Tuần tin khoa học 810 (24-30/10/2022)

Tổng quan “genome học chức năng” của cây đậu nành trong thập niên qua

Nguồn: Min Zhang, Shulin Liu, Zhao Wang, Yaqin Yuan, Zhifang Zhang, Qianjin Liang, Xia Yang, Zongbiao Duan, Yucheng Liu, Fanjiang Kong, Baohui Liu, Bo Ren, Zhixi Tian. 2022. Progress in soybean functional genomics over the past decade. Plant Biotechnol Journal; 2022 Feb; 20(2):256-282. doi: 10.1111/pbi.13682. 

Đậu nành là loài cây có dầu và thực phẩm gia súc vô cùng quan trọng. Những nỗ lực vượt bậc của các nhà chọn giống đậu nành và sự phát triển công nghệ mới trong chọn giống, cùng với số mẫu vật liệu trong ngân hàng gen đã và đang được thực hiện suốt 100 năm qua rất đáng trân trọng. Tuy vậy, chọn tạo giống đậu nành cần tiếp tục phát triển để tiếp cận với nhu cầu của dân số thế giới bùng nổ, để đáp ứng yêu cầu phát triển nông nghiệp bền vững và để đáp ứng với những thay đổi trong tương lai về môi trường. Sự phát triển như vậy gắn liền với những tìm kiếm hữu ích của ngành “functional genomics”. Việc xây dựng nên hệ gen tham khảo của cây đậu nành (reference soybean genome) trong năm 2010 đã giúp cho ngành “functional genomics” cây đậu nành đạt nhiều thành tựu đáng kể. Bài tổng quan này, người ta tổng hợp được tiến bộ trong nghiên cứu về “soybean omics” (ví dụ như genomics, transcriptomics, epigenomics và proteomics), phát triển nguồn vật liệu bố mẹ (germplasm resources và cơ sở dữ liệu), khám phá gen mới (gene discovery: những gen có chức năng đối với các tính trạng nông học trong đó bao gồm năng suất đậu nành, tính trạng trổ bông, sự chín hạt, phẩm chất hạt, tính kháng stress, tính trạng nốt rễ và đặc điểm thuần hóa), công nghệ chuyển nạp gen của thập niên vừa qua rất thành công. Cuối cùng, người ta còn thảo luận rất tóm tắt về những thách thức hiện nay cũng như phương hướng nghiên cứu trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34388296/

Phân tích transcriptome và proteome của nấm đạo ôn khi tương tác với cây lúa

Nguồn: Jongbum Jeon, Ki-Tae Kim, Jaeyoung Choi, Kyeongchae Cheong, Jaeho Ko, Gobong Choi, Hyunjun Lee, Gir-Won Lee, Sook-Young Park, Seongbeom Kim, Sun Tae Kim, Cheol Woo Min, Seogchan Kang, Yong-Hwan Lee. 2022. Alternative splicing diversifies the transcriptome and proteome of the rice blast fungus during host infection. RNA Biol.; 2022; 19(1):373-385.  

doi: 10.1080/15476286.2022.2043040.

Sự kiện AS (alternative splicing) góp phần làm đa dạng phản ứng của tế bào và điều tiết phản ứng này đối với điều kiện môi trường bên ngoài, đó là tín hiệu phát triển của phân tử mRNA đa dạng và các isoforms của protein từ một gen đơn. Những nghiên cứu trước đây về AS trong các loài nấm gây bệnh (pathogenic fungi) đã tập trung vào “phổ biểu hiện” của AS isoforms dưới một số các điều kiện rất hạn chế. Người ta tiến hành phân tích phổ biểu hiện AS (AS profiles) của nấm gây bệnh đạo ôn cây lúa Magnaporthe oryzae, một đe dọa có tính chất toàn cầu đối với sản xuất lúa, bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu transcriptome chất lượng cao, đặc trưng cho sự tăng trưởng của khuẩn ty (mycelia) và các giai đoạn xâm nhiễm của nấm vào cây chủ. Có tất cả 4.270 AS isoforms được dẫn xuất từ 2.413 gen được phân lập, bao gồm 499 gen được điều tiết bởi infection-specific AS. Sự kiện AS xuất hiện nhằm gia tăng thời gian xâm nhiễm, với 32,7% AS isoforms được sản sinh trong khi xâm nhiễm vào cây chủ nhưng không thấy trong sợi khuẩn ty (mycelia). Phân tích những isoforms được quan sát ở từng giai đoạn nấm xâm nhiễm cho thấy rằng: 636 AS isoforms rất phong phú về số lượng so với phân tử “annotated mRNAs” tương ứng, đặc biệt là sau khi sau lần xâm nhiễm đầu tiên của hyphae vào tế bào cây lúa. Rất nhiều dominant isoforms như vậy được dự đoán mã hóa di truyền các protein có tính chất điều tiết (regulatory proteins) ví dụ như những yếu tố phiên mã (TFs) và men phospho-transferases. Người ta còn phân lập được những gen như vậy mã hóa các protein nhất định (distinct proteins) thông qua sự kiện AS và khẳng định rằng sự diễn dịch của một vài isoforms được ghi nhận thông qua phân tích proteomic, điều ấy chỉ ra rằng sự kiện AS có tiềm năng bởi tính chất chức năng mới hình thành (neo-functionalization) của một vài gen nào có có trong lúc nấm xâm nhiễm vào cây lúa. Phổ thể hiện được biết về thành phầncủa sự kiện “genome-wide AS” trong nhiều giai đoạn khác nhau xét trên tương tác giữa cây lúa và nấm M. oryzae hình thành nên luận điểm là: vai trò cũng như sự điều tiết của AS trong khi nấm xâm nhiễm vào cây lúa là nghiên cứu khả thi.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35311472/

OsHXK3 mã hóa protein hexokinase có vai trò điều tiết tính trạng kích thước hạt lúa

Nguồn: Peng Yun, Yibo Li, Bian Wu, Yun Zhu, Kaiyue Wang, Pingbo Li, Guanjun Gao, Qinglu Zhang, Xianghua Li, Zefu Li & Yuqing He. 2022. OsHXK3 encodes a hexokinase-like protein that positively regulates grain size in rice. Theoretical and Applied Genetics October 2022; vol. 135: 3417–3431

Người ta ghi nhận và định tính gen SNG1, thông qua phương pháp “map-based cloning” và xác định chức năng của gen mã hóa protein OsHXK3, một hexokinase-like protein có vai trò quan trọng trong điều khiển kích thức hạt thóc.

Tính trạng kích thước hạt thóc la tính trạng nông học quan trọng xác định năng suất lúa và sự biểu hiện bên ngoài phẩm chất hạt gạo. Ở đây, người ta ghi nhận một khám phá ra đột biến short and narrow grain1 (sng1) làm giảm chiều dài, chiều rộng và khối lượng hạt. Người ta tiến hành phương pháp map-based cloning cho kết quả là: kiểu hình đột biến ấy được tạo ra bởi hình thức “loss of function” của gen OsHXK3 gen này mã hóa hexokinase-like (HKL) protein. OsHXK3 được kết gắn với ty thể bộ (mitochondria) và được phân bố trong giai đoạn protein phân rã thành amino acid (ubiquitously distributed) ở nhiều cơ quan khác nhau, ưu tiên cho những cơ quan còn non. Phân tích hoạt động “phosphoryl hóa glucose (Glc)” của bông lúa non và protoplasts; kết quả chỉ ra rằng OsHXK3 là một protein “non-catalytic hexokinase” (HXK). Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsHXK3 không thể bù cho gen đột biến Arabidopsis glucose insensitive2-1 (gin2-1), như vậy OsHXK3 thiếu hoạt động truyền tín hiệu của Glc. Phân tích bằng kỹ thuật “scanning electron microscopy” cho thấy gen OsHXK3 ảnh hưởng đến tính trạng kích thước hạt thông qua tăng cường sự phát triển tế bào võ trấn của hóa lúa. Knockout chín gen OsHXK ngoại trừ gen OsHXK3 không làm thay đổi kích thước hạt lúa, như vậy chức năng của những gen OsHXKs biến thiên hết sức khác nhau trong cây lúa. OsHXK3 ảnh hưởng đến sinh tổng hợp gibberellin (GA) và hiện tượng sinh lý homeostasis. So sánh với cây lúa WT (wild type), gen OsGA3ox2 điều tiết có ý nghĩa theo kiểu “up” và gen OsGA2ox1 theo kiểu “down” ở bông lúa non có gen sng1, hàm lượng của Gas hoạt tính cao giảm đi đáng kể trong bông lúa non của cây lúa đột biến. Năng suất hạt trên mỗi cây lúa thuộc dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen OsHXK3  (dòng OE-4 và dòng OE-35) tăng lên 10,91% và 7,62%, theo thứ tự, so với cây lúa wild type. Kết quả này minh chứng rằng thiếu men xúc tác HXK và chức năng nhạy cảm có vai trò quan trọng trong tính trạng kích thước hạt và có tiềm năng làm tăng năng suất lúa.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04189-7

MoErv29 làm tăng cường “effector” của nấm Magnaporthe oryzae

Nguồn: Bin Qian, Xiaotong Su, Ziyuan Ye, Xinyu Liu, Muxing Liu, Danyu Shen, Han Chen, Haifeng Zhang, Ping Wang, Zhengguang Zhang. 2022. MoErv29 promotes apoplastic effector secretion contributing to virulence of the rice blast fungus Magnaporthe oryzae. New Phytol.; 2022 Feb; 233(3):1289-1302.  doi: 10.1111/nph.17851. 

Trong mối tương tác giữa ký chủ và ký sinh, nhiều protein của nấm ký sinh được tiết ra bởi kết quả hoạt hóa lộ trình UPR (unfolded protein response). Muốn theo dõi được một cách hữu hiệu các protein như vậy (secretory proteins), trong qua trình phát triển bệnh lý, người ta sử dụng COPII (cytoplasmic coat protein complex II) biểu hiện vai trò đa chức năng mà việc làm rỏ ràng vai trò ấy vẫn còn hết sức hạn chế. Người ta khám phá ra rằng COPII cargo receptor có thuật ngữ khoa học là MoErv29 đảm nhận chức năng như đích đến của MoHac1, một yếu tố phiên mã đã được tìm thấy trước đây của lộ trình UPR pathway. Nấm Magnaporthe oryzae, sự mất đoạn của MoERV29 ảnh hưởng nghiêm trọng đến tăng trưởng, phát sinh bào tử và sự xâm nhiễm có tính chất biotrophic của nấm đạo ôn vào cây lúa nhiễm bệnh. Người ta chứng minh được MoErv29 yêu cầu phải tiết ra những proteins thông qua sự nhận biết và sự kết gắn của những motif mang tính chất “amino-terminal tripeptide” theo sau peptide truyền tín hiệu. Thông qua kết quả phân tích tin sinh học, người ta dự đoán được một “cargo spectrum” của MoErv29, tìm thấy MoErv29 rất cần cho sự tiết ra nhiều protein như vậy, bao gồm “extracellular laccases và apoplastic effectors”. Chất tiết này xảy ra ở màng võng nội chất (endoplasmic reticulum-Golgi), theo một lộ trình tiết protein, rất quan trọng đối với sự nhận biết ra ký chủ và tính kháng bệnh đạo ôn. Kết quả nghiên cứu khẳng định MoErv29 khởi động sự tiết ra effector, khám phá này cung cấp một kết nối giữa COPII vesicle trafficking và lộ trình UPR.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34761375/

Tiến sĩ Hei Leung, người bạn lớn và nhà khoa học kiệt xuất của IRRI qua đời

Nguồn: IRRI 20 October 2022

Dr. Hei Leung, nhà bệnh học thực vật và nhà di truyền học đáng kính của IRRI (International Rice Research Institute), qua đời vào ngày 15 tháng Mười năm 2022, tại Gabriola, Canada, ba tuần sau khi kỷ niệm sinh nhật lần thứ 67^th, vì căn bệnh ung thư.

Hei từng là chủ nhiệm chương trình nghiên cứu của IRRI về “Genetic Diversity and Gene Discovery” (Đa dạng di truyền và phát hiện gen đích); ông còn là phó chủ nhiệm chương trình “Comparative Genomics in the Generation Challenge Program” (Genom học so sánh trong thách thức thế hệ con lai). Ông là nhà khoa học kiệt xuất của IRRI được phong tặng “IRRI Principal Scientist” vào năm 2010 cho đến khi ông nghỉ hưu vào năm 2020.

Xem https://ricetoday.irri.org/hei-leung-renowned-former-irri-principal-scientist-passes-away/