Tuần tin khoa học 839 (15-21/05/2023)

Tiến bộ trong nghiên cứu di truyền tính chống chịu nóng của cây lúa

Nguồn: Huaqing Liu, Bohong Zeng, Jialiang Zhao, Song Yan, Jianlin Wan, Zhibin Cao. 2023. Genetic Research Progress: Heat Tolerance in Rice. Review; Int J Mol Sci.; 2023 Apr 12; 24(8):7140. doi: 10.3390/ijms24087140.

Stress nóng (heat stress: HS) do thời tiết cực đoan đe dọa đến an ninh lương thực toàn thế giới rất nghiêm trọng. Thật vậy, là cây trồng cung cấp lương thực toàn thế giới, năng suất và chất lượng lúa gạo thường xuyên bị ảnh hưởng bởi stress nóng. Do vậy, Việc làm rõ cơ chế phân tử của tính chống chịu nóng và canh tác giống lúa chịu nóng là rất cấp thiết. Ở đây, các tác giả đã tổng quan kết quả nghiên cứu QTL và dòng hóa gen điều khiển tính trạng chịu nóng trong thời gian gần đây. Người ta mô tả cơ chế phản ứng của màng plasma (plasma membrane: PM), protein homeostasis (sinh lý bảo hòa protein), tích tụ của gốc ô xi tự do ROS (reactive oxygen species), và quang hợp dưới điều kiện stress nóng của cây lúa. Người ta còn giải thích một vài cơ chế điều tiết có liên quan đến gen điều khiển chịu nóng. Tóm lại, người ta đã vạch ra hướng phát triển sắp tới để làm sao cải tiến được tính chống chịu nóng của cây lúa, cung cấp ý tưởng mới cho nghiên cứu trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37108303/

Di truyền tính chống chịu kim loại nặng “chì” của cây bắp thông qua ZmNRAMP6

Peng Liu, Li Jiang, Ping Long, Qinglin Li, Fengxia Hou, Guangsheng Yuan, Zhong Chen, Minyan Zhang, Chaoying Zou, Guangtang Pan, Langlang Ma & Yaou Shen. 2023. A genome-wide co-expression network analysis revealed ZmNRAMP6-mediated regulatory pathway involved in maize tolerance to lead stress. Theoretical and Applied Genetics May 2023; vol. 136, Article number: 122 

Phân tử metal transporter ZmNRAMP6 được người ta xác định thông qua sử dụng phân tích hệ thống đồng biểu hiện tính trạng có liên quan ở mức độ “genome-wide”. Phân tử  ZmNRAMP6 liên quan đến độ nhiễm chì (Pb) của cây bắp thông qua sự tích tụ chì ở chồi thân. Tiến hành knockout gen ZmNRAMP6 nhốt Pb vô rễ bắp, kích hoạt các enzymes có tính chất antioxidant, và cải tiến được tính chất chịu Pb.

Chì (Pb) là một trong những ion kim loại nặng có độc tính dữ dội nhất (những pollutants), chì có thể xâm nhập vào tế bào thực vật thông qua hấp thu ở rễ rồi gây ra những tổn thương không thể đảo ngược được đối với con người thông qua chuỗi thức ăn. Muốn xác định gen chủ chốt có chức năng chống chịu Pb trong cây bắp, người ta tiến hành phân tích có tên chuyên môn là “trait-associated co-expression network” (hệ thống đồng biểu hiện tính trạng) ở mức độ toàn hệ gen, thông qua hai dòng bắp biểu hiện tính chống chịu chì, trái ngược nhau. Sau cùng, ngươi ta tìm thấy gen ZmNRAMP6 mã hóa protein có tên “metal transporter”; đó là gen chủ chốt trong module đồng biểu hiện tính trạng chống chịu Pb. Biểu hiện dị hợp của gen ZmNRAMP6 trong nấm men (yeast) đã minh chứng được vai trò của gen này trong vận chuyển Pb. Kết hợp kết quả biểu hiện mạnh mẽ trong cây Arabidopsis và cây bắp đột biến cho thấy ZmNRAMP6 có liên quan đến tính nhiễm của stress Pb bởi sự phân bố chì trong môi trường qua cơ quan rể và chồi thân bắp. Tiến hành knockout gen ZmNRAMP6 cho kết quả là giữ lại Pb trong rễ, và hoạt động của hệ enzymes có tính chất antioxidant, dẫn đến tăng cường tính chống chịu Pb của cây bắp. ZmNRAMP6 dường như vận chuyển Pb từ rễ đến chồi thân và môi trường. Tích hợp kết quả “yeast one-hybrid” và kết quả “dual-luciferase reporter assay” phát hiện ra rằng ZmNRAMP6 điều tiết một cách tiêu cực bởi  một yếu tố phiên mã ZmbZIP54 liên quan đến chống chịu chì. Kết quả knockout gen ZmNRAMP6 sẽ giúp cho việc xử lý sinh học đất bị ô nhiễm kim loại nặng và an toàn sinh học đối với cây cỏ làm thức ăn gia súc và cây bắp cho hạt.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04371-5

Fine mapping, làm câm gen Capana10g002229 & đặc điểm trái ớt (Capsicum spp.)

Nguồn; Fang Hu, Jichi Dong, Shaobin Zhang, Zhao Song, Wendong Guan, Fanchong Yuan, Jian Zhong, Jia Liu, Kailin Hu & Jiaowen Cheng. 2023. Fine mapping and gene silencing pinpoint Capana10g002229 as a strong candidate gene regulating the deciduous character of ripe pepper fruit (Capsicum spp.). Theoretical and Applied Genetics May 2023; vol. 136, Article number: 107 

Hình: Các loài Capsicum annuum khác nhau. Trái sang phải: giống ớt Cayenne, Thay pumpkin yellow, Chinese 5 color, Golden marconi. (Pepper Geek 2023).

Locus S của cây ớt, điều khiển đặc điểm rụng của trái ớt chín cây (deciduous character of ripe fruit), lần đầu được tiến hành “fine mapping” ở quãng có độ lớn phân tử là~ 38.03 kb trên nhiễm sắc thể P10. Gen Capana10g002229, mã hóa protein polygalacturonase, được người ta đề nghị là gen ứng cử viên chủ chốt trên cơ sở kết quả chạy trình tự DNA, so sánh trình tự, phân tích biểu hiện từng phần và kết quả VIGS (virus-induced gene silencing).

Đặc điểm rụng trái ớt chín cây được kiểm soát bởi locus trội S, là tính trạng có tính chất thuần hóa với giá trị tiềm năng trong công nghệ chế biến trái ớt (Capsicum spp.). Tuy nhiên, gen có liên quan đến locus S vẫn chưa được phân lập. Ở đây, người ta tiến hành xem xét QTL ký hiệu S10.1 được khám phá bởi nghiên cứu quần thể F₂  (n = 155) dẫn xuất từ cặp lai BA3 (Capsicum annuum) × YNXML (Capsicum frutescens) rồi được minh chứng trong quần thể hồi giao trong loài (n = 254) của mẹ BB3 (C. annuum) lai với quần thể ớt hoang dại có quan hệ di truyền Chiltepin (C. annuum var. glabriusculum), với BB3 làm giống tái tục. Quần thể con lai BC₁F₂ của dòng tự phối BB3 × (BB3 × Chiltepin) có tất cả 4217 cá thể được người ta sử dụng để sàng lọc các dòng recombinants. Locus S locus được phân định rõ ràng tại vùng có độ lớn phân tử 38.03-kb trên nhiễm sắc thể P10 mang tất cả 4 “annotated genes”. Gen Capana10g002229, mã hóa protein polygalacturonase (PG), được đề nghị là gen ứng cử viên tốt nhất đối với S trên cơ sở so sánh chuỗi trình tự DNA và kết quả phân tích biểu hiện từng phần (expression pattern analyses). Capana10g002229 điều tiết theo kiểu “down” trong trái ớt thông qua VIGS làm trì hoãn đáng kể trái mềm và rụng trái (abscission) từ phần gắn cuống trái với thân (fruit-receptacle junction). Kết quả cho thấy Capana10g002229 có thể được xem như gen ứng cử viên mạnh mẽ nhất liên quan đến locus S trong cây ớt. Kết quả này không những đặt nền móng cho những cơ chế phân tử giải thích đựoc sự thuần hóa cây ớt, mà còn cung cấp một chiến lược cải tiến đặc điểm di truyền tính trạng rụng trái ớt chín cây nhờ MAS (chọn giống nhờ chỉ thị phân tử).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04355-5

MiRNA160 liên quan đến hệ thống phòng thủ cục bộ của khoai tây và hệ thống kích kháng của mô ở xa vùng xâm nhiễm đối với Phytophthora infestans

Nguồn: Bhavani Natarajan, Harpreet S Kalsi, Prajakta Godbole, Nilam Malankar, Aarthy Thiagarayaselvam, Sundaresha Siddappa, Hirekodathakallu V Thulasiram, Swarup K Chakrabarti, Anjan K Banerjee. 2023. MiRNA160 is associated with local defense and systemic acquired resistance against Phytophthora infestans infection in potato. J Exp Bot.; 2018 Apr 9;69(8): 2023-2036. doi: 10.1093/jxb/ery025.

Chiến đấu với sự xâm nhiễm gây bệnh của pathogen, thực vật thực hiện hệ thống phòng thủ cục bộ tại nơi bị xâm nhiễm và và tạo ra hệ thống kích kháng tại những mô cách xa đó (systemic acquired resistance: SAR). Phân tử microRNAs có vai trò quan trọng trong phòng thủ tại chổ (local defense), nhưng mối liên quan của chúng với SAR (kích kháng) chưa được biết nhiều. Hơn nữa, chưa có nghiên cứu nào nói về tương tác giữa khoai tây và Phytophthora infestans. Vai trò của miR160 tại chổ xâm nhiễm và phản ứng SAR đối với nấm P. infestans xâm nhiễm vào cây khoai tây. Kết quả phân tích biểu hiện cho thấy mức độ kích hoạt của phân tử miR160 trong cả hai vế local và systemic ở lá khoai tây của cây nguyên thủy bị nhiễm bệnh (infected wild-type). Sự biểu hiện mạnh mẽ gen miR160  và kết quả knockdown đều cho kết quả làm tăng tính nhiễm bệnh, như vậy các mức độ miR160 tương đương với cây wild-type có thể cần cho gắn kết các phòng thủ tại chổ. Bên cạnh đó, tiến hành knockdown miR160 cho kết quả thất bại để kích hoạt được SAR. Kết quả xét nghiệm grafting cho thấy miR160 đều cần thiết cho cả local và systemic trên là để kích thích SAR. Các tín hiệu có liên quan đến SAR cũng như các gen liên quan đã bị điều tiết sai trong dòng miR160 knockdown. Kết quả phân tích biểu hiện của tự vệ và gen trong chu trình auxin cũng như điều tiết trực tiế[ của StGH3.6, một mediator của lộ trìn salicylic acid-auxin, bởi miR160 target StARF10 cho thấy có miR160 trong tương tác đối kháng giữa tự vệ nhờ salicylic acid và lộ trình tăng trưởng nhờ auxin. Kết quả nghiên cứu này chứng minh rằng miR160 có vai trò cực kỳ quan trọng trong tự vệ tại chổ bị xâm nhiễm (local) và phản ứng kích kháng SAR trong suốt tiến trình tương tác giữa cây khoai tây với nấm P. infestans.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29390146/

Hoa khoai tây.