Tuần tin khoa học 848 (17-23/07/2023)

Di truyền tính trạng chống chịu sự che mát của tập đoàn đậu nành Trung Quốc

Nguồn: Yanzhu Su, Zhipeng Zhang, Jianbo He, Weiying Zeng, Zhaoyan Cai, Zhenguang Lai, Yongpeng Pan, Xiaoshuai Hao, Guangnan Xing, Wubin Wang, Jiaoping Zhang, Yan Li, Zudong Sun & Junyi Gai. 2023. Gene–allele system of shade tolerance in southern China soybean germplasm revealed by genome-wide association study using gene–allele sequence as markers. Theoretical and Applied Genetics July 2023; vol. 136, Article number: 152 

Hình Đa dạng tính trạng kiểu hình của nguồn đậu nành hoang dại (MA Nawaz et al. 2020).

Có 53 gen điều khiển tính chống chịu sự che mát (shade tolerance) với tất cả 281 alen trong SCSGP được người ta phân lập thành công thông qua kỹ thuật “gene–allele sequence” như những markers trong RTM GWAS, từ đó người ta thực hiện những cặp lai tối hảo, những motivators có tính chất tiến hóa, và mạng lưới “gene–allele” này được khai thác.

Tính chống chịu sự che mát là chìa khóa then chốt phục vụ canh tác tối ưu cho đậu nành trồng xen canh với bắp. Muốn khai thác tính chống chịu sự che mát ở mức độ “gene–allele” trong tập đoàn giống đậu nành bản địa Trung Quốc, người ta đề xuất sử dụng chỉ thị phân từ có tính chất “gene–allele sequence markers” viết tắt là GASMs trong mẫu hình đa locus có hai giai đoạn hạn chế (restricted two-stage multi-locus model) và “genome-wide association study” viết tắt là GASM-RTM-GWAS. Tập đoàn giống đậu nành địa diện bao gồm 394 mẫu giống được trắc nghiệm về tính chống chịu sư che bóng theo giá trị STI (shade tolerance index), tại Nanning, TQ. Thông qua kết quả “whole-genome re-sequencing”, có 47.586 chỉ thị phân tử GASMs. Kết quả GASM-RTM-GWAS, có 53 gen ảnh hưởng chính trên chỉ số STI bao gồm tất cả 281 alen (2–13 alen trên mỗi gen) (có 63 gen bao gồm 308 alen, trong đó, có 38 gen tương tác G × E bao gồm 191 alen) được người ta phân lập; chúng được biểu hiện theo kết quả “gene–allele matrix” bao gồm tám submatrices tương ứng với những quần thể phụ mnang tính chất mùa vụ địa lý (geo-seasonal subpopulations). Quần thể này có đặc điểm là thay đổi một chút chỉ số STI (1.69 → 1.56–1.82) và thay đổi một chút “gene–allele” (92.5% alen di truyền, 0% alen bị loại trừ, 7.5% alen tự xuất hiện) từ nguyên thủy (SA_III) để hình thành nên bảy subpopulations, nhưng khả năng tái tổ hợp vượt trội hơn bố mẹ khá lớn (transgressive recombination) và cho cặp lai tối ưu khá lớn được người ta dự báo. Số gen theo chỉ số STI có tất cả 63 gen được chú thích di truyền (annotated) trên cơ sở 6 chuẩn mực sinh học (tiến trình biến dưỡng, hoạt động xúc tác, phản ứng với stress, phiên mã và dịch mã, truyền tín hiệu, dịch chuyển và những chức năng khác chưa biết), chúng tương tác với nhau hình thành  mạng lưới gen (gene networks). Từ hệ thống “gene–allele” căn cứ theo chỉ số STI, có 38 alen quan trọng thuộc 22 gen được đặt tên phục vụ cho nghiên cứu sau này. Kết quả GASM-RTM-GWAS hoàn thiện nghiên cứu di truyền quần thể quỹ gen đậu nành một cách mạnh mẽ và hiệu quả so với các phương pháp khác thông qua việc tiếp cận trực tiếp và định danh hệ thống “gene–allele” của nó, từ đó, chọn giống đậu nành theo kiểu “genome-wide breeding” nhờ thiết kế nói trên có thể thành công, những motivators mang tính chất tiến hóa, hệ thống “gene–allele” có thể được khai thác một cách hiệu quả.

Xem  https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04390-2

Quang kỳ, quang hướng động gắn với Tiller Angle Control 1 và kiến trúc cây lúa

Nguồn; Hong Wang, Ranran Tu, Zheyan Ruan, Chi Chen, Zequn Peng, Xingpeng Zhou, Lianping Sun, Yongbo Hong, Daibo Chen, Qunen Liu, Weixun Wu, Xiaodeng Zhan, Xihong Shen, Zhengping Zhou, Liyong Cao, Yingxin Zhang & Shihua Cheng. 2023. Photoperiod and gravistimulation-associated Tiller Angle Control 1 modulates dynamic changes in rice plant architecture. Theoretical and Applied Genetics volume 136, Article number: 160

TAC1 có trong phản ứng quang chu kỳ và quang hướng động để làm ra kiến trúc cây lúa hết sức cơ động bỷ ảnh hưởng đến sự phân bố của auxin nội sinh, sự phân bố này có thể giải thích được TAC1 phân tán rất rộng trong lúa indica.

Thực vật trải nghiệm sự sống của chúng trong môi trường thông qua kết quả tăng trưởng, cần phải có sự điều tiết một cách linh hoạt về kiến trúc cây để thích ứng với các tính hiệu của môi trường chúng sống. Nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng gen Tiller Angle Control 1 (TAC1) điều chỉnh những thay đổi cơ học trong kiến trúc cây lúa; tuy nhiên, các cơ chế điều tiết cơ bản vẫn chưa rõ. Theo kết quả nay, người ta ghi nhận TAC1 điều tiết kiến trúc cây khi nó biểu hiện phụ thuộc vào cái gì đó, biểu hiện mật cao trong thân lúa, và biểu hiện có tính cơ động linh hoạt trong chồi thân trên cơ sở giai đoạn tăng trưởng nhất định nào đó. Xử lý quang chu kỳ cho thấy gen TAC1 biểu hiện theo đồng hồ sinh học (circadian rhythm) và và biểu hiện nhiều hơn hết trong thời kỳ tối (dark period) hơn là  giai đoạn có ánh sáng; trong ngày ngắn nhiều hơn trong ngày dài. Do vậy, nó góp phần vào kiến trúc cơ giới của cây đưới điều kiện ngày dài và không chặt chẽ trong điều kiện ngày ngắn. Nghiệm thức xử lý “gravity” cho thấy gen TAC1 bị kích hoạt bởi “gravistimulation” và tiêu cực trong điều tiết “gravitropism” của chồi thân, bởi sự phân bố không đủ của auxin. Đáng chú ý là, giống lúa indica được trắc nghiệm có TAC1 tạo ra kiến trúc cây lúa rất cơ động trong điều kiện ngày dài trong tự nhiên, bởi vì có phân bố rộng của TAC1 trong cây lúa indica. Kết quả này cung cấp luận điểm mới về cơ chế điều tiết phụ thuộc vào TAC1 đối với những thay đổi cơ học trong kiến trúc cây lúa.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04404-z

ZmAGO18b negatively regulates maize resistance against southern leaf blight

Nguồn: Zhikang Dai, Qianhui Yang, Donghai Chen, Bingchen Li, Jiamin Que, Long Hu, Bao Zhang, Zuxin Zhang, Kun Chen, Shukuan Zhang & Zhibing Lai. 2023. ZmAGO18b negatively regulates maize resistance against southern leaf blight. Theoretical and Applied Genetics July 2023; vol. 136, Article number: 158

Gen ZmAGO18b mã hóa protein “argonaute”, đây là protein đóng vai trò regulator tiêu cực trong tính kháng bệnh bạc lá bắp (southern leaf blight).

Bệnh “Southern leaf blight” do khuẩn Cochliobolus heterostrophus gây ra, rất nghiệm trọng trên vùng canh tác bắp của thế giới. Argonaute protein (AGO), là những regulators chủ chốt trong lộ trình của phân tử small RNA, protein này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự vệ của cây. Nhưng chức năng của protei này trong tính kháng với pathogen C. heterostrophus chưa được biết. Kết quả phân tích di truyền theo kiểu “association” giữa biến thể trong nhân của 18 loci mang gen ZmAGO với kiểu hình kháng bệnh do C. heterostrophus đã được thực hiện thành công. Locus ZmAGO18b được người ta xác định có liên quan đến tính kháng khuẩn C. heterostrophus. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen ZmAGO18b ức chế tính kháng của cây bắp đối với C. heterostrophus, đột biến gen ZmAGO18b làm tăng cường tính kháng của cây bắp với C. heterostrophus. Người ta xác định được haplotype kháng của gen ZmAGO18b thông qua phân tích di truyền “association” trong biến thể tự nhiên trình tự DNA của gen ZmAGO18b với kiểu hình kháng bệnh ở giai đoạn cây con, đối với nấm C. heterostrophus. Người ta xác định haplotype kháng đồng phân ly với kiểu hình kháng C. heterostrophus trong hai quần thể con lai F₂. Kết quả nghiên cứu ghi nhận ZmAGO18b điều tiết tiêu cực tính kháng bệnh do C. heterostrophus.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04405-y

Tổ hợp phage phòng ngừa bệnh bạc lá lúa ( Oryza sativa L.)

Nguồn: Hubiao Jiang, Changxin Li, Xuefang Huang, Temoor Ahmed, Solabomi Olaitan Ogunyemi, Shanhong Yu, Xiao Wang, Hayssam M Ali, Fahad Khan, Chengqi Yan, Jianping Chen, Bin Li. 2023. Phage combination alleviates bacterial leaf blight of rice ( Oryza sativa L.). Front Plant Sci.; 2023 Apr 19; 14:1147351. doi: 10.3389/fpls.2023.1147351. 

Bệnh bạc lá lúa (BLB) gây thiệt hại nghiêm trọng sản xuất lúa, gây ra bởi Xoo, vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Thực khuẩn thể (phages) đã và đang được đề xuất là chiến lược xanh, có hiệu quả rõ để diệt trừ patogen vi khuẩn này, tuy nhiên, cơ chế hoạt động của phages trong kiểm soát bệnh vi khuẩn thực vật vẫn chưa rõ. Ở đây, người ta tiến hành nghiên cứu trong nhà kính, thí nghiệm trong chậu cho thấy rằng tổ hợ thực khuẩn thể (phage combination) có thể làm giảm chỉ số bệnh đến 64.3%. Công nghệ chạy trình tự DNA chính xác, hiệu quả, đã được áp dụng để phân tích đặc điểm của những thay đổi “microbiome” trên thực vật này. Kết quả cho thấy những tổ hợp phage như vậy đã khôi phục tác động của xâm nhiễm bởi pathogen đối với cộng đồng thực vật ở một mức độ nhất định, đã làm tăng sự đa dạng của cộng động vi khuẩn. Hơn nữa, tổ hợp phage đã làm giảm mức độ phong phú tương đối của vi khuẩn Xoo có tính chất ngoại sinh là 58,9% và Xoo nội sinh là 33,9%. Đặc biệt, Sphingomonas và Stenotrophomonas trở nên nhiều hơn. Theo thuật toán mô phỏng (structural equation modeling), tổ hợp thực khuẩn thể ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến chỉ số bệnh bởi ảnh hưởng của sinh khối Xoo và tính kháng của phage. Như vậy, tổ hợp thực khuẩn thể có thể làm giảm tốt hơn chỉ số bệnh. Kết quả này cung cấp luận điểm mới về kiểm soát sinh học của thực khuẩn thể đối với bệnh vi khuẩn tấn công thực vật, hỗ trợ cơ sở dữ liệu sinh học, và ý tưởng mới về nông nghiệp xanh và quản lý bệnh cây.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37152174/

Hình: Ảnh hưởng của “phage combination” trên “alpha diversity” của cộng động vi khuẩn ngoại sinh (A, B) và nội sinh (C, D) . “Alpha diversity” được định tính trên cơ sở chỉ số Chao1 index. Theo kết quả xét nghiệm Kruskal-Wallis, những chữ khác nhau biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức độ P < 0.05. CK, Control; C2, Xoo strain alone; 23E, Xoo phages (J2+J3+E); C223E, Xoo strain C2 + Xoo phages (J2+J3+E).