Tuần tin khoa học 802 (29/8-04/9/2022)

Di truyền tính trạng phẩm chất hạt gạo

Nguồn: Sreenivasulu N, Zhang C, Tiozon RN Jr, Liu Q. 2022. Post-genomics revolution in the design of premium quality rice in a high-yielding background to meet consumer demands in the 21st century.Plant Commun. 2022 May 9;3(3):100271.

Phâm chất cơm và phẩm chất nấu ECP (eating and cooking quality) của lúa gạo vô chùng quan trọng trong xác định giá trị kinh tế của thương trường và làm tăng lên sự chấp nhận của người tiêu dùng. Từ đó, người ta phác thảo một bức tranh quan trọng về chương trình cải tiến giống lúa. Ở đây, người ta tóm lược những tiến bộ trong nghiên cứu di truyền tính trạng ECQ và thảo luận  những triển vọng cải tiến tính trạng ECQ của lúa gạo. Kỹ thuật mới về gen, kỹ thuật chỉnh sử hệ gen cho phép thực hiện cải tiến tính trạng ECQ ngày càng khả thi cao hơn. Những gen có ý nghĩa và những QTLs đã và đang được người ta điều tiết thành phần tinh bột hạt gạo. Kết quả tác động hàm lượng amylose, tính trạng nhiệt độ hóa hồ, độ bền thể gel. Số lượng có giới hạn về gen hoặc QTLs đã được phân lập đối với từng tính trạng ECQ ví dụ như hàm lượng protein trong gạo và mùi thơm. Chọn giống nhở chỉ thị phân tử đã phân lập được những alen hiếm gặp trong nguồn di truyền vô cùng đa dạng kết hợp với tính trạng ECQ tối ưu. Các thông tin có tính chất post-genomics đã được tóm tắt trong bài tổng quan này, giúp nhà chọn giống nhiều chiến lược hiện đại đáp ứng được thị hiếu của người tiêu dùng và yếu cầu của bùng nổ dân số trên thế giới.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35576153/

RNA CIL1 làm tăng tính trạng chống chịu lạnh của Arabidopsis thaliana

Nguồn: Guangchao Liu, Fuxia Liu, Yue Wang, Xin Liu. 2022. A novel long noncoding RNA CIL1 enhances cold stress tolerance in Arabidopsis. Plant Science Volume 323, October 2022: 111370

Sự ấm lên của khí quyển toàn cầu, thời tiết cực đoan xuất hiện ngày càng thường xuyên hơn, trong đó stress do nhiệt độ lạnh đã và đang trở thành yếu tố ngoại cảnh quan trọng làm ức chế năng suất cây trồng và sản lượng nông sản của thế giới.  Phân tử lncRNAs (multiple long noncoding RNAs) have beenđã được người ta dự đoán hoặc được ghi nhận có trong phản ứng của thực vật đối với stress lạnh.  Tuy nhiên, chức năng sinh học phân tử của phân tử ấy vẫn còn chưa được biết rõ ràng. Các tác giả công trình nghiên cứu này đã tiến hành thao tác trên phân tử mới lncRNA, có tên là COLD INDUCED lncRNA 1 (CIL1), một regulator tích cực của thực vật đối với stress lạnh trong cây Arabidopsis. CIL1 bị kích hoạt đáng kể khi cây được phởi nhiễm trong điều kiện stress lạnh. Bên cạnh đó, những đột biến knockdown biểu hiện tính nhạy cảm nhiều hơn với stress lạnh so sánh với cây nguyên thủy (wild type), đi theo bởi hàm tương tăng cao của ROS nội sinh (reactive oxygen species) và những cơ chất điều tiết thẩm thấu giảm xuống. Phân tích theo phương pháp genome-wide transcriptome cho thấy có 256 gen điều tiết theo kiểu “down”  và 34 gen điều tiết theo kiểu “up” trong các dòng đột biến cil1 ở nghiệm thức stress lạnh, mà chủ yếu bao gồm sự truyền tín hiệu hormone, hiện tượng ROS homeostasis và biến dưỡng glucose. Kết quả nghiên cứu khẳng định CIL1 có ảnh hưởng tích cực đối với phản ứng của cây khi bị stress lạnh thông qua hiện tượng điều tiết sự biểu hiện của rất nhiều gen liên quan đến stress ở giai đoạn cây con.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168945222001947

Di truyền tính trạng phản ứng với auxin trong cây đậu phụng (Arachis hypogaea L.)

Nguồn: Luo L, Wan Q, Yu Z, Zhang K, Zhang X, Zhu S, Wan Y, Ding Z, Liu F. 2022. Genome-Wide Identification of Auxin Response Factors in Peanut (Arachis hypogaea L.) and Functional Analysis in Root Morphology. Int J Mol Sci. 2022 May 10; 23(10):5309.

Các yếu tố phản ứng với auxin ARFs (auxin response factors) có vai trò quan trọng trong tăng trưởng và phát triển của cây; tuy nhiên, nghiên cứu sự kiện này trong đậu phụng (Arachis hypogaea L.) vẫn còn thiếu. Ở đây, người ta phân lập 63, 30, và 30 AhARF genes, từ giống đậu phụng dị tứ bội  và hai mẫu giống tổ tiên của chúng, lưỡng bội thể (A. duranensis và A. ipaensis). Phân tích cây gia hệ và cấu trúc gen đích cho thấy hầu hết các gen AhARFs có mức độ giống nhau rất cao so sánh với tổ tiên của chúng. Thực hiện phương pháp scanning toàn bộ hệ gen đối với ARF-recognized cis-elements, người ta có được kết quả “nguồn gen” đầy tiềm năng AhARFs (potential target gene pool). Phân tích “genetic clusters” và “phân tích so sánh” cho thấy rằng: rất nhiều thành viên trong họ gen quan hệ rất chặt chẽ với tính trạng phát triển rễ đậu phụng. Hơn nữa, kết quả phân tích tương quan giữa hình thái rễ và mức độ biểu hiện của gen AhARFs trong 11 giống đậu phụng trồng trọt cho thấy: các mức độ biểu hiện của AhARF14/26/45 tương quan thuận với chiều dài rễ, diện tích lan rộng trên mặt đất của rễ, số lượng root tip, điều này cho thấy có một vai trò điều tiết rất quan trọng của những gen này xét theo câu trúc rễ và giá trị áp dụng đầy tiềm năng trong chương trình cải tiến giống đậu phụng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35628135/

Di truyền tính kháng bệnh Fusarium trên hạt bắp

Nguồn: Eric N. Butoto, Jason C. Brewer & James B. Holland. 2022. Empirical comparison of genomic and phenotypic selection for resistance to Fusarium ear rot and fumonisin contamination in maize. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2799–2816

Hình: James B. Holland, USDA

Sàng lọc kiểu gen (GS) và sàng lọc kiểu hình (PS) có kết quả giống nhau trong cải tiến tính trạng kháng bệnh FER (Fusarium ear rot) và quản lý độc tố trên hạt FUM (fumonisin contamination in maize). Phương pháp rẽ tiền hơn và nhanh hơn trong sàng lọc kiểu gen (genotyping methods: GS) tỏ ra hiệu quả so với sàng lọc kiểu hình (PS).

Nấm Fusarium verticillioides rất thường thấy trên ruộng bắp (Zea mays L.); pathogen này gây ra bệnh FER (Fusarium ear rot), sản sinh ra độc tố có tên gọi là mycotoxin fumonisin (FUM). Nghiên cứu này so sánh giữa phương pháp sàng lọc kiểu hình (PS) với sàng lọc kiểu gen (GS) nhằm cải tiến được tính trạng kháng bệnh FER và kháng độc tố FUM. Ba thế hệ giao phối kiểu intermating của kiểu gen tái tục (recurrent GS) được tiến hành trong cùng thời gian và từ một quần thể chung như hai thế hệ kiểu hình tái tục “recurrent PS”. Các dòng cây bắp được lấy mẫu từ mỗi chu kỳ PS và GS, mẫu được đánh giá tại 3 địa điểm ở bang North Carolina, năm 2020. Người ta quan sát phản ứng có tích chất tích lũy giống nhau đối với GS và PS, kết quả giảm khoảng 50% xét theo giá trị trung bình FER và FUM so sánh với quần thể ban đầu. Chu kỳ thứ nhất của GS hiệu quả hơn chu kỳ sau đó. PS và GS cả hai đều đạt được 70% hiệu quả chọn lọc (predicted total gain) từ sàng lọc FER, nhưng chỉ đạt 26% hiệu quả chọn lọc từ sàng lọc FUM, kết quả chỉ ra rằng hệ số di truyền của FUM có tính chất “overestimated”. Người ta thấy 20% giảm trong biến thiên của chỉ thị phân tử di truyền (genetic marker) từ PS và 30% giảm từ GS. Thách thức lớn nhất của nhóm tác giả là không có khả năng thu nhận nhanh chóng một tập họp dầy đặc và phù hợp của những “marker genotypes” thông quan các thế hệ của GS. Thực tiễn thao tác trên GS ở mức độ nhỏ cá thể trong chương trình lai tạo giống sẽ yêu cầu những phương pháp sàng lọc kiểu gen rẽ và nhanh hơn, chẳng hạn như những tiến bộ kỹ thuật sẽ là những cơ hội để tối ưu hóa có ý nghĩa và giao phối theo những công thức phục vụ sàng lọc GS trong tương lai bên cạnh cái mà người ta có thể tìm được trong kết quả này.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04150-8

Hiện tượng của Fusarium ear rot.