Tuần tin khoa học 817 (12-18/12/2022)

Quản lý sâu hại bắp Spodoptera frugiperda bằng phương pháp IPM & giống kháng

Nguồn: Boddupalli M. Prasanna, Anani Bruce, Yoseph Beyene, Dan Makumbi, Manje Gowda, Muhammad Asim, Samuel Martinelli, Graham P. Head & Srinivas Parimi. 2022. Host plant resistance for fall armyworm management in maize: relevance, status and prospects in Africa and Asia. Theoretical and Applied Genetics Nov. 2022; vol. 135: 3897–3916

Quản lý bền vững sâu xanh FAW (fall armyworm) trên cây bắp cần phải có chiến lược quản lý tổng hợp rất hiệu quả (IPM), thông qua tính kháng sâu của giống bắp như một yếu tố quyết định. Những cơ gội khác đóng góp có ý nghĩa là phát triển và khai thác những giống bắp ưu việt có nguồn kháng di truyền từ giống bản địa và/hoặc tính kháng được chuyển từ nguồn di truyền khác (transgenic) để quản lý FAW tại châu Phi và châu Á.

Sâu xanh FAW (fall armyworm: Spodoptera frugiperda (J.E. Smith)) đã và đang hiện diện rộng khắp như tác nhân gây hại nghiêm trọng kể từ năm 2016 tại châu Phi, và từ năm 2018 tại châu Á, ảnh hưởng đến an ninh lương thực và an sinh xã hội của hàng triệu nông dân sản xuất nhỏ, đặc biệt canh tác bắp. Kiểm soát bền vững sâu FAW cần phải thực hiện hiệu qua IPM, trong đó, tính kháng của cây chủ là một trong những thành tố then chốt. Những bước tiến dài có ý nghĩa trong cải tiến giống bắp cao sản ưu việt và giống bắp ưu thế lai với tính kháng di truyền nội sinh đối với sâu FAW tại châu Phi, trên cơ sở ngân hàng gen biểu thị tính kháng sâu hại mạnh mẽ vùng nhiệt đới đã được phát triển bởi CYMMIT (International Maize and Wheat Improvement Center), Mexico. Những nỗ lực đáng trân trọng ấy đã phát triển và khai thác được nhiều giống bắp cao sản ưu việt với tính kháng hay chống chịu được sâu FAW có tính chất nội sinh và biểu hiện nhiều tính trạng thích ứng với sự ưa thích của nông dân đối với đa dạng sinh thái canh tác của châu Phi và châu Á. Riêng về giống bắp biến đổi gen, giống bắp mang gen ngoại lai Bt  biểu thị tính kháng với sâu FAW đang được thương mại hóa tại châu Phi, và một vài nước ở châu Á như Philippines, Việt Nam, trong khi đó, mọi nỗ lực vẫn đang tiếp tục thương mại hóa cây sự kiện Bt tại nhiều quốc gia khác của hai châu lục này. Trong những nước đang trồng giống bắp Bt được thương mại hóa, điều quan trọng là phải thực hiện một chiến lược quản lý tính kháng sâu hại trên quy mô lớn. Kết hợp chiến lược khai thác nguồn “native genetic resistance” và nguồn di truyền ngoại lai Bt, giống bắp còn được khai thác theo lộ trình biểu thị tính kháng sâu hại bền vững hơn và hiệu quả hơn. Người ta còn phác thảo những thiếu sót có tính chất cực trọng (critical gaps) và xác lập mức độ ưu tiên đối với tính kháng của cây chủ, rồi phát triển giống bắp, đặc biệt là trong ngữ cảnh “quản lý sâu FAW bền vững” tại châu Phí và châu Á.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04073-4

THP9 làm tăng cường protein hạt bắp và hiệu quả sử dụng phân N

Nguồn: Yongcai Huang, Haihai Wang, Yidong Zhu, Xing Huang, Shuai Li, Xingguo Wu, Yao Zhao, Zhigui Bao, Li Qin, Yongbo Jin, Yahui Cui, Guangjin Ma, Qiao Xiao, Qiong Wang, Jiechen Wang, Xuerong Yang, Hongjun Liu, Xiaoduo Lu, Brian A. Larkins, Wenqin Wang & Yongrui Wu. 2022. THP9 enhances seed protein content and nitrogen-use efficiency in maize. Nature; Article; Published: 16 November 2022.

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05441-2

Teosinte, tổ tiên hoang dã của cây bắp trồng (Zea mays subsp. mays), hàm chứa gấp ba lần lượng protein trong hạt so với giống bắp cận giao cải tiến và giống bắp lai, nhưng những cơ chế nào làm ra kết quả như vậy vẫn chưa được biết rõ. Ở đây, các tác giả công trình khoa học này sử dụng trio binning để tạo nên hệ thống “contiguous haplotype DNA sequence of a teosinte” (Zea mays subsp. parviglumis). Thông qua kỹ thuật “map-based cloning”, họ phân lập được một locus chủ lực mã hóa tính trạng hàm lượng protein cao trong  hạt bắp, gen TEOSINTE HIGH PROTEIN 9 (THP9), định vị trên nhiễm sắc thể 9. THP9 mã hóa một enzyme mang tên “asparagine synthetase 4” nó biểu hiện rất mạnh mẽ trong nguồn bắp teosinte, nhưng không có trong giống bắp cận giao B73, trong đó, một mất đoạn (deletion) ở phân tử intron số 10 của gen THP9-B73 gây ra “splicing” không chính xác của phân tử transcript THP9-B73. Kết quả biểu hiện transgenic của gen THP9-teosinte trong giống bắp B73 tăng lên đáng kể hàm lượng protein của hạt bắp. Du nhập gen THP9-teosinte vào giống bắp cận giao cải tiến và giống bắp lai cao sản đã thúc đẩy mạnh mẽ sự tích tụ các amio acid tự do, đặc biệt là asparagine, trong toàn thân cây, và làm gia tăng hàm lượng protein hạt bắp mà không ảnh hưởng gì đến năng suất. THP9-teosinte dường như làm tăng hiệu quả sử dụng phân N (nitrogen-use efficiency: NUE), sự tăng hiệu quả này rất quan trọng để đạt năng suất cao trong điều kiện canh tác bón ít phân N.

Xem https://www.nature.com/articles/s41586-022-05441-2

Chọn tạo giống đậu nành cao sản kháng bệnh – triển vọng toàn cầu

Nguồn: Feng Lin, Sushil Satish Chhapekar, Caio Canella Vieira, Marcos Paulo Da Silva, Alejandro Rojas, Dongho Lee, Nianxi Liu, Esteban Mariano Pardo, Yi-Chen Lee, Zhimin Dong, Jose Baldin Pinheiro, Leonardo Daniel Ploper, John Rupe, Pengyin Chen, Dechun Wang & Henry T. Nguyen. 2022. Breeding for disease resistance in soybean: a global perspective. Theoretical and Applied Genetics November 2022; vol. 135: 3773–3872

Bài tổng quan này cung cấp cho chúng ta một atlas về những QTLs, gen và alen có liên quan đến tính kháng của  28 bệnh quan trọng trên tất cả vùng trồng đậu nành chính của thế giới.

Cải tiến giống đậu nành cao sản [Glycine max (L.) Merr.]  kháng bệnh hại chính là mục tiêu chung của các chương trình lai tạo giống đậu nành nhằm đảm bảo sự bền vững và sự tăng trưởng của sản lượng đậu nành trên toàn thế giới. Tuy nhiên, do biến đổi khí hậu cực đoan, các nhà chọn giống đậu nành đang đối mặt với những thách thức to lớn là chiến thắng bệnh hại. Chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) và sàng lọc di tuyền (genomic selection) đã và đang chứng minh được sự thành công của phương pháp ấy trong tích hợp nhanh cho1ngti1nh kháng ngang và tính kháng dọc vào những giống đậu nành cao sản, trong khi, tính kháng dọc liên quan đến các gen R và ảnh hưởng chính của QTLs, thì tính kháng ngang và một phối hợp của các gen hoặc QTLs có tính chất chủ lực và thứ yếu. Bài tổng quan này tóm lược lại có hơn 800 loci/alleles kháng bệnh và những markers của chúng liên kết rất chặt chẽ với gen đích; đối với 28 bệnh đậu nành liệt kê trên toàn thế giới, bệnh được gây ra bởi nematodes, oomycetes, nấm, vi khuẩn, và viruses. Những điểm đột phá chính trong nghiên cứu atlas của gen kháng bệnh trên cây đậu nành còn được nhấn mạnh với các điểm như sau: (1) phân lập và định tính các gen kháng dọc rhg1 và Rhg4 đối với cyst nematode, và khai thác những cơ chế điều tiết gen biểu hiện thông qua biến thiển số bản sao chép; (2) phương pháp “map-based cloning” và định tính gen Rps11 liên quan đến tính kháng 80% mẫu phân lập của nấm Phytophthora sojae trên toàn vùng trồng đậu nành Hoa Kỳ. Trong tổng quan này, người ta tóm lược những QTLs được minh chứng rõ ràng trong vùng chồng lấp nhau của hệ gen cây đậu nành, có ít nhất hai nghiên cứu về nội dung này và kết quả được áp dụng để định danh những QTLs. Tổng quan cung cấp một tóm tắt rất đầy đủ về gen/QTL điều khiển tính kháng bệnh hại quan trọng trên đậu nành; nó có thể được sử dụng như một toolbox phục vụ cải tiến giống đậu nành. Sau cùng, kiến thức di truyền được tóm lược ở đây đã làm sáng tỏ những định hướng trong tương lai chương trình cải tiến giống đậu nành và những nghiên cứu về dịch mã hệ gen đậu nành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04101-3

Chỉnh sửa gen Glyma05g29080 giúp đậu nành kháng bệnh “white mold”

Nguồn: Yunfang Zhang, Laureen Blahut-Beatty, Suqin Zheng, Steven J. Clough, Daina H. Simmonds. 2022. The role of soybean 14-3-3 gene (Glyma05g29080) on white mold resistance and nodulation investigations using CRISPR-Cas9 editing and RNA silencing. APS Publication, 25 Nov 2022. https://doi.org/10.1094/MPMI-07-22-0157-R

Vai trò của gen “14-3-3” (Glyma05g29080) trong phản ứng tự vệ của cây đậu nành chống lại bệnh “white mold” (hình chụp) và trong sự hình thành nốt rễ  (nodulation) được người ta nghiên cứu thông quan đột biến có chủ đích kiểu “loss-of-gene-function”, hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 và kỹ thuật RNAi silencing. Áp dụng phương pháp chuyển nạp bằng súng bắn gen (particle bombardment) nhằn dung nạp hệ thống cassette biểu thị CRISPR tại vị trí đích của hệ gen cây đậu nành “14-3-3 gene” và người ta thiết kế một RNAi làm câm gen trong khi phiên mã. Sự chuyển vị của vị trí 14-3-3 gen được chỉnh sửa và vector RNAi được người ta xác định thông qua con lai có biểu hiện tương ứng. Những cây transgenic hồi phục tốt và những con lai của chúng trở nên nhiễm bệnh đáng kể với sự xâm nhiễm của Sclerotinia sclerotiorum. Điều này cho thấy có sự giảm đáng kể khả năng tạo nốt sần, xác định được vai trò của gen 14-3-3 (Glyma05g29080) trong cả tính trạng tạo nốt sần và khả năng tự vệ của cây đậu nành.

Xem https://apsjournals.apsnet.org/doi/epdf/10.1094/MPMI-07-22-0157-R

Hình 1. Chỉnh sửa gen Glyma05g29080.