Tuần tin khoa học 822 (16-22/01/2023)

Tương tác lẫn nhau giữa cấu trúc và mùi thơm hạt cơm

Nguồn: Zihan Wang, Jun Wang, Xu Chen, Enpeng Li, Songnan Li, Cheng Li. 2022. Mutual Relations between Texture and Aroma of Cooked Rice-A Pilot Study. Foods; 2022 Nov 21;11(22):3738.  doi: 10.3390/foods11223738.

Cấu trúc (texture) và mùi thơm (aroma) là hai thuộc tính quan trọng của phẩm chất cơm, nhưng các mối quan hệ của chung với nhau không rõ ràng. Cơm có cấu trúc mong muốn (desirable texture) có thể biểu thị từ phẩm chất mùi thơm. Muốn hiểu rõ ràng hơn mối quan hệ lẫn nhau giữa texture và aroma, người ta tiến hành nghiên cứu 6 giống lúa khác nhau có phẩm chất cơm mong muốn, với phổ biểu hiện về cấu trúc và mùi thơm được định tính bởi máy “texture analyzer” và “gas chromatography-ion mobility spectrometry”, theo thứ tự. Có biến thiên lớn về thuộc tính texture và có tất cả 39 hợp chất quy định bay hơi hữu cơ từ kết quả quan sát đối với cơm của các giống lúa nói trên. Tương quan Pearson cho thấy: tính trạng cứng cơm tương quan thuận với hàm lượng E-2-hexenal, 2-hexanol-monomer, 1-propanol, và E-2-pentenal, trong khi tính trạng dính dẽo của cơm (stickiness) tương quan thuận với hàm lượng 5-methyl-2-furanmethanol và dimethyl trisulfide. Những cơ chế có thể có ở bên dưới được người ta thảo luận về tương quan như vậy. Kết quả này giúp cho ngành lúa gạo phát triển được sản phẩm đạt yêu cầu người tiêu dùng về cả texture và aroma.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9689002/

Tổng quan về di truyền và chọn giống cây sắn Manihot esculenta Crantz

Nguồn: Assefa B Amelework, Michael W Bairu. 2022. Advances in Genetic Analysis and Breeding of Cassava (Manihot esculenta Crantz): A Review. Plants (Basel); 2022 Jun 20; 11(12):1617.  doi: 10.3390/plants11121617.

Sắn (Manihot esculenta Crantz) là loài cây lương thức có tầm quan trọng hạng sáu trên thế giới, được tiêu dùng bởi 800 triệu người. Ở châu Phi, sắn là lương thực quan trọng đứng hạng nhì sau cây bắp; châu Phi là nơi sản xuất sắn lớn nhất thế giới. Cho dù sắn sắn không phải là nông sản chỉ lực của Nam Phi, nhưng nó đang trở thành cây trồng quen thuộc trong nhiều nông trại ở vùng không bị sương muối, do bản chất thích ứng khí hậu của nó. Điều này đã đòi hỏi phải xây dựng một chương trình nghiên cứu đa ngành tại Hội Đồng Nghiên Cứu Nông Nghiệp Nam Phi (Agricultural Research Council of South Africa). Mục tiêu của tổng quan này là tóm lược các tiến bộ đạt được trong phân tích di truyền và chọn giống sắn. Tổng quan đã lượt qua nghiên cứu sắn trên toàn thế giới, thảo luận nghiên cứu tìm ra giống năng suất cao, phẩm chất tốt, các tính trạng thích nghi của cây sắn. Người ta còn thảo luận những hạn chế và triển vọng của chương trình R&D để phát triển ngành sắn tại Nam Phi.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35736768/

Phổ biểu hiện gen ứng cử viên quy định kích thước hạt đậu phụng via Multi-OMICS

Nguồn; Yang Liu, Congyang Yi, Qian Liu, Chunhui Wang, Wenpeng Wang, Fangpu Han, Xiaojun Hu. 2022. Multi-Omics Profiling Identifies Candidate Genes Controlling Seed Size in Peanut. Plants (Basel); 2022 Nov 28; 11(23):3276. doi: 10.3390/plants11233276.

Tính trạng kích thước hạt (seed size) là thành phần quyết định năng suất chủ yếu, là tính trạng mục tiêu quan trọng được chọn lọc trong cải tiến giống đậu phụng. Tuy nhiện, cơ chế điều tiết kích cỡ hạt đậu phụng vẫn chưa được biết rõ. Hai đột biến dòng đậu phụng có kích thước hạt to được xác định trong nghiên cứu này bằng xử lý phóng xạ ⁶⁰Co trên một giống bản địa, Huayu 22, người ta ký hiệu là dòng đột biến "big seed" (hybs). Chiều dài và khối lượng hạt trong dòng hybs khoảng 118% và 170% so với giống khởi thủy (WT: wild-type), thoe thứ tự.  Người ta tiếp cận phương pháp multi-omics để xác định locus của hệ gen cây đậu phụng mang hybs mutants. Người ta hoàn thiện kết quả bằng WGS (whole genome sequencing) giống WT và dòng đột biến hybs, rồi phân lập được hàng nghìn variants có ảnh hưởng lớn (chỉ thị SNPs và InDels) chúng xuất hiện trong khoảng 400 gen của dòng đột biến hybs. Hạt đậu phụng của WT và hybs được lấy mẫu 20 ngày sau trổ bông (DAF: days after flowering) và được sử dụng để chạy RNA-Seq; kết quả cho thấy có khoảng một nghìn DEGs biểu hiện cao (differentially expressed genes) trong dòng hybs so với WT. Người ta sử dụng phương pháp kết hợp lại “large-effect variants” với “DEGs”, xác định được 45 gen ứng cử viên tiềm năng, chúng chia sẻ các đột biến gen và mức độ biểu hiện hết sức thay đổi trong dòng hybs so với WT. Trong các gen ấy, có 2 gen ứng cử viên mã hóa protein với thuật ngữ khoa học là “cytochrome P450 superfamily protein” và “NAC transcription factors” có thể được gắn với tính trạng kích thước hạt tăng lên trong dòng đột biến hybs. Những kết quả tìm thấy hiện nay cung cấp nguồn thông tin mới về phân lập và nghiên cứu chức năng gen ứng cử viên điều khiển kiểu hình tính trạng kích thước hạt lớn của đậu phụng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36501316/

NLRs trong hệ thống tự vệ và effector của hệ gen cây lúa

Nguồn: Keran Zhai, Di Liang, Helin Li, Fangyuan Jiao, Bingxiao Yan, Jing Liu, Ziyao Lei, Li Huang, Xiangyu Gong, Xin Wang, Jiashun Miao, Yichuan Wang, Ji-Yun Liu, Lin Zhang,  Ertao Wang, Yiwen Deng, Chi-Kuang Wen, Hongwei Guo, Bin Han, Zuhua He. 2022. NLRs guard metabolism to coordinate pattern- and effector-triggered immunity. Nature; 2022 Jan; 601(7892):245-251.  doi: 10.1038/s41586-021-04219-2. 

PTI (pattern-triggered immunity) và ETI (effector-triggered immunity) trong cây cho phép thực vật  phản ứng lại khi bị pathogens xâm nhiễm bằng cách kích hoạt để sản xuất ra các chất biến dưỡng có tính chất tự vệ; các chất ấy điều hòa những phản ứng miễn dịch (orchestrate immune responses). Làm thế nào sản sinh ra các chất biến dưỡng như vậy bởi những thụ thể miễn dịch (immune receptors) và liên lạc với bản chất tính kháng phổ rộng; tất cả còn rất mơ hồ. Công trình nghiên cứu khoa học này xác định deubiquitinase PICI1 chính là một immunity hub đối với PTI và ETI trong cây lúa (Oryza sativa). PICI1 deubiquitinates ổn định được methionine synthetases để kích hoạt miễn dịch theo bản chất methionine chủ yếu thông qua sinh tổng hợp phytohormone ethylene. PICI1 được các effector của nấm gây bệnh đạo ôn nhắm đến để  phân giải nó, bao gồm AvrPi9, làm bất hoạt PTI. NBD (nucleotide-binding domain), NLRs (leucine-rich-repeat-containing receptors) trong hệ thống miễn dịch cây trồng, ví dụ như PigmR, bảo vệ PICI1 không bị thoái hóa do effector của nấm đạo ôn để khởi động lại hoạt động methionine-ethylene cascade. Biến thiên di truyền trong tự nhiên của gen PICI1 đóng góp rất đáng kể vào sự đa dạng tính kháng bệnh đạo ôn giữa loài phụ indica và japonica. Do đó, NLRs khống chế một arms race có những effectors, thông qua kiểu hình cạnh tranh (competitive mode) che khuất lộ trình biến dưỡng chất cần thiết để bảo vệ cây lúa, rồi đồng loạt khởi động PTI với ETI, đảm bảo tính kháng phổ rộng diễn ra.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34912119/

Di truyền lúa chống chịu lạnh bởi COLD11

Nguồn: Zhitao Li1, Bo Wang,  Wei Luo, Yunyuan Xu, Jinjuan Wang, Zhihui Xue, Yuda Niu,  Zhukuan Cheng, Song Ge, Wei Zhang, Jingyu Zhang, Qizhai Li, Kang Chong. 2023. Natural variation of codon repeats in COLD11 endows rice with chilling resilience. Science Advances; January 6 2023; Vol.9, Issue 1.

Nhiệt độ bất thường bởi biến đổi khí hậu cực đoan đe dọa sản lượng lúa trên toàn thế giới. Hệ thống truyền tín hiệu bảo vệ đối với lạnh (chilling) vẫn chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, có một ít nghiên cứu nói về sự sửa lỗi DNA khi bị tổn thương từ kết quả tự vệ quá sức (overwhelmed defense) và sự tiến hóa của nó trong giai đoạn thuần hóa. Ở đây, người ta phân lập di truyền một QTL chủ lực mang tên COLD11, thông qua phương pháp “data-merging genome-wide association” trên cơ sở thuật toán kết hợp với cơ sở dữ liệu “polarized” của hai loài phụ indica và japonica, biến thành một hệ thống. Đột biến cây lúa theo kiểu “loss-of-function” gen COLD11 tạo ra kết quả làm giảm tính chống chịu lạnh (chilling tolerance). Phân tích “genome evolution” của tập đoàn giống lúa đại diện cho thấy rằng số trình tự mang GCG ở exon đầu tiên của gen COLD11 bị khống chế để chọn lọc thuần hóa mạnh mẽ (strong domestication selection) trong thời kỳ mở rộng vùng trồng lúa ở phía Bắc. Số lần lập lại hoạt động sinh hóa của những protein sửa lỗi DNA (DNA repair protein): COLD11/RAD51A1 khi làm mới lại những DNA tổn thương trong stress lạnh giá. Kết quả tóm lược những thành tựu để thao tác hiệu quả gen đích trong hệ gen cây lúa và cải tiến một cách hiệu quả tính chống chịu lạnh giá trong qua thiết kế chỉ thị phân tử.

Xem https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq5506

“Data-merging GWAS” đối với tính trạng chống chịu lạnh của cây lúa trong phân tích riêng đối với indica và japonica làm đối chứng.