Tuần tin khoa học 849 (24-30/07/2023)

 “Resequencing” hệ gen cây sầu riêng

Nguồn: Wanapinun Nawae, Chaiwat Naktang, Salisa Charoensri, Sonicha U-Thoomporn, Nattapol Narong, Orwintinee Chusri, Sithichoke Tangphatsornruang, Wirulda Pootakham. 2023. Resequencing of durian genomes reveals large genetic variations among different cultivars. Front Plant Science; 2023 Feb 16; 14:1137077. doi: 10.3389/fpls.2023.1137077. 

Sầu riêng (Durio zibethinus), là loài cây ăn quả có biệt danh "King of Fruits," có giá trị kinh tế quan trọng ở Đông Nam Á. Nhiều giống sầu riêng đã và đang được phát triển tại đây. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành “resequencing” hệ gen của 3 giống sầu riêng điển hình của Thái Lan, đó là  Kradumthong (KD), Monthong (MT), và Puangmanee (PM) để nghiên cứu tính đa dạng di truyền của giống sầu riên đang canh tác. “Giá trị genome assemblies” của giống KD, MT, và PM là 832,7 Mb, 762,6 Mb, và 821,6 Mb, theo thứ tự. Khả năng chú thích di truyền (annotation) chiếm 95,7%, 92,4 % và 92,7% của “embryophyta core proteins”, theo thứ tự. Người ta thiết kế được “pangenome” của cây sầu riêng và phân tích hệ genome so sánh (comparative genomes) với cơ sở dữ liệu tham chiếu của các loài cây thuộc Malvales. Chuỗi trình tự LTR (long terminal repeat) và các họ protein tương ứng các genomes sầu riêng có mức độ tiến hóa thấp hơn hệ genomes bông vải. Tuy nhiên các họ protein có chức năng điều tiết phiên mã và chức năng phosphoryl hóa protein trong phản ứng với stress sinh học, phi sinh học có mức độ tiến hóa nhanh hơn. Phân tích mối quan hệ di truyền huyết thống, số CNVs (copy number variations: biến thể số bản sao), số PAVs (presence/absence variations: biến thể có mặt/vắng mặt) gợi ra rằng sự tiến hóa genome cây sầu riêng của giống Thái Lan khác biệt với giống sầu riêng Mã Lai, Musang King (MK). Trong 3 genome có trình tự mới ấy, phổ biểu hiện gen của PAV và CNV đối với các gen kháng bệnh và mức độ biểu hiện của protein “methylesterase inhibitor domain” mang các gen có ở giai đoạn ra hoa và giai đoạn quả chín trong giống MT khác biệt với giống  KD và PM. Những “giá trị genome assemblies” này và kết quả phân tích là nguồn khoa học đáng giá để hiểu rõ hơn đa dạng di truyền của các giống sầu riêng đang trồng, rất có ích cho sự phát triển giống sầu riêng mới trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36875624/

GWAS và phổ biểu hiện của họ gen YUCCA cây đậu xanh (Vigna radiata L.)

Nguồn Ranran Wu, Jingbin Chen, Yun Lin, Qiyuan Jia, Yingjian Guo, Jinyang Liu, Qiang Yan, Chenchen Xue, Xin Chen, Xingxing Yuan. 2023. Genome-Wide Identification, Expression Analysis, and Potential Roles under Abiotic Stress of the YUCCA Gene Family in Mungbean (Vigna radiata L.)

Int J Mol Sci.; 2023 Jan 13; 24(2):1603. doi: 10.3390/ijms24021603.

YUCCA, thuộc lớp B flavin-dependent monooxygenases, phản ứng xúc tác trong sinh tổng hợp auxin nội sinh, được xem là nội dung điều hòa tăng trưởng cây trồng và phả ứng với stress. Phân tích theo hệ thống họ gen YUCCA, phản ứng với stress của nó giúp chúng ta hiểu được cơ chế điều tiết và ứng dụng trong cải tiến giống đậu xanh. Theo kết quả nghiên cứu, có 12 gen trong họ YUCCA được xác định của hệ gen cây đậu xanh (Vigna radiata L.); người ta đặt tên gen theo mức độ tương đồng với AtYUCCAs. Phân tích di truyền huyết thống cho thấy  12 VrYUCCAs có thể phân ra thành 4 subfamilies. Sự ấy ấy được minh chứng từ các xét nghiệm enzyme in vitro và cây Arabidopsis chuyển nạp gen in vivo. Kết quả cho thấy tất cả gen VrYUCCAs được phân lập có hoạt tính sinh học khi phản ứng với tổng hợp IAA. Phân tích biểu hiện mẫu mực cho thấy mức độ đa dạng chức năng và mức độ đa dạng di truyền của họ gen VrYUCCA. Bốn= gen VrYUCCAs biểu hiện trong hầu hết các mô, năm gen VrYUCCAs biểu hiện đặc biệt cao tại những cơ qua của hoa đậu xanh. Phản ứng với 5 stress,đó là auxin (indole-3-acetic acid, IAA), mặn, khô hạn, nhiệt độ nóng, nhiệt độ lạnh, cũng được xem xét. Năm gen VrYUCCAs phản ứng với IAA ở rễ đậu xanh, trong khi đó, chỉ có một gen VrYUCCA8a được kích hoạt trong lá đậu xanh.

Gen VrYUCCA2a, VrYUCCA6a, VrYUCCA8a, VrYUCCA8b, và VrYUCCA10 biểu hiện tính trội trong phản ứng với stress phi sinh học, vì mức độ mẩn cảm của chúng đối với 4 nghiệm thức nói trên. Tuy nhiên, các modes phản ứng của  VrYUCCAs rất thay đổi, cho thấy chúng có thể điều tiết với stress rất khác nhau theo nhiều cách khác nhau để điều chỉnh rất ngoạn mục hàm lượng IAA. Kết quả phân tích VrYUCCAs trong nghiên cứu này là nền tảng kiến thức vững chắc  cho nghiên cứu sau này về những cơ chế của họ gen VrYUCCA và ứng dụng trong cải tiến giống.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36675117/

Bản đồ di truyền và dự đoán di truyền thông qua bắt chước vết bệnh lá bắp

Nguồn: Alper Adak, Seth C. Murray, Claudia Irene Calderón, Valentina Infante, Jennifer Wilker, José I. Varela, Nithya Subramanian, Thomas Isakeit, Jean-Michel Ané, Jason Wallace, Natalia de Leon, Matthew A. Stull, Marcel Brun, Joshua Hill & Charles D. Johnson. 2023. Genetic mapping and prediction for novel lesion mimic in maize demonstrates quantitative effects from genetic background, environment and epistasis. Theoretical and Applied Genetics July 2023; vol. 136, Article number: 155

Locus mới được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 7 gắn liền với “lesion mimic” (vết bệnh bắt chước) của hệ gen cây bắp; “lesion mimic” này có tính chất di truyền và được dự đoán tốt hơn thông qua bộ chỉ thị phân tử có thuật ngữ là “subset genomic markers” so với bội chỉ thị “whole genome markers” tại nhiều địa điểm thí nghiệm khác nhau.

“Lesion mimics” là kiểu hình của đốm lá cực nhỏ (leaf micro-spotting) trong cây bắp (Zea mays L.), chúng có thể được xem là tín hiệu rất sớm trong phản ứng với stress sinh học, phi sinh học. Hiểu biết cơ chế di truyền này rất có ích để hiểu làm thế nào những loci như vậy làm nền nền tảng di truyền khác nhau. Ở đây, người ta sử dụng 538 dòng con lai RILs cận giao tái tổ hợp của bắp để xác định “lesion mimic” mới mà kiểu hình được định tính tại Georgia, Texas, và Wisconsin. Các dòng RILs này được dẫn xuất từ 3 tổ hợp lai “bi-parental” sử dụng giống “tropical pollinator” (Tx773) làm bố mẹ phổ biến để lai với 3 dòng bắp cận giao (LH195, LH82, và PB80). Trong khi những “lesion mimic” có tính di truyền trong 3 môi trường khác nhau trên cơ sở dữ liệu kiểu hình (Hp�p = 0.68) và cơ sở dữ liệu kiểu gen (Hg�g = 0.91), người ta thấy có hiện tượng phân lý vượt trội (transgressive segregation). Áp dụng GWAS, người ta phân lập được một locus mới trên nhiễm sắc thể 7 (ở vị trí 70.6 Mb) locus này được phủ lên bởi một locus số lượng có khoảng cách phân tử 69.3–71.0 Mb, giải thích được 11–15% biến thiên kiểu hình, tùy theo ngoại cảnh. Một gen ứng cử viên có tên là Zm00001eb308070, liên quan đến lộ trình abscisic acid (ABA) có trong sự chết tế bào. Giá trị dự đoán di truyền (genomic predictions) được áp dụng trong những “genome-wide markers” (bao gồm 39.611 chỉ thị phân tử) tương phản với “marker subset” (51 markers). Kiến trúc quần thể giải thích được nhiều biến dị hơn giải thích theo môi trường trong kết quả “genomic prediction”, nhưng các cơ sở di truyền mang tính chất “substantial” khác cũng được người ta tìm thấy. Subset markers giải thích được biến dị di truyền ít hơn (24.9%) đ61i với tính trạng “lesion mimic” so với “genome markers” tổng thể (55.4%) theo model này, dự đóan được “lesion mimic” tốt hơn (0.56–0.66 so với 0.26–0.29). Như vậy, kiểu hình “lesion mimic” ít chịu ảnh hưởng ngoại cảnh hơn epistasis, ảnh hưởng bản chất di truyền, mà nó giải thích được hiện tượng phân ly vượt trội (transgressive).

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04394-y

Promoter của UBL5 trong cây dưa leo là công cụ để xem xét biểu hiện transgene được ứng dụng trong chỉnh sửa gen

Nguồn: Kamonchanok Taway, Issariya Dachphun, Supachai Vuttipongchaikij & Anongpat Suttangkakul. 2023. Evaluation of cucumber UBL5 promoter as a tool for transgene expression and genome editing in plants. Transgenic Research (2023); Published in June 23 2023

Biểu hiện transgene và chỉnh sử hệ gen (genome editing) có thể giúp người ta cải tiến được giống dưa leo tốt hơn trong điều kiện biến đổi khí hậu. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá khả năng ứng dụng của promoter gen CsUBL5 trong biểu hiện transgene và genome editing của dưa leo. Promoter của gen CsUBL5 được dòng hóa và phân tích kỹ  cis-elements của nó trong phản ứng với những tín hiệu stress phi sinh học, hormones, phân tử mang tín hiệu và các nghiệm thức xử lý về dinh dưỡng. Thiết kế 5′ deletion của phân tử promoter này được xét nghiệm đối với khả năng của GUS reporter trong cơ quan tử diệp dưa leo, cây con Arabidopsis, là cây thuốc lá, và phản ứng của chúng với nhiều nghiệm thức khác nhau như SA, ánh sáng, khô hạn, IAA, GA. Kết quả cho thấy CsUBL5 promoter làm cho biểu hiện transgene rõ ràng trong cây, những biểu hiện ấy trong nghiệm thức xử lý với cis-elements dự đoán, tuy có vài ngoại lệ xảy ra. Hơn nữa, thiết kết pCsUBL5-749 deletion có thể cải tiến được kết quả chỉnh sửa gen trong dưa leo, khi vận hành Cas9. Hiệu quả chỉnh sửa gen của hai sgRNAs nhắm đích đến là gen ATG6 của dưa leo gấp 4,6 lần so với sử dụng pCsUBL5-749 trong UBI promoter của cây lúa, mặc dù các ảnh hưởng này làm thay đổi promoter để tăng hiệu quả chỉnh sửa gen; đó là phân tử sgRNA rất chuyên biệt. Kết quả cho thấy khả năng sử dụng CsUBL5 promoter nhằm cải tiến giống dưa leo thông qua kỹ thuật di truyền và genome editing. Nó chứng minh được tầm quan trọng của modulating biểu hiện Cas9 để tăng hiệu quả chỉnh sửa gen dưa leo.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s11248-023-00359-5