Tuần tin khoa học 850 (31/07-06/08/2023)

Bọ phấn trắng truyền hai siêu vi gây bệnh khảm lá sắn kiểu hình “bipartite”

Nguồn: George G Kennedy, William Sharpee, Alana L Jacobson, Mary Wambugu, Benard Mware, Linda Hanley-Bowdoin. 2023. Genome segment ratios change during whitefly transmission of two bipartite cassava mosaic begomoviruses. Sci Rep.; 2023 Jun 21; 13(1):10059. doi: 10.1038/s41598-023-37278-8.

Bệnh khảm lá sắn do bọ phấn trắng truyền “begomoviruses”, mà chúng xuất hiện theo kiểu “co-infections” (đồng xâm nhiễm). Hai siêu vi này có genome kiểu “bipartite” (lưỡng cực); genomes có DNA-A và DNA-B that được gói trong những virions riêng biệt. Từng siêu vi xuất hiện trong cây sắn và vector “bọ phấn trắng” xuất hiện thành những quần thể chứa cả hai “segments” của hệ gen nói trên, chúng có thể xuất hiện ở nhiều tần suất khác nhau. Cả hai “segments” đều cần để sự nhiễm bệnh diễn ra, chúng phải được truyền đi để siêu vi lan rộng trên đồng sắn. Cây sắn bị nhiễm bệnh với “African cassava mosaic virus”, viết tắt là ACMV và/hoặc East African cassava mosaic Cameroon virus, viết tắt là EACMCV, trong đó, tỷ lệ giữa “DNA-A:DNA-B titers” khác nhau hoàn toàn giữa từng cây sắn, người ta sử dụng giá trị ấy để xem xét làm thế nào titers của hai “segments” trong cây sắn liên quan đến xác suất gây bệnh tương ứng của bọ phấn trắng; làm thế nào những titers của mỗi “segment” nhiễm bệnh được; sau đó, bọ phấn trắng mang nguồn bệnh này lan truyền trên đồng ruộng trồng sắn. Xác suất lây bệnh của mỗi “segment” của quần thể siêu vi Châu Phi ACMV không phản ánh được titers tương thích của chúng trong nguồn sắn bị bệnh này, nhưng quần thể siêu vi Cameroon EACMCV phản ánh rõ ràng điều đó. Tuy nhiên cả hai siêu vi biểu hiện tỷ lệ DNA-A:DNA-B bệnh lý do bọ phấn trắng mang đến khác biệt nhau tùy theo nguồn cây bệnh  và tỷ lệ truyền bệnh bởi bọ phấn trắng không khác với tỷ lệ có xác suất cao nhất lây nhiễm cả hai segments.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37344614/

Ưu thế lai được hiểu dưới góc độ di truyền phân tử tại rễ và hệ rễ của cây mễ cốc

Nguồn: Jutta A. Baldauf & Frank Hochholdinger. 2023. Molecular dissection of heterosis in cereal roots and their rhizosphere. Theoretical and Applied Genetics August 2023; vol. 136, Article number: 173

Heterosis (ưu thế lai) được biểu hiện sớm trong sự phát triển của rễ. Theo đặc điểm tính trội của mô hình heterosis, sự bổ sung trong biểu hiện gen là một cơ chế chung nhất góp phần vào kết quả heterosis kiểu hình của cây bắp lai.

Con lai F₁ dị hợp tử có giá trị vượt trội so vớibố mẹ là dòng cận giao, hiện tượng này được định nghĩa là “heterosis”. Sử dụng ưu thế lai là một trong những phương pháp quan trọng hàng đầu của nông nghiệp. Sử dụng ưu thế lai được áp dụng rộng rải làm tăng năng suất của nhiều giống cây trồng. Rễ cây biểu hiện ưu thế lai qua nhiều tính trạng, rất quan trọng trong mục tieu cải tiến giống. Muốn giải thích được cơ sở phân tử của heterosis, nhiều giả thuyết di truyền học đã được đề xuất. Gần đây, những kỹ thuật “làm ra phổ biểu hiện gen chất lượng cao” được áp dụng phục vụ cho nghiên cứu cường lựa lai (hybrid vigor). Phù hợp với mô phỏng “tính trội” trong di truyền kinh điển, những bổ sung trong biểu hiện gen đã được người ta minh chứng là một cơ chế chung nhất góp phần vào đặc điểm heterosis kiểu hình trong giống bắp lai đa dạng. Sự phân chia chức năng của những gen ấy hỗ trợ tính chất bổ sung trong biểu hiện gen, có thể làm tăng cường đáng kể “hybrid vigor” dưới những điều kiện môi trường hết sức thay đổi. Con lai có xu hướng phản ứng khác nhau với các nguyên tố dinh dưỡng trong đất. Người ta giả định rằng: “hybrid vigor” được tăng cường thông qua sử dụng hiệu quả dinh dưỡng cao hơn mà hiệu quả hấp thu ấy gắn liền với hệ thống rễ được cải tiến của con lai so với bố mẹ chúng là dòng cận giao. Gần đây, tương tác giữa vi sinh vật đất và cây chủ được người ta thêm vào như một hướng nghiên cứu lâu dài để giải thích được dị hợp tử đang diễn diến dưới mặt đất của cây trồng. Vi sinh vật đất có ảnh hưởng đến kết quả của giống bắp lai được minh chứng bởi so sánh giữa đất kém phì nhiêu và đất có quá nhiều vi sinh vật có ích.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04419-6

Chức năng của gen ZmPMP3g trong chống chịu khô hạn của cây bắp

Nguồn: Ling Lei, Hong Pan, Hai-Yang Hu, Xian-Wei Fan, Zhen-Bo Wu, You-Zhi Li. 2023. Characterization of ZmPMP3g function in drought tolerance of maize. Sci Rep.; 2023 May 5; 13(1):7375. doi: 10.1038/s41598-023-32989-4.

Hình: Mô phỏng sự biểu hiện mạnh mẽ của gen ZmPMP3g.

Các gen mã hóa protein ở trong màng plasma; đó là proteolipid 3 (PMP3) domain, những protein ấy có nhiệm vụ phản ứng với stress phi sinh học, nhưng chức năng của chúng trong cây bắp trong chống chịu khô hạn chưa được biết rõ. Theo nghiên cứu này, dòng bắp transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen ZmPMP3g giúp cây bắp chống chịu tốt với khô hạn; làm tăng chiều dài rễ tổng số, tăng hoạt tính của các enzymes:  superoxide dismutase và catalase, làm tăng hàm lượng nước của lá; làm giảm LWP (leaf water potential), giảm mức độ O₂^-·và H₂O₂, và malondialdehyde khi cây bị khô hạn. Trong nghiệm thức phun trên lá với abscisic acid (ABA), chống chịu khô hạn của dòng transgenic Y7-1 biểu hiện mạnh mẽ gen ZmPMP3g và dòng cây nguyên thủy (wild type) Ye478 đều được tăng cường, theo đó, dòng Y7-1 biểu hiện sự tăng lên ABA nội sinh và giảm gibberellin (GA) 1 nội sinh (có ý nghĩa thống kê), hơi giảm GA3 (không có ý nghĩa thống kê). Dòng Ye478 có hàm lượng ABA tương đối thấp hơn, không thay đổi GA1 và GA3. Sự biểu hiện mạnh mẽ gen ZmPMP3g trong dòng Y7-1 ảnh hưởng đến sự biểu hiện của nhiều gen TFs chủ chốt (transcription factor) trong lộ trình truyền tín hiệu khô hạn phụ thuộc ABA, không phụ thuộc ABA. Kết quả cho thấy biểu hiện mạnh mẽ gen ZmPMP3g có vai trò quan trọng trong tính trạng chống chịu khô hạn cây bắp bởi kết hợp hài hòa hiện tượng sinh lý ABA-GA1-GA3 homeostasis/balance, cải tiến tăng trưởng rễ bắp, tăng cường khả năng chống ô xi hóa, duy trì tính toàn vẹn lipid trong màng, điều tiết áp suất thẩm thấu bên trong tế bào. Mô phỏng ABA-GA-ZmPMP3g đã được nhóm tác giả đề nghị và thảo luận chi tiết.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37147346/

Bản đồ di truyền hệ vi sinh vật rễ lúa và vai trò của chúng giúp cây lúa chịu hạn

Nguồn: Beatriz Andreo-Jimenez, Dennis E Te Beest, Willem Kruijer, Nathan Vannier, Niteen N Kadam, Giovanni Melandri, S V Krishna Jagadish, Gerard van der Linden, Carolien Ruyter-Spira, Philippe Vandenkoornhuyse, Harro J Bouwmeester  . 2023. Genetic Mapping of the Root Mycobiota in Rice and its Role in Drought Tolerance. Rice (N Y); 2023 May 22; 16(1):26. doi: 10.1186/s12284-023-00641-4.

Lúa là giống cây trồng quan trọng thứ hai trên thế giới, nhưng rất dễ bị tổn thương bởi khô hạn. Vi sinh vật có thể làm giảm tác động của hạn hán. Mục đích của nghiên cứu này là làm sáng tỏ các yếu tố di truyền liên quan đến tương tác giữa cây lúa và vi sinh vật, ở đó, di truyền có vai trò chống chịu khô hạn cho cây lúa. Với lý do ấy, tập đoàn các vi sinh vật đất trồng lúa (root mycobiota) được định tính trong 296 mẫu giống lúa trồng (Oryza sativa L. subsp. indica) trong nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức xử lý khô hạn. người ta áp dụng GWAS (genome wide association study) để làm bản đồ di truyền “association”. Kết quả phân lập được 10 chỉ thị SNPs có ý nghĩa (giá trị LOD > 4) gắn liền với sáu loài nấm “root-associated fungi”, đó là Ceratosphaeria spp., Cladosporium spp., Boudiera spp., Chaetomium spp., và một ít fungi khác thuộc bộ Rhizophydiales. Bốn chỉ thị SNPs gắn với tính chống chịu khô hạn do nấm làm trung gian đã được tìm thấy. Các gen đích định vị xung quanh chỉ thị SNPs, đó là các gen mã hóa DEFENSIN-LIKE (DEFL) protein, EXOCYST TETHERING COMPLEX (EXO70), RAPID ALKALINIZATION FACTOR-LIKE (RALFL) protein, peroxidase và xylosyltransferase. Chúng còn được biết có trong phản ứng tự vệ với pathogen, phản ứng stress phi sinh học, tiến trình “remodeling” thành tế bào. Kết quả nghiên cứu cho thấy: di truyền học cây lúa ảnh hưởng đến  sự tương thích của nấm (recruitment of fungi), một vài loài nấm có ảnh hưởng năng suất lúa trong điều kiện khô hạn. Người ta đã phân lập những gen ứng cử viên phục vụ công tác lai tạo giống lúa nhằm cải tiến sự tương tác giữa cây lúa và nấm, nhờ vậy, tăng cường tính chống chịu khô hạn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37212977/

Hình: Ảnh hưởng của cộng đồng nấm có liên quan đến năng suất cây chủ. (a) Giản đồ Manhattan plots trong GWAS, chỉ rõ SNPs liên quan đến RDA scores theo phân tích tương tác giữa quần thể nấm với năng suất lúa. (b) Danh sách chỉ thị SNPs gắn với clusters của trình tự DNA nấm. (c) Ảnh hưởng allelic của hai SNPs có giá trị LOD score cao nhất (một định vị trên NST 1, một trên NST 4).