Tuần tin khoa học 781 (28/03-04/04/2022)

Di truyền tính trạng trinh sản của cây dưa leo (Cucumis sativus L.)

Nguồn: Chenxing Gou, Pinyu Zhu, Yongjiao Meng, Fan Yang, Yan Xu, Pengfei Xia, Jinfeng Chen, Ji Li. 2022. Evaluation and Genetic Analysis of Parthenocarpic Germplasms in Cucumber. Genes (Basel); 2022 Jan 25;13(2):225. doi: 10.3390/genes13020225.

Hiện tượng trinh sản (parthenocarpy) là tính trạng nông học quan trọng của cây dưa leo (Cucumis sativus L.) trong sản xuất. Tuy nhiên, sự xác định một cách hệ thống của nguồn vật liệu có tính chất parthenocarpic từ các ngân hàng gen quốc gia đối với cây dưa leo vẫn còn là thách thức mang tính chất quốc tế. Trong nghiên cứu này, có 201 mẫu giống dưa leo được nghiên cứu, bao gồm nhiều dạng hình khác nhau về môi sinh học (different ecotypes). Phần trăm quả dưa trinh sinh (parthenocarpic fruit set: PFS) và phần trăm sử phát triển quả dưa trinh sinh PFE (parthenocarpic fruit expansion) được đánh giá kiểu hình trong ba thí nghiệm. Trong những quần thể dưa leo trong tự nhiên, tỷ lệ PFS có phân bố chuẩn (normal distribution), trong khi tỷ lệ PFE rcó dạng phân bố lệch (skewed distribution), điều này cho thấy: cả hai tính trạng PFS và PFE đều là tính trạng di truyền số lượng điển hình. Phân tích di truyền cho thấy tính trạng trinh sản của những loại hình sinh học khác nhau (different ecotypes) được di truyền mang đặc điểm tính trội không hoàn hoàn giống nhau. Trong 5324 chỉ thị phân tử SNPs liên quan đến kiểu hình parthenocarpy được người ta tìm thấy trong GWAS (genome-wide association study) khi xem xét trinh sản của 31 dòng dưa leo, từ đó, người ta phân lập được sáu parthenocarpic loci, bao gồm hai loci mới (Pfs1.1 và Pfs4.1). Kết quả là, 15 trong số các dòng ưu việt ấy đã được sàng lọc  tương đối có khả năng trinh sản mạnh hơn (PFS > 90%, PFE > 50%), trong sáu dòng dưa leo (18007s, 18008s, 18022s, 18076s, 18099s, và 18127s) biểu hiện tính chất ức chế yếu ớt quả dưa đầu tiên. Ba dòng dưa leo (18011s, 18018s, và 18019s) được sàng lọc di truyền đối với tính trạng trinh sản có thuật ngữ chuyên môn là super ovary parthenocarpy, cho biểu hiện tốt hơn đáng chú ý. Bốn dòng dưa leo trinh sản khi bị kích thích bởi nhiệt độ lạnh (18018s, 18022s, 18029s, và 18012s) cũng được xác định trong thí nghiệm này, chúng thích hợp cho chọn tạo giống dưa leo phục vụ sản xuất dưa trái vụ. Phương pháp của chúng tôi có thể giúp cho nhà chọn giống gia tăng hiệu quả chọn lọc và dẫn đến kết quả cải tiến bản chất parthenocarpy đối với giống dưa leo cao sản mới.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35205270/

Giải trình tự sâu hệ gen cây Saccharum spontaneum liên quan đến tính chống chịu mặn

Nguồn: Kasirajan L, Valiyaparambth R, Kamaraj K, Sebastiar S, Hoang NV, Athiappan S, Srinivasavedantham V, Subramanian K. 2022. Deep sequencing of suppression subtractive library identifies differentially expressed transcripts of Saccharum spontaneum exposed to salinity stress. Physiol Plant.; 2022 Jan; 174(1):e13645.

Saccharum spontaneum, mía lau là loài mía hoang có quan hệ di truyền rất rất với giống mía trồng trọt, loài này chống chịu khô hạn và mặc cực tốt. Việc khai thác ngân hàng gen mía hoang như vậy phục vụ cho cải tiến giống mía chống chịu mặn là mục tiêu chính trong nghiên cứu cải tiến giống mía Ấn Độ. Theo nghiên cứu này,  nguòii ta sử dụng quần thể con lai có tên chuyên môn là SSH (suppression subtractive hybridization) rồi chạy trình tự DNA để xác định bản chất phiên mã ở dạng “up” khi cây được xử lý mặn đối với các dòng vô tính của loài S. spontaneum được thu thập từ nhiều vùng địa lý khác nhau ở Ấn Độ. Kết quả chạy trình tự DNA được lưu giữ trong thư viện SSH (SSH library) cho thấy có 95% dòng transformants mang phân tử DNA chèn đoạn với kích thước phân tử 200-1500 bp. Người ta xác định được 314 phân tử transcript biểu hiện khác nhau ( differentially expressed transcripts) trong các mẫu được xử lý mặn, rồi minh chứng bằng kết quả quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT PCR). Phần mềm “functional annotation” và kết quả phân tích đường dẫn cho thấy:những phân tử transcript phiên mã kiểu “up” là kết quả của sự cải biên protein, stress, và  tín hiệu hormone song song với sự phát triển tế bào, tiến trình lignin hóa. Những upregulated transcripts như vậy bao gồm UDP glucose dehydrogenase, cellulose synthase, ribulose, cellulose synthase COBRA, leucine-rich protein, NAC domain protein, pectin esterase, ABA-responsive element binding factor 1, và  protein phản ứng với stress nóng. Kết quả là bước tiến quan trọng giúp người ta hiểu rõ hơn phản ứng ở mức độ phân tử của loài S. spontaneum trong điều kiện bị stress mặn, nó sẽ dẫn đến việc phân lập các gen đích và các yếu tố phiên mã  như những mục tiêu mới phục vụ cải tiến tính trạng chống chịu mặn của cây mía.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35112353/

Xác định endophyte vùng mặn phục vụ cải tiến giống lúa, giống bắp chịu mặn

Nguồn: Zamin Shaheed Siddiqui, Xiangying Wei, Muhammad Umar, Zainul Abideen, Faisal Zulfiqar, Jianjun Chen, Asma Hanif, Shahnaz Dawar,  Daniel Anthony Dias, Roomana Yasmeen. 2022. Scrutinizing the Application of Saline Endophyte to Enhance Salt Tolerance in Rice and Maize Plants. Front Plant Sci.; 2022 Feb 17;12:770084.  doi: 10.3389/fpls.2021.770084.

Nghiên cứu này nhằm mục đích minh chứng tương tác giữa cây trồng và vi sinh vật liên quan đến tính chống chịu mặn của cây trồng. Người ta xác định được những vi nấm có bản chất endophytic (sống trong cây khác) ở vùng rễ của loài cỏ mang đặc điểm halophytic (ưa mặn). Sau đó, tính trạng chống chịu mặn và đặc điểm endophyte được xét nghiệm sinh học trong điều kiện môi trường mặn; rồi xác định nhờ giải trình tự nucleotide (GenBank under the accession numbers: SUB9030920 AH1_AHK_ITS1 MW570850: SUB9030920 AH1_AHK_ITS4 MW570851). Hạt lúa và hạt bắp  được phủ lớp ngoài bằng vi nấm endophyte Aspergillus terreus và được gieo riêng biệt nhau trong khay plastic. Cây non 21 ngày tuổi được xử lý trong nghiệm thức nồng độ NaCl khác nhau, 50, 100, và 150 mM gây stress mặn. trong điều kiện mặn, vi nấm A. terreus biểu hiện sự gia tăng về mức tăng trưởng, sinh khối, hàm lượng nước tương đối, cần bằng oxidative, và hiệu quả về photochemical của cây lúa và cây bắp. Số liệu thu thập phản ánh sự kích thích của gibberellic acid (GA) trong lá lúa, lá bắp đã xử lý, có thể là nguyên nhân chính đối với kết qủa upregulation của quang hợp và dòng thác các phản ứng tự vệ mang tính chất antioxidant. Số liệu thu thập còn  phản ánh sự kiện downregulation của những chỉ thị nguy hại do oxidative: malondialdehyde, hydrogen peroxide trong cây lúa và cây bắp. Tóm lại, vi nấm ở trong cây có bản chất chống chịu mặn (salt-tolerant endophytic fungus) A. terreus thể hiện vai trò một cách dứt khoát  trong tương tác tích cực giữa cây và vi sinh vật, phát triển tính chống chịu mặn trong cây lúa và cây bắp. Tính chống chịu mặn do endophytic fungus tương hợp với hàm lượng GA tăng cường, minh chứng cho cơ chế sinh lý được kích hoạt và gen có chức năng đối với khủng hoảng cực đoan do môi trường, giúp cải tiến năng suất cây trồng.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35251059/

GWAS gen mã hóa họ protein F-box trong cây khoai lang

Nguồn: Hanna Amoanimaa-Dede, Zhengwei Shao, Chuntao Su, Akwasi Yeboah, Hongbo Zhu. 2022. Genome-wide identification and characterization of F-box family proteins in sweet potato and its expression analysis under abiotic stress. Gene; 2022 Apr 5; 817:146191.

Theo nghiên cứu này, định tính mang tính chất “genome-wide”của họ protein F-box trong cây khoai lang mang lại kết quả là 243 gen IbFBX, phân bố không đều trên 15 nhiễm sắc thể của hệ gen cây khoai lang. sự lặp đoạn của gen (gene duplication) được phân tích cho kết quả: có sự segmental duplication (tái bản nhiều lần đoạn nhiễm sắc) như là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự tiến hóa của khoai lang, đặc biệt tiến hóa của họ gen IbFBX. Phân tích  di truyền huyết thống đã tập họp được nhóm gen mã hóa F-box proteins của cây kjhoai lang, cây Arabidopsis, và cây lúa thành sáu clades (I-VI). Phân tích kiến trúc gen đích IbFBX cho thấy hầu hết các gen như vậy trong cùng một clade được bảo tồn ở mức độ rất cao. Phân tích phổ biểu hiện gen của họ gen IbFBX tại 9 mô tế bào khác nhau và trong nghiệm thức xử lý stress: các gen IbFBXs điều tiết theo kiểu “up” rất mạnh mẽ hoặc điều tiết theo kiểu “down”  khi phản ứng với stress mặn và khô hạn, cho thấy vai trò rất có ý nghĩa của  phản ứng với stress phi sinh học và sự thích ứng với môi trường của cây. Hiểu biết về chức năng đa dạng và thành phần biểu hiện đa gạnng của IbFBXs đưa ra cơ sở lý thuyết vững chắc về  định dạng chức năng (annotating the functions) của IbFBXs. Về lâu dài, kết quả sẽ giúp cho việc chọn giống ở mức độ phân tử cây khoai lang thuận tiện hơn.

Xen: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35026290/

Hoặc https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378111922000105?via%3Dihub

Hình: Vị ytrí trên nhiễm sắc thể các F-box genes của hệ gen cây khoai lang. 237 IbFBX genes phân bố trên 15 nhiễm sắc thể. Vị trí của IbFBX genes có thể được xác định theo thang chuẩn bên trái với số nhiễm sắc thể  được đánh dấu ở đầu mỗi thanh đứng.