Tuần tin khoa học 812 (07-13/11/2022)

Gen Pi-d2 diều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa

Pengfei Xie, Jia Liu, Ruisen Lu, Yanmei Zhang, Xiaoqin Sun. 2022. Molecular evolution of the Pi-d2 gene conferring resistance to rice blast in Oryza. Front Genet.; 2022 Sep 6; 13:991900. doi: 10.3389/fgene.2022.991900. 

Khai thác gen kháng bệnh (R) của cây trồng trong các chương trình cải tiến giống là một chiến lược nghiên cứu hiệu quả để quản lý các pathogens. Sự hiểu biết về biến thiên di truyền gen kháng R là cơ sở của luận điểm này. Bệnh đạo ôn lúa bởi nấm Magnaporthe oryzae, là bệnh hại nặng nề đối với sản xuất lúa. Gen kháng bệnh đạo ôn lúa Pi-d2 đại diện cho một lớp mới (new class) của gen kháng R bởi domain mới của nó có tính chất bên ngoài tế bào (novel extracellular domain). Người ta nghiên cứu tính đa hình trong nhân, topology có tính di truyền huyết thống và các thành phần định hình tiến hóa của gen Pi-d2 trong 67 mẫu giống lúa trồng và lúa hoang có quan hệ gần. Gen Pi-d2 có nguồn gốc rất sớm trong Poales và duy trì như một gen đơn mà không phát triển (expansion). Phát hiện cho thấy rằng những alen nhiễm Pi-d2 có thể được dẫn xuất từ sự thay thế của một nucleotide nào đó trong những alen kháng sau khi phân nhánh  subspecies của chi Oryza. Tính chất gen đa tính trạng mang chức năng rõ (functional pleiotropy) và các ảnh hưởng liên kết gen cho thấy có sự tiến hóa và sự sở hữu của những alen nhiễm bệnh trong quần thể cây lúa. Một bộ cặp mồi DNA được người ta phát triển từ các vị trí đa hình để tìm kiếm được đa hình nucleotide có chức năng (functional nucleotide polymorphism) quy định tính kháng bệnh của gen Pi-d2 trên cơ sở kết quả chạy PCR kinh điển. Mức độ đa dạng nucleotide  biến thiên giữa những domains khác nhau của gen Pi-d2, mà gen này có thể liên quan đến các chức năng hết sức đa dạng của từng domain của phản ứng cây lúa với bệnh đạo ôn. Chọn lọc định hướng (directional hoặc purifying) biểu thị bản chất trội (dominant) trong sự kiện tiến hóa ở mức độ phân tử của gen Pi-d2 được ghi nhận và biểu thị từng phần biến thiên di truyền mang chất bảo thủ.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36147495/

Di truyền hệ thống bài tiết type II của vi khuẩn P. psychrophila KM02 ảnh hưởng đến hàm lượng dầu hạt hồ tiêu và ngải giấm (gia vị)

Nguồn: Natalia Tomaś, Kamila Myszka, Łukasz Wolko. 2022. Black pepper and tarragon essential oils suppress the lipolytic potential and the type II secretion system of P. psychrophila KM02. Sci Rep.; 2022 Mar 31; 12(1):5487.  doi: 10.1038/s41598-022-09311-9.

Người tiêu dùng có nhu cầu ngày càng cao đối với nông sản tươi, chưa chế biến, an toàn và duy trì mức độ tươi ngon lâu của cá, hải sản, cho nên nghiên cứu sử dụng các chế phẩm thiên nhiên có tính chất “antimicrobials” như những phương tiện trung gian có tính chất bảo quản nông sản ấy, là điều hết sức thú vị. Mục tiêu của bài báo khao học này là đánh giá được ảnh hưởng của hàm lượng dầu cần thiết EOs (essential oils) của hạt tiêu (BPEO) và gia vị ngải giấm: tarragon (TEO), những hợp chất có tính chất bioactive của chúng là: limonene (LIM), β-caryophyllene (CAR), methyl eugenol (ME), và β-phellandrene (PHE) trên hoạt tính của lipolytic và hệ thống bài tiết type II (T2SS) của mẫu phân lập vi khuẩn trên cá Pseudomonas psychrophila KM02 (KM02) in vitro và trong điều kiện “fish model”. Kết quả phân tích quang phổ kế (spectrophotometric analysis) với  p-NPP reagent cho thấy có sự ức chế của lipolysis từ 11 đến 46%. Kết quả này được khẳng định lại bằng kỹ thuật RT-qPCR, theo mức độ biểu hiện của lipA, lipB, và những gen mã hóa protein T2SS gần như giảm xuống. Bổ sung marinade với BPEO và TEO góp phần làm ức chế sự tăng trưởng của KM02 trong suốt thời gian đóng gói chân không phi lê cá hồi (salmon fillets) so sánh với nghiệm thức đối chứng. Kết quả chạy trình tự toàn hệ gen WGS (whole-genome sequencing) cung cấp kiến thức về khả năng hỏng của KM02, một chi tiết quan trọng như hoạt động vi sinh vật gây hỏng (spoilage microorganism) mà hoạt động biến dưỡng của nóbị ức chế để duy trì được phẩm chất và an toàn thực phẩm của cá tươi trên thị trường.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35361821/

Di truyền tính kháng bệnh thối rễ đậu nành do Pythium irregulare và P. sylvaticum

Nguồn: Feng Lin, Wenlong Li, Austin G. McCoy, Kelly Wang, Janette Jacobs, Na Zhang, Xiaobo Huo, Shabir H. Wani, Cuihua Gu, Martin I. Chilvers & Dechun Wang. 20222. Identification and characterization of pleiotropic and epistatic QDRL conferring partial resistance to Pythium irregulare and P. sylvaticum in soybean. Theoretical and Applied Genetics October 2022; vol. 135: 3571–3582

Hình: Triệu chứng bệnh thối rễ đậu nành do Pythium.

QDRL điều khiển tính kháng bệnh thối rễ đậu nành có tính chất gen đa tính trạng (pleiotropic) và tương tác không alen (epistatic) của những gen số lượng; làm cho tính kháng có tính chất từng phần (partial resistance) đối với nhiều mẫu phân lập của Pythium irregulare và Pythium sylvaticum.

Bệnh thối rễ đậu nành do Pythium là bệnh quan trọng xảy ra ở giai đoạn cây non của đậu nành [Glycine max (L.) Merr.], một loài cây trồng quan trọng được trồng trên toàn thế giới để cung cấp protein và dầu thực vật. Pythium irregulare và P. sylvaticum là hai loài nấm phổ biến và tấn công mạnh nhất trong các loài của Pythium trên rễ đậu nành ở North Central U.S. Rất ít nghiên cứu được thực hiện từ trước đến nay để xác định di truyền tính kháng này để quản lý bệnh cây đối với hai pathogens nói trên. Người ta thực hiện một quần thê mapping (dẫn xuất từ cặp lai giữa E13390 x E13901) với 228 dòng con lai F4:5 cận giao tái tổ hợp; rồi sàng lọc kiểu hình cây kháng nấm có mẫu phân lập P. irregulare isolate MISO 11–6 và mẫu phân lập P. sylvaticum  C-MISO2-2–30 phục vụ yêu cầu “QDRL mapping”. Phân tích tương quan cho thấy tương quan thuận có ý nghĩa  giữa phản ứng đậu nành với 2 pathogens này, và một pleiotropic QDRL (qPirr16.1) đã được phân lập (di truyền đa tính trạng). Kết quả nghiên cứu sâu cho thấy qPirr16.1 biểu hiện kháng bởi tính trội (dominant) với nấm P. irregulare, nhưng kháng trên bản chất di truyền tính lặn với nấm P. sylvaticum. Hơn nữa, hai QDRL, qPsyl15.1, và qPsyl18.1 được xác định là di truyền kháng từng phần (partial resistance) với nấm P. sylvaticum. Kết quả phân tích sâu cho thấy tương tác không alen (epistatic interactions) giữa qPirr16.1 và qPsyl15.1 đối với RRW và DRX, trong khi đó qPsyl18.1 đóng góp đáng kể vào tính kháng RSE. Phân tích chỉ thị phân tử giúp chọn dòng kháng theo quần thể con lai F6:7 xác minh được tính kháng của qPirr16.1 với 4 mẫu phân lập bổ sung của P. irregulare . Hết sức bất ngờ, cho dù có tương tác epistatic của qPirr16.1 và qPsyl15.1 có thể được người ta xác định, sử dụng hai mẫu phân lập bổ sung của nấm P. sylvaticum, sự tương tác ấy biểu hiện bị ức chế đối với hai mẫu phân lập khác của P. sylvaticum. Mô hình ‘epistatic gene-for-gene’ ở đây giải thích được  tương tác epistatic có tính chất chuyên tính với mẫu phân lập (isolate-specific epistatic interactions). Sự tích hợp các gen QDRL vào dòng đậu nành cao sản có chứa tất cả những alen mong muốn đã và đang được tiến hành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04201-0

Di truyền  tính kháng bệnh đạo ôn lúa bởi gen Pita-Fuhui2663

Nguồn: Niqing He, Fenghuang Huang, Mingxiang Yu, Yebao Zhu, Qingshun Q Li, Dewei Yang. 2022. Analysis of a rice blast resistance gene Pita-Fuhui2663 and development of selection marker. Sci Rep.; 2022 Sep 1; 12(1):14917. doi: 10.1038/s41598-022-19004-y.

Bệnh đạo ôn lúa do nấm Magnaporthe oryzae gây ra. Ở đây, người ta đã xác định được một gen kháng từ giống lúa trồng Fuhui 2663 nó kháng với nấm đạo ôn có mẫu phân lập ký hiệu KJ201. Thông qua phân tích quần thể và phương pháp giải trình tự DNA, gen ứng cử viên được theo dõi định vị trên nhiễm sắc thể 12. Phương pháp “map-based cloning” cho thấy gen khángđược lập bản đổ ở quãng có độ lớn phân tử 80-kb chứa locus kháng của gen Pita. Ước đoán gen ứng cử viên và giải trình tự cDNA cho thấy rằng: gen đích trong giống lúa Fuhui 2663 allelic với gen Pita, nên người ta đặt ký hiện là Pita-Fuhui2663. Phân tích sâu cho thấy protein Fuhui 2663 có một thay đổi về amino acid: đó là gốc Ala (A) 918 trong Pita-Fuhui2663 được thay thế bởi Ser (S) trong Pita-S, làm cho sự thay đổi có ý nghĩa vê cấu trúc 3D của protein Pita-S. Thực hiện hệ thống CRISPR/Cas9 để  knockout chỉnh sửa gen, kết quả xác nhận rằng Pita-Fuhui2663 có chức năng điều khiển kiểu hình kháng của giống lúa Fuhui 2663. Quan trọng hơn là, Pita-Fuhui2663 không ảnh hưởng đến bất kỳ tính trạng nông học quan trọng nào khi so sánh với giống lúa mang gen Pita nhờ kết quả thí nghiệm knockout này, điều đó cho thấy tiềm năng ứng dụng gen Pita-Fuhui2663 trong chương trình cải tiến giống. Hơn nữa, marker chỉ thị Pita-Fuhui2663-dCAPS biểu thị rất tốt tính chuyên biệt và hiệu quả cao để phục vụ chọn giống nhờ chỉ thị phân tử, tìm dòng con lai kháng bệnh đạo ôn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36050368/

Hình: Bản đồ di truyền và bản đồ vật lý của gen Pita-Fuhui2663.