Tuần tin khoa học 829 (06-12/03/2023)

Phân tích đa hình hệ gen lục lạp và ty thể bộ đậu nành

Nguồn: Yanlei Yue, Jiawen Li, Xuegang Sun, Zhen Li, Bingjun Jiang. 2023. Polymorphism analysis of the chloroplast and mitochondrial genomes in soybean. BMC Plant Biol.; 2023 Jan 7; 23(1):15. doi: 10.1186/s12870-022-04028-3.

Đậu nành là cây trồng cung cấp thực phẩm giàu protein, lipid trên toàn thế giới. Người ta chỉ quan tâm rất nhiều đến hệ gen của nhân, nơi ấy mang bản chất di truyền từ hai vật liệu bố và mẹ và gắn liền với nhiều tính trạng nông học quan trọng. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về hệ gen có tính chất “semi-autonomous” và hệ gen của cơ quan cần thiết, lục lạp (chloroplasts) và ty thể bộ (mitochondria) của đậu nành.

Công trình khoa học này phân tích đa hình  của những cơ quan (organelles) trong tế bào chất của 2580 mẫu giống đậu nành, bao gốm 107 mẫu đậu nành hoang dại, người ta thấy rằng: hệ gen của lục lạp biến thiên di truyền nhiều hơn hệ gen ty thể bộ xét trên mật độ biến thể (variant density). Thêm vào đó, có nhiều hơn haplotypes được người ta tìm thấy trong hệ gen lục lạp (44 haplotypes) nhiều hơn hệ gen ty thể bộ (30 haplotypes). Những haplotypes như vậy được phân bố cực kỳ lệch nhau với 2 haplotypes đỉnh (CT1 và CT2 đối với lục lạp, MT1 và MT2 đối với ty thể bộ) đóng góp khoảng 70 và 18% trong các mẫu giống đậu nành trồng trọt. Đậu nành hoang dại biểu hiện mức đ8ộ đa dạng lớn hơn trong hệ gen của những cơ quan thuộc tế bào chất, mang 32 haplotypes của lục lạp và 19 haplotypes của ty thể bộ. Tuy nhiên, chỉ có một tỷ lệ phần trăm rất bé của giống đậu nành trồng trọt chia sẻ lục lạp với đậu nành hoang dại. Đặc biệt là, hai loại hình có tần suất cao nhất của lục lạp (CT1/MT1, CT2/MT2) không tìm thấy trong đậu nành hoang dại. Điều này chỉ ra rằng: lục lạp của đậu nành hoang dại đã và đang được khai thác rất kém trong suốt thời kỳ lai tạo giống. Giả định rằng đậu na2h có nguồn gốc từ Trung Quốc, người ta tìm thấy mẫu giống đậu nành TQ biểu thị đa dạng lục lạp cao nhất trên thế giới. Phân bố địa lý của CT1-CT3 và MT1-MT3 ở vùng đông bắc Trung Quốc khác biệt không có ý nghĩa so với đậu nành ở miền trung và miền nam Trung Quốc. Hai vị trí đa hình ty thể bộ, p.457333 (T > C) và p.457550 (G > A), được tìm thấy có tính chất dị hợp trong hầu hết mẫu giống đậu nành, và tính chất dị hợp biểu hiện để được gắn kết với sự kiện thuần hóa giống đậu nành trồng trọt từ đậu nành hoang dại. Sự cải tiến của giống bản địa làm phát sinh ra những giống đậu nành ưu việt, thích nghi với điều kiện địa lý của cây đậu nành. Những haplotypes của hàng nghìn giống đậu nành trồng trọt rất hữu dụng trong đánh giá tác động của tế bào chất trong quá trình hoàn thiện giống đậu nành bản địa và trong lai tạo cải tiến giống hiện đại với tế bào chất mong muốn. Tính dị hợp của ty thể bộ có thể có liên quan đến tính thích nghi của đậu nành, giả thuyết này cần được nghiên cứu sâu hơn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36611140/

Định tính họ gen PP2C của đậu phụng ( Arachis hypogaea L.), xác định gen ứng cử viên  khi cây phản ứng với stress mặn

Nguồn: Zhanwei Wu, Lu Luo, Yongshan Wan, Fengzhen Liu. 2023. Genome-wide characterization of the PP2C gene family in peanut ( Arachis hypogaea L.) and the identification of candidate genes involved in salinity-stress response. Front Plant Scicience; 2023 Jan 27; 14:1093913. doi: 10.3389/fpls.2023.1093913. 

Protein phosphatase 2C (PP2C) có vai trò quan trọng trong thực vật khi cây phản ứng với stress mặn bởi ảnh hưởng đến các tiến trình biến dưỡng, các mức độ hormone, các yếu tố tăng trưởng, etc. Thành viên của họ PP2C đã được người ta phân lập trong nhiều loài thực vật. Tuy nhiên, chúng rất hiếm có báo cáo khoa học đối với cây đậu phụng. Kết quả nghiên cứu này cho thấy 178 gen PP2C được xác định trong cây đậu phụng, chúng phân bố không đều trên 20 nhiễm sắc thể, với tự tái bản đoạn phân tử trong 78 cặp gen. Họ protein AhPP2Cs có thể được chia ra thành 10 clades (A-J) theo kết quả phân tích di truyền huyết thống. Gen AhPP2Cs trải nghiệm qua hiện tượng “segmental duplications” (tự tái bản các đoạn phân tử), có áp lực chọn lọc mạnh mẽ để sàng lọc. Người ta ghi nhận 22 miRNAs của 14 họ khác nhau, phản ánh 57 gen đích AhPP2C. Cấu trúc các gen được phân tích cùng với những motifs – chúng biểu hiện PP2Cs có trong subclades AI và AII, tất cả có cấu trúc và chức năng tương đồng. Những vị trí phosphoryl hóa của AhPP2C45/59/134/150/35/121 được dự đoán trong motifs 2 và 4, mà motifs ấy định vị trong vị trí xúc tác tại đầu gốc C. Tác giả khám phá nhiều MYB binding factors và các nguyên tốt phản ứng ABA tại vùng promoter của 6 gen (AhPP2C45/59/134/150/35/121) theo phương pháp phân tích “cis-elements analysis”. Kết quả phân tích GO và độ phong phú của KEGG xác định các gen AhPP2C-A trong tiến trình gắn protein với nhau, tiến trình truyền tín hiệu, tiến trình cải biên protein khi phản ứng với stress phi sinh học. Trên cơ sở kết quả chạy “RNA-Seq data” của 22 mô đậu phụng, clade A AhPP2Cs biểu hiện mức độ chuyên biệt của mô rất đa dạng, theo đó, AhPP2C35 và AhPP2C121 đặc biệt biểu hiện trong hạt, trong khi AhPP2C45/59/134/150 biểu hiện trong lá và rễ. Kết quả qRT-PCR chỉ ra rằng AhPP2C45 và AhPP2C134 được điều tiết trong biểu hiện gen theo kiểu “up” khi cây phản ứng với stress mặn. Kết quả còn cho thấy AhPP2C45 và AhPP2C134 có thể là những PP2Cs ứng cử viên đối với tính trạng chống chịu mặn. Kết quả cung cấp luận điểm mới về họ gen PP2C của đậu phụng và chỉ ra rằng PP2Cs có tiềm năng giúp cây phản ứng với stress mặn, mà bây giờ có thể chúng ta áp dụng trong chương trình lai tạo giống đậu phụng cao sản chống chịu mặn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36778706/

Ức chế gen Osa-miR444.2 cải tiến được tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

Nguồn: Feng T, Zhang ZY, Gao P, Feng ZM, Zuo SM, Ouyang SQ. 2023. Suppression of Rice Osa-miR444.2 Improves the Resistance to Sheath Blight in Rice Mediating through the Phytohormone Pathway. Int J Mol Sci. 2023 Feb 11;24(4):3653. doi: 10.3390/ijms24043653.

MicroRNAs (miRNAs) là một class của phân tử RNA nhỏ có tính chất bảo thủ, với độ dài 21-24 nucleotides trong sinh vật eukaryotes, sinh vật này có phản ứng phát triển và phản ứng tự vệ với stress sinh học và phi sinh học. Áp dụng kỹ thuật RNA-seq, người ta phân lập được Osa-miR444b.2 bị kích hoạt sau khi nấm Rhizoctonia solani (R. solani) xâm nhiễm vào cây lúa. Để làm rõ hơn chức năng của Osa-miR444b.2 phản ứng với vi nấm R. solani xâm nhiễm cây lúa, người ta cho dòng lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen đích và đột biến “knocking out” Osa-miR444b.2 trong giống lúa nhiễm bệnh Xu3; giống lúa kháng bệnh. Biểu hiện mạnh mẽ Osa-miR444b.2 dẫn đến kết quả kháng được R. solani. Trái lại, đột biến “knocking out” Osa-miR444b.2 thể hiện tính kháng được cải tiến đối với R. solani. Bên cạnh đó, knocking out Osa-miR444b.2 dẫn đến kết quả làm tăng chiều cao cây lúa, số chồi, bông lúa nhỏ hơn, khối lượng 1.000 hạt giảm và số nhánh gié sơ cấp giảm. Tuy vậy, các dòng lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ Osa-miR444b.2 có số nhánh gié sơ cấp giảm, số chồi giảm, nhưng chiều dài bông lúa tăng. Như vậy Osa-miR444b.2 còn bao gồm cả nội dung điều tiết các tính trạng nông học của cây lúa. Xét nghiệm RNA-seq cho thấy Osa-miR444b.2 chủ yếu điều tiết tính kháng với bệnh đốm vằn bởi gây ảnh hưởng để sự biểu hiện các hormone trong chu trình truyền tín hiệu ví dụ như ET và IAA, những yếu tố phiên mã (TFs) ví dụ như WRKYs và F-boxes. Tóm lạ, kết quả nghiên cứu Osa-miR444b.2 có tác động tiêu cực tính kháng với nấm R. solani, kết quả này sẽ góp phần vào chương trình cải tiến giống lúa kháng bệnh đốm vằn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36835070/

Bản đồ QTLs và sàng lọc di truyền gen ứng cử viên quy định đẻ chồi và mía mùa gốc

Nguồn: Ting Wang, Fu Xu, Zhoutao Wang, Qibin Wu, Wei Cheng, Youxiong Que, Liping Xu. 2023. Mapping of QTLs and Screening Candidate Genes Associated with the Ability of Sugarcane Tillering and Ratooning. Int J Mol Science; 2023 Feb 1; 24(3):2793. doi: 10.3390/ijms24032793.

Tiến trình đẻ chồi thân và khả năng mùa gốc (ratooning) ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất mía cây và năng suất mùa gốc, đây là hai tính trạng cần thiết trong phát triển quần thể con lai và quyết định số cây mía trên đơn vị diện tích. Kết quả nghiên cứu cho thấy cơ sở dữ liệu của 285 cây F₁ từ tổ hợp lai YT93-159 × ROC22 được thu thập tại 8 địa điểm thí nghiệm khác nhau, dữ liệu bao gồm số cây lía và khả năng ratoon tại 3 vị trí sinh thái canh tác khác nhau. Hệ số di truyền nghĩa rộng (H²) của tính trạng đẻ chồi và tính trạng nhảy con vụ mía gốc (ratoon sprouting) là 0.64 và 0.63, theo thứ tự, như vậy, chúng đạt giá trị di truyền trung trình đến trung bình cao, có tương quan thuận rất ý nghĩa giữa 2 tính trạng này. Bên cạnh đó, người ta xác định 26  QTLs liên quan đến tính trạng khả năng đẻ chồi và 11 QTLs liên quan đến khả năng ratooning; chúng được lập bản đồ di truyền với 2 bản đồ mức độ phân giải cao, dẫn xuất từ array “100K SNP chip”. Chúng giải thích được biến thiên kiểu hình (PVE) từ 4.27 đến 25.70% (tillering) và từ 6.20 đến 13.54 khả năng ratooning. Theo đó,  có 4 QTLs được định danh là qPCTR-R9, qPCTR-Y28, qPCTR-Y60/qRSR-Y60 và PCTR-Y8-1/qRSR-Y8 được hình thành trên bản đồ di truyền tại 2 môi trường khác nhau, trong đó, qPCTR-Y8-1/qRSR-Y8 giải thích được 11.90% biến thiên kiểu hình tillering và 7.88% khả năng ratoon. Hơn nữa, 25 gen ứng cử viên cũng được người ta xác định tại quãng chứa 4 QTLs mục tiêu và là 4 QTLs chủ lực: qPCTR-Y8-1, qPCTR-Y8-2, qRSR-R51 và qRSR-Y43-2, chúng giải thích được 11.73-25.70% biến thiên kiểu hình. Những gen ấy liên quan chặt đến khả năng tillering, bao gồm 8 TFs (transcription factors), và 15 TFs liên quan chặt với khả năng ratooning, trong đó, có 5 TFs mục tiêu. Những và gen đích có thể là những kết quả tham chiếu hữu ích giúp nhà chọn giống cải tiến tính trạng đẻ chồi thân và khả năng ratooning của giống mía đường.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36769121/

Hình: Phân bố các QTLs có liên quan đến khả năng đẻ nhánh (A) và khả năng  ratoon (B) trên cơ sở phân tích bản đồ di truyền thuộc dạng “genetic linkage maps”. Bố ROC22 và mẹ YT-93-159. LG: số linkage group. Màu sắc khác nhau biểu thị môi trường khác nhau. Màu hồng và cam biểu thị mức độ đẻ chồi của cây lía tại Dehong và Baise, năm 2020, theo thứ tự. Màu vàng biểu thị mức độ đẻ chồi tại Zhanjiang, năm 2021. Màu xanh lá cây nhạt, xanh dương và tím biểu thị mùa gốc thứ nhất tại Dehong, Baise và Zhanjiang năm 2021, theo thứ tự. Màu xanh lá cây đậm và đỏ biểu thị mùa gốc thứ hai tại Dehong và Baise năm 2022, theo thứ tự.