Tuần tin khoa học 783 (11-17/04/2022)

Chạy trình tự DNA của toàn hệ gen cây cao lương

Nguồn: Ephrem Habyarimana, Sunita Gorthy, Faheem S. Baloch, Sezai Ercisli & Gyuhwa Chung. 2022. Whole-genome resequencing of Sorghum bicolor and S. bicolor × S. halepense lines provides new insights for improving plant agroecological characteristics. Scientific Reports; 12 5556 (2022)

Cao lương Sorghum bicolor L. (Moench) là loài mễ cốc quan trọng đứng hàng thứ năm trên thế giới về phương diện kinh tế và là loài lương thực chính của vùng cận sa mạc thuộc châu Phi và châu Á. Hiệu quả chọn lọc về di truyền (GA: genetic gains) của hoa màu này có thể được khai thác từ loài hoang dại có quan hệ gần về di truyền huyết thống, loài Sorghum halepense. Trình tự DNA của hệ genbao gồm hệ gen loài hoang dại ấy có thể tăng cường nội dung nghiên cứu biến thiên có tính chất genome-wide vả biến thiến thiên di truyền trong loài (intraspecific) để tìm kiếm được cơ sở di truyền cũng như cải tiến đ8ược những tính trạng nông học quan trọng của cây cao lương. Kỹ thuật chạy trình tự whole-genome resequencing được thực hiện trong bài nghiên cứu này dựa trên tập đoàn giống cao lương gồm 172 quần thể các dòng ưu việt của S. bicolor và S. bicolor × S. halepense (SbxSh) được xử lý với chỉ thị phân tử: 567.046.841 SNPs, 91.825.474 indels, 1.532.171 SVs, và 4.973.961 CNVs. Rõ ràng là, quần thể lai SbxSh tích lũy nhiều biến thể (variants) và nhiều đột biến nhất, với ảnh hưởng mạnh mẽ về phân hóa chức năng di truyền. Có tổng số 5.548 gen thuộc về SbxSh được lập bản đồ di truyền theo tiến trình sinh học có tên “GO enrichment terms”; 34 gen trong số ấy được lập bản đồ di truyền đối với phát triển hệ thống rễ (GO: 0022622). Hai trong số gen đặc biệt ấy là ROOT PRIMORDIUM DEFECTIVE 1 (RPD1; GeneID: 8054879) và RETARDED ROOT GROWTH (RRG, GeneID: 8072111), được người ta tìm thấy có ảnh hưởng trực tiếp đến tăng trưởng và phát triển rễ. Đây là báo cáo đầu tiên về whole-genome resequencing của tập đoàn giống cao lương bao gồm hệ gen cao lương hoang dại S. halepense. Tìm kiếm mỏ gen qua những biến thể di truyền đặc thù và các gen đích của loài hoang dại nói trên có thể cung cấp cho người ta kiến thức mới về tăng cường nội hàm cải tiến di truyền cây cao lương, đặc biệt là tính trạng cây đa niên rất phức tạp với những thao tác cụ thể mang tính chất nông sinh học, nông nghiệp bền vững và chống chiọu được biến đổi khí hậu cực đoan.

Xem: Scientific Reports (nature.com)

Hình 2: Sự phân bố nhiễm sắc thể theo thông tin WGRS trong tập đoàn Sb và các dòng BC1 SbxSh, cơ sở dữ liệu GWAS của quần thể được đánh giá. Trục X là “genomic coordinate”.

Fine-mapping các gen ứng cử viên điều khiển màu hạt dưa (Cucumis melo L.)

Nguồn: Zhicheng Hu, Xueyin Shi, Xuemiao Chen, Jing Zheng, Aiai Zhang, Huaisong Wang & Qiushi Fu. 2022. Fine-mapping and identification of a candidate gene controlling seed coat color in melon (Cucumis melo L. var. chinensis Pangalo). Theoretical and Applied Genetics; March 2022; vol. 135: 803–815

Gen MELO3C019554 mã hóa homeobox protein có thuật ngữ chuyên môn là PHD transcription factor. Gen này là gen ứng cử viên quy định tính trạng màu hạt dưa hấu.

Tính trạng màu hạt dưa liên quan đến hàm lượng flavonoid rất gần với tính trạng ngủ nghỉ của hạt (miên trạng). Theo kết quả phân tích di truyền của sáu quần thể con lai từ bố mẹ (IC2508 hạt vàng và IC2518 hạt nâu), người ta phát hiện rằng: tính trạng vỏ hạt màu vàng được điều khiển bởi một gen trội, CmBS-1. Thực hiện chạy trình tự BSA (bulked segregant analysis) (BSA-Seq) kết quả ghi nhận được là gen này định vị tại vùng 11,860,000–15,890,000 bp (4.03 Mb) trên nhiễm sắc thể 6. Quần thể con lai F₂ được đánh giá kiểu gen sử dụng bộ chỉ thị phân tử  insertion–deletions (InDels), cho thấy: những chỉ thị dCAPS (amplified polymorphic sequence) dẫn xuất từ đó hình thành nên một bản đồ di truyền. Sau đó, gen này được thực hiện fine-mapped ở vùng có độ lớn phân tử 233.98 kb bao gồm 12 gen định vị trong đó. Theo kết quả phân tích trình tự DNA của gen với hai bố mẹ, người ta tìm thấy gen MELO3C019554 mã hóa homeobox protein (tên chuyên môn là PHD transcription factor) gen này có một SNP mang tính chất nonsynonymous  như đột biến, trong  mật mã di truyền (coding sequence: CDS), và đột biến SNP này có được nhờ chuyển đổi một amino acid (A → T) ở vị trí 534. Thêm vào đó, MELO3C019554 biểu hiện ở mức độ thấp hơn trong vỏ hạt dưa màu vàng so với vỏ hạt dưa màu nâu. Hơn nữa, người ta còn tìm thấy MELO3C019554 liên quan đến 12 chất biến dưỡng flavonoid. Do vậy, người ta dựi đoán rằng: MELO3C019554 là một gen ứng cử viên điều khiển màu sắc vỏ hạt dưa hấu. Đây là nguiyên tắc cơ bản phục vụ nội dung dòng hóa gen sau này (further cloning projects) và phân tích chức năng gen, cũng như thực hiện cải tiến giống nhờ chỉ thị phân tử.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-03999-5

Định tính giống lúa bản địa Bangladesh thuộc loại hình aus chống chịu khô hạn

Nguồn: MD.I. KHALIL, MD.R. HOSSAIN, A.K. CHOWDHURY and MD.M. HASSAN. 2022. Characterization of Bangladeshi Aus rice landraces under drought stress. SABRAO Journal of Breeding and Genetics 54 (1) 113-126, 2022.

Đa dạng di truyền là tiền đề trong bất cứ dự án cải tiến giống cây trồng. Nghiên cứu này được thực hiện tại Patuakhali Science and Technology University, Bangladesh, khai thác đa dạng di truyền của tập đoàn giống lúa bản địa 38 giống, thuộc loại hình aus của Bangladeshi (Oryza sativa L.) trong điều kiện khô hạn thông qua đánh giá kiểu hình, đánh giá kiểu gen nhở chỉ thị SSR (simple sequence repeat). Kết quả chạy mô hình toán “Nonhierarchal clustering analysis with Mahalanobis D²” người ta phân tích dữ liệu của các tính trạng hình thái học, rồi phân chia giống bản địa ấy thàn 4 nhóm di truyền khác nhau. Biến thiện di truyền cao trong các nhóm được ghi nhận. Nhóm 3 có số chồi thân / khóm lúa, số hạt trên bông và chiều dài bông cao nhất. Nhóm 2 có khối lượng hạt cao nhất. Nhóm 4 cho năng suất cao nhất. Số hạt trên bông biểu hiện sự biến thiên tối đa trong tất cả các tính trạng của 4 nhóm di truyền này. “Principal component analysis” cho kết quả PC1 đóng góp đến 32.24% tổng biến thiên di truyền, trong khi PC2 là 26.20%. So sánh với nhiều tính trạng khác nhau, như chiều cao cây, số hạt trên bông, năng suất hạt / cây biểu hiện ảnh hưởng lớn hơn trong biến thiên kiểu hình khi quan sát PC1. So sánh với tính trạng khác nhau, tình trạng khối lượng 100 hạt, số ngày đến khi thu hoạch, số ngày trổ bông 50% góp phần vào biến thiên di truyền khá cao trong PC2. Kết quả phân tích chỉ thị phân tử SSR, giá trị PIC cao nhất (polymorphism information content) là 0.87 được xem xét với chỉ thị RM207 và RM256; PIC thấp nhất là 0.64 đối với markers RM212 và RM274. Madab jata có giá trị giống nhau cao nhất (0.7) với giống BRRI dhan 42, Lonka gora binni, biểu hiện giá trị “similarity value” là 0.588,  và Koba binni, Parija, Gota irri, Chitri, Putiraj có “similarity value” là 0.556 với BRRI dhan 42. Trong các giống lúa, Madab jata, Lonka gora binni, Koba binni hình thành một cluster di truyền với BRRI dhan 42  co chỉ số 0.53. Do đó, Madab jata, Lonka gora binni, Koba binni  có thể mang gen chống chịu khô hạnvà có thể được sử dụng trong chương trình nghiên cứu giống sắp tới. Biến thiên di truyền cao  chỉ ra rằng các giống lúa bản địa mang alen chống chịu khô hạn có thể được sử dụng làm vật ;liệu lai về sau.

Xem: http://sabraojournal.org/wp-content/uploads/2022/04/SABRAO-J-Breed-Genet-54-1-113-126-Khalil_SABRAO-MS-21-39-manuscript-proof_11.pdf

Phân tích transcriptome QTL Pup1 điều khiển tính chống chịu thiếu lân ở giai đoạn đẻ nhánh

Nguồn: Suresh Kumar, Anuradha Agrawal, Karishma Seem, Santosh Kumar, K K Vinod, Trilochan Mohapatra. 2022. Transcriptome analysis of a near-isogenic line and its recurrent parent reveals the role of Pup1 QTL in phosphorus deficiency tolerance of rice at tillering stage. Plant Mol Biol.; 2022 Mar 11.  doi: 10.1007/s11103-022-01254-z. Online ahead of print.

Phosphorus (P) là nguyên tố chính rất cần thiết cho các tiến trình xảy ra ở tế bào như hô hấp, quang hợp, sinh tổng hợp phospholipids ở màng, v.v.... Để thích ứng được stress thiếu lân, cây lúa phải tái lập trình sự biểu hiện của những gen chức năng bao gồm trong nhiều lộ trình khác nhau như biến dưỡng, truyền tín hiệu để cây lúa sống sót, tăng trưởng, và phát triển. Cây sử dụng bộ máy phiên mã, hậu phiên mã, và / hoặc hậu giải mã để có được trạng thái P homeostasis. Nhiều yếu tố phiên mã TFs (transcription factors), phân tử miRNAs, và phân tử P transporters có vai trò quan trọng trong chống chịu thiếu lân; tuy nhiên, những cơ chế này trong giải thích đáp ứng của cây lúa với thiếu lân vẫn chưa được biết rõ. Nghiên cứu phản ứng đói lân / thiếu lân của cây lúa ở giai đoạn mạ trong chu trình tăng trưởng được báo cáo nhưng chỉ  tập chỉ một vài phản ứng phân tử của cây lúa ở giai đoạn đẻ nhánh hoặc giai đoạn phát dục. Muốn hoàn chỉnh chiến lược nghiên cứu cây lúa phản ứng ra sao ở giai đoạn đẻ nhánh trong điều kiện stress do thiếu lân, người ta sử dụng một cặp giống lúa Pusa-44 (cao sản, nhạy cảm thiếu lân) và dòng gần như đẳng gen (near-isogenic line) NIL-23, chống chịu thiếu P đối với gen đích Pup1 QTL để phân tích hình thái học, sinh hóa, và phân tử. THực hiện các phân tích mang tính so sánh ở mô chồi thân và mô rễ của cây lúa 45 ngày tuối, trồng trong dung dịch dinh dưỡng, nghiệm thức thiếu P (16 ppm) và nghiệm thức thiếu  P (4 ppm) để tìm hiểu đầy đủ về phản ứng hình thái học, sinh lý học. Bên cạnh đó, kết quả phân tích chạy RNA-seq cho thấy vai trò quan trọng của phosphate transporters, TFs, auxin-responsive proteins, modulation của thành tế bào, biến dưỡng acid béo, và kiến trúc chromatin, sự cải biên trong di truyền biểu sinh (epigenetic modifications) cung cấp thông tin về chống chịu thiếu lân đối với NIL-23, dòng này được mang đặc điểm ấy nhờ du nhập Pup1 QTL trong giống Pusa-44. Nghiên cứu cho thấy khái niệm về chức năng phân tử của Pup1 đối với tính chống chịu thiếu lân, rất hữu dụng để cải tiến hiệu quả sử dụng P của cây lúa cho năng suất cao hơn khi trồng trên đất thiếu lân.

THÔNG TIN CHỦ YẾU: Du nhập Pup1 QTL vào giống lúa cao sản để tạo ra những phosphate transporters, TFs, auxin-responsive proteins, cấu trúc thành tế bào, biến dưỡng acid béo, và kiến trúc chromatin / sự cải biên của di truyền biểu sinh ở giai đoạn đẻ nhánh trong điều kiện stress do thiếu lân.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35275352/

và https://link.springer.com/article/10.1007/s11103-022-01254-z