Tuần tin khoa học 853 (21-27/08/2023)

Họ gen catalase của cây mía đường và tính kháng bệnh

Nguồn; Qibin Wu, Yanling Chen, Wenhui Zou, Yong-Bao Pan, Peixia Lin, Liping Xu, Michael P Grisham, Qiugang Ding, Yachun Su, Youxiong Que. 2023. Genome-wide characterization of sugarcane catalase gene family identifies a ScCAT1 gene associated disease resistance. Int J Biol Macromol.; 2023 Mar 31; 232:123398. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.123398.

Trong thực vật, catalase (CAT) chủ yếu phân giải ra H₂O₂ từ gốc ô xy tự do (ROS: reactive oxygen species) và điều tiết sự tăng trưởng, phát triển. Cho đến nay, việc phân lập trên cơ sở toàn hệ gen của họ gen CAT trong cây mía Saccharum chưa được báo cáo. Kết quả nghiên cứu này cho thấy có 16 gen SsCAT được xác định trong loài Saccharum spontaneum. Chúng được xếp nhóm thành 3 họ phụ, với những gen gần nhau hơn có cấu trúc tương đối giống nhau. Hầu hết protein SsCAT đều có 3 amino acids bảo thủ, một là vị trí xúc tác tích cực, một là tín hiệu “heme-ligand”, 3 trình tự PST1 (peroxisomal targeting signal 1). Dự đoán “cis-regulatory element” cho thấy các gen SsCAT đều có trong tăng trưởng và phát triển, phản ứng với nhiều hormones và stress khác nhau. Cơ sở dữ liệu RNA-Seq cho thấy các gen SsCAT biểu hiện khác biệt nhau trong những mô khác nhau của cây mía, khác nhau khi bị lạnh, khô hạn và stress đối với Sporisorium scitamineum. Phân tử transcript của gen ScCAT1 (GenBank accession number KF664183) và hoạt tính của CAT được điều tiết theo kiểu “up” khi bị stress “S. scitamineum”. Biểu hiện mạnh mẽ của gen ScCAT1 trong cây Nicotiana benthamiana có thể làm tăng tính kháng của thuốc lá với xâm nhiễm của pathogen thông qua phân giải “toxic ROS” dư thừa và điều tiết theo kiểu “up” của gen liên quan đến phản ứng siêu nhạy cảm (HR), ROS và lộ trình tín hiệu SA (salicylic acid). Đây là thông tin có giá trị đối với họ gen CAT và làm cơ sở xác định chức năng của họ gen trong cây mía.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36702220/

Tiếp cận tiến bộ sinh lý học, transcriptomic, proteomic, metabolomic và di truyền phân tử để cải tiến phẩm chất xoài

Nguồn: Sagar Datir, Sharon Regan. 2023. Advances in Physiological, Transcriptomic, Proteomic, Metabolomic, and Molecular Genetic Approaches for Enhancing Mango Fruit Quality. J Agric Food Chem.; 2023 Jan 11; 71(1):20-34. doi: 10.1021/acs.jafc.2c05958. 

Xoài (Mangifera indica L.) cây cây ăn trái tạo nguồn dinh dưỡng qan trọng, thơm ngon với mùi vị đặc biệt hấp dẫn. Do bản chất antioxidant và dược phẩm của nó, trái xoài được người tiêu dùng chấp nhận đặc biệt về nghiên cứu sinh học và dược tính (pharmacognosy). Phẩm chất trái được người tiêu dùng chấp nhận, do vậy, hiểu biết rõ về cơ sở phân tử, sinh hóa, sinh lý trong phát triển trái xoài, sự chín quả, và sự tồ trữ trở nên cấp thiết. Tiếp cận những tiến bộ về transcriptomic, metabolomic, proteomic, và di truyền phân tử đã và đang dẫn chúng ta phải xác định được gen chủ yếu, chất biến dưỡng, ứng viên protein, và QTL có liên quan đến phân chất trái xoài. Các lộ trình chính xác định phẩm chất trái bao gồm biến dưỡng amino acid, truyền tin hiệu hormone, biến dưỡng carbohydrate và vận chuyển nó, sinh tổng hợp và phân giải thành tế bào, sinh tổng hợp flavonoid và anthocyanin, biến dưỡng carotenoid. Sự biểu hiện polygalacturonase, cutin synthase, pectin methyl esterase, pectate lyase, β-galactosidase, và enzyme sinh tổng hợp ethylene có liên quan đến sự chín của trái, mùi vị, độ cứng, độ mềmvà những tiến trình phẩm chất khác, trong khi các gen bao gồm trong lộ trình tín hiệu MAPK, heat shock proteins, truyến tín hiệu hormone, sinh tổng hợp phenylpropanoid kết gắn với các bệnh xoài. Nhành metabolomics đã xác định được mùi bay hơi, acid hữu cơ, amino acids, và những hợp chất khác, chúng xác định đặc điểm mùi vị và hương thơm của trái xoài. Chỉ thị phân tử khác biệt giữa các giống xoài có nguồn gốc địa lý khác nhau. Bản đồ di truyền liên kết và những QTL đã xác định được các vùng đích trong hệ gen gắn với tính trạng có giá trị kinh tế quan trọng. Tổng quan này chỉ ra những ứng dụng của kỹ thuật omics  và sự vận dụng về kỹ thuật của chúng để hiểu sinh lý của trái xoài và sự áp dụng trong cải tiến giống trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36573879/

Họ gen WD40 của cây cà chua ( Solanum lycopersicum L.)

Nguồn:Cunyao Yan, Tao Yang, Baike Wang, Haitao Yang, Juan Wang, Qinghui Yu. 2023. Genome-Wide Identification of the WD40 Gene Family in Tomato ( Solanum lycopersicum L.). Genes (Basel); 2023 Jun 15; 14(6):1273. doi: 10.3390/genes14061273.

Protein WD40 là một “superfamily” của những protein mang tính chất điều tiết có phổ biến trong sinh vật eukaryotes; chóng đóng vai trò quan trọng trong điều tiết tăng trưởng và phát triển của cây. Tuy nhiên, việc định tính và xác định protein WD40 trong cà chua (Solanum lycopersicum L.) chưa được báo cáo. Theo kết quả này, người ta phân lập được 207 WD40 gen của hệ gen cây cà chua và phân tích vị trí của chúng trên nhiễm sắc thể, cấu trúc gen và sự tương quan về tiến hóa. Có tất cả 207 gen WD40 cà chua được phân ra trong cây gia hệ và domain kiến trúc thành ra 5 clusters và 12 subfamilies; người ta tìm thấy chúng phân bố không đều trên 12 nhiễm sắc thể. Người ta xác định sáu cặp gen lặp đoạn có tính chất tuần tự và 24 cặp lặp đoạn có tính chất phân đoạn trong họ gen WD40, mà sự lặp đoạn phân đoạn (segmental duplication) là phương thức chủ yếu khi cả chua phát triển rộng. Phân tích tỷ lệ Ka/Ks cho thấy rằng paralogs và orthologs của họ gen WD40 chủ yếu trải qua chọn lọc thuần giống trong quá trình tiến hóa. Dữ liệu RNA-seq từ nhiều mô cà chua khác nhau và các gia đoạn phát triển khác nhau khi trái cà chua phát triển cho thấy rằng biểu hiện gen WD40 có tính chất đặc thù. Hơn nữa, người ta đã cấu trúc 4  hệ thống “coexpression” tùy theo dữ liệu transcriptome và metabolome đối với protein WD40 có trong phát triển trái cà chua, điều này có thể liên quan đến sự hình thành tổng chất rắn hòa tan được. Kết quả cung cấp cách nhìn toàn cảnh họ gen WD40 và cung cấp thống tin có giá trị về minh chứng chứng năng các gen WD40 khi trái cà chua phát triển.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37372453/

Phân tích toàn hệ gen của vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa DJ06 trong rễ mía

Nguồn: Dao-Jun Guo, Pratiksha Singh, Bin Yang, Rajesh Kumar Singh, Krishan K Verma, Anjney Sharma, Qaisar Khan, Ying Qin, Ting-Su Chen, Xiu-Peng Song, Bao-Qing Zhang, Dong-Ping Li, Yang-Rui Li. 2023. Complete genome analysis of sugarcane root associated endophytic diazotroph Pseudomonas aeruginosa DJ06 revealing versatile molecular mechanism involved in sugarcane development. Front Microbiol.; 2023 Apr 20; 14:1096754. doi: 10.3389/fmicb.2023.1096754. 

Mía đường là cây cho đường quan trọng, cung cấp nguồn năng lượng sinh học có ý nghĩa trong kinh tế tại nhiều quốc gia khác nhau ở vùng khô hạn và bán khô hạn. Nó cần nhiều phân bón hổn hợp hơn, thuốc trừ nấm bệnh hơn trong suốn gia đoạn tăng trưởng và phát triển. Tuy nhiên, sử dụng dư thừa phân hóa học và thuốc trừ bệnh làm cho ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến năng suất  và phẩm chất đường. Vi khuẩn PGPT (plant growth-promoting bacteria) gián tiếp hoặc trực tiếp làm tăng lên tốc độ tăng trưởng theo nhiều cách. Trong nghiên cứu này, có 22 chủng nòi (strains) PGPB được phân lập từ rễ mía của giống GT42. Sau khi sàng lọc các tính trạng PGP (plant growth-promoting), người ta thấy rằng chủng nòi DJ06 có tiềm năng hoạt tính PGP cao nhất, nó được xác định là Pseudomonas aeruginosa  bằng kỹ thuật “16S rRNA gene sequencing”, SEM (canning electron microscopy) và đánh dấu GFP (green fluorescent protein); tất cả đều xác định rằng chủng nòi DJ06 ký sinh thành công trong các mô mía đường. người ta thực hiện chạy trình tự toàn bô hệ gen của chủng nòi DJ06 thông qua Nanopore và Illumina sequencing platforms. Kết quả cho thấy chủng nòi DJ06 có kích thước hệ gen là 64.90.034 bp với G+C content là 66,34%, bao gồm 5.912 gen mã hóa protein (CDSs) và 12 gen rRNA. Một sê ri các gen có liên quan đến tăng trưởng cây được quan sát, ví dụ như cố định đạm, đồng hóa ammonia, siderophore, 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC), deaminase, sản sinh ra indole-3-acetic acid (IAA), sinh tổng hợp auxin, biến dưỡng phosphate, hydrolase, đấu tranh sinh học, chống chịu với stress phi sinh học. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của chủng nòi DJ06 còn được đánh giá bởi phương pháp chủng bệnh trên hai giống mía GT11 và B8. Chiều dài thân mía tăng có ý nghĩa 32,43 và 12,66%; khối lượng mía tươi 89,87 và 135,71%, theo thứ tự, ở 60 ngày sau khi chủng. Trao đổi khí trong lá mía khi quang hợp cũng tăng lên đáng kể so với đối chứng. Hàm lượng indole-3-acetic acid (IAA) được tăng cường và gibberellins (GA), abscisic acid (ABA) bị giảm xuống khi phản ứng với chủng vi khuẩn  với DJ06 strain so với đối chứng của hai giống mía. Hoạt tính enzyme về ô xi hóa, biến dưỡng nitrogen, hydrolases cũng thay đổi đáng kể trong cả hai giống mía khi chủng DJ06 strain. Kết quả nghiên cứu cung cấp luận điểm rõ hơn về cơ chế tương tác này giữa vi khuẩn chủng nòi P. aeruginosa DJ06 và sự phát triển của cây mía.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37152763/

Hình: Cây gia hệ biểu thị nhiễm sắc thể của chuẩn nòi vi khuẩn nội sinh Pseudomonas aeruginosa DJ06 ở rễ mía. Chủ yếu biểu thị hàm lượng cặp GC. Vòng 1–2 biểu thị chức năng phân nhóm của các vùng mật mã di truyền trên nhiễm sắc thể với màu sắc trong cơ sở dữ liệu COG. Vòng 3, màu khác nhau biểu thị kiểu RNA khác nhau.