Tuần tin khoa học 847 (10-16/07/2023)

Di truyền tính trạng phenolic trong cà chua, cà tím và ớt ngọt

Nguồn; Elena Rosa-Martínez, Arnaud Bovy, Mariola Plazas, Yury Tikunov, Jaime Prohens, Leandro Pereira-Dias. 2023. Genetics and breeding of phenolic content in tomato, eggplant and pepper fruits. Review; Front Plant Sci.; 2023 Mar 21;14:1135237.  doi: 10.3389/fpls.2023.1135237.

Phenolic acids và flavonoids là những nhóm lớn của cơ chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolites) phổ biến trong thực vật. Chúng hiện đang được chú ý vì rất có lợi cho sức khỏe chúng ta – người tiêu dùng chúng, cũng như vai trò quan trọng của chúng trong tiến trình sinh học thực vật và trong tương tác giữa cây với ngoại cảnh. Cà chua, cà tím, ớt chuông là những loài rau hàng đầu của người tiêu dùng trên thế giới, phổ tích tụ hàm lượng các hợp chất ấy đã được xác định phổ biến, với sự đa dạng rất cao. Một loạt các công cụ di truyền và hệ gen học đã và đang giúp người ta phân lập những QTLs và những gen ứng cử viên gắn với hoạt động sinh tổng hợp trong quả có hàm lượng phenolic acids và flavonoids biến động. Mục đích của bài tổng quan này là tổng hợp lại thông tin có sẵn giúp nhà nghiên cứu và nhà chọn giống dễ dàng tiếp cận có hệ thống. Lộ trình phenylpropanoid được điều tiết rất chặt chẽ bởi những gen có cấu trúc, gen ấy được bảo tồn qua các loài thực vật, theo một hệ thống nguyên tố điều khiển cực kỳ phức tạp (complex network of regulatory elements) như yếu tố phiên mã TFs, đặc biệt là họ protein MYB, và những transporters tế bào. Hơn nữa, các hợp chất phenolic tích tụ trong mô mang tính chất chuyên biệt và có nhiều cách phát triển khác nhau, ví dụ lộ trình vận hành khác nhau của chu trình cơ chất biến dưỡng / rồi ngưng hoạt động theo diễn biến phát triển của quả. Người ta đã lấy 104 phân tử đồng dạng theo giả định (annotated putative orthologues) mã hóa những protein là enzyme chủ chốt trong chu trình biến dưỡng phenylpropanoid của cà chua (37), cà tím (29) và ớt chuông (38) rồi tìm ra được 267 QTLs (217 của cà chua, 16 của cà tím và 34 của ớt chuông) gắn với phenolic acids của quả, flavonoids và hàm lượng phenolics tổng số. Kết hợp phương pháp sinh học phân tử  và biến dị trong di truyền, thông qua cả hai phương pháp truyền thống và kỹ thuật di truyền, đây là cách tiếp cận khả thi để cải thiện hàm lượng phenolics của cà chua, cà tím và ớt chuông. Sau cùng, dù chu trình sinh tổng hợp phenylpropanoid đã được nghiên cứu khá kỹ trên các loài cây thộc họ Solanaceae, nhưng nhiều nghiên cứu hơn cần được tiếp tục để phân lập ra những gen ứng cử viên bên cạnh nhiều QTLs, cũng như tương tác với những QTLs khác và những gen khác.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37025131/

Hình 1: Cấu trúc căn bản của benzoic acids (bên trái), nó có một carboxylic group gắn với aromatic ring (C6-C1 backbone), cinnamic acids (bên phải), nó có một propanoic acid gắn với aromatic ring (C6-C3 backbone), và flavonoids (ở dưới cùng),có một benzo-γ-pyrone ring (A) và một phenyl ring (B) gắn với nhau nhờ oxygen-containing γ-pyrone ring (C).

Đặc điểm di truyền và hình thái của dòng đậu nành đột biến chịu mặn (Glycine max L.)

Nguồn: Chang Yeok Moon, Byeong Hee Kang, Woon Ji Kim, Sreeparna Chowdhury, Sehee Kang, Jeong-Dong Lee, Soon-Jae Kwon, Han-Yong Kim, Hyeon-Seok Lee & Bo-Keun Ha. 2023. Morpho-physiological and genetic characteristics of a salt-tolerant mutant line in soybean (Glycine max L.). Theoretical and Applied Genetics July 2023; vol. 136, Article number: 166

Một QTL chủ lực và một gen ứng cử viên cho tính trạng chống chịu mặn đã được người ta xác định trên nhiễm sắc thể 3 từ một dòng đậu nành đột biến do phóng xạ gamma-ray, dòng đậu nành này cung cấp một nguồn di truyền mới phục vụ cải tiến giống đậu nành cao sản chịu mặn.

Đất bị nhiễm mặn là vấn đề mang tính chất toàn cầu làm giảm năng suất cây trồng, nhưng việc phát triển giống chịu mặn có thể giúp người ta khác phục được thách thức ấy. Nghiên cứu được tiến hành nhằm mục đích đánh giá tính chất sinh lý, hình thái và di truyền của dòng đậu nành đột biến mới, chịu mặn có tên là KA-1285 được phát triển nhờ chiếu xạ tia gamma-ray trong đậu nành soybean (Glycine max L.). Phản ứng sinh lý và hình thái của KA-1285 được so sánh với dòng nhiễm mặn và dòng chịu mặn sau khi xử lý 150 mM NaCl trong hai tuần lễ. Bên cạnh đó, một QTL chủ lực điều khiển chịu mặn được người ta xác định trên nhiễm sắc thể 3 theo kết quả nghiên cứu quần thể Daepung X KA-1285 169 F_2:3, và một phân tử mất đoạn đặc biệt được tìm thấy trong gen Glyma03g171600 (Wm82.a2.v1) gần vùng có chứa QTL nói trên theo kết quả phân tích re-sequencing. Một chỉ thị phân tử kompetitive allele-specific PCR (KASP) được người ta phát triển trên cơ sở mất đoạn của gen Glyma03g171600 nó phân biệt được alen của cây wild-type và alen của cây đột biến. Thông qua kết quả phân tích biểu hiện gen, người ta xác định được Glyma03g171700 (Wm82.a2.v1) là một gen chủ lực điều khiển tính trạng chống chịu mặn của gen có chức năng Glyma03g32900 (Wm82.a1.v1). Kết quả cho thấy đột biến nhờ chiếu xạ gamma-ray đã tạo được dòng đột biến KA-1285 có tiềm năng làm nguồn vật liệu di truyền trong khai thác tạo ra giống chịu mặn, cung cấp thông tin hữu ích cho những nghiên cứu có liên quan đến tính chống chịu mặn của cây đậu nành.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04408-9

Phân tử miRNAs và lncRNAs trong cà chua: phản ứng với stress sinh học, phi sinh học

Nguồn: Qian Li, Heng Shen, Shoujuan Yuan, Xigang Dai, Changxian Yang. 2023. miRNAs and lncRNAs in tomato: Roles in biotic and abiotic stress responses. Review - Front Plant Sci.; 2023 Jan 11; 13:1094459. doi: 10.3389/fpls.2022.1094459. 

Thực vật thường chịu sự phơi nhiễm liên tục trong môi trường có quá nhiều stress sinh học và phi sinh học. Để đối phó với những stress ấy, thực vật đã tiến hóa phát triển ra nhiều cơ chế tự vệ. Với sự phát triển cực kỳ nhanh chóng của công nghệ chạy trình tự hệ gen, một số lượng lớn phân tử non-coding RNA (ncRNAs) đã và đang được phân lập trong cây cà chua, ví dụ microRNAs (miRNAs) và long non-coding RNAs (lncRNAs). Gần đây, càng nhiều minh chứng cho thấy có những phân tử ncRNAs hiện diện trong phản ứng của cây đối với stress sinh học và phi sinh học trong cây cà chua. Bài tổng quan này tóm tắt lại những tiếp cận mới nhất về vai trò điều tiết của phân tử ncRNAs trong cây cà chua khi chúng phản ứng với stress sinh học, phi sinh học (nhiệt độ nóng, khô hạn, lạnh, mặn, etc... và bacteria, nấm, viruses, sâu hại, etc.). Hiểu biết những cơ chế phân tử qua trung gian ncRNAs khi cây phản ứng với các stress nói trên  sẽ giúp chúng ta xác định rõ hướng chiến lược tương lai trong nghiên cứu ncRNA và lai tạo giống cà chua kháng được stress như vậy.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36714724/

Fine mapping gen BnDM1 điều tiết trổ bông của cây cải Brassica napus

Nguồn: Jiao Chen, Sihao Zhang, Bao Li, Chenjian Zhuo, Kaining Hu, Jing Wen, Bin Yi, Chaozhi Ma, Jinxiong Shen, Tingdong Fu & Jinxing Tu. 2023. Fine mapping of BnDM1—the gene regulating indeterminate inflorescence in Brassica napus. Theoretical and Applied Genetics July 2023; vol. 136, Article number: 151

Gen ứng cử viên Bndm1 liên quan đến xác định cụ thể trổ bông của cây cải được người ta lập bản đồ di truyền ở đoạn phân tử 128-kb trên C02 của Brassica napus.

Brassica napus với xác định rõ ngày trổ bông đã cải tiến được sản lượng trên đồng ruộng, ví dụ như chiều cao cây thấp hơn, cải tiến tính đỗ ngã  và  ngày chín nhất định (consistent maturity). So sánh các cây có thời giản trổ bông xác định được, đặc điểm ấy rất được ưa chuộng trong thu hoạch bằng cơ giới. Ở công trình này, người ta sử dụng một dòng đột biến trong tự nhiên 6138 có thời gian trổ bông xác định được (determinate inflorescence), minh chứng rằng tính trạng “determinate inflorescence” làm giảm chiều cao cây rất đáng kể mà không ảnh hưởng gì đến khối lượng 1.000 hạt  và năng suất hạt trên mỗi cây. “Determinacy” (tính xác định) được điều tiết bởi một gen lặn có tên là Bndm1. Sử dụng một tập họp các chỉ thị phân tử “SNP arrays” và kỹ thuật “map-based cloning”, người ta đã lập được bản đồ di truyền tại locus tính trạng “determinacy” có kích thước phân tử 128-kb trên nhiễm thể C02. Theo kết quả so sánh các trình tự DNA,  và các chức năng gen đã được báo cáo đối với gen ứng cử viên trong vùng này, người ta dự đoán BnaC02.knu (một gen đồng dạng của KNU trong cây Arabidopsis) là một gen ứng cử viên của Bndm1 trong điều khiển tính trạng “determinate inflorescence”. Có 623-bp mất đoạn tại upstream của KNU promoter của dòng đột biến. Phân tử mất đoạn này tạo ra sự biểu hiện gen mạnh mẽ của BnaC02.knu của dòng đột biến so với dòng ZS11. Tương quan giữa mất đoạn và “determinate inflorescence” được xem xét trong quần thể có trong tự nhiên. Kết quả cho thấy rằng sự mất đoạn này ảnh hưởng đến sự phiên mã bình thường của BnaC02.knu trong cây cải có tính trạng “determinate inflorescence”, đóng vài trò quan trọng trong duy trì sự phát triển hoa cải dầu. Nghiên cứu cung cấp nguồn vật liệu di truyền phục vụ tối ưu hóa kiến trúc cây cải và giống canola mới thích ứng với cơ giới hóa khâu thu hoạch. Bên cạnh đó, kết quả cấp cấp luận điểm lý thuyết để phân tích cơ chế phân tử làm cơ sở cho hình thành “determinate inflorescence” của cây cải B. napus.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04384-0

Thu hoạch cải dầu bằng máy.