Tuần tin khoa học 835 (17-23/04/2023)

Phân tích qui mô toàn cầu về tái tổ hợp trong hệ gen đậu nành bằng “600K SoySNP array”

Nguồn: Xin Ma, Lei Fan, Zhifang Zhang, Xia Yang, Yucheng Liu, Yanming Ma, Yi Pan, Guoan Zhou, Min Zhang, Hailong Ning, Fanjiang Kong, Junkui Ma, Shulin Liu, Zhixi Tian. 2023. Global dissection of the recombination landscape in soybean using a high-density 600K SoySNP array. Plant Biotechnol J.; 2023 Mar; 21(3):606-620. doi: 10.1111/pbi.13975

Tái tổ hợp là kiến thức rất cần thiết phục vụ chọn giống cây trồng, vì nó có thể làm phá vỡ được liên kết bất lợi (linkage drag) và phát sinh những tổ hợp alen mới. Tuy nhiên, nền tảng “tái tổ hợp có độ phân giải cao” và tiềm lực trong bộ máy điều hành gen của cây đậu nành chưa được biết nhiều. Ở đây, các tác giả thiết kế 8 quần thể con lai cận giao tái tổ hợp (RILs) và tiến hành đánh giá kiểu gen từng dòng đậu nành ấy, thông qua kỹ thuật “high-density 600K SoySNP array” (bộ chỉ thị SNP 600K độ phân giải cao). Kết quả có được một bản đồ di truyền tái tổ hợp phân giải cao với tổng số 5636 vị trí tái tổ hợp với độ phân giải 1.37 kb. Mức độ tái tổ hợp tương quan nghịch với mật độ các nguyên tố chuyển vị (transposable element) và số lượng cặp GC; nhưng tương quan thuận với mật độ gen. Điều thú vị là người ta tìm được tái tổ hợp có tính chất “meiotic” (giảm phân) rất nhiều ở những promoters của các gen hoạt động tích cực. Những nghiên cứu sâu hơn cho thấy khả năng tiếp cận chromatin và sự cải biên tích cực của di truyền biểu sinh (epigenetics) đã làm tăng cường sự tái tổ hợp như vậy diễn ra. Kết quả cung cấp những luận điểm rõ ràng về bản chất điều khiển di truyền tái tổ hợp có tính “homologous” (tương đồng); như vậy, kết quả sẽ làm tăng khả năng của con người cải tiến được giống đậu nành bằng những thao tác liên quan đến mức độ tái tổ hợp có tính chất “meiotic”. Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36458856/

GWAS để tìm hiểu thay đổi của phiên mã và di truyền biểu sinh của nội dung phát sinh bệnh lúa cỏ trong cây lúa

Nguồn: Xiaoqing Wu, Hongfei Liu, Bi Lian, Xue Jiang, Cheng Chen, Tianxin Tang, Xinlun Ding, Jie Hu, Shanshan Zhao, Shuai Zhang, Jianguo Wu. 2023. Genome-wide analysis of epigenetic and transcriptional changes in the pathogenesis of RGSV in rice. Front Plant Sci.; 2023 Jan 11; 13:1090794. doi: 10.3389/fpls.2022.1090794. 

Virus gây bệnh lúa cỏ (rice grassy stunt virus: RGSV), một virus điển hình có tính chất “negative single-stranded RNA”, xâm nhiễm cây lúa và phát sinh nhiều tín hiệu bệnh xét theo kiểu hình, vi dụ như cây lúa thấp lùn xuống, đẻ chồi rất nhiều, và bất dục. Kết quả nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng gen mã hóa protein của RGSV có thể gây áp lực đối với hệ thống “ubiquitin-proteasome” của cây chủ để sử dụng chúng thực hiện nội dung phát sinh bệnh siêu vi (viral pathogenesis). Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu như vấy đều hạn chế đối với mức độ đơn thuần OMICS và thiếu cơ sơ dữ liệu có tính chất đa chiều (multidimensional data), thiếu phân tích tương quan đối với những cơ chế của tương tác giữa cây lúa và RGSV. Ở đây các tác giả tiến hành hoàn thiện phân tích “association” một cách toàn diện về cái gọi là genome-wide methylation sequencing, transcriptome sequencing, và sự cải biên của histone H3K9me3 khi RGSV xâm nhiễm lá cây lúa cũng như không xâm nhiễm, người ta phân tích mức độ của tất cả 3 ngữ cảnh của cytosine (CG, CHG và CHH) được tìm thấy khá thấp trong lá lúa bị siêu vi RGSV xâm nhiễm so sánh với cây lúa bình thường. Tỷ lệ lớn DMRs phân bố trong promoter và những vùng mang tính chất “intergenic”, hầu hết DMRs rất nhiều trong trường hợp CHH, ở đó,  số lượng CHH hypo-DMRs nhiều gấp đôi so với hyper-DMRs. Trong các gen này, chúng điều tiết theo kiểu down và có hiện tượng hypermethylation. Người ta tiến hành phân tích và xác định được 11 phân tử transcripts liên quan đến tính trạng hữu dục, chiều cao cây và tính trạng đẻ nhánh, những gen ấy điều tiết theo kiểu up và có tính chất hypermethylated, người ta đã khai thác 7 transcripts có liên quan đến hữu dục, cao cây và đẻ nhánh. Nhờ kết quả phân tích những thay đổi của histone H3K9me3 trước khi và sau khi virus xâm nhiễm cây lúa, người ta thấy rằng phân bố của cải biên H3K9me3 trong hệ gen cây lúa khá phổ biến, chủ yếu tập trung  tại promoter và vùng lõi của gen (gene body regions), chúng khác với đặc điểm của động vật. So sánh cơ sở dữ liệu transcriptomic, H3K9me3 được tìm thấy đối với các gen đích có biểu hiện cao. Sau khi virus RGSV xâm nhiễm, sự cải biên H3K9me3 tại nhiều vùng của gen liên quan đến truyền tín hiệu hormone CTK và BR  cũng được thay đổi, cung cấp những mục đích quan trọng cho các nghiên cứu sau này.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36714706/

“SEMI-ROLLED LEAF 10” ổn định “catalase isozyme B” để điều tiết tính trạng hình thái lá và tính chống chịu nhiệt của cây lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Jiajia Wang, Jing Xu, Li Wang, Mengyu Zhou, Jinqiang Nian, Minmin Chen, Xueli Lu, Xiong Liu, Zian Wang, Jiangsu Cen, Yiting Liu, Zhihai Zhang, Dali Zeng, Jiang Hu, Li Zhu, Guojun Dong, Deyong Ren, Zhenyu Gao, Lan Shen, Qiang Zhang, Qing Li, Longbiao Guo, Sibin Yu, Qian Qian, Guangheng Zhang. 2023. SEMI-ROLLED LEAF 10 stabilizes catalase isozyme B to regulate leaf morphology and thermotolerance in rice (Oryza sativa L.). Plant Biotechnol J.; 2023 Apr; 21(4):819-838. doi: 10.1111/pbi.13999.

Kiến trúc cây lúa và tính chống chịu với stress đóng vài trò quan trọng trong chọn tạo giống lúa mới. Hình thái học đặc trưng của lá lúa và kiến trúc của cây lúa lý tưởng có thể cải thiện quan trọng tính kháng stress phi sinh học và năng suất lúa. Tuy nhiên, cơ chế làm thế nào cây lúa điều tiết đồng thời hình thái lá và tính kháng stress vẫn chưa rõ ràng. Ở đây, người ta báo cáo vai trò của SRL10, gen mã hóa protein gắn với phân tử RNA dây xoắn kép, điều tiết hình thái lá lúa và tính chống chịu nhiệt (thermotolerance) của cây lúa thông qua sự thay đổi microRNA biogenesis. Cây lúa đột biến srl10 có kiểu hình lá lúa lòng mo một nửa và nhạy cảm với nhiệt độ nóng. Protein SRL10 tương tác trực tiếp với “catalase isozyme B” (CATB), hai protein này đã tăng lên cùng nhau, cái này ổn định cái kia nhằm tăng cường hoạt tính của hydrogen peroxide (H₂O₂ ) scavenging, do vậy, chúng đã góp phần vào tính chống chịu nhiệt. Kiểu hình tự nhiên của Hap3 (AGC) thuộc SRL10 allele được người ta tìm thấy hiện hữu trong các mẫu giống lúa loại hình sinh thái aus, người ta xác định được một alen “thermotolerant” khi có stress nhiệt độ nóng xảy ra trên ruộng lúa và trong điều kiện phytotron. Ngoài ra, mật độ hạt trên bông nhiều gấp 3.19 lần, năng suất cao gấp 1.68 lần trong quần thể con lai dòng đẳng gen NILs (near-isogenic line) mang Hap3 allele so với cây lúa mang Hap1 allele trong nghiệm thức xử lý nóng. Tập họp lại, kết quả cho thấy một locus mới rất đáng chú ý, người ta định dạng được một SRL10-CATB mới trên cơ sở cơ chế điều tiết để phát triển giống lúa cao sản chống chịu nóng, cho năng suất ổn định. Hơn nữa, kết quả này cung cấp một luận điểm căn bản về kết quả cải tiến giống cùng một lúc giữa cải tiến kiến trúc và cải tiến tính kháng stress.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36597711/

Phổ biểu hiện “lipidome” trong giống lúa chống chịu thiếu lân

Nguồn: Soichiro Honda, Yumiko Yamazaki, Takumi Mukada, Weiguo Cheng, Masaru Chuba, Yozo Okazaki, Kazuki Saito, Akira Oikawa, Hayato Maruyama, Jun Wasaki, Tadao Wagatsuma, Keitaro Tawaraya. 2023. Lipidome Profiling of Phosphorus Deficiency-Tolerant Rice Cultivars Reveals Remodeling of Membrane Lipids as a Mechanism of Low P Tolerance. Plants (Basel); 2023 Mar 18; 12(6):1365. doi: 10.3390/plants12061365.

Cây lúa đã và đang tiến hóa nhiều cơ chế khác nhau đối với tính chống chịu lân thấp, một trong những đặc điểm ấy là chúng thay đổi thành phần lipid ở màng bằng cách tái mô phỏng phospholipids với non-phospholipids. Mục tiêu nghiên cứu là xem xét kỹ remodeling như vậy ở membrane lipids trong các giống lúa trồng, nghiệm thức xử lý thiếu lân trên đối tượng cây lúa (Oryza sativa L.); với giống lúa Akamai, Kiyonishiki, Akitakomachi, Norin No. 1, Hiyadateine, Koshihikari, và Netaro. Các giống lúa được trồng trong điều kiện dung dịch dinh dưỡng với nghiệm thức 0 (-P) và nghiệm thức 8 (+P) mg P L^-1. Chồi thân và rễ được lấy mẫu ở ngày thứ 5 và ngày thứ 10 sau khi cấy (DAT) trong dung dịch dinh dưỡng. Cây lúa được theo dõi phổ biểu hiện lipidome (lipodrome profiling) bằng công cụ quang phổ kế khối phổ thể lỏng (liquid chromatography-mass spectrometry).

Phosphatidylcholine (PC)34, PC36, phosphatidylethanolamine (PE)34, PE36, phosphatidylglycerol (PG)34, phosphatidylinositol (PI)34 là những phospholipids chủ lực.

Digalactosyldiacylglycerol (DGDG)34, DGDG36, 1,2-diacyl-3-O-alpha-glucuronosylglycerol (GlcADG)34, GlcADG36, monogalactosyldiacylglycerol (MGDG)34, MGDG36, sulfoquinovosyldiacylglycerol (SQDG)34 và SQDG36 là những non-phospholipids chủ lực.

Phospholipids biểu hiện thấp hơn trong cây lúa được trồng trong nghiệm thức thiếu lân, so với cây lúa được trồng trong nghiệm thức đủ lân, ở giai đoạn 5 và 10 ngày sau khi cấy. Mức độ “non-phospholipids” cao hơn ở nghiệm thức thiếu lân so với nghiệm thức có lân trong tất cả các giống lúa ở giai đoạn 5 ngày, 10 ngày sau khi cấy. Sự phân hủy phospholipids trong rễ lúa ở giai đoạn 5 DAT tương quan với tính chống chịu thiếu lân. Kết quả cho thấy rằng các giống lúa tái lập lại (remodel)  lipids ở màng trong điều kiện thiếu lân P, khả năng remodeling như vậy đóng góp một phần nào và kết quả chống chịu thiếu lân.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36987053/

Hình: Log (−P/+P) của mỗi “lipid species” trong chồi thân của 7 giống lúa, thời điểm 5 ngày sau khi cấy. Mỗi “lipid species” biều thị bằng chữ khác nhau, cho thấy mức độ có ý nghĩa (p < 0.05) khác biệt trong 7 giống lúa.