Tuần tin khoa học 844 (19-25/6/2023)

OsGRF4^AA điều khiển tính chống chịu nóng và phát triển hạt phấn hóa lúa

Nguồn: Yujian Mo, Guangyan Li, Li Liu, Yingjie Zhang, Junyi Li, Meizhen Yang, Shanlan Chen, Qiaoling Lin, Guanfu Fu, Dianfeng Zheng, Yu Ling. 2023. OsGRF4^AA compromises heat tolerance of developing pollen grains in rice. Front Plant Sci.; 2023 Feb 22; 14:1121852.

Nhiệt độ cao cực đoan ở giai đoạn phân bào giảm nhiễm làm cho suy giảm nghiêm trọng sự thụ tinh hoa lúa và năng suất hạt. Kích cỡ hạt của cây lúa được điều khiển bởi giống có gen đích định vị trên nhiễm sắc thể 2 (giống GS2) bao gồm những biến thể của trình tự OsGRF4 (Oryza sativa growth-regulating factor 4; OsGRF4^AA ), thoát khỏi sự thoái hóa bởi microRNA có tên là miR396 của gen này xét theo mức độ phân tử mRNA. Sự tích tụ gen OsGRF4 làm tăng cường nội dung sử dụng nitrogen và cơ chế biến dưỡng đạm, làm tăng kích cỡ hạt thóc và năng suất hạt. Theo nghiên cứu này, người ta đã tìm thấy mức độ sống của hạt phấn hoa và tỷ lệ hạt chắc trong điều nhiện stress nhiệt độ nóng (HS) đã làm giảm nghiêm trọng trên giống lúa GS2 so với đối chứng (comparator) của nó, giống lúa Zhonghua 11 (ZH11). Phân tích transcriptomic cho thấy tiếp theo xử lý HS, các gen có liên quan đến tiến trình biến dưỡng carbohydrate được biểu hiện rõ ràng, điều tiết một cách khác biệt trong túi phấn của giống GS2 và ZH11. Hơn nữa, sự biểu hiện này của các gen có trong sự phát triển chloroplast và có trong quang tổng hợp, biến dưỡng lipid, và yếu tố phiên mã TFs chủ chốt, bao gồm tám gen “male sterile” (bất dục đực), bị ức chế bởi nghiệm thức HS nhiều hơn trong giống GS2 so với giống ZH11. Thú vị là, phân tử pre-mRNAs của gen  OsGRF4, và một nhóm gen cần thiết khác có trong phát triển & thụ tinh, được “spliced” (cắt bỏ intron, nối exon) khác biệt nhau trong túi phấn của giống GS2 và ZH11. Tóm lại, kết quả nghiên cứu cho thấy biến dị di truyền của OsGRF4 ảnh hưởng đến sự điều tiết phiên mã và sự kiện splicing của các gen dưới điều kiện nhiệt độ nóng, điều ấy có thể được trung gian bởi biến dưỡng carbohydrate và biến dưỡng đạm, phản ánh sự giảm tính trạng chống chịu nóng ở bao phấn hoa lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36909437/

Biểu hiện mạnh mẽ gen OsGF14C làm tăng tính chịu mặn, nhưng giảm tính kháng bệnh đạo ôn của cây lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Jingfang Dong, Xuezhong Li, Yamei Ma, Jianyuan Yang, Jiansong Chen, Wu Yang, Lian Zhou, Jian Wang, TiFeng Yang, Shaohong Zhang, Junliang Zhao, Qing Liu, Lingyan Zhou, Xiaoyuan Zhu, Bin Liu. 2023. Overexpression of OsGF14C enhances salinity tolerance but reduces blast resistance in rice. Front Plant Sci.; 2023 Feb 10; 14:1098855. 

Độ măn cao và bệnh đạo ôn là hai stress chủ yếu làm năng suất lúa thất thoát nghiêm trọng. Các gen GF14 (14-3-3) được ghi nhận có vai trò quan trọng trong phản ứng với stress sinh học và phi sinh học của cây lúa. Tuy nhiên, vai trò của OsGF14C chưa được biết nhiều. Muốn hiểu rõ chức năng và cơ chế điều tiết của gen OsGF14C trong điều khiển tính chống chịu mặn và tính kháng bệnh đạo ôn, người ta tiến hành các thí nghiệm làm cho gen OsGF14C biểu hiện mạnh mẽ trong cây lúa transgenic. Kết quả ghi nhận có sự biểu hiện mạnh mẽ (overexpression) gen OsGF14C làm tăng tính chống chịu mặn và làm giảm tính kháng bệnh đạo ôn trong cây lúa. Tính chống chịu mặn được tăng cường có liên quan đến sự suy giảm methylglyoxal và hấp thu Na⁺ thay vì loại trừ hoặc ngăn chận; vai trò tiêu cực này của OsGF14C trong tính kháng bệnh đạo ôn liên quan đến sự ức chế của các gen OsGF14E, OsGF14F và PR. Theo kết quả trước đây kết hợp với kết quả hiện nay, gen mã hóa lipoxygenase là LOX2 được điều tiết bởi gen OsGF14C có thể là nguyên nhân quan trọng trong việc kết hợp với tính chống chịu mặn và tính kháng bệnh đạo ôn. Kết quả này lần đầu tiên công bố rõ vai trò của gen OsGF14C khi điều tiết tính chống chịu mặn và tính kháng bệnh đạo ôn của cây lúa, đặt nền tảng cho nghiên cứu chức năng của gen sau này và và quy định sự điều tiết giữa chống chịu mặn và kháng đạo ôn cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36844058/

Lập bản đồ di truyền các loci điều khiển tính trạng kiến trúc cây đậu phụng (Arachis hypogaea L.)

Nguồn: Xiaona Yu, Yaoyao Li, Xinyuan Cui, Xianheng Wang, Jihua Li, Rui Guo, Fanzhuang Yan, Shaojing Zhang, Ruihua Zhao, Danlei Song, Tong Si, Xiaoxia Zou, Yuefu Wang & Xiaojun Zhang. 2023. Simultaneously mapping loci related to two plant architecture traits by phenotypic recombination BSA/BSR in peanut (Arachis hypogaea L.). Theoretical and Applied Genetics June 2023; vol. 136, Article number: 144

Người ta phát triển một phương pháp nghiên cứu mới “kết hợp kiểu hình BSA/BSR” (PR-BSA/BSR), để có thể xác định cùng một lúc vùng mang gen ứng cử viên với 2 tính trạng trong quần thể con lai phân ly.

Phương pháp BSA-seq (bulked segregant analysis sequencing) đã và đang được áp dụng phổ biến để phân lập các vùng mục tiêu trên hệ gen mang gen quy định tính trạng nào đó. Theo thí nghiệm này, người ta phát triển phương pháp cải tiến “BSA/bulked segregant RNA-sequencing” viết tắt là BSR-seq, mà người ta gọi đó là tái tổ hợp kiểu hình BSA/BSR (PR-BSA/BSR), để xác định cùng một lúa các vùng đích của hệ gen (candidate genomic regions) có liên quan đến hai tính trạng trong một quần thể con lai đang phân ly. Tính trạng LBA (lateral branch angle: góc thân nhánh ngang) và tính trạng FBP (flower-branch pattern: dạng nhánh hoa điển hình). Đây là 2 tính trạng quan trọng của kiến trúc cây đậu phụng ảnh hưởng đến xác định mật độ cây trồng và ánh sáng trong tán cây có hiệu quả sử dụng tốt nhất. Người ta hình thành nên quần thể con lai F₆  (với 2 tính trạng đang phân ly) dẫn xuất từ tổ hợp lai từ giống Pingdu9616 (LBA thẳng và FBP mọc tuần tự: kiểu ES) và giống Florunner (LBA mở rộng và FBP mọc xen kẽ, kiểu SA). Chọn theo phương pháp trồng dồn (bulks) với những kiểu hình cực kỳ khác biệt (extreme phenotypes) là nội dung chính của nghiên cứu này. Đặc biệt là, 30 cá thể con lai có kiểu hình tái tổ hợp (recombinant phenotypes) [i.e.,  kiểu hình SS (spreading and sequential) và kiểu hình EA (erect and alternating)] được người ta chọn để phát sinh ra hai quần thể bulks (trồng dồn). Chạy trình tự transcriptomes của nhửng cá thể chọn. Những loci nào liên quan đến LBA và FBP được tìm kiếm cùng một lúc nhờ công cụ ΔSNP-index, mà kết quả ấy bao gồm cả những đỉnh giá trị tích cực và tiêu cực trong ∆SNP-index plot. Locus có liên quan tính trạng LBA được lập bản đồ di truyền ở vùng có độ lớn phân tử 6.82 Mb (101,743,223–108,564,267 bp) định vị trên nhiễm sắc thể 15. Locus có liên quan đến tính trạng FBP được lập bản đồ di truyền ở vùng có độ lớn phân tử 2.16 Mb (117,682,534–119,846,824 bp) trên nhiễm sắc thể 12. Như vậy, phương pháp lập bản đồ QTL trên cơ sở chỉ thị phân tử (marker-based classical QTL mapping) được ứng dụng thành công trên quần thể PF–F₆, khẳng định được kết quả PR-BSA/BSR. Do đó, phương pháp PR-BSA/BSR cho kết quả chính xác và số liệu đáng tin cậy.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04385-z

G Protein “StRab5b” điều tiết tích cực tính kháng bệnh Phytophthora infestans của cây khoai tây

Nguồn; Zaimin Tian, Zhiwei Zhang, Liru Kang, Min Li, Jian Zhang, Yan Feng, Jiang Yin, Xuechen Gong, Jun Zhao. 2023. Small G Protein StRab5b positively regulates potato resistance to Phytophthora infestans. Front Plant Sci.; 2023 Jan 9; 13:1065627. doi: 10.3389/fpls.2022.1065627.

Hình: Triệu chứng nhiễm bệnh của nấm Phytophthora infestans trên củ khoai tây.

Rabproteins là thành viên lớn nhất của họ protein “small G protein” phân bố rộng khắp trong sinh vật eukaryotes. Nó có 8 subfamilies, đảm nhận nhiệm vụ điều tiết vận chuyển dinh dưỡng, tăng trưởng và phát triển cây, phản ứng với stress sinh học, phi sinh học. Theo nghiên cứu này, “small G protein” là kết quả mã hóa của gen StRab5b. Gen này được dòng hóa thành công trong cây khoai tây, người ta cung cấp thông tin sinh học của nó bao gồm phổ biểu hiện gen và mức độ biểu hiện, mức độ làm câm gen, xem xét trong trường hợp khoai tây thể hiện tính kháng bệnh do nấm Phytophthora infestans xâm nhiễm, thông qua kỹ thuật PCR, qPCR và VIGS (virus-induced gene silencing). Kết quả cho thấy amino acid của StRab5b có tính đồng dạng cao nhất trong NbRab5b của thuốc lá (N. benthamiana)  và tính đồng dạng thấp nhất trong StRab của cây khoai tây. Biểu hiện gen StRab5b thay đổi khác biệt nhau tùy theo mô khoai tây và tùy theo giống khoai tây, Gen này bị kích hoạch khi nấm P. infestans xâm nhiễm. Biểu hiện ectopic của cây chuyển nạp gen StRab5b trong N. benthamiana làm tăng cường tính kháng với nấm P. infestans, trong khi đó, làm câm gen StRab5b làm thuận tiện cho xâm nhiễm của nấm trong khoai tây và và gen tương đồng của nó làm thuận tiện cho xâm nhiễm của nấm trong thuốc lá. Bên cạnh đó, sự biểu hiện ổn định của gen StRab5b trong khoai tây làm tăng khả năng phản ứng stress có tính chất “redox”, thể hiện qua sự tích lũy của H₂O₂ ở lá khoai tây nhiễm bệnh và có sự gia tăng tiếp theo trong hoạt động của các enzymes liên quan đến biểu hiện ROS (gốc ô xi tự do), cho nên, nó tiết giảm sự phát triển của nấm P. infestans, làm giảm cực trọng vết bệnh trên lá khoai tây. In addition, the LOX gene transcripts and JA level were upregulated rapidly after inoculation with P. infestans. Kết qủa ghi nhận StRab5b điều tiết tích cực tính kháng bệnh khoai tây “late blight” (PLB) thông qua chu trình truyền tín hiệu JA (jasmonic acid).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36699835/