Tuần tin khoa học 852 (14-20/08/2023)

Du nhập gen kháng đạo ôn tạo ra giống cao sản CO 51 kháng bệnh phổ rộng và bền vững

Nguồn: Thiyagarajan Thulasinathan, Bharathi Ayyenar, Rohit Kambale, Sudha Manickam, Gopalakrishnan Chellappan, Priyanka Shanmugavel, Manikanda B Narayanan, Manonmani Swaminathan, Raveendran Muthurajan. 2023. Marker Assisted Introgression of Resistance Genes and Phenotypic Evaluation Enabled Identification of Durable and Broad-Spectrum Blast Resistance in Elite Rice Cultivar, CO 51. Genes (Basel); 2023 Mar 15; 14(3):719. doi: 10.3390/genes14030719.

Trên toàn thế giới, canh tác lúa bị bệnh đạo ôn gây hại vô cùng nghiêm trọng bởi nấm Magnaporthe oryzae. Bệnh làm thiệt hại năng suất trong những năm vừa qua. Về nguyên tắc, chiến lược hợp lý và thân thiện với môi trường nhất là du nhập gen kháng vào giống cao sản tử giống cho nguồn kháng (donor). Tuy nhiên, ở đây không những chỉ có thách thức làm sao tiến hóa của các dòng lúa kháng thông qua chọn giống truyền thống, mà còn thời gian lai tạo và chọn lọc rất lâu. Do đó, chọn dòng kháng nhờ chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng được người ta đề nghị như một chiến lược nhanh chóng để phát triển giống lúa kháng bệnh phổ rộng và bền vững. Nghiên cứu này tiến hành du nhập gen đích, i.e., gen Pi9, vào giống lúa CO 51, giống cao sản mà giống lúa ấy đang có một gen kháng khác là Pi54. Sự hiện diện của hai gen kháng đạo ôn thành công nhờ vật liệu con lai hồi giao cải tiến (BC₂F_2:3) được xác định trong kết quả nghiên cứu này thông qua phương pháp chọn lọc “foreground selection” với những markers như NBS4 và Pi54MAS có chức năng.Các dòng lúa được chọn theo hướng du nhập tích cực như vậy được đánh giá kiểu gen với 55 chỉ thị phân tử SSR; đặc trưng cho CO 51. Kết quả ghi nhận cả hai gen Pi9 cũng như Pi54 được tích hợp vào một dòng lúa, với 82.7% và 88.1% kết quả phục hồi hệ gen bố mẹ tái tục (recurrent parent genome recovery), chúng được phân lập thành công và các dòng lúa đã chọn được đánh giá tại điểm nóng của bệnh đạo ôn. Kết quả phân tích cho thấy các dòng có mức độ kháng cao với bệnh đạo ôn trong giai đoạn mạ. Bên cạnh đó, người ta còn ghi nhận được các dòng ưu việt mang gen Pi9 + Pi54 tỏ ra hiệu quả về bản chất tự nhiên và biểu hiện mức độ kháng cao với bệnh đạo ôn so với các dòng được du nhập chỉ có một gen đơn. Đây là kết quả chọn lọc nhanh và thành công, tích hợp 2 gen kháng, với sự giúp đỡ của markers. Dòng lúa “pyramided” (chồng gen) có thể được khai thác làm nguồn vật liệu cho gen đích phục vụ cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36980991/

Hình: Bản đồ GGT của các dòng lúa hồi giao cải tiến. Màu đỏ là đồng hợp tử alen của giống CO 51 (giống tái tục). Màu xanh dương là đồng hợp alen của giống 562-4 (donor) và màu xanh lá cây nhạt là vùng của alen dị hợp tử.

Phương pháp xét nghiệm sự tồn dư của nhiều loại thuốc trừ sâu trong cây hoa cúc

Nguồn: Xinru Wang, Zihan Wang, Jiawei Yu, Luchao Wu, Xinzhong Zhang, Fengjian Luo, Zongmao Chen, Li Zhou. 2023. Method Validation for Multi-Pesticide Residue Determination in Chrysanthemum. Molecules; 2023 Jan 29 ;28(3):1291. doi: 10.3390/molecules28031291.

Cây hoa cúc (chrysanthemum) có thể được tiêu thụ theo nhiều hình thức khác nhau, đại diện cho "sự tích hợp của thuốc và thực phẩm". Do đó, việc phân tích định lượng sự tồn dư của nhiều loại thuốc trừ sâu trong mẫu hoa cúc (chrysanthemum matrices) rất cấp thiết đối với an toàn sản phẩm và rủi ro cho người tiêu dùng. Theo nghiên cứu này, người ta phát triển một phương pháp đơn giản mà hiệu quả là tìm thấy cùng một lúc 15 loại thuốc sâu thường được áp dụng cho canh tác hoa cúc trong ba sản phẩm của hoa cúc (matrices), bao gồm hoa tươi, trà hoa cúc khô, và dịch tách chiết (infusions). Đường cong điều chỉnh (calibration curves) của thuốc sâu có dạng tuyến tính (linear) trong khoảng giá trị 0.01-1 mg kg^-1, với hệ số tương quan lớn hơn  0.99. Giá trị LOQs (limits of quantification) của hoa cúc tươi, trà cúc khô, và dịch chiết theo thứ tự là 0.01-0.05 mg kg^-1, 0.05 mg kg^-1, và 0.001-0.005 mg L^-1. Trong tất cả mô hình sàng lọc, độ chính xác hài lòng (satisfactory accuracy) và độ chính xác toán học (precision) được tính, với phổ “recoveries” biến thiên từ 75.7 đến 118.2% và giá trị RSDs (relative standard deviations) thấp hơn 20%. Phương pháp được minh chứng như vậy được sử dụng để theo dõi thường xuyên “dư lượng thuốc sâu” trong 50 mẫu trà hoa cúc khô. Kết quả, 56% mẫu được khám phá có 5-13 loại thuốc sâu. Nghiên cứu này cho kết quả phân tích hữu hiệu đối với tồn dư của nhiều loại hình thuốc sâu trong sản phẩm của hoa cúc chrysanthemum matrices.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36770967/

Yếu tố phiên mã MebHLH18 và tính chống chịu của cây sắn

Nguồn: Wenbin Liao, Jie Cai, Haixia Xu, Yilin Wang, Yingjie Cao, Mengbin Ruan, Songbi Chen, Ming Peng. 2023. The transcription factor MebHLH18 in cassava functions in decreasing low temperature-induced leaf abscission to promote low-temperature tolerance. Front Plant Sci.; 2023 Feb 13; 13:1101821. 

Gốc ô xi tự do ROS (reactive oxygen species) là tín hiệu điều tiết sự rụng lá sắn khi phản ứng với stress. Tương quan giữa chức năng của yếu tố phiên mã của hệ gen cây sắn bHLH và sự rụng lá sắn khi phản ứng với stress nhiệt độ lạnh chưa được biết rõ. Ở đây, người ta ghi nhận MebHLH18, một yếu tố phiên mã (transcription factor: TF), có trong sự điều tiết rụng lá sắn khi bị kích thích bởi nhiệt độ lạnh. Biểu hiện của gen MebHLH18 mã hóa TF này gắn với sự rụng lá bởi nhiệt độ lạnh rất có ý nghĩa và mức độ của POD (peroxidase). Khi trời lạnh, mức độ các phân tử ROS của các giống sắn khác nhau biểu hiện rất khác biệt trong tiến trình rụng lá sắn bởi nhiệt độ thấp. Chuyển nạp gen cây sắn cho kết quả biểu hiện mạnh mẽ gen MebHLH18 giảm xuống đáng kể tỷ lệ lá rụng do nhiệt độ lạnh. Đồng thời, biểu hiện có tính chất tích hợp ấy đã làm tăng tỷ lệ lá rụng trong những điều kiện như nhau. Phân tích gốc ô xi tự do ROS cho thấy có một mối quan hệ giữa sự giảm tỷ lệ rụng lá bởi trời lạnh do gen MebHLH18 biểu hiện tốt và sự tăng lên của hoạt động chống ô xi hóa (antioxidant activity). Áp dụng GWAS, người ta thấy rằng có tương quan giữa biến dị tự nhiên của vùng promoter thuộc gen MebHLH18 và sự rụng lá bởi nhiệt độ lạnh. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu còn ghi nhận có sự thay đổi của biểu hiện gen MebHLH18 bởi một biến thể của một nucleotide trong vùng promoter của gen đích. Sự biểu hiện rất cao của gen MebHLH18 dẫn đến sự gia tăng đáng kể hoạt động POD. Hoạt động POD gia tăng làm giảm đi sự tích tụ ROS ở nhiệt độ lạnh và tỷ lệ là sắn rụng cũng giảm. Như vậy, biến dị tự nhiên này ở vùng promoter của gen MebHLH18 làm tăng mức độ antioxidant khi xử lý lạnh và làm chậm lại diễn biến rụng lá bởi trời lạnh.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36860206/

Hình: Mức độ các ROSs (reactive oxygen scavengers) khác biệt có ý nghĩa trong các giống sắn về ty63 lệ lá rụng bởi trời lạnh. Hoạt tính của (A–C) Peroxidase (POD) (A), Superoxide dismutase (SOD) (B) và Catalase (CAT) (C) trong cây sắn khi trời lạnh. Chữ viết tắt CK-L: Leaf control; LT-L: Leaf treated at 4°C for 24 hours; CK-R: root control; LT-R: root treated at 4°C for 24 hours. Giá trị biểu hiện là mean ± standard error (n=40).

Đột biến Fragile culm19 (FC19) và kháng đổ ngã của cây lúa

Nguồn: Z Dang, Y Wang, M Wang, L Cao, N Ruan, YW Huang, FC Li, Q Xu, WF Chen. 2023. The Fragile culm19 (FC19) mutation largely improves plant lodging resistance, biomass saccharification, and cadmium resistance by remodeling cell walls in rice. Journal of Hazardous Materials; Volume 458, 15 September 2023, 132020

Thành tế bào giúp cây tăng trưởng thẳng đứng, đường hóa sinh khối, và kháng được stress. Mặc dù sự cải biên thành tế bào được người ta đề nghị như những phương pháp hiệu quả làm tăng đường hóa sinh khối (biomass saccharification), nhưng thách thức làm sao duy trì được tăng trưởng bình thường của cây với cải tiến độ cứng cây lúa và chống stress. Ở đây, người ta ghi nhận có hai đột biến gen fragile culm, đó là fc19–1 và fc19–2, từ kết quả đột biến mới của gen OsIRX10, thông qua đột biến có chủ đích nhờ hệ thống CRISPR/Cas9. So với cây đối chứng (wild-type), hai dòng đột  biến này biểu hiện sự suy giảm hàm lượng xylose, hemicellulose, và cellulose, sự tăng lên hàm lượng arabinose và lignin mà không làm thay đổi mức độ của pectin cũng như uronic acids. Cho dù còn giòn (brittleness), như các dòng đột biến hiển thị lực gãy tăng lên, dẫn đến cải tiến được tính kháng đổ ngã của cây lúa. Như vậy, thành tế bào được cải biên và tăng độ xốp sinh khối (biomass porosity) trong dòng lúa fc19 làm tăng đáng kể đường hóa sinh khối. Đáng chú ý là, các dòng đột biến này biểu thị tính kháng tăng lên đối với cadmium (Cd) với tích tụ Cd thấp hơn trong rễ lúa và chồi thân. Đột biến FC19 tác động đáng kể mức độ phiên mã của những gen chủ lực góp phần điều khiển sự hấp thu Cd, cô lập nó (sequestration), và chuyển vị nó đi (translocation). Hơn nữa, kết quả transcriptome cho thấy đột biến FC19 làm thay đổi các gen chủ yếu gen chức năng trong biến dưỡng carbohydrate và phenylpropanoid. Do vậy, một mô hình giả thuyết được đề nghị nhằm làm sáng tỏ thành tế bào theo kết quả đột biến FC19 dẫn đến cải thiện tính trạng chống chịu đỗ ngã, đường hóa sinh khối và kháng Cd.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389423013031

Lúa đổ ngã.