Tuần tin khoa học 790 (30/5 -5/6/2022)

Di truyền số lượng tính trạng chống chịu đổ ngã của lúa mì

Nguồn: M. Fernanda Dreccer, Bethany Macdonald, Claire A. Farnsworth, M. Valeria Paccapelo, Mary Anne Awasi, Anthony G. Condon, Kerrie Forrest, Ian Lee Long & C. Lynne McIntyre . 2022. Multi-donor × elite-based populations reveal QTL for low-lodging wheat. Theoretical and Applied Genetics May 2022; vol. 135: 1685–1703 

Nguồn vật liệu bố mẹ lúa mì cao sản có độ đổ ngã thấp và các alen mới được đánh dấu bởi chỉ thị SNP được người ta phân lập trong một tiến trình bao gồm những giống cho gen mục tiêu có chọn lọc thông qua đánh giá kiểu hình chức năng di truyền để biết rõ những tính trạng với sàng lọc có thiết kế trong đánh giá kiểu hình, và chiến lược lai giữa multiple-donor (nhiều nguồn cho) × quần thể ưu việt.

Đổ ngã là yếu tố cản trở  của lúa mì cao sản. Theo kết quả nghiên cứu này, cho thấy những khả năng lai tạo giống mới cao sản có mức độ đổ ngã thấp, các quần thể được phát triển qua lai giữ 4 vật liệu cho có mức độ đổ ngã thấp được chọn lựa trong dòng lúa mì cao sản trên cơ sở tính trạng đổ ngã, với 3 giống lúa mì. Đổ ngã được đánh giá trong từng hàng đơn của một thế hệ con lai đầu tiên, rồi sau đó, được đánh giá trong các lô liên tục 2 năm ở môi trường mà cây lúa mì dễ đổ ngã. Con số lớn các dòng có mức đổ ngã ít hơn dòng mẹ tái tục, và một vài dòng biểu hiện năng suất cao hơn dòng tái tục. Hệ số di truyền của tính trạng đổ ngã cao, nhưng hệ số tương quan di truyền giữa môi trường bất lợi là tương đối thấp. Xếp hạng kiểu gen đổ ngã trong từng hàng đơn không tương quan chặt chẽ với số liệu thu thập trên lô thí nghiệm. Các quần thể con lai từ nguồn vật liệu có độ ngã cao nhất được người ta tiến hành đánh giá kiểu gen, thông qua phương pháp 90 K iSelect BeadChip array. Mười bốn markers trên 9 nhiễm sắc thể có liên quan đến đổ ngã, khác biệt rõ dưới điều kiện đổ ngã cao so sánh với điều kiện đổ ngã thấp. Trong 14 markers ấy, có 10 markers được tìm thấp đóng vai trò cùng định vị với những QTL đã được xác định trước đó liên quan đến tính trạng đổ ngã hoặc ít nhất các vị trí mang tính chất tương đồng (homoeologous locations) trong xác định QTL trước đó, trong khi bốn markers còn lại (định vị trên NST 2D, 4D, 7B và 7D) biểu hiện trên bản đồ đối với QTL mới liên quan đến đổ ngã. Các dòng có nhiều markers hữu dụng gắn với kết quả ít đổ ngã, gợi ra rằng giá trị của những markers này là một công cụ sàng lọc tốt. Kết quả minh chứng rằng  sự kết hợp của đánh giá kiểu hình nguồn cho theo chức năng, thiết kế kỹ thuật sàng lọc và chiến lược lai  có thể giúp nhà chọn giống phân lập được những alleles mới trong ngân hàng gen mà không cần phải thiết kế những quần thể có tính chất extensive giữa hai bố mẹ cụ thể nào đó.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04063-6

QTL (qRtsc8-1) kiểm soát bệnh đốm lá trên cây bắp

Nguồn: Jiaojiao Ren, Penghao Wu, Gordon M. Huestis, Ao Zhang, Jingtao Qu, Yubo Liu, Hongjian Zheng, Amos E. Alakonya, Thanda Dhliwayo, Michael Olsen, Felix San Vicente, Boddupalli M. Prasanna, Jiafa Chen & Xuecai Zhang. 2025.  Identification and fine mapping of a major QTL (qRtsc8-1) conferring resistance to maize tar spot complex and validation of production markers in breeding lines. Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1551–1563 

Một QTL chủ lực có tên là qRtsc8-1 liên quan đến tính kháng bệnh TSC đã được phân lập và “fine mapped” tại vùng có độ lớn phân tử 721 kb trên nhiễm sắc thể 8, vị trí 81 Mb, và bộ markers để minh chứng các dòng con lai được giới thiệu.

Bệnh đốm lá TSC (Tar spot complex) là bệnh hại lá bắp chủ yếu tại nhiều nước ở Trung Mỹ và châu Mỹ Latin dẫn đến những thiệt hại năng suất rất nghiêm trọng (hình).  Người ta nghiên cứu kiến trúc di truyền của tính kháng bệnh TSC  thông qua GWAS (genome-wide association study) trên tập đoàn giống và quần thể con lai bi-parental (quần thể đơn bội kép: DH) để chạy GWAS và phân tích kiểu gen có chọn lọc, theo thứ tự. Tổng số chỉ thị phân tử là 115 SNPs bin 8.03 được khám phá bởi GWAS và ba QTL trong bins 6.05, 6.07, và 8.03 nhờ đánh giá kiểu gen chọn lọc (selective genotyping). Chính QTL chủ lực có tên qRtsc8-1 định vị tại bin 8.03 được phát hiện nhờ cả hai kỹ thuật [phân tích nói trên, nó giải thích được 14.97% biến thiên kiểu hình. Để thực hiện fine map qRtsc8-1, người ta tiến hành trắc nghiệm con lai tái tổ hợp (recombinant-derived progeny test). Những tái tổ hợp của mỗi thế hệ con lai được hồi giao, và con lai hồi giao được đánh giá kiểu gen bằng phương pháp chỉ thị phân tử KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) và đánh giá kiểu hình đối với tính kháng bệnh TSC từng cá thể riêng biệt. Những xét nghiệm có ý nghĩa về thống kê để so sánh tính kháng bệnh TSC giữa hai classes con lai có hoặc không có  alen kháng  đều được sử dụng để chạy fine mapping. Trong thế hệ BC₅, qRtsc8-1 được fine mapped trong đoạn có kích thước phân tử  ~ 721 kb hai chỉ thị phân tử cận kề hai đầu là KASP81160138 và KASP81881276. Trong quãng phân tử chứa gen đích, các gen ứng cử viên là GRMZM2G063511 và GRMZM2G073884 được phân lập, chúng mã hóa protein có tên chuyên môn là integral membrane protein-like và leucine-rich repeat receptor-like protein kinase, theo thứ tự. Cả hai gen đều có trong phản ứng kháng bệnh của cây bắp. Hai production markers là KASP81160138 và KASP81160155 được minh chứng trong 471 dòng con lai. Kết quả này cung cấp thông tin rất có giá trị phục vụ dòng hóa (cloning) gen kháng, và nó sẽ còn làm thuận lợi cho thực hiện chiến lược chọn giống nhờ marker phân tử cải tiến tính kháng bệnh TSC của cây bắp.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04053-8

Thay đổi hệ transcriptome trong phát triển lóng thân cây mía đường

Nguồn: Virginie Perlo, Gabriel R. A. Margarido, Frederik C. Botha, Agnelo Furtado, Katrina Hodgson-Kratky, Fernando H. Correr & Robert J. Henry. 2022. Transcriptome changes in the developing sugarcane culm associated with high yield and early-season high sugar content. Theoretical and Applied Genetics May 2022; Vol. 135: 1619–1636 

Mía đường, với khả năng đồng hóa carbon dioxide phi thường của nó, năng suất sinh khối và năng suất đường có một tiềm năng lớn phục vụ công nghiệp năng lượng sinh học, bio-plastics và những sản phẩm có giá trị cao trong lương thực, thực phẩm và dược liệu. Một thách thức nghiêm trọng đối với kinh tế dài hạn và sự bền vững môi trường cũng phải tối ưu hóa sản lượng sinh khối và bảo tồn carbon (carbon sequestration). Các giống mía được như KQ228 và Q253 được sử dụng nhiều trong công nghiệp. Các giống mía này được định tính bới hàm lượng được cao vụ mía sớm liên kết với năng suất cao. Để nghiên cứu các giá trị tương quan, người ta xem xét 1.440 lóng thân mía được thu thập mẫu và được dồn lại để tạo ra một tập đoàn dòng có 120 mẫu giống mía trong thí nghiệm triplicate across bao gồm 24 giống mía trồng tại 5 giai đoạn phát triển cây mía khác nhau. Phân tích WGCNA (weighted gene co-expression network analysis) được áp dụng và biểu thị lần đầu tiên hai tập đoàn của các gen đồng thể hiện (co-expressed genes) với giá trị tương quan khác biệt và đối lập giữa xơ bả mía với hàm lượng đường. Phân lập gen đích và phân tích lộ trình biến dưỡng được áp dụng để làm rõ hơn hai bộ gen ấy. Phân tích tương quan xác định một số lớn các  lộ trình biến dưỡng liên kết lẫn nhau chặt chẽ giữa hàm lượng đường và hàm lượng chất xơ. Thựvc hiện phân tích “unsupervised hierarchical clustering” thể hiện gen cho thấy một mức độ mạnh mẽ hơn của sự phân ly gắn với những giống mía nhiều hơn là theo giai đoạn phát triển cây mía, cho thấy có môt ảnh hưởng di truyền mang tính trội (dominant genetic influence) đối với sinh khối và làm thuận lợi cho chọo lọc giống ưu việt. Định tính hai nhóm gen này đồng thể hiện có thể giúp nhà chọn giống cải tiến được giống mía có hàm lượng xơ cao, loài có chữ đường cao,  hoặc sinh học có tính chất tổng hợp của thực vật (plant synthetic biology).

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04058-3

Phân tích proteomic khả năng miễn nhiễm của cây lúa đối với bệnh đạo ôn

Nguồn: Zhao Z, Li M, Zhang H, Yu Y, Ma L, Wang W, Fan Y, Huang N, Wang X, Liu K, Dong S, Tang H, Wang J, Zhang H, Bao Y. 2022. Comparative Proteomic Analysis of Plasma Membrane Proteins in Rice Leaves Reveals a Vesicle Trafficking Network in Plant Immunity That Is Provoked by Blast Fungi. Front Plant Sci. 2022 Apr 25;13:853195. doi: 10.3389/fpls.2022.853195.

Bệnh đạo ôn lúa do vi nấm Magnaporthe oryzae gây ra; gây thiệt hại lớn cho các vùng trồng lúa của thế giới. Protein ở màng plasma cây lúa PM (rice plasma membrane) rất cần thiết để thiếp lập nhanh và chính xác  phản ứng tự vệ của cây lúa trong hệ thống miễn dịch thực vật khi cây lúa và nấm đạo ôn tương tác với nhau. Tuy nhiên, dòng chảy liên kết với miễn dịch thực vật là hệ thống lưu thông trên cơ sở PM proteins rất ít được biết nhiều. Trong thí nghiệm này, người ta muốn khai thác những thay đổi trong PM proteins khi nấm M. oryzae xâm nhiễm, hệ thống PM proteome được phân tích thông qua iTRAQ trong giống lúa bản địa kháng đạo ôn Heikezijing. Có tổng cộng 831 gen DEPs (differentially expressed proteins) được phân lập, bao gồm 434 upregulated và 397 downregulated DEPs. Các phân tích chức năng genome, DEPs kết hợp với dòng lưu thông (vesicle trafficking) biểu hiện mới độ phong phú đáng kể, bao gồm khái niệm "transport" trong phân tích Gene Ontology enrichment, các chu trình mang tính chất endocytosis và phagosome trong hồ sơ Encyclopedia of Genes and Genomes analysis, và những proteins liên quan đến dòng lưu thông này được xác định thông qua hệ thống tương tác protein-protein. OsNPSN13, một protein N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor (SNARE) 13 mới hoàn toàn, được xác định là upregulated DEP, và những cây transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen này đều cho thấy có tính kháng bệnh đạo ôn tốt, trong khi cây transgenic có xử lý knockdown gen trở nên nhiễm bệnh hơn cây nguyên thủy (wild-type). Những thay đổi nay rất đa dạng và có những chức năng giả địnhcủa 20 gen DEPs cho thấy một mạng lưới mang tính chất vesicle trafficking trong tương tác giữa ký chủ và ký sinh M. oryzae. Kết quả phân tích proteomic dạng so sánh của những proteins trong màng plasma của lá lúa cho thấy thực vật- miễn dịch nối kết với hệ thống vesicle trafficking được khởi động bởi nấm đạo ôn; kết quả này cung cấp những khái niệm mới về phản ứng kháng của cây lúa đối với nấm gây bệnh đạo ôn.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35548300/

Hình 2. Xác định số lượng proteins từ phân tích  iTRAQ.