Tuần tin khoa học 792 (13-19/06/2022)

qHKW3 điều khiển tính trạng khối lượng 100 hạt bắp

Nguồn: Qin Sun, Aoqing Hu, Luyao Mu, Hailiang Zhao, Yao Qin, Dianming Gong & Fazhan Qiu. 2022.  Identification of a candidate gene underlying qHKW3, a QTL for hundred-kernel weight in maize. Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1579–1589 

qHKW3, một QTL điều khiển tính trạng KL 100 hạt bắp, mang gen đích Zm00001d044081, mã hóa protein ATHB-4 (homeobox-leucine zipper protein). Protein này có thể ảnh hưởng đến kích thước hạt và khối lượng hạt.

Kích thước hạt và khối lượng hạt là những tính trạng góp phần vào năng suất của cây bắp (Zea mays). Người ta phát triển dòng bắp CSSL (chromosome segment substitution line), H15-6-2, có hạt nhỏ, KL 100 hạt bé so sánh với dòng bắp nền Ye478. Phân tích mô học cho thấy mức độ vào chắc hạt bắp thấp hơn của dòng H15-6-2 làm cho kích thước hạt của nó nhỏ và khối lượng 100 hạt cũng nhỏ. Người ta xác định được một QTL giải thích 23% biến thiên kiểu hình tính trạng khối lượng hạt. QTL này, qHKW3,  được thực hiện fine mapped ở vùng có độ lớn phân tử 40.66-kb mang gen đích Zm00001d044081. Trình tự DNA vùng upstream và mức độ biểu hiện gen Zm00001d044081 trong hạt bắp ở ngày thứ sáu sau khi thụ phấn (DAP) cho thấy những khác biệt hết sức rõ ràng giữa dòng NILs HKW3^Ye478 và dòng HKW3^H15-6-2. Ngưới ta khẳng định chính promoter của gen Zm00001d044081 ảnh hưởng đến kích thức hạt bắp và khối lượng hạt trong một tập đoàn giống bắp được dùng làm bản đồ di truyền theo kiểu association mapping với 513 mẫu giống bởi kết quả phân tích association chuẩn. Các tác giả nghiên cứu này đề nghị Zm00001d044081 mã hóa homeobox-leucine zipper protein ATHB-4,  là gen đích của qHKW3, đại diện vùng đích phục vụ cải tiến di truyền năng suất bắp.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04055-6

QTL điều khiển khối lượng hạt đậu phụng

Nguồn: Zhihui Wang, Liying Yan, Yuning Chen, Xin Wang, Dongxin Huai, Yanping Kang, Huifang Jiang, Kede Liu, Yong Lei & Boshou Liao. 2022.  Detection of a major QTL and development of KASP markers for seed weight by combining QTL-seq, QTL-mapping and RNA-seq in peanut. Theoretical and Applied Genetics; May 2022; vol. 135: 1779–1795

Người ta kết hợp kết quả QTL-seq, QTL-mapping và RNA-seq phân lập được một QTL chủ lực và những gen ứng cử viên, tham gia vào nội dung phát triển chỉ thị phân tử KASP và hiểu rõ những cơ chế phân tử liên quan đến tính trạng khối lượng hạt đậu phụng.

Khối lượng hạt là tính trạng quan trọng của thành phần năng suất,  rất có ý nghĩa trong chọn tạo giống đậu phụng cao sản. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về những QTL (quantitative trait loci) và gen ứng cử viên liên quan đến khối lượng hạt đậu phụng. Theo kết quả nghiên cứu này, có 3 QTLs chủ lực nằm trên nhiễm sắc thể A05, B02, và B06 được phân lập bởi phương pháp tiếp cận QTL-seq trong quần thể con lai cận giao tái tổ hợp RILs (recombinant inbred line). Trên cơ sở QTL-mapping truyền thống, Vùng chứa 3 QTL nói trên được thu hẹp thành công nhờ bộ chỉ thị phân tử SNPs và những chỉ thị SSRs. Tại vùng của 3 QTL này, qSWB06.3 biểu hiện gen ổn định nhất, góp phần chính vào biến thiên kiểu hình theo môi trường bên ngoài. Hơn nữa, các DEGs (differentially expressed genes) được phân lập tại 3 giai đoạn phát triển hạt đậu giữa hai bố mẹ của quần thể RIL ấy. Người ta tìm thấy những DEGs phân bố khá rộng trong lộ trình ubiquitin–proteasome, lộ trình serine/threonine-protein, truyền tín hiệu các hormones và những yếu tố phiên mã (TFs). Đáng kể là, DEGs ở giai đoạn phát triển sớm hầu hết có trong sự điều tiết phân bào, trong khi đó các DEGs ở giai đoạn giữa và giai đoạn cuối có trong sự phát triển kích thước tế bào suốt thời gia phát triển hạt. Các thành phần biểu hiện của gen ứng cử viên của tính trạng khối lượng hạt trong qSWB06.3 được nghiên cứu thông qua quantitative real-time PCR. Thêm vào đó, sự đa dạng alen của qSWB06.3 được người ta nghiên cứu khá kỹ trong ngân gàng gen các giống đậu phụng. Chỉ thị phân tử Ah011475 có hiệu quả cao hơn cho nhận diện các mẫu giống khác nhau với khối lượng hạt khác nhau, Chỉ thị này rất hữu ích để làm diagnostic marker trong chọn giống nhờ marker. Kết quả nghiên cứu cho chúng ta hiểu được cơ chế di truyền và phân tử  của tính trạng khối lượng hạt đậu phụng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04069-0

AhRT2  là gen ứng cử viên của tính trạng màu vỏ lụa đỏ của hạt đậu phụng

Nguồn: Kun Zhang, Mei Yuan, Han Xia, Liangqiong He, Jing Ma, Mingxiao Wang, Huiling Zhao, Lei Hou, Shuzhen Zhao, Pengcheng Li, Ruizheng Tian, Jiaowen Pan, Guanghui Li, Mahendar Thudi, Changle Ma, Xingjun Wang & Chuanzhi Zhao. 2022. BSA‑seq and genetic mapping reveals AhRt2 as a candidate gene responsible for red testa of peanut. Theoretical and Applied Genetics: May 2022; vol. 135: 1529–1540

Gen lặn ứng cử viên ahRt2 có chức năng điều khiển tính trạng màu vỏ lụa đỏ (red testa) của đậu phụng thông qua kết quả phối hợp của BSA-seq và bản đồ liên kết.

Màu vỏ lụa đỏ (testa color) của đậu phụng (Arachis hypogaea L.) la tính trạng nông học quan trọng, red testa đặc biệt phổ biến theo thị hiếu người tiêu dùng, là kết quả của hàm lượng cao anthocyanin. Tuy nhiên, việc xác định các gen có liên quan đến điều tiết tính trạng red testa này trong hệ gen đậu phụng rất ít được báo cáo khoa học. Để thực hiện fine map gen điều khiển màu vỏ lụa đỏ, người ta tiến hành tạo ra hai quần thể F_2:4  thông qua tổ hợp hai giữa YZ9102 (testa màu hồng) x ZH12 (testa) và YZ910 x ZH2 (testa đỏ). Kết quả phân tích di truyền cho thấy testa màu đỏ được điều khiển bởi một gen lặn ahRt2 (Red testa gene 2). Kết quả BSA-seq cho thấy ahRt2 được phân lập trên nhiễm sắc thể 12, rồi được lập bản đồ di truyền ở quãng phân tử có độ lớn 530-kb trong quần thể 220 dòng con lai tái tổ hợp thông qua bản đồ linkage. Bên cạnh đó, kết quả functional annotation, phổ biểu hiện gen, và phân tích biến thiên trình tự DNA khẳng định men anthocyanin reductase (được mã hóa bởi gen Arahy.IK60LM) gần như là gen ứng cử viên đối với ahRt2. Người ta thấy có một chỉ thị SNP trong exon thứ ba của ahRt2 bị thay đổi khi mã hóa chuỗi amino acids, và liên quan chặt đến testa màu đỏ của đậu phụng. Hơn nữa, một chỉ thị phân tử liên kết rất chặt với tính trạng red testa được phát triển phục vụ cho nghiên cứu sau này. Kết quả cung cấp kiến thức mới về cơ chế phân tử của tính trạng vỏ lụa hạt đậu phụng màu đỏ và những marker chẩn đoán hữu ích phục vụ chiến lược MAS trong chọn giống đậu phụng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04051-w

Nghiên cứu proteomics tính trạng chống chịu độ độc nhôm của cây lúa mì

Nguồn: Niedziela, A., Domzalska, L., Dynkowska, W.M., Pernisová, M., Rybka, K. 2022. Aluminum Stress Induces Irreversible Proteomic Changes in the Roots of the Sensitive but Not the Tolerant Genotype of Triticale Seedlings. Plants 2022, 11, 165. https://doi.org/10.3390/plants11020165

Triticale là con lai giữa wheat x rye có tính chống chịu cao với stress phi sinh học hơn cây lúa mì và thích nghi tốt hơn trong canh tác lúa mì trên đất nhẹ, nơi mà aluminum ions hiện diện ở trạng thái phức chất Al-complexes gây thiệt hại cây trồng. Rễ lúa là cơ quan đầu tiêntiếp xúc với ions này; chúng ức chế tăng trưởng rễ- phản ứng đầu tiên. Những hệ thống proteomes của rễ lúa từ những cây chống chịu và không chống chịu Al được người ta nghiên cứu để so sánh ảnh hưởng này trên các thế hệ con lai sau khi xử lý stress. Nguồn vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu gồm có những cây mạ non của ba dòng triticale phản ứng chống chịu rất khác nhau đối với độ độc Al³⁺, nhóm thứ nhất bị nhiễm aluminum ion stress rồi phục hồi lại tốt. Điện di protein hai chiều (2-DE) được áp dụng để tách riên những protein ở rễ cây mạ non bởi kết quả spot analysis thông qua sắc ký lỏng (liquid chromatography) song hành với sắc ký lồng ghép (tandem mass spectrometry: LC-MS-MS/MS).

Tính chống chịu của cây lúa mì với stress được đánh giá trên cơ sở sàng lọc có tính chất biometric đối với kiểu hình phục hồi tăng trưởng của rễ lúa.

Kết quả cho thấy rằng những dòng lúa chống chịu tốt với Al có thể phục hồi, mà không phân hóa theo proteome profiles, sau khi cây lúa bị xử lý stress, trái lại với cây lúa nhiễm  độ độc Al, chúng duy trì trạng thái biến đổi proteome bởi môi trường ngoại cảnh không thích ứng.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8781804/pdf/plants-11-00165.pdf

Hình 2. Dự đoán theo mô phỏng tính toán “hệ thống chức năng” giữa những protein khác biệt.