Tuần tin khoa học 824 (30/01-05/02/2023)

Cơ chế phân tử tính chống chịu thiếu lân của cây lúa

Nguồn: Hong Lu, Fei Wang, Yan Wang, Rongbin Lin, Zhiye Wang, Chuanzao Mao. 2022. Molecular mechanisms and genetic improvement of low-phosphorus tolerance in rice. Plant Cell Environ.; 2022 Oct 8.; doi: 10.1111/pce.14457. 

Phosphorus (P) là đại phân tử rất cần cho cây tăng trưởng và phát triển. Orthophosphate (Pi), dạng P ưa thích của cây lúa hấp thu, rất dễ dàng bị cố định trong đất, làm thành thể loại lân không hữu dụng cho cây. Nguồn tài nguyên tự nhiên “phosphate rock” hạn chế, hiệu quả sử dụng phân lân thấp và yêu cầu ngày càng cao đối với sản xuất nông nghiệp xanh làm cho lân trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, người ta phải làm rõ những cơ chế phân tử về phản ứng của cây lúa với tình trạng thiếu lân và cải tiến hiệu quả sử dụng lân của cây lúa. Hơn 20 năm qua, người ta ghi nhận có tiến bộ vĩ đại trong hiểu biết cơ chế điều tiết của phản ứng cây lúa đối với sự đói lân (P starvation response). Tổng quan này tổng hợp lại nghiên cứu gần đây nhất về cơ chế của “Pi acquisition”, sự vận chuyển và phân phối từ bộ rễ lúa đến chồi thân; sự tái phân bố Pi và tái sử dụng trong giai đoạn cây lúa phát dục; những cơ chế phân tử của  sự kiện cộng sinh có thuật ngữ chuyên môn là “arbuscular mycorrhizal symbiosis” trong cây lúa (Oryza sativa L.) khi xử lý nghiệm thức thiếu Pi. Bên cạnh đó, người ta thảo luận nhiều chiến lược làm sao tăng cường được hiệu quả sử dụng P và nâng cao năng suất lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36208118/

Tăng cường hiệu quả chọn lọc giống đậu cô ve (Phaseolus vulgaris)

Nguồn: Jennifer Lin, Vivi Arief, Zulfi Jahufer, Juan Osorno, Phil McClean, Diego Jarquin & Valerio Hoyos-Villegas. 2023. Simulations of rate of genetic gain in dry bean breeding programs. Theoretical and Applied Genetics January 2023; vol. 136: 1–22

Một nghiên cứu có tính chất tham chiếu (reference study) của các nhà chọn giống nhằm mục đích tối đa hóa hiệu quả chọn lọc (genetic gain) giống đậu cô ve. Tùy the hệ số di truyền tính trạng và kiến trúc di truyền, những phương pháp tiếp cận kinh điển có thể cung cấp được tiến bộ nhất định  theo khung chương trình.

Cây “dry beans”, đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) là loài họ Đậu có mức độ dinh dưỡng cao được nhân dân các nước đang phát triển và nước công nghiệp tiêu dùng phổ biến trên toàn thế giới. Tiến bộ cải tiến giống cây trồng này vẫn đều đặn phát triển. Tuy nhiên, với tốc độ gia tăng dân số toàn cầu, người ta cần phải tăng cường hiệu quả chọn lọc giống cải tiến. Các nhà chọn giống đang ở tuyến đầu của chiến lược gia tăng năng suất giống đậu cô ve. Theo các chương trình lai tạo giống mới, người ta cần có cả thời gian và nguồn tài nguyên (time-consuming and resource intensive), sự cung cấp tài nguyên phải được xem xét một cách thận trọng. Muốn giúp đỡ thật sự các nhà chọn giống, các mô phỏng toán học (computer simulations) có thể được thiết lập để làm nên thông tin hữu ích mà những thứ đó có thể ứng dụng trong thế giới thật của chúng ta. Nghiên cứu này đanh giá được nhiều kịch bản chọn giống khác nhau (multiple breeding scenarios) của cây đậu cô ve, bao gồm 5 chiến lược chọn lọc, ba khung chương trình lai tạo giống (breeding frameworks), 4 tập đoàn nguồn giống bố mẹ khác nhau. Bên cạnh đó, những kịch bản cải tạo giống được tiến hành trên ba tính trạng nông học: ngày trổ bông, chống chịu bệnh “white mold”, và năng suất hạt. Kết quả nghiên cứu phản ánh mức độ phức tạp của những chương trình lai tạo giống ấy, với kịch bản chọn giống tối ưu qua những tính trạng được chọn lọc. Giá trị tương đối của “genetic gains” từng chu kỳ đạt 8.69% đối với năng suất hạt trong kịch bản chọn giống tối ưu (optimal breeding scenario). Phân tích PCA (principal component analyses) cho thấy mức độ tương đồng giữa các chiến lược lai tạo giống, trong đó phương pháp SSD (single seed descent) và phương pháp phả hệ cải biên (modified pedigree) luôn luôn là phương pháp tích hợp (aggregate). Những clusters trong hướng đi của phương trình toán “Hamming distance eigenvector” là “indicator” rất tốt của hiệu suất kém trong một chiến lược chọn giống nào đó.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04244-x

Gỡ rối trong tương tác giữa ký chủ (lúa) và ký sinh (nấm đạo ôn) thông qua effector

Nguồn: Yu Sugihara, Yoshiko Abe, Hiroki Takagi, Akira Abe, Motoki Shimizu, Kazue Ito, Eiko Kanzaki, Kaori Oikawa, Jiorgos Kourelis, Thorsten Langner, Joe Win, Aleksandra Białas, Daniel Lüdke, Mauricio P Contreras, Izumi Chuma, Hiromasa Saitoh, Michie Kobayashi, Shuan Zheng, Yukio Tosa, Mark J Banfield, Sophien Kamoun, Ryohei Terauchi, Koki Fujisaki. 2023. Disentangling the complex gene interaction networks between rice and the blast fungus identifies a new pathogen effector. PLoS Biol.; 2023 Jan 19; 21(1):e3001945.  doi: 10.1371/journal.pbio.3001945.

Nghiên cứu tập trung vào những sinh vật đơn thuần có thể thất bại để xác định được các mạng lưới liên quan đến tương tác giữa ký chủ và ký sinh trong học thuật “gene-for-gene”. Ở đây, người ta tích hợp các phân tích di truyền của cây lúa (Oryza sativa, ký chủ) và nấm gây bệnh đạo ôn lúa (Magnaporthe oryzae, ký sinh), rồi mở ra cách ghi nhận một pathogen mới nào đó hết sức chuyên tính trong cây lúa của domain “nucleotide-binding” và NLR (leucine-rich repeat protein), thụ thể miễn dịch Pik (immune receptor Pik), chúng hình thành nền tảng tính kháng với M. oryzae biểu hiện gen “avirulence effector” mang tên “AVR-Pik”. Piks-1 trong cây lúa, được mã hóa bởi một alen Pik-1, ghi nhận một “effector” chưa được báo cáo trước đây, mã hóa bởi gen không độc tính AVR-Mgk1 của nấm M. oryzae, gen này được tìm thấy trong “mini-chromosome”. AVR-Mgk1 không có sự giống nhau về trình tự với “AVR-Pik effectors” được biết; nó thiên về kết quả mất đoạn (prone to deletion) từ mini-chromosome được hình thành nên bởi trình tự có tính chất lập lại mang tên “Inago2 retrotransposon”. AVR-Mgk1 bị hủy bởi Piks-1 và bở những alen khác “Pik-1” để nhận biết những effectors của AVR-Pik; Sự nhận biết nhờ AVR-Mgk1 gắn kết với domain tích hợp mang tên HMA (heavy metal-associated) của Piks-1 và những alen khác “Pik-1”. Kết quả nghiên cứu tóm lược tính chất phức tạp của hệ thống mối tương tác “gene-for-gene”. Kết quả có thể được gỡ rối bởi áp dụng “forward genetics” đồng một lúc cả ký chủ và ký sinh. Các tác giả công trình này đã minh chứng được sự đồng tiến hóa một cách tích cực giữa  domain tích hợp NLR và nhiều họ protein có tính chất của effector.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36656825/

Giống bắp kháng thuốc cỏ tại Trung Quốc

Nguồn: Xiaoxing Yu , Yongzheng Sun, Chaoyang Lin , Pengfei Wang, Zhicheng Shen and Yu Zhao. 2023. Development of Transgenic Maize Tolerant to Both Glyphosate and Glufosinate. AGRONOMY 2023, 13: 226. https://doi.org/10.3390/agronomy13010226

Cây trồng biến đổi gen (GM) chống chịu với thuốc diệt cỏ glyphosate đã và đang phát triển mang lại lợi ích đáng kể về kinh tế trong các trang trại sản xuất lớn. Tuy nhiên, sự tiến triển tính kháng thuốc glyphosate trong quản lý cỏ dại do người ta sử dụng quá mức lâu dài đặt ra mối hiểm họa hết sức nghiêm trọng. Tại Trung Quốc, người ta khai thác giống bắp chuyển gen kháng thuốc cỏ từ rất sớm khi có thành tựu này trên thế giới để quản lý cỏ dại trên đồng ruộng có quy mô lớn. Ở đây, người ta báo cáo kết quả sáng tạo và định tính sự kiện bắp chuyển gen chống chịu thuốc cỏ “event SCB-29” biểu hiện được cả gen “cp4 epsps” và gen “bar”. Giống bắp transgenic này chống chịu với glyphosate đến mức độ 3600 g a.e. ha⁻¹ và chống chịu glufosinate đến mức độ 3600 g a.i. ha⁻¹, gấp bốn lần mức độ khuyến cáo đối với hai loại thuốc diệt cỏ này. SCB-29 là giống bắp sự kiện chỉ có bản sao đơn (single copy) của T-DNA chèn vào nhiễm sắc thể 10 trong hệ gen cây bắp. Phương pháp tìm giống sự kiện này bằng xét nghiệm PCR được thiết kế đặc biệt, ba thế hệ của SCB29 được tìm thấy bởi “specific PCR” như vậy, kết quả gợi ra rằng những transgenes này rất ổn định  khi dung hợp vào hệ gen cây bắp. Kết quả phân tích mức độ biểu hiện gen đích cho thấy các transgenes của cây bắp thuộc nhiều thế hệ thông qua xét nghiệm có thuật ngữ khoa học là “enzyme-linked immunosorbent assays”. Chúng biểu hiện một cách ổn định qua các thế hệ khác nhau. Hơn nữa, các tính trạng nông học mong muốn của SCB-29 gần như giống nhau với giống bắp đối chứng không chuyển gen, chứng tỏ: SCB-29 không có những liên kết không mong muốn với năng suất (yield drag). SCB-29 là ứng cử viên xuất sắc chống chịu được thuốc cỏ, giống bắp sự kiện này được phát triển tiếp tục  thành giống thương mại.

Xem file:///C:/Users/Admin/Downloads/agronomy-13-00226.pdf