Tuần tin khoa học 831 (20-26/03/2023)

Tổng quan về nguồn giống cà phê bản địa của Uganda

Nguồn; Aaron P Davis, Catherine Kiwuka, Aisyah Faruk, John Mulumba, James Kalema. 2023. A review of the indigenous coffee resources of Uganda and their potential for coffee sector sustainability and development. Front Plant Sci.; 2023 Feb 17;13: 1057317. doi: 10.3389/fpls.2022.1057317. 

Uganda là quốc gia xuất khẩu cà phê chủ lực và là quê hương của những giống cà phê bản địa từ nguồn hoang dại được thuần hóa. Người ta tiến hành điều tra các loài cà phê hoang dã ở Uganda trong hơn 80 năm qua (từ 1938). Từ đó, người ta tiến hành đánh giá định kỳ, mà dữ liệu đều chứa đựng trong bài viết này. Có 4 loài cà phê bản địa của Uganda: Coffea canephora, C. eugenioides, C. liberica (var. dewevrei) và C. neoleroyi. Trên cơ sở sinh thái rừng tự nhiên, dữ liệu đến từ nhiều nguồn khác nhau, từ điều tra rừng tự nhiên, đến danh mục chi loài được tổng quan trong hệ thống phân loại, phân bố địa lý, sinh môi, bảo tồn, và những đặc điểm khí hậu căn bản đối với từng loài thực vật. người ta sử dụng “literature review” kết hợp với “farm survey” để thông tin về việc sử dụng trước đây và bây giờ của nguồn tài nguyên di truyền cà phê hoang dã của Uganda đối với sản xuất cà phê tại đây. Ba trong số các loài bản địa (bao gồm C. neoleroyi) hiện hữu như nguồn tài nguyên di truyền hữu ích phục vụ nội dung phát triển giống cà phê trồng trọt (e.g. thông qua lai tạo giống, hoặc tuyển chọn), đó là: thích nghi với thay đổi khí hậu, kháng sâu bệnh hại chính, cải tiến tính trạng nông học, và đáp ứng thị hiếu của thị trường rất khác nhau. Loài bản địa C. canephora đã và đang được xem là trụ cột trong phát triển bền vững giống cà phê robusta tại Uganda và trên thế giới, người ta khai thác tiềm năng loài cà phê này. Coffea liberica var. dewevrei (cà phê excelsa) xuất hiện như giống cà phê trồng được thương mại hóa trong điều luật cho phép, nó có thể có khả năng phục vụ nông dân trồng cà phê vùng đất thấp, i.e. như vùng canh tác cà phê robusta. Nó có thể là nguồn vật liệu làm gốc ghép rất hữu dụng (stock material) phục vụ ghép (grafting) của cà phê robusta và arabica, và có thể hình thành loài mới khác. Đánh giá bảo tồn bước đầu cho thấy rằng C. liberica var. dewevrei và C. neoleroyi are đang có nguy cơ biến mất ở cấp độ quốc gia (Uganda). Việc bảo vệ rừng nhiệt đới ẩm Uganda tại thủ đô cà phê xét theo tự nhiên, được người ta xác định là ưu tiên số một trong bảo tồn đối với Uganda và ngành hàng cà phê nói chung.Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36874918/

GWAS tìm ra loci mới quy định tính kháng bệnh rosette của đậu phụng châu Phi

Nguồn: Esther Achola, Peter Wasswa, Daniel Fonceka, Josh Paul Clevenger, Prasad Bajaj, Peggy Ozias-Akins, Jean-François Rami, Carl Michael Deom, David A. Hoisington, Richard Edema, Damaris Achieng Odeny & David Kalule Okello. 2023.  Genome-wide association studies reveal novel loci for resistance to groundnut rosette disease in the African core groundnut collection. Theoretical and Applied Genetics March 2023; vol. 136, Article number: 35 

Published: 10 March 2023

Người ta xác định đươc markers liên quan đến tính kháng bệnh GRD sau khi thanh lọc tập đoàn giống đậu phụng châu Phi (Africa-wide core collection), qua 3 vụ mùa tại Uganda

Đậu phụng được canh tác tại nhiều quốc gia châu Phi, nơi mà đậu phụng là nguồn lương thực, thực phẩm và thu nhập chính. Một trong những trở ngại của sản xuất đậu phụng tại châu Phi là bệnh GRD (groundnut rosette disease), bệnh được gây ra do 1 phức hợp gồm 3 đối tượng: groundnut rosette assistor luteovirus, groundnut rosette umbravirus và phân tử satellite RNA của nó. Cho dù người ta đã tiến hành cải tiến giống rất nhiều năm để có tính kháng bệnh GRD, nhưng cơ sở di truyền của tính kháng bệnh này chưa được làm rõ. Mục tiêu nghiên cứu này nhằm sử dụng tập đoàn giống đậu phụng cơ bản (African core collection) để phát triển mức độ đáng tin cậy về biến thiên di truyền phản ứng với GRD, rồi tiến hành lập bản đồ “association” xem xét sự hiển thị alen kháng trên nhiễm sắc thể. Tập đoàn giống đậu phụng căn bản châu Phi được sàng lọc tại hai điểm nóng của bệnh hại ở Uganda (Nakabango và Serere), 3 mùa vụ liên tục. Đường biểu diễn AUDPC (Area Under Disease Progress Curve) kết hợp với 7523 chỉ thị SNP chất lượng cao được phân tích để hình thành nên MTAs (marker-trait associations). Kết quả GWAS trên cơ sở mô phỏng “Enriched Compressed Mixed Linear Model” đã tìm thấy được 32 MTAs tại địa điểm Nakabango: 21 MTAs định vị trên nhiễm sắc thể A04, 10 MTAs trên nst B04 và 1 MTA trên nst B08. Hai markers liên kết có ý nghĩa được xác định tại exons của một gen kháng bệnh giả định TIR-NBS-LRR trên nhiễm sắc thể A04. Kết quả gợi ra rằng có những gen chủ lực điều khiển tính kháng bệnh GRD, nhưng người ta sẽ phải minh chứng thêm nữa, với kết quả đánh giá kiểu hình, kiểu gen trong cơ sở dữ liệu nghiên cứu. Những markers được phân lập trong nghiên cứu sẽ được phát triển thông qua những xét nghiệm thông dụng và được minh chứng cho yêu cầu “chọn giống nhờ genomics” đối với tính kháng bệnh GRD đậu phụng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04259-4

(Hình 6: Sơ đồ Manhattan plots (Ai, Bi, Ci và Di) và QQ (Aii, Bii, Cii, Dii); sử dụng phần mềm ECMLM. Chỉ thị phân tử SNPs gắn kết có ý nghĩa thống kê  với tính kháng bệnh GRD ở Nakabango. Đỉnh giá trị tin cậy trong Manhattan plots có trên nhiễm sắc thể A04 và B04. Một tín hiệu bổ sung của nhiễm sắc thể B08 được hiển thị bằng mũi tên. Đường thẳng đỏ đậm red trong Manhattan plots biểu thị ngưỡng có ý nghĩa trên cơ sở chuẩn xác FDR (P < 0.05). Manhattan (Ei, Fi và Gi) và QQ (Eii, Fii và Gii) cho thấy kết quả GWAS đối với địa điểm Serere. Không có chỉ thị SNPs nào có ý nghĩa thống kê ở FDR threshold, xác suất P < 0.05.

Nghiên cứu LTR retrotransposon chèn đoạn CsERECTA đến kiến trúc cây dưa leo

Nguồn: Feifan Chen, Jianpeng Yong, Gaoyuan Zhang, Mengying Liu, Qiqi Wang, Huili Zhong, Yupeng Pan, Peng Chen, Yiqun Weng & Yuhong Li. 2023. An LTR retrotransposon insertion inside CsERECTA for an LRR receptor-like serine/threonine-protein kinase results in compact (cp) plant architecture in cucumber. Theoretical and Applied Genetics March 2023; vol. 136, Article number: 31. Published: 9 March 2023

Kiểu hình compact (cp) cây dưa leo (Cucumis sativus L.) rất quan trọng trong cải tiến giống. Theo nghiên cứu này, người ta thực hiện kỹ thuật “map-based cloning” locus cp, người ta xác định được và định tính được chức năng gen ứng cử viên ấy. Phân tích kỹ thuật “comparative microscopic” cho thấy lóng ngắn của giống dưa leo đột biến cp do số tế bào có ít hơn. Thực hiện kỹ thuật “fine mapping”, kết quả tiếp cận với cp với độ lớn phân tử 8.8-kb trên nhiễm sắc thể 4 mang chỉ có một gen, CsERECTA (CsER) mã hóa leucine-rich repeat receptor-like kinase. Chèn đoạn 5.5-kb bằng phân tử “long terminal repeat retrotransposon” tại exon thứ 22; kết quả làm đột biến kiểu “loss-of-function” của gen CsER trong cây dưa leo cp. Phân tích sự biểu hiện theo thời gian và không gian và thực hiện xét nghiệm CsER promoter-driven GUS assays trong cây mô hình Arabidopsis cho thấy rằng: CsER biểu hiện rất cao tại sinh mô ngọn thân và tại cơ quan còn non, nhưng mức độ thể hiện giống với “wild type” (giống dưa leo nguyên thủy) và giống dưa leo đột biến. Tuy nhiên, protein CsER tích tụ bị giảm đi trong dưa leo đột biến theo phân tích “western hybridization”. Đột biến trong cây cp còn không ảnh hưởng đến “self-association” của protein CsER để hình thành phân tử dimers. Sự kiện biểu hiện lệch (ectopic expression) của gen CsER trong cây mô hình Arabidopsis có thể phục hồi lại chiều cao cây của dưa leo có chiều cao của giống đột biến “loss-of-function” AtERECTA, trong khi đó kiểu hình hoa tự mọc gọn (compact inflorescence) và lá dưa bị rosette nhỏ bé của cây đột biến cũng có thể được hồi phục. Phổ biểu hiện transcriptome của cây mutant và cây wild type cho thấy: sinh tổng hợp  hormone / truyền tín hiệu, và chu trình quang hợp đều kết hợp với hệ thống CsER-dependent regulatory. Kết quả này là luận điểm về cách sử dụng cp trong cải tiến giống dưa leo.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04273-6

Phân tích so sánh proteome về khả năng chống chịu đói lân của cây lúa

Nguồn: V Prathap, Suresh Kumar, Aruna Tyagi. 2023. Comparative proteome analysis of phosphorus-responsive genotypes reveals the proteins differentially expressed under phosphorous starvation stress in rice. Int J Biol Macromol.; 2023 Feb 20; 123760. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.123760.

Sự thiếu lân (P) là một trong những trở ngại chính của dinh dưỡng đối với sản xuất lúa toq2n cầu. Thuật ngữ “P-deficiency tolerance” trong cây lúa bao gồm nhiều cơ chế vô cùng phức tạp. Muốn hiểu được những protein tham gia cơ chế này bao gồm hấp thu P và sử dụng có hiệu quả P trong cây lúa, người ta tiến hành phân tích proteome giống lúa cao sản  Pusa-44 và quần thể NIL (near-isogenic line) của nó: (NIL)-23 mang một QTL chủ lực có tên là Pup1, trong môi trường đối chứng và môi trường đói lân (P-starvation stress). Phân tích so sánh về proteome (comparative proteome profiling) có phổ biểu hiện protein của các mô ở chồi thân và rễ. Cây lúa được trồng trong môi trường dinh dưỡng có P (16 ppm, +P) hoặc không P (0 ppm, -P). Xác định được 681 DEPs differentially expressed proteins) trong chồi thân giống Pusa 44 và 567 DEPs  trong chồi thân NIL-23. Tương tự, có 66 DEPs trong rễ lúa Pusa 44 và 93 DEPs trong rễ lúa NIL-23. Những gen đáp ứng với sự đói lân DEPs này được annotated (phần mềm chú thích di truyền) có trong tiến trình biến dưỡng như quang hợp, biến dưỡng tinh bột, biến dưỡng sucrose, biến dưỡng năng lượng, các yếu tố phiên mã TFs (chủ yếu là ARF, ZFP, HD-ZIP, MYB), và tín hiệu phytohormone. Comparative analysis của những hợp phần biểu hiện được quan sát bởi “phân tích proteome”. Người ta ghi nhận được mức độ transcriptome gắn với Pup1 QTL-trên cơ sở phân tích điều tiến hậu phiên mã (post-transcriptional regulation); nó có vai trò quan trọng khi cây lúa bị stress thiếu lân. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh đến khía cạnh phân tử của chức năng điếu tiết gen Pup1 QTL khi cây lúa đói lân, điều này có thể giúp chúng ta  phát triển giống lúa cao sản có hiệu quả với  hấp thu lân và đồng hóa lân teho chiều hướng tốt hơn ở đất trồng lúa thiếu lân.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36812961/