Tuần tin khoa học 791 (06-12/06/2022)

Di truyền tính chống chịu mặn cây lúa bởi OsQHB

Nguồn: Jiahao Zhou, Jinzhu Qiao, Juan Wang, Ruidang Quan, Rongfeng Huang, Hua Qin. 2022. OsQHB Improves Salt Tolerance by Scavenging Reactive Oxygen Species in Rice. Front Plant Sci.; 2022 May 4;13:848891.  doi: 10.3389/fpls.2022.848891. 

Đất mặn là stress chủ lực do ngoại cảnh gây ra tác động hạn chế đến tăng trưởng và năng suất cây trồng. Việc tìm kiếm những gen chủ lực bao gồm tính trạng tạo cân bằng sinh lý trong cơ chế chống cghịu mặn cây lúa và năng suất lúa sẽ trở nên cực kỳ quan trọng để người ta canh tác giống lúa cao sản cịu mặn giỏi. Trong nghiên cứu này, người ta báo cáo rằng gen WUSCHEL-related homeobox (WOX), quiescent-center-specific homeobox (OsQHB), điều tiết tích cực những tính trạng có liên quan đến năng suất và điều tiết tiêu cực tính chống chịu mặn trong cây lúa. Đột biến gen OsQHB dẫn đến kết quả làm giảm chiều cao cây, số chồi, chiều dài bông lúa, chiều dài và rộng hạt lúa, làm tăng tính chống chịu mặn. Phân tích hệ transcriptome và chạy qPCR cho kết quả rằng ROS (reactive oxygen species) có liên quan đến những gen được điều tiết bởi OsQHB. Hơn nữa, các đột biến lặn osqhb biểu hiện mức độ cao hơn hoạt tính của ROS-scavenging enzymes và giảm thấp sự tích lũy ROS cũng như MDA (malondialdehyde) trong điều kiện bị stress mặn. Do đó, kết quả nghiên cứu này cung cấp một luận điểm mới về vai trò của họ gen WOX  trong sự phát triển cây lúa và tính chống chịu mặn của nó, gợi ra rằng OsQHB là một gen đích có giá trị phục vụ chương trình cải tiến giống lúa cao sản chống chịu mặn.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35599895/

Cải tiến hiệu suất quang hợp, chỉ số thu hoạch giống đậu nành cao sản

Nguồn: Miguel Angel Lopez, Fabiana Freitas Moreira, Anthony Hearst, Keith Cherkauer & Katy Martin Rainey. 2022. Physiological breeding for yield improvement in soybean: solar radiation interception-conversion, and harvest index.

Theoretical and Applied Genetics May 2022; vol. 135: 1477–1491

Hiệu quả hấp thu ánh sáng, hiệu quả sử dụng quang hợp và chỉ số thu hoạch (HI) có thể được sử dụng như những tiêu chí để đánh giá sự cải tiện tiềm năng về năng suất đậu nành.

Năng suất (GY) có thể được giải thích như là kết quả của 3 hiệu quả chủ lực: hấp thu ánh sáng (light interception: Ei), sử dụng năng lượng bức xạ (radiation use: RUE), và chỉ số thu hoạch (harvest index: HI). Mặc dù khái niệm năng suất GY thông qua 3 hiệu quả nói trên không mới, nhưng người ta rất thiếu hiểu biết cặn kẽ về chúng, một lổ hổng kiến thức về biến thiên kiểu hình, kiến trúc di truyền, và sự đóng góp tương đối của 3 hiệu quả ấy đối với năng suất GY đậu nành. Lổ hổng kiến thức này được hoàn thiện nhờ công trình đánh giá kiểu hình đồ sộ ngăn ngừa các ảnh hưởng khác và 3 hiệu quả này trong các chương trình cải tiến giống đậu nành. Mục tiêu nghiên cứu nhằm xác định biến thiên kiểu hình, hệ số di truyền, mối quan hệ di truyền, kiến trúc di truyền và sàng lọc di truyền (genomic prediction) đối với tính trạng Ei, RUE, và HI của đậu nành. Người ta đánh giá tập đoàn giống đậu nành có kiểm soát thời gian sinh trưởng của 383 dòng con lai RILs (Recombinant Inbred Lines) được chọn lọc từ quần thể NAM (nested association mapping : SoyNAM). Tổng lượng chất khô dưới mặt đất (Dry matter ground) được đo đếm thông qua CC (canopy coverage) của UAS imagery tại 3 địa điểm khảo nghiệm khác nhau. Khả năng hấp thu ánh sáng (Light interception) được mô phỏng thông qua đường chuẩn (logistic curve) sử dụng CC như một proxy. Khối lượng sinh khối trên mặt đất được thu thập trong hết mùa vụ trồng đậu nành và khả năng hất thu ánh sáng tích lũy  được sử dụng để suy ra giá trị RUE thông qua các mô phỏng thuật toán tuyến tính. Các tương quan có tính chất “additive-genetic”, genome-wide association (GWA) và whole-genome regressions (WGR) được hoàn thiện phép tính, để đánh giá chính xác tương tác giữa các tính trạng, mối liên quan của chúng với các vùng trên hệ gen cây đậu nành (genomic regions), và tính khả thi của kết quả dự đoán những hiệu quả nói trên với thông tin mang tính chất genomic. Kết quả phân tích tương quan cho biết có ba nhóm: bộ cơ sở dữ liệu chung (entire data set), quần thể dòng RILs năng suất cao, và quần thể dòng RILs năng suất thấp xác định mối gắn kết theo chức năng tạo nên năng suất GY. Kết quả chỉ ra rằng biến thiên kiểu hình từ trung bình đến cao của Ei, RUE, và HI theo giá trị như sau 8.5%, 1.1 g MJ⁻¹, và 0.2, theo thứ tự. Tương quan có tính chất “additive-genetic” cho thấy một mối liên quan rất chặt chẽ giữa năng suất với HI và tương quan trung bình giữa năng suất với RUE và Ei khi toàn bộ dữ liệu đều được xem xét, nhưng sự đóng góp có tính chất không tránh được của HI đối với GY xảy ra trong top 100 mẫu phân tích. Kết quả phân tích GWA cho thấy Ei liên nquan đến 3 chỉ thị phân tử SNPs; hai trong số đó định vị trên nhiễm sắc thể 7 và một định vị trên nhiễm sắc thể 11 mà không có QTL nào trước đây được báo cáo tại các vùng như vậy. RUE có liên quan đến 4 chỉ th5 phân tử SNPs trên nhiễm sắc thể 1, 7, 11, và 18. Vài QTLs được ghi nhận là mới, trong khi những QTL khác được báo cáo trước đó đối với kiến trúc cây và hàm lượng diệp lục. Hai chỉ thị phân tử SNPs định vị trên nhiễm sắc thể 13 và 15 với những QTLs được báo cáo trước đây về tính trạng chiều cao cây và tính trạng số hạt, tính trạng hạt lép có liê7n quan đến tính trạng HI. Tính trạng WGR biểu thị khả năng dự đoán cao đối với Ei, RUE, và HI với giá trị tương quan tối đa biến động giữa 0.75 và 0.80. Cải tiến năng suất đậu nành trong tương lai có thể được kỳ vọng thông qua những chiến lược ưu tiên hóa Ei đối với giống chín sớm khi người ta sử dụng nguồn vật liệu cao sản và RUE đối với giống chu=ín muộn và chín trung bình. Đây là công trình tiên phong dung hợp được tính trạng sinh lý truyền thống và chọn tạo giống mới với luận điểm “physiological breeding” (chọn giống theo sinh lý cây trồng).

 Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04048-5

Di truyền tính chống chịu thiếu lân từ nguồn lúa hoang Oryza rufipogon DXWR

Nguồn: Qianwen Deng, Liangfang Dai, Yaling Chen, Decai Wu, Yu Shen, Jiankun Xie, Xiangdong Luo. 2022. Identification of Phosphorus Stress Related Proteins in the Seedlings of Dongxiang Wild Rice ( Oryza rufipogon Griff.) Using Label-Free Quantitative Proteomic Analysis. Genes (Basel) 2022 Jan 4; 13(1):108.  doi: 10.3390/genes13010108.

Chống chịu thiếu lân cây lúa là tính trạng phức tạp (complex character) do nhiều gen điều khiển. Thông quan phân tích proteomics, người ta có thể tìm thấy những protein có liên quan đến thiếu lân trong một ngân hàng nguồn vật liệu hết sức độc đáo “unique P-deficiency tolerance germplasm” có tên là Dongxiang wild rice (Oryza rufipogon, DXWR), cung cấp cơ sở nghiên cứu cơ chế điều tiết của tính chống chịu ấy. Theo đó, người ta tiếp cận với phương pháp proteomics cũng như những phân tích có liên quan với bô cơ sở dữ liệu transcriptome để xác định các gen độc đáo  phản ứng với thiếu lân  trong tập đoàn DXWR trong giai đoạn mạ. Kết quả cho thấy có 3589 protein khác biệt rất đáng kể được người ta phân lập giữa nghiệm thức xử lý low P và normal P trong mẫu rễ lúa DXWR. Mức độ thay đổi này là 1,5 lần, bao gồm 60 protein điều tiết kiểu “up” và 15 protein điều tiết theo kiểu “down”, 24 trong số đó được phát hiện có mức biểu hiện thay đổi hơn 1,5 lần trong cơ sở dữ liệu transcriptome. Thông qua phân tích QTLs, có bảy gen liên quan đến sự biểu hiện rất khác nhau đáng kể những proteins được phân lập trong thí nghiệm này; chúng được tìm thấy, chưa định tính, phân bố trong những quãng chứa QTLs liên quan đến phản ứng thiếu lân, hai trong số đó (LOC_Os12g09620 và LOC_Os03g40670) được tìm thấy trong kết quả transcriptome và proteome. Trên cơ sở kết quả phân tích rõ ràng, người ta thấy rằngh DXWR có thể làm tăng  sự biểu hiện của purple acid phosphatases (PAPs), sự định vị màng của phân tử P transporters (PTs), vùng rễ (rhizosphere area), và sự kiện alternative splicing, nó có thể làm giảm hoạt tính ROS (reactive oxygen species) khi bị stress thiếu lân. Kết quả này cung cấp luận điểm mới về dòng hóa được các gen điều khiển tính chống chịu thiếu lân có từ lúa hoang, cũng như làm rõ được cơ chế phân tử của tính kháng sự thiếu lân trong tập đoàn lúa hoang DXWR.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35052448/

Hình: Oryza rufipogon.

Gen NLR điều khiển tính kháng bệnh siêu vi đốm trái cà chua (Solanum lycopersicum)

Nguồn: Shiming Qi, Yuanbo Shen, Xinyu Wang, Shijie Zhang, Yushun Li, Md. Monirul Islam, Jin Wang, Pan Zhao, Xiangqiang Zhan, Fei Zhang & Yan Liang. 2022. A new NLR gene for resistance to Tomato spotted wilt virus in tomato (Solanum lycopersicum). Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1493–1509 

Gen điển hình NLR có tên là Sl5R-1, nó điều tiết tính kháng bệnh “tomato spotted wilt virus” (bệnh siêu vi gây đốm trái cà chua), được người ta thực hiện “fine mapped” tại vùng có độ lớn phân tử nhỏ hơn 145 kb trong hệ gen cây cà chua.

Tomato spotted wilt (hình) là bệnh do siêu vi TSWV (Tomato spotted wilt virus) gây ra, chúng ảnh hưởng rất rộng trên các vùng trồng cà chua (Solanum lycopersicum) trên thế giới. Gen kháng Sw-5 bị bất hoạt trong một vài trường hợp. Muốn xác định những gen các tác động hỗ trợ (additional genes) liên quan đến tính kháng bệnh TSWV, người ta sử dụng quần thể con lai F₂ rồi hình thành bản đồ di truyền sử dụng giống nhiễm bệnh M82, giống kháng H149. Sau 3 năm thực hiện mapping, QTL chủ lực được xác định trên nhiễm sắc thể 5 được thu hẹp lại tại vùng có độ lớn phân tử 145 kb và được phân tích sau đó trong quần thể F₂, với tổng số 1971 cá thể trong năm 2020. Vùng này mang 14 gen ứng cử viên, người ta tìm thấy chùm gen mang 3 gen (Sl5R-1, Sl5R-2, và Sl5R-3) mã hóa protein NBS-LRR. Kết quả qRT-PCR và làm câm gen (virus-induced gene silencing) xác đ5nh rằng Sl5R-1 là gen kháng có chức năng rõ ràng đối với TSWV. Phân tích promoter của gen Sl5R-1  cho thấy có yếu tố phiên mã SlTGA9 kết gắn với vị trí gây ra mất base (base deletion) trong cây cà chua kháng bệnh, mức độ biểu hiện của nó theo kiểu up-regulated rất có ý nghĩa thống kê, trong cây bị nhiễm bệnh siêu vi. Phân tích hàm lượng salicylic acid (SA) và jasmonic acid (JA) sự biểu hiện của các gen liên quan đến điều tiết SA và JA cho thấy SlTGA9 tương tác hoặc điều tiết tích cực Sl5R-1 để ảnh hưởng đến chu trình truyền tín hiệu SA và JA đối với phản ứng kháng bệnh TSWV. Kết quả minh chứng rằng gen Sl5R-1 điều tiết tính kháng bệnh TSWV bởi chính promoter của nó tương tác với yếu tố phiên mã SlTGA9.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04049-4