Tuần tin khoa học 785 (25/04-01/05/2022)

Chọn giống đậu nành chống chịu điều kiện thiếu lân

Nguồn: Zhong-Hua Zhang, Jairo A Palta, Ping Lu, Ming-Jian Ren, Xing-Tao Zhu, Jin He. 2022. Traditional soybean (Glycine max) breeding increases seed yield but reduces yield stability under non-phosphorus supply. Funct Plant Biol.; 2022 Jan;49(2):132-144.  doi: 10.1071/FP21116.

Cải tiến giống đậu nành truyền thống (Glycine max L.) đã và đang làm tăng năng suất hạt trong điều kiện canh tác được đầu tư cao: bón nhiều nitrogen (N), bón nhiều phosphorus (P) và bón nhiều potassium (K). Sự cải tiến năng suất như vậy trong điều kiện không bón lân, hàm lượng protein hạt, hàm lượng khoáng chất hạt bị suy giảm; tất cả đã được đánh giá thông qua 18 giống đậu nành được phát triển từ 1995 đến 2016 ở đông nam Trung Quốc. Các giống đậu nành được canh tác trong điều kiện  nước trời, thí nghiệm trên ruộng, nghiệm thức bón lân là 0 và 35 kg P trên ha tại 4 địa điểm: Dafang và Shiqian ở vụ mùa năm 2017; Dafang và Puding ở vụ mùa năm 2018. Năng suất hạt, hàm lượng protein tổng số và 9 hàm lượng chất dinh dưỡng trong hạt được xem xét. Năng suất hạt tăng trong năm giống được phóng thích là 5.5-6.7g/m²/năm, ở nghiệm thức bón 35 kgP/ha. Năng suất đạt 3.9-4.8 g/m²/năm, ở nghiệm thức không bón lấn tại 4 địa điểm thí nghiệm. Sự gia tăng ấy bởi tăng số trái đậu nành chắc hạt và tổng số hạt hơn là tăng khối lượng hạt và số hạt trong một trái đậu. Hàm lượng protein trong hạt, hàm lượng chất dinh dưỡng trong hạt không thay đổi theo năm phóng thích giống ở hai nghiệm thức bón lân: 0 và 35 kgP/ha. Năng suất hạt tương quan thuận với hàm lượng sắt trong hạt. Tính ưu việt của giống đậu nành có năng suất hạt cao, hàm lượng P P, Zn và Ca trong hạt tương quan nghịch với hệ số ổn định theo thống kê. Cải tiến giống đậu nành truyền thống làm tăng năng suất ở cả hai nghiệm thức: không bón lân và có bón lân both, không ảnh hưởng đến hàm lượng protein hạt, hàm lượng khoáng chất trong hạt. Một “trade-off” giữa năng suất cao và hàm lượng P, Zn, Ca trong hạt; tính ổn định của chúng dưới ảnh  hưởng ngoại cảnh khác nhau được minh chứng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34813419/

Di truyền biểu sinh tính trạng​ ưu thế lai

Nguồn: Wataru Matsunaga, Tsuyoshi Inukai & Chikara Masuta. 2022. Progressive DNA demethylation in epigenetic hybrids between parental plants with and without methylation of the transgene promoter. Theoretical and Applied Genetics; March 2022; vol. 135: 883–893

Các cặp lai giữa bố mẹ có khác biệt về trạng thái DNA methylation của chúng dẫn đến sự kiện demethylation một cách tăng tiến trong con lai F₁.

Trong nghiên cứu cải tiến giống cây trồng, cường lực ưu thế lai (hybrid vigor) của con lai F₁ được biết là một hiện tượng rất quan trọng. Cường lực lai hoặc heterosis, liên quan đến sự kiện con lai F₁ của những tổ hợp hai có sự tổ hợp của bố mẹ biểu hiện qua những tính trạng có tính chất superior (vượt trội) hơn bố mẹ chúng. Bên cạnh đó, hiện tượng DNA methylation là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen trong các hệ gen cây trồng và góp phần vào kết quả hybrid vigor. Người ta cho một trình tự 35S promoter vào vector của virus gây khảm dưa leo CMV (cucumber mosaic virus), chủng vào cây thuốc lá GFP-expressing transgenic (Nicotiana benthamiana line 16c) với virus tái tổ hợp đặc trưng kích hoạt sự kiện DNA methylation trên 35S promoter. Đối với cây thuốc lá, nó có TGS (transcriptional gene silencing) của protein GFP được hình thành bởi methylation đoạn phân tử 35S promoter (35S-TGS), TGS được duy trì một cách hoàn toàn trong những thế hệ tiếp sau đó qua con đường tự phối. Khi cây thuốc lá chuyển gen 35S-TGS được lai với cây thuốc lá 16c, nó không chứa đựng sự kiện DNA methylation trong đoạn phân tử 35S promoter, Những con lai F₁ này trở thành phân tử DNA bị demethylated liên tục một cách không mong muốn, khi cây tăng trưởng. Giả định rằng: nhưng con lai F₁ này sản sinh ra bởi mnột tổ hợp lai giữa bố mẹ có gene methylation cực kỳ khác biệt nhau, trạng thái methylation của những gen ấy vẫn còn là câu hỏi dẫn đến ngày cang nhiều hơn hiện tượng hypomethylation khi cây tăng trưởng. Hiện tượng demethylation có tính chất tăng tiến như vậy được quan sát trong nghiên cứu này, có thể quan trọng cho cải tiến giống cây trồng để làm tái lập hoạt động tích cực của gen mà chúng đã bị im lặng bởi DNA methylation. 

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-021-04004-9

GWAS tính trạng kích thước hạt dưa hấu

Nguồn: Chengsheng Gong, Shengjie Zhao, Dongdong Yang, Xuqiang Lu, Muhammad Anees, Nan He, Hongju Zhu, Yong Zhao, Wenge Liu. 2022. Genome-wide association analysis provides molecular insights into natural variation in watermelon seed size. Horticulture Research, 9: uhab074, https://doi.org/10.1093/hr/uhab074

Dưa hấu cho sản xuất hạt dưa có xu hướng hạt to; trong khu dưa hấu cho người tiêu dùng ăn tươi rất cần hạt bé. Do đó, tính trạng kích thước hạt dưa hấu thu hút sự chú ý của cả người tiêu dùng và nhà chọn giống. Tuy nhiên, biến thiên trong tự nhiên va cơ chế di truyền của kích thước hạt dưa hấu vẫn chưa đựợc biết nhiều. Theo nghiên cứu này, khối lượng 100 hạt, chiều dài rốn hạt (seed hilum length), chiều dài hạt (seed length), chiều ngang hạt, độ dầy của hạt thuộc 197 mẫu giống dưa hấu được đánh giá kiểu hình và kiểu gen. Bên cạnh đó, người ta thực hiện association analysis giữa tính trạng kích thước hạt và cơ sở dữ liệu SNP chất lượng cao. Kết quả cho thấy: có tương quan chặt chẽ giữa 5 tính trạng hạt dưa hấu, và độ lớn của hạt (seed enlargement) là một đặc điểm quan trọng trong suốt tiến trình thuần hóa kích thước hạt dưa hấu. Loài dưa hấu có loại hình sinh học đang được người ta tiêu dùng là Citrullus mucosospermus và loài dưa hấu cho hạt dưa ăn được là Citrullus lanatus có kích thước hạt lớn hơn rất đáng kể so với các loài khác. Mười một chỉ thị  SNPs có tính chất non-repeating xuất hiện trên đường chuẩn theo kết quả GWAS. Bốn chỉ thị SNPs trên nhiễm sắc thể 5 được xem như có liên quan rất gần với tính trạng kích thước hạt (S5:32250307, S5:32250454, S5:32256177, và S5:32260870), có thể được sử dụng như chỉ thị phân tử tin cậy phục vụ cải tiến giống dưa hấu theo mục tiêu kích thước hạt. Hơn nữa, trên cơ sở gene annotation (giải thích gen) và những báo cáo di truyền trước đó, 5 gen định vị gần 4 chỉ thị SNPs có ý nghĩa thống kê có thể điều tiết kích thước hạt. Kết quả qRT-PCR chỉ ra rằng: hai gen có thể có trong tiến trình biến dưỡng abscisic acid, Cla97C05G104360 và Cla97C05G104380, chúng có vai trò quan trọng trong điều tiết kích thước hạt dưa hấu. Kết quả này cung cấp kiến thức phân tử về biến thiên trong tự nhiên kích thước hạt dưa hấu và cung cấp thống tin có giá trị phục vụ MAS (molecular marker-assisted breeding).

Xem:  https://academic.oup.com/hr/article/doi/10.1093/hr/uhab074/6511248?searchresult=1&login=false

Protein 7 trong tuyến nước bọt rầy nâu là effector trong biến dưỡng tricin của cây lúa

Nguồn: Gu Gong, Long-Yu Yuan, Yi-Feng Li, Hang-Xiang Xiao, Yan-Fang Li, Yang Zhang, Wei-Jian Wu, Zhen-Fei Zhang. 2022. Salivary protein 7 of the brown planthopper functions as an effector for mediating tricin metabolism in rice plants. Sci Rep.; 2022 Feb 25;12(1):3205.  doi: 10.1038/s41598-022-07106-6.

Rấy nâu (BPH), Nilaparvata lugens, là đối tượng côn trùng gây hại số một của canh tác lúa (Oryza sativa) ở châu Á. Flavone tricin (5,7,4'-trihydroxy-3',5'-dimethoxy flavonelà chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolite) có trong cây lúa, giúp cây tự vệ chống lại sự chích hút của rầy nâu rice. Sự thiệt hại do  BPH gây ra có thể làm giảm mức độ biến dưỡng tricin của cây lúa. Kết quả nghiên cứu transcriptome ban đầu cho thấy tuyến nước bọt của rầy nâu biểu hiện protein 7 (NlSP7), phản ứng rất mạnh với tricin stimuli. Tuy nhiên, chức năng của NlSP7 trong mối tương tác giữa cây lúa với rầy nâu chưa được biết rõ. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta dòng hóa gen NlSP7 của con N. lugens và thấy rằng:  ở mức độ phân tử mRNA nó thường lớn hơn khi cây có hàm lượng tricin hiện hữu cao so với cây có hàm lượng tricin thấp, không quan tâm đến BPHs chích hút dinh dưỡng cây lúa hoặc ăn thức ăn nhân tạo có chứa 100 mg/L tricin. Thực hiện “knock down” gen NlSP7 dẫn đến kết quả rầy nâu tiêu dùng nhiều thời gian hơn trong pha không xâm nhập và lộ trình xâm nhập, tiêu dùng ít thời gian hơn  khi hút dinh dưỡng ở mạch phloem của cây lúa. Những thay đổi như vậy làm giảm sự hất thụ thức ăn của rầy nâu, làm giảm tập tính ăn, và làm giảm sự thích nghi của rầy, giống như hàm lượng tricin của cây lúa. Kết quả nay chứng minh rằng protein 7 trong tuyến nước bọt rầy nâu có chức năng như một effector đối với biến dưỡng tricin của cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35217680/