Tuần tin khoa học 826 (13-19/02/2023)

Kết hợp bản đồ di truyền “linkage” và bản đồ “association” của các tính trạng liên quan đến hình thái lá bắp; gen đích là Zm00001d026491

Nguồn: Wei Dai, Hong Yu, Kai Liu, Yujuan Chengxu, Jiaquan Yan, Chen Zhang, Na Xi, Hao Liu, Chaoyang Xiangchen, Chaoying Zou, Minyan Zhang, Shibin Gao, Guangtang Pan, Langlang Ma & Yaou Shen. 2023. Combined linkage mapping and association analysis uncovers candidate genes for 25 leaf-related traits across three environments in maize. Theoretical and Applied Genetics January 2023; vol. 136: 1–14 

Phân tích di truyền nhờ bản đồ liên kết (linkage) và phối hợp (association) cho thấy có tất cả 5 loci đích tương tác rõ ràng với môi trường. Gen chủ chốt là Zm00001d026491 được minh chứng có ảnh hưởng đáng kể đế chiều dài lá, theo phân tích gen ứng cử viên của phương pháp “association analysis”.

Hình thái học lá bắp và số lá xác định cấu trúc tán lá, có ảnh hưởng nhất định đến năng suất hạt. Ở đây, cơ cở di truyền và những gen chủ lực của 25 tính trạng hình thái học lá bắp  như chiều dài lá (LL), chiều rộng lá (LW), diện tích lá (LA) của 8 lá bắp mọc liên tục phía dưới cờ bắp (tassel), và số lá bắp phía trên hoa cái (primary ear: LAE), được xem xét thông qua tập đoàn giống bắp trong phân tích “association” và thông qua quần thể con lai “biparental”. Sử dụng con lai quần thể đơn bội kép giữa các tổ hợp lai B73 × Mo17 (IBM) Syn10 (DH: quần thể đơn bội kép), người ta xác định 290 QTLs điều khiển các tính trạng này thông qua dữ liệu thu thập từ nhiều ruộng thí nghiệm khác nhau, trong đó, có 115 QTLs được xác định có tính chất lập lại ở mỗi cá thể tại ít nhất 2 môi trường khác nhau. Sử dụng tập đoàn giống vật liệu “association”, có 165 chỉ thị phân tử SNPs mang tính chất “unique” (độc nhất) gắn với tính trạng mục tiêu (P < 2.15E-06), trong đó, 35 chỉ thị được tìm thấy riêng biệt trong từng môi trường ruộng thí nghiệm khác nhau. Nhìn chung, có 42 QTL mang tính chất đa tính trạng (pleiotropic QTL) đối với những chỉ thị SNPs (pQTL/SNPs) đáp ứng với ít nhất 2 tính trạng của những tính trạng chính: LL, LW, LA, và LAE qua các môi trường khác nhau. Kết hợp phương pháp “QTL mapping” và phương pháp phân tích “association”, người ta tìm thấy 5 chỉ thị SNPs có tính chất “unique” định vị trên quãng phân tử đáng tin cậy mang gen đích là 7 QTLs, và có 77 gen được phân lập trên cơ sở vùng mang tính chất LD (linkage disequilibrium) của những loci đồng vị trí SNP. Nghiên cứu GWAS xác định được những biến thể mang tính chất “intragenic” của gen ứng cử viên Zm00001d026491 ảnh hưởng đến tính trạng LL của lá thứ ba từ lóng thân đầu tiên (top node). Kết quả này sẽ cung cấp thông tin cập nhật để người ta hiểu rõ hơn cơ sở di truyền của các tính trạng hình thái lá bắp, giúp người ta canh tác giống bắp theo kiến trúc cây lý tưởng để đạt hiệu quả quang hợp mong muốn.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04285-2

Yếu tố phiên mã R2R3 MYB và gen SbMYBHv33 điều tiết tính trạng tích lũy sinh khối và chống chịu mặn của cây cao lương

Nguồn:Hongxiang Zheng, Yinping Gao, Yi Sui, Yingying Dang, Fenghui Wu, Xuemei Wang, Fangning Zhang, Xihua Du & Na Sui. 2023.  R2R3 MYB transcription factor SbMYBHv33 negatively regulates sorghum biomass accumulation and salt tolerance. Theoretical and Applied Genetics Jan. 2023; vol. 136: 1–14

SbMYBHv33 điều tiết tính trạng tích lũy sinh khối và chống chịu mặn một cách tiêu cực trong cây cao lương và cây Arabidopsis thông qua sự điều tiết ROS (reactive oxygen species) và mức độ ion biểu hiện.

Stress do mặn là một trong những loại trình stress phi sinh học làm giảm năng suất cây trồng trên toàn thế giới. Cây trồng đã và đang tiến hóa thích ứng với các chu trình điều tiết sinh học để chống chịu được những khắc nghiệp của ngoại cảnh. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định yếu tố phiên mã của gen SbMYBHv33 mà nó điều tiết theo kiểu “down” khi phản ứng với mặn, khô hạn, và abscisic acid (ABA) trong các dòng cao lương tự phối chịu mặn: “dòng M-81E”. Những phát hiện này cho thấy có sự biểu hiện mạnh mẽ của SbMYBHv33 trong cây cao lương làm suy giảm sự tích tụ sinh khối ở giai đoạn cây non, cũng như tính chống chịu mặn. Do đó, một thao tác chuyển nạp “heterologous” được thực hiện trên cây cây Arabidopsis với gen chuyển SbMYBHv33 cho kết quả kiểu hình giống nhau. Kết quả “loss of function” cây Arabidopsis có gen tương đồng  (homolog) SbMYBHv33 làm cho rễ mọc dài hơn, tính chống chịu mặn tăng lên. Trong những điều kiện bình thường, sự biểu hiện mạnh mẽ SbMYBHV33 làm tăng cường sự biểu hiện của các gen trong lộ trình ABA của cao lương và ức chế nó tăng tăng trưởng. Trong điều kiện có stress mặn, sự biểu hiện gen SbMYBHV33 làm suy giảm trong các dòng biểu hiện gen mạnh, Việc tăng cường hoạt động gen như vậy trong lộ trình ABA đã bị tiết giảm rất đáng kể. Đây là lý do quan trọng đối với khác biệt giữa tăng trưởng và tính kháng stress của cao lương biểu hiện mạnh mẽ SbMYBHv33 và cây Arabidopsis biểu hiện lệch (ectopic expression). Do đó, SbMYBHv33 là thành phần quan trọng trong cây cao lương để cây tăng trưởng và phát triển, để cây điều tiết phản ứng với stress mặn. Điều này có thể điều tiết ngược chiều tính chống chịu mặn và tích lũy sinh khối trong cây cao lương.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04292-3

Đột biến gen OsLPR3 làm tăng cường tính chống chịu đói lân của cây lúa

Nguồn: Hao Ai et al. 2023. Mutation of OsLPR3 Enhances Tolerance to Phosphate Starvation in Rice. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(3), 2437; https://doi.org/10.3390/ijms24032437

Gen LPR (Low Phosphate Root) mã hóa một protein định vị tại màng võng nội chất ER (endoplasmic reticulum) và tại thành tế bào. Gen này có vai trò chủ chốt giúp cây lúa phản ứng với sự kiện lân bị lấy mất (Pi) (phosphate deprivation), đặc biệt trong tái mô phỏng kiến trúc hệ rễ lúa RSA (root system architecture). Kết quả phân tích xác định gen và thể hiện gen của họ gen OsLPR trong cây lúa (Oryza sativa), người ta thấy rằng có gen OsLPR5 đã được báo cáo trước đây, mang chức năng hấp thu lân (Pi uptake) và chức năng chuyển vị (translocation) lân trong cây lúa, nó rất cần để cây lúa phải tăng trưởng và phát triển bình thường. Tuy nhiên, vai trò của OsLPR3, một trong 5 thành viên của họ gen này, phản ứng với tình trạng thiếu lân và/hoặc điều tiết cây tăng trưởng và phát triển bình thường, vẫn chưa có gì rõ ràng. Do vậy, kết quả nghiên cứu này phải khẳng định vai trò của OsLPR3 trong các tiến trình sinh học, một vài chức năng được người ta xác định làm khác biệt giữa gen OsLPR3 và gen OsLPR5. OsLPR3 làm kích thích tăng trưởng phiến lá, bẹ lá và rễ lúa trong điều kiện thiếu lân (Pi deprivation). Sự biểu hiện mạnh mẽ gen OsLPR3 làm ức chế tăng trưởng và phát triển của cây lúa nhưng không ảnh hưởng đến hoạt động sinh lý “Pi homeostasis” (điều hòa thiếu hụt hoặc dư Pi của cây). Tuy nhiên, gen lặn đột biến oslpr3 làm cải tiến RSA và  sử dụng Pi, chúng biểu hiện tính chống chịu cao hơn với stress thiếu lân của cây lúa. Những tính trạng nông học của cây lúa đột biến oslpr3, ví dụ như KL 1000 hạt, dài hạt thóc, được kích hoạt trong điều kiện đủ lân, cho thấy rằng OsLPR3 có vai trò phân biệt từ gen OsLPR5 trong suốt giai đoạn tăng trưởng và phát triển, cũng như duy trì được trạng thái Pi của cây lúa.

Xem https://www.mdpi.com/1422-0067/24/3/2437

“COPII subunit MoSec24B” giúp cây lúa phát triển, phát sinh bệnh và autophagy trong trường hợp nhiễm nấm bệnh đạo ôn

Nguồn: Hui Qian, Lixiao Sun, Minghua Wu, Wenhui Zhao, Mengyu Liu, Shuang Liang, Xueming Zhu, Lin Li, Zhenzhu Su, Jianping Lu, Fucheng Lin, Xiaohong Liu. 2023. The COPII subunit MoSec24B is involved in development, pathogenicity and autophagy in the rice blast fungus. Front Plant Sci.; 2023 Jan 9; 13:1074107.  doi: 10.3389/fpls.2022.1074107. 

Mạng võng nội chất ER (endoplasmic reticulum) hoạt động như những điểm khởi đầu của lộ trình bài tiết, trong khi một phân ba protein được gấp cuộn chính xác và được cải biên, nằm ở các khổng thể (vesicles), rồi di chuyển đến bộ Golgi để hoàn thành tiến trình sinh học và cải biên sinh học. Trong tiến trình ấy, “COPII vesicles” có nhiệm vụ vận chuyển những “cargo proteins” từ ER đến Golgi. Theo bài báo này, người ta phân lập được “shell subunit” bên trong của “COPII vesicles” (MoSec24B) và khai thác được tầm quan trọng của MoSec24B trong nấm gây bệnh đạo ôn lúa. Sự đột phá đích (targeted disruption) của MoSec24B làm giảm tăng trưởng, làm giảm sản sinh bào tử, ức chế glycogen và sử dụng lipids, nhạy cảm với thành tế bào và stress mang tính chất hypertonic, làm thất bại hiện tượng tái tạo septin (septin-mediated repolarization) của đĩa bám (appressorium), làm tổn thương áp lực turgo của đĩa bám và giảm khả năng xâm nhiễm, tất cả dẫn đến giảm phát sinh bệnh cho cây chủ. Bên cạnh đó, kết quả làm giảm chức năng của MoSec24B trong 3 chu trình truyền tín hiệu MAPK (mitogen-activated protein kinase (MAPK) bởi hoạt động của MoMst50. Sự biến mất của MoSec24B làm cho giảm xuống hoạt động lipid hóa của MoAtg8, thúc đẩy sự thoái hóa GFP-MoAtg8 từ bên ngoài, làm tăng lipid hóa MoAtg8 trong nghiệm thức xử lý BafA1 (late inhibitor of autophagy: làm chậm lại quá trình tự chết). Kết quả cho thấy MoSec24B điều tiết sự dung hợp  của “late autophagosomes” với không bào. Kết quả cho thấy MoSec24B biểu hiện vai trò rất có ý nghĩa trong phát triển của nấm, phát sinh bệnh học nấm sợi và chương trình tự chết (autophagy).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36699840/

Hình: Xác định MoSec24 trong nấm M. oryzae và tương tác với COPII complex

(A) Phân tích domain cấu trúc của “Sec24 homologous gene” trong nấm M. oryzae. 

(B) Đồng vị trí của MoSec24A-GFP và MoSec24B-mCherry trong conidia (bào tử) và mycelium (khuẩn ty) hình ảnh được quan sát trong kính hiển vi fluorescence. Scale Bar = 10 μm. 

(C) Tương tác giữa những subunits khác nhau trong COPII complex (phương pháp yeast-two-hybrid).