roads ahead. Sci China Life Sci. . 2022 Jan; 65(1):33-92. doi: 10.1007/s11427-021-2024-0.

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong những loài cây lương thực quan trọng bậc nhất trên thế giới. Khi người ta hầu như hoàn thiện trình tự hệ gen tham chiếu (reference genome sequences) của cây lúa,một bước tiến bộ khổng lồ đã và đang được ghi nhận trong kiến thức nhân loại về những cơ chế phân tử củ nhiều tính trạng khác nhau của cây lúa và khảo sát tỉ mĩ các hệ thống điều tiết có tính chất ưu tiên. Trong bài tổng quan này, người ta tóm tắt những tiến bộ trong nghiên cứu sinh học cây lúa hơn nhiều thập kỷ qua, đó là omics, GWAS nghiên cứu di truyền association trên toàn bộ hệ gen, hoạt động phytohormone, sử dụng dinh dưỡng, phản ứng với stress sinh học và phi sinh học, tính trạng trổ bông theo quang kỳ, và phát triển sinh dục (thụ tinh và bất thụ). Con đường ở phía trước, những công nghệ mang tính chất đột phá như các phương pháp mới của hệ gen học (genomics), phương tiện đánh giá kiểu hình chính xác chất lượng cao, công cụ chỉnh sửa hệ gen, tối ưu hóa microbiome trong môi trường sống, và các phương pháp có tính chất tổng hợp sẽ làm cho sự hiểu biết ngày càng mở rộng về các câu hỏi của sinh học phân tử trong hệ gen cây lúa, làm dễ dàng cho sự tích hợp kiến thức trong ứng dụng vào nông nghiệp.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34881420/

Bản đồ di truyền gen CaPP2C35 điều khiển tính trạng quả ớt có màu xanh nhạt khi chưa chín

Nguồn: Lang Wu, Haoran Wang, Sujun Liu, Mengmeng Liu, Jinkui Liu, Yihao Wang, Liang Sun, Wencai Yang & Huolin Shen. 2022. Mapping of CaPP2C35 involved in the formation of light-green immature pepper (Capsicum annuum L.) fruits via GWAS and BSA. Theoretical and Applied Genetics; February2022; vol. 135: 591–604

Hình: Sự hình thành “light-green immature pepper” (Capsicum annuum L.) của trái ớt.

GWAS (genome-wide association study), BSA (bulked segregant analysis), và phân tích di truyền đã xác định được locus LG điều khiển tính trạng light-green immature của trái ớt, độ lớn phân tử là 35.07 kbp trên nhiễm sắc thể 10. Đây là một gen ứng cử viên nặng ký, CaPP2C35, được tìm thấy trong vùng phân tử ấy.

Trong cây ớt (Capsicum annuum L.), màu sắt trái chưa chín là trắng vàng, vàng nhạt, xanh, tím, và đen tím. Các gen có liên quan đến màu xanh đậm (dark green), trắng và ti1mkhi trái non chưa chín đã được người ta dòng hóa (cloned); tuy nhiên, chí có một vài nghiên cứu được tiến hành đối với tính trạng màu trái ớt xanh nhạt (light-green immature fruits). Ở đây, người ta thực hiện nghiên cứu di truyền tính trạng light-green (giống ớt 17C827) và green (giống ớt 17C658) của trái ớt chưa chín. Màu light-green được điều khiển bới một gen trội so với màu green. Áp dụng GWAS (genome-wide association study) và BSA (bulked segregant analysis) để phân tích di truyền tính trạng màu trái ớt chưa chín rồi lập bản đồ di truyền locus LG ở vùng có độ lớn phân tử 35.07 kbp trên nhiễm sắc thể 10. Chí có một gen, Capana10g001710, được tìm thấy trong vùng phân tử này. Một sự thay thế G-A xảy ra ở vị trí base thứ 313 của vùng DNA là mật mã di truyền gen Capana10g001710 của giống ớt 17C827, dẫn đến kết quả chuyển đổi α-helix của protein PP2C35 thành ra β-fold. Sự biểu hiện của gen Capana10g001710 (còn được biết là CaPP2C35) trong giống ớt 17C827 mạnh mẽ hơn có ý nghĩa so với giống ớt 17C658. Làm câm gen CaPP2C35 trong giống ớt 17C827 dẫn đến kết quả làm tăng hàm lượng diệp lục trong lớp vỏ exocarp và sự xuất hiện màu sọc xanh (green stripes) trên bề mặt trái ớt. Kết quả chỉ ra rằng:  CaPP2C35 là thể là kết quả hình thành nên trái ớt xanh nhạt khi chưa chín do điều tiết sự tích tụ hàm lượng diệp lục ở  exocarp. Do đó, kết quả nghiên cứu này đặt nền tảng cho những nghiên cứu tiếp theo và giúp cho cải tiến di truyền màu sắc của trái ớt như mong muốn của thị trường.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03987-9

QTL điều khiển tính kháng nhiều bệnh của hệ gen cây lúa mì

Nguồn: Almuth E. Muellner, Maria Buerstmayr, Bobur Eshonkulov, David Hole, Sebastian Michel, Julia F. Hagenguth, Bernadette Pachler, Ricarda Pernold & Hermann Buerstmayr. 2022. Comparative mapping and validation of multiple disease resistance QTL for simultaneously controlling common and dwarf bunt in bread wheat. Theoretical and Applied Genetics; Feb.2022; vol. 134: 489–503

QTL điều khiển tính kháng bệnh trên nhiễm sắc thể 1 AL và 7 AL tỏ ra hiệu quả trong kết quả chống lại bệnh CDB (common and dwarf bunt), QTL trên nhiễm sắc thể 1 BS ảnh hưởng đến common bunt và QTL trên nhiễm sắc thể 7 DS ảnh hưởng đến bệnh dwarf bunt của giống lúa mì.

Bệnh common bunt gây ra bởi nấm Tilletia caries và nấm T. laevis. Bệnh dwarf bunt gây ra do nấm T. controversa, ảnh hưởng âm tính với năng suất hạt và phẩm chất hạt lúa mì. Bệnh làm tổn hại đặc biệt đến mô hình canh tác lúa mì hữu cơ và đầu tư kỹ thuật thấp. Hai quân thể con lai cận giao tái tổ hợp RILs (recombinant inbred line) dẫn xuất từ tổ hợp lai giữa giống lúa mì kháng mạnh là ‘Blizzard’ và giống kháng ổ định ‘Bonneville’ với giống lúa mì nhiễm bệnh nặng ‘Rainer’ để đánh giá kiểu hình kháng đối với hai bệnh common bunt và dwarf bunt thông qua chủng nấm nhân tạo ở ngoài đồng và trong nhà kính, hai vụ liên tiếp. Đánh giá kiểu gen bằng 15 K SNP array. QTL điều khiển tính kháng bunt được tìm thấy trong bản đồ di truyền ở nhiễm sắc thể 1AL, 1BS, 7AL và 7DS. Tính kháng bệnh common bunt được điều tiết bới các QTL chủ lực đó là QBt.ifa-1BS và QBt.ifa-1AL cùng kết hợp nhau cho ra ảnh hưởng có mức độ với QTL QBt.ifa-7AL. Tính kháng bệnh dwarf bunt về mặt khác được điều tiết bởi QTL QBt.ifa-1AL, QBt.ifa-7AL và QBt.ifa-7DS. Tính kháng bệnh common bunt do QTL biểu hiện bản chất epistatic (tương tác không alen), trong khi đó, ảnh hưởng epistatic có tầm ảnh hưởng nhỏ hơn đối với QTL điều khiển tính kháng dwarf bunt. Chỉ thị phân tử KASP (Kompetitive Allele-Specific PCR) được phát triển từ chỉ thị SNPs liên quan đến QTL kháng bunt và được người ta sử dụng thành công để minh chứng QTL trong một nghiệm thức độc lập với quần thể RILs. Những chỉ thị KASP này có tiềm năng rất lớn để hỗ trợ cho du nhập gen mục tiêu có QTL này vào giống lúa mì cao sản triển vọng, thúc đẩy cải tiến giống cao sản kháng được bệnh bunt. Bảo vệ sản xuất lúa mì ổn định kháng được cả hai bệnh nói trên (common and dwarf bunt) có thể là mô hình tích hợp được nhiều gen kháng trên cùng một nền tảng di truyền (genetic background).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03708-8

Hình 2: Bản đồ di truyền so sánh và sự mih chứng di truyền của QTL kháng nhiều bệnh cùng một lúc đối với bệnh common bunt và dwarf bunt của giống lúa mì.