Tuần tin khoa học 796 (11-17/07/2022)

Tương tác giữa ký chủ và ký sinh gây bệnh đạo ôn trên cây lúa

Nguồn: Basavantraya N Devanna, Priyanka Jain, Amolkumar U Solanke, Alok Das, Shallu Thakur, Pankaj K Singh, Mandeep Kumari, Himanshu Dubey, Rajdeep Jaswal, Deepak Pawar, Ritu Kapoor, Jyoti Singh, Kirti Arora, Banita Kumari Saklani, Chandrappa AnilKumar, Sheshu Madhav Maganti, Humira Sonah, Rupesh Deshmukh, Rajeev Rathour, Tilak Raj Sharma. 2022. Understanding the Dynamics of Blast Resistance in Rice- Magnaporthe oryzae Interactions. J. Fungi (Basel); 2022 May 30;8(6):584.  doi: 10.3390/jof8060584.

Lúa là cây lương thực quan trọng nuôi sống một phần ba dân số thế giới, là nguồn thực phẩm và an ninh lương thực toàn cầu. Sản lượng lúa bị đe dọa bởi nhiều loại hình stress; bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae là một trong những stress sinh học chủ lực làm tổ thất sản lượng lớn thóc gạo. Trong bài tổng quan này, người ta thảo luận tầm quan trọng của cây lúa và bệnh đạo ôn ở hiện tại và ngữ cảnh toàn cầu ngày mai, genomics và sinh học phân tử của pathogen gây bệnh đạo ôn cũng như của cây lúa, những tương tác có tính chất phân tử giữa cây lúa và và nấm M. oryzae bị khống chế bởi các mô phỏng tương tác gen khác nhau. Người ta còn xem xét rất chi tiết protein “effector” của nấm M. oryzae và các gen Avr, vai trò của phân tử noncoding RNAs trong sự phát triển bệnh. Hơn nữa, những QTLs điều khiển tính kháng đạo ôn; các gen kháng (R); và các alen được phân lập, được dòng hóa, được định tính cũng được người ta thảo luận chi tiết. Thảo luận còn đề cập đến việc sử dụng những QTLs và gen R kháng đạo ôn thông qua cải tiến giống lúa truyền thống và cải tiến giống transgenic. Cuối cùng, tổng quan chỉ rõ những thí dụ điển hình và những áp dụng khả thi của công cụ chỉnh sửa gen mới nhất trong nghiên cứu và quản lý bệnh đạo ôn cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35736067/

Di truyền tính kháng bệnh đốm vằn trên cây lúa

Nguồn: Manoranjan Senapati, Ajit Tiwari, Neha Sharma, Priya Chandra, Bishnu Maya Bashyal, Ranjith Kumar Ellur, Prolay Kumar Bhowmick, Haritha Bollinedi, K K Vinod, Ashok Kumar Singh, S Gopala Krishnan. 2022. Rhizoctonia solani Kühn Pathophysiology: Status and Prospects of Sheath Blight Disease Management in Rice. Front Plant Sci.; 2022 May 3;13:881116.  doi: 10.3389/fpls.2022.881116. eCollection 2022.

Bệnh đốm vằn do nấm hoại sinh Rhizoctonia solani Kühn gây ra, là đối tượng gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất lúa. Người ta sử dụng giống lúa cao sản có kiểu hình nửa lùn để phát triển mật độ trồng dầy hơn, bón phân N nhiều hơn làm cho bệnh càng dễ phát triển. Nầm bệnh có nguồn ký chủ khá rộng, nấm có khả năng ngủ nghỉ (dormant) khi gặp điều kiện bất lợi cho nên pathogen này rất khó quản lý. Người ta chưa tìm ra nguồn vật liệu cho gen kháng hoàn toàn, cho nên quản lý bệnh này thông qua thuốc trừ nấm bệnh trở nên rất phổ biến trong chiến lược quản lý bệnh cây. Theo tổng quan này, người ta cung cấp những mô tả cho đến hiện nay những loại hình tương tác giữa ký sinh và ký chủ, những biện pháp kiểm sát bệnh khác nhau ví dụ kỹ thuật canh tác, thao tác hóa học và sinh học cũng như sử dụng giống kháng bệnh. Lĩnh vực giống kháng bệnh đốm vằn bao gồm xác định nguồn vật liệu cho gen kháng, bản đồ di truyền QTLs và minh chứng cụ thể, phân lập các gen ứng cử viên, ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn dòng kháng bệnh. Những thuận lợi và triển vọng quản lý được bệnh đốm vằn thông qua các phương pháp công nghệ sinh học ví như như làm biểu hình mạnh mẽ các gen mong muốn, làm câm những gen không mong muốn trong phát triển cây lúa transgenic kháng lại R. solani cũng được thảo luận trong bài viết.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9111526/

Sự truyền tín hiệu jasmonic acid và di truyền tính kháng rầy nâu trên cây lúa

Nguồn: Xiao Zhang, Daoming Liu, Dong Gao, Weining Zhao, Huaying Du, Zeyu Qiu, Jie Huang, Peizheng Wen, Yongsheng Wang, Qi Li, Wenhui Wang, Haosen Xu, Jun He, Yuqiang Liu, Jianmin Wan. 2022. Cytokinin Confers Brown Planthopper Resistance by Elevating Jasmonic Acid Pathway in Rice. Int J Mol Sci.; 2022 May 25;23(11):5946.  doi: 10.3390/ijms23115946.

Thực vật đã và đang thực hiện quá trình tiến hóa hệ thống tự vệ hết sức tinh tế mà rất nhiều chu trình hormone khác nhau đang vận hành để bảo vệ cây chống lại sự tấn công của côn trùng gây hại mùa màng. Cytokinin (CK) có vai trò quan tròng trongsự tăng trưởng của cây và chống chịu stress, nhưng vai trò này của CKs trong quan hệ tương tác giữa cây và sâu hại vẫn chưa rõ ràng. Ở đây, người ta báo cáo rằng CKs hoạt động như một regulator rất tích cực trong tính kháng rầy nâu (BPH), một đối tượng côn trùng gây hại chủ yếu cho ngành trồng lúa. Người ta thấy rằng rầy nâu chích hút cây lúa làm tăng hoạt sinh tổng hợp CK và tiến trình truyền tín hiệu trong cây lúa. Nghiệm thức xử lý CKs ngoại sinh cũng làm tăng đáng kể tính kháng của cây lúa đối với BPH. Làm tăng CKs nội sinh bằng cách knock out gen  cytokinin oxidase/dehydrogenase (OsCKXs) dẫn đến kết quả tính kháng BPH tăng lên. Bên cạnh đó, các mức độ của JA hormone (jasmonic acid) và sự biểu hiện của gen phản ứng JA được tăng lên trong nghiệm thức xử lý CK và trong nghiệm thức cây lúa có OsCKXs knockout. Hơn nữa, đột biến JA-deficient (thiếu JA) là og1 dễ nhiễm rầy nâu hơn, và tính kháng rầy nâu bằng cách kích hoạt CK bị ức chế trong og1. Kết quả cho thấy tính kháng rầy nâu nhờ CK có tính chất JA-dependent (lệ thuộc CK). Kết quả cung cấp chứng cớ về vai trò mới của CK trong tăng cường tính kháng rầy nâu, chứng minh tính kháng sâu hại thoe con đường kích hoạt CK mang tính chất JA-dependent. Kết quả cung cấp định hướng quan trọng trong quản lý sâu hại một cách hiệu quả trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35682620/

Chỉnh sửa gen cây đậu phụng bằng hệ thống CRISPRCas9

Anjanasree K Neelakandan, Binita Subedi, Sy M Traore, Papias Binagwa, David A Wright, Guohao He. 2022. Base Editing in Peanut Using CRISPR/nCas9. Front Genome Ed.; 2022 May 12;4: 901444

Đậu phụng (Arachis hypogaea L.), một loài cây họ Đậu có tính chất dị tứ bội thể (allotetraploid) họ  Fabaceae. Đậu phụng có thể thích nghi vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, được xem như cây cho dầu thực vật triển vọng trên toàn thế giới. Gia tăng hàm lượng oleic acid trở thành một trong những mục đích lớn của chương trình cải tiến giống đậu phụng bởi vì lợi ích cho sức khỏe nhân loại, làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu, có tính chất antioxidant và có lợi cho công nghiệp như tính chất để sản phẩm được lâu hơn. Genomic sequencing hệ gen cây đậu phụng cho thấy chứng cứ của gen đồng dạng AhFAD2A và AhFAD2B mã hóa Fatty Acid Desaturase2 (FAD2), chúng có chức năng xúc tác sự chuyển hóa monounsaturated oleic acid thành polyunsaturated linoleic acid. Những nghiên cứu minh chứng rằng các đột biến khung hoặc đột biến stop codon trong gen FAD2 dẫn đến kết quả hàm lượng oleic acid cao hơn trong dầu phọng. Theo kết quả này, hai vectors biểu hiện, pDW3873 và pDW3876, được người ta thiết kế, sử dụng Cas9 dung hợp đến những deaminases khác nhau, mà chúng được xét nghiệm  nhưng công cụ làm kích hoạt ra những đột biến điểm trong promoter và trong trình tự mật mã di truyền (coding sequences) của gen AhFAD2. Cả hai thiết kế đều mang biến thể single nuclease null variant, nCas9 D10A, dung hợp với PmCDA1 cytosine deaminase để có C-terminal (pDW3873) trong khi rAPOBEC1 deaminase và uracil glycosylase inhibitor (UGI) được dung hợp để có N-terminal và C-terminal, theo thứ tự (pDW3876). Ba phân tử gRNAs được dòng hóa một cách độc lập trong cả hai thiết kế và tính chức năng cũng như tính hiệu quả được người ta thẩm định tại ba vị trí đích của gen AhFAD2. Cả hai thiết kế biểu hiện hoạt động base editing trong đó, cytosine được thay thế bằng thymine hoặc base khác trong editing window tại điểm đích. Thiết kế pDW3873 cho thấy hiệu quả cao hơn so với thiết kế pDW3876, như vậy, pDW3873 là base editor tốt hơn trong hệ gen cây đậu phụng. Đây là một giai đoạn quan trọng hướng tới du nhập vào hệ gen giống đậu phung ưu việt, những đột biến hiện hữu mà chúng có thể duy trì đến 15 năm, làm cho công cụ này trở nên thuận lợi đối với nhà chọn giống đậu phụng, nông dân, công nghiệp và cuối cùng là người tiêu dùng được sức khỏe.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35647579/

Hình 1: Vectors và những vị trí đích được sử dụng phục vụ base editing. 

(A). Thiết kế vectors với deaminase PmCDA-1 và APOBEC-1. 

(B). Các vị trí đích được chọn của hai gen đồng dạng FAD2A và FAD2B.