Tuần tin khoa học 799 (01-07/08/2022)

Di truyền tính kháng bệnh siêu vi bởi gen Pepy-2 của cây ớt

Nguồn: Sota Koeda, Namiko Mori, Ryo Horiuchi, Chiho Watanabe, Atsushi J. Nagano & Hayato Shiragane. 2022. PepYLCIV and PepYLCAV resistance gene Pepy-2 encodes DFDGD-Class RNA-dependent RNA polymerase in Capsicum. Theoretical and Applied Genetics July 2022; vol. 135: 2437–2452

Hình: Capsicum PepYLCIV symptom.

Gen kháng Pepy-2 đối với siêu vi begomovirus mã hóa protein DFDGD-Class RNA-dependent RNA polymerase 3a được người ta phân lập trong hệ gen cây ớt (C. annuum) thông qua phân tích di truyền ngược và xuôi (forward and reverse genetic analyses).

Tại nhiều nước trên thế giới, bọ phấn trắng (whitefly) truyền bệnh siêu vi begomovirus làm năng suất ớt giảm nghiêm trọng. Mặc dù người ta có như cầu rất lớn phải du nhập gen kháng begomovirus vào giống ớt cao sản thương mại, nhưng gen kháng thể lặn pepy-2 vẫn chưa được tìm thấy, mã hóa phân tử RNA thông tin trong giống Pelota, gen kháng thể lặn duy nhất với siêu vi begomovirus được xác định trong hệ gen Capsicum cho tới bây giờ.  Theo kết quả này, người ta thực hiện fine-mapped gen kháng begomovirus khác từ PG1-1 (C. annuum), kháng siêu vi pepper yellow leaf curl Indonesia virus (PepYLCIV) và kháng  pepper yellow leaf curl Aceh virus (PepYLCAV), nhằm thúc đẩu hoàn thiện quy trình chọn giống nhờ chỉ thị phân tử đối với tính kháng siêu vi begomovirus trong cây ớt. Locus đơn trội Pepy-2, liên quan đến tính kháng siêu vi PepYLCIV trong PG1-1 được xác định trên nhiễm sắc thể 7 thông qua sàng lọc những dòng recombinants của quần thể con lai phân ly F₂ và F₃ dẫn xuất từ cặp lai PG1-1 (kháng bệnh) và giống nhiễm siêu vi begomovirus SCM334. Trong vùng mục tiêu, một quãng rộng 722 kb, có chứa gen ứng cử viên, RNA-dependent RNA polymerase 3a (CaRDR3a), đã được phân lập. Chạy trình tự whole-genome và transcriptome của giống PG1-1 và giống SCM334 cho thấy có một base bị mất Guanine (G) trong exon đầu tiên của gen CaRDR3a , gây ra đột biến frameshift dẫn đến loss-of-function trong SCM334. Bên cạnh đó, nhiều alelles loss-of-function của gen gốc CaRDR3a đã minh chứng được trên trình tự tham chiếu của hệ gen cây C. annuum, C. chinense, và C. baccatum theo cơ sở dữ liệu công bố rộng rãi. Hơn nữa, kết quả làm câm gen bị kích hoạt do virus – gen  CaRDR3a của giống PG1-1 cho kết quả là tính kháng bị mất đối với si6u vi PepYLCIV. PG1-1 và DNA marker được phát triển trong nghiên cứu này sẽ hữu ích cho nhà chọn giống sử dụng gen Pepy-2 trong chương trình cải tiến giống ớt của họ.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04125-9

Di truyền tính chống chịu lạnh của cây lúa

Nguồn: Hualong Liu, Luomiao Yang, Shanbin Xu, Ming-Jie Lyu, Jingguo Wang, Huan Wang, Hongliang Zheng, Wei Xin, Jun Liu & Detang Zou. 2022.  OsWRKY115 on qCT7 links to cold tolerance in rice. Theoretical and Applied Genetics July 2022; vol. 135: 2353–2367 

qCT7, một QTL mới làm gia tăng tính chống chịu lạnh của cây  lúa ở giai đoạn mạ, được người ta thực hiện  fine-mapped ở quãng phân tử 70.9-kb trên nhiễm sắc thể 7, và gen chủ lực OsWRKY115 được xác định trong cây lúa transgenic.

Stress nhiệt độ lạnh bởi nước tưới trên ruộng lúa quá lạnh làm hạn chế  và làm tổn hại đến năng suất lúa. Người ta đánh giá kiểu hình có hệ thống các tính trạng phản ứng với lạnh của 2.570 con lai F2 dẫn xuất từ tổ hợp lai của hai giống lú trồng, Kong-Yu-131 và Dong-Nong-422, để xác định những vùng đích chính yếu trong hệ gen liên quan đến tính chống chịu lạnh. Một QTL chủ lực mới, qCT7, được lập bản đồ di truyền trên nhiễm sắc thể7 liên quan đến tính trạng chống chịu lạnh và tính trạng sống sót trong nghiệm thức lạnh, thực hiện “resequencing” toàn hệ gen các các thể trong quần thể con lai BSA (bulked segregant analysis). QTL tại chổ liên kết nhau trong phân tích này ở thế hệ F₂ và kết quả fine mapping với cây tái tổ hợp cho thấy vùng đích 70.9-kb trên cvùng chứa qCT7 bao gồm 13 gen mã hóa protein. Chí có LOC_Os07g27670 có mức độ biểu hiện cao, mã hóa yếu tố phiên mã OsWRKY115 trên locus này được xác định đặc biệt trong trường hợp stress lạnh của giống lúa chống chịu lạnh. Bên cạnh đó, kết quả phân tích haplotype và điện di chỉ thị KASP8 cho thấy rằng OsWRKY115 kết hợp có ý nghĩa với tính trạng chống chịu lạnh. Sự biểu hiện mạnh mẽ và hiện tượng knockout gen OsWRKY115 ảnh hưởng có ý nghĩa đến tính chống chịu lạnh ở giai đoạn mạ. Kết quả xác định OsWRKY115 là một gen điều tiết mới, liên quan đến phải ứng lạnh của cây lúa, và alen Kong-Yu-131 có mức biểu hiện đặc biệt khi stress lạnh kích thích đó là những variant phân tử quan trọng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04117-9

Di truyền tính trạng chiều cao cây đậu nành

Nguồn: Javaid Akhter Bhat, Benjamin Karikari, Kehinde Adewole Adeboye, Showkat Ahmad Ganie, Rutwik Barmukh, Dezhou Hu, Rajeev K. Varshney & Deyue Yu. 2022. Identification of superior haplotypes in a diverse natural population for breeding desirable plant height in soybean. Theoretical and Applied Genetics July 2022; vol. 135: 2407–2422

Chiều cao cây đậu nành kết gắn với  một haplotype block trên nhiễm sắc thể 19, được xếp hạng trong 211 mẫu giống đậu nành  thành năm nhóm giống khác nhau hiển thị tính khác biệt có ý nghĩa về tính trạng chiều cao.

Biến thiên di truyền là cơ sở đê cải tiến giống cây trồng. Những quần thể tự nhiên là nguồ vật liệu di truyền đáng quý. Tuy nhiên, các chiến lược có hiệu quả đối với việc sử dụng chúng trong trường hợp tính trạng di truyền số lượng, ví dụ chiều cao cây (PH) rất hiếm hoi. Là một tính trạng nông học quan trọng, chiều cao cây có liên quan chặt với năng suất và phẩm chất hạt, người ta cần phải hiểu thấu đáo cơ chế di truyền của chiều cao cây đậu nành. Ở đây, GWAS được tiếp cận để hoàn thiện việc xác định chỉ thị phẩn tư SNPs liên kết có ý nghĩa với chiều cao cây trong quần thể tự nhiên bao gốm 211 mẫu giống đậu tương trồng trọt, chúng được đánh giá kiểu gen với NJAU 355 K Soy SNP Array và được đánh giá sâu thông qua sáu địa điểm khác nhau. Tổng số chỉ thị SNPs là 128 phân phố đều khắp trên 17 nhiễm sắc thể được tìm thấy có mức độ liên kết có ý nghĩa thống kê với chiều cao cây tại 6 điểm thí nghiệm nói trên. Ba chỉ thị SNPs có ý nghĩa được được xác định ở ít nhấn 3 môi trườngh trên nhiễm sắc thể 2 (AX-93958260), nhiễm sắc thể 17 (AX-94154834), và nhiễm sắc thể 19 (AX-93897200). Vùng đích có kích thước ~ 130 kb tiếp cận với 3 chỉ thị SNPs được xem là những QTLs ổn định, bao gồm 169 gen. Trong đó, có 22 gen (bao gồm gen Dt1) được ưu tiên xem xét và được xác định là ứng cử viên giả định điều khiển chiều cao cây. Vùng trên genome kề  cận với 12 SNPs có ý nghĩa nhất là LD rất mạnh mẽ (linkage disequilibrium). Những chỉ thị phân tử SNPs này hình thành một single haplotype block bao gồm 5 haplotypes đối với tính trạng chiều cao, tên là Hap-A, Hap-B, Hap-C, Hap-D, và Hap-E. Khai thác tích cực những haplotypes ưu việt trong chương trình cải tiến giống đậu nành sẽ cho phép nhà chọn giống phát triển được giống đậu nành cải tiến có chiều cao mong muốn.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04120-0

Vai trò chitosan nano trong quản lý bệnh cháy bìa lá lúa

Nguồn: Temoor Ahmed, Muhammad Noman, Hubiao Jiang,  Muhammad Shahid, Chuanxin Ma, Zhifeng Wu, Muhammad Mudassir Nazir, Md. ArshadAli, Jason C.White, Jianping Chen, Bin Li. 2022. Bioengineered chitosan-iron nanocomposite controls bacterial leaf blight disease by modulating plant defense response and nutritional status of rice (Oryza sativa L.). Nanotoday; Volume 45, August 2022, 101547

Sản xuất lúa bị ảnh hưởng nặng nề của bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra, triệu chứng bệnh “bacterial leaf blight” (BLB). Chiến lược khai thác ở mức độ nano luôn gây được sự chú ý vì tính chất sustainable platform để cải tiến dinh dưỡng cây lúa và bảo vệ cây lúa. Ở đây, người ta trình bày kết quả bioengineering của chế phẩm chitosan-iron nanocomposites (BNCs) với thử nghiệm in vitro và in vivo hoạt tính kháng vi khuẩn Xoo. Bên cạnh đó, tác động của BNCs trên những  endophytic microbiome của cây lúa khỏe và cậy lúa bệnh bạc lá được đánh giá bằng kỷ thuật chạy trình tự DNA công nghệ cao. Chế phẩm BNCs này được tạo dáng hình cầu có kích thước trung bình là 86 nm. Xét nghiệm kháng vi khuẩn in vitro cho thấy chế phẩm BNCs làm ức chế rất đáng kể các chức năng sinh học của pathogen (viz., tăng trưởng, gây chết, và hình thành biofilm) ở nồng độ 250 μg mL⁻¹ so sánh với đối chứng. Thí nghiệm trong nhà kính cho thấy cho lá lúa phơi nhiễm foliar ở nồng độ 250 mg·L⁻¹ BNCs làm giảm rất đáng kể chỉ số bệnh bạc lá (67.1%) thông qua “modulation of antioxidant enzymes” như, superoxide dismutase (49.2%), peroxidase (38.8%) và ascorbate peroxidase (53.4%); thêm vào BNCs còn cải tiến được hiệu quả quang hợp  bởi hàm lượng diệp lục tăng (43.2%) và hàm lượng carotenoids tăng (60.0%), phổ biến thiên dinh dưỡng cây lúa so sánh với đối chứng không sử dụng chế phẩm này. Hơn nữa, phản ứng tính kháng bệnh được kich hoạt bởi BNCs tương ứng với sự tăng lên các phân tử transcript của gen liên quan đến hệ thống tự vệ cây, ví dụ như OsPRs, OsSOD và OsAPX. Chạy trình tự DNA chất lượng cao cho thấy nghiệm thức xử lý BNCs làm giảm mật độ tương đối của vi khẩun Xanthomonas (87.5%) thông qua reshaping quần thể vi khẩn có tính chất phyllospheric và root-endophytic trong cây lúa. Bên cạnh đó, BNCs làm tăng tính đa dạng của quần thể vi khuẩn trong cây khỏe và cây bệnh; làm tăng đáng kể mật độ phong phú của Ochrobactrum, Allorhizobium, Methylobacterium, Devosia, Pseudolabrys, Sphingomonas và Bradyrhizobium trong nghiệm thức xử lý BNCs cả cây bệnh và cây khỏe. Kết quả chứng minh rằng BNCs không có toxic, bền vững và hiệu quả cao trong quản lý bệnh cháy bìa lá lúa.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S174801322200175X?dgcid=author

Hình: Bioengineered chitosan-iron nanocomposite controls bacterial leaf blight.