Tuần tin khoa học 855 (04-10/09/2023)

Di truyền tính kháng sâu keo mùa thu FAW của cây bắp

Nguồn: Isaac Kamweru, Yoseph Beyene, Anani Y Bruce, Dan Makumbi, Victor O Adetimirin, Paulino Pérez-Rodríguez, Fernando Toledo, Jose Crossa, Boddupalli M Prasanna, Manje Gowda. 2023. Genetic analyses of tropical maize lines under artificial infestation of fall armyworm and foliar diseases under optimum conditions. Front Plant Sci.; 2023 Jan 20; 14:1086757. doi: 10.3389/fpls.2023.1086757.

Phát triển và khai thác các giống bắp cao sản có tính kháng với sâu keo mùa thu (Fall armyworm: FAW), bệnh bạc lá (turcicum leaf blight: TLB), và bệnh đốm lá (gray leaf spot: GLS) trở nên cấp thiết cho mục tiêu an ninh lương thực của vùng cận Sahara, châu Phi. Mục tiêu nghiên cứu: xác định đạc tính di truyền tính kháng đối với FAW, xác định dòng bắp lai có gen kháng FAW, đồng thời biểu thị tính kháng với TLB và GLS, nghiên cứu hiệu quả của mô hình toán trên cơ sở phân tích khà năng phối hợp chung, riêng (GCA, SCA) và chỉ thị phân tử SNP trong dự đoán khả năng của dòng bắp lai mới. Lai “half-diallel” để có được 105 cây F₁ hybrids từ 15 nguồn bố mẹ và 55 cây F₁ hybrids từ 11 bố mẹ. Người ta đánh giá 2 tập đoàn này, mỗi điểm có một giống bắp địa phương đối chứng trên nhiều địa điểm khác nhau; với điều kiện có xâm nhiễm của sâu keo mùa thu hoặc lây nhiễm nhân tạo, quả lý thí nghiệm tối ứu tại Kenya. Trong điều kiện cho lây nhiễm nhân tạo sâu FAW, giá trị độ lệch chuẩn có ý nghĩa giữa các dòng hybrids và tương tác giữa hybrids x môi trường cũng được quan sát đối với hầu hết các tính trạng quan trọng trong 2 thí nghiệm, ít nhất có một trong ba đánh giá được thực hiện theo tổn thương lá bắp bởi sâu FAW. Tương tác GCA x môi trường và SCA x môi trường có ý nghĩa thống kê đối với tất cả tính trạng khi có xâm nhiễm của FAW và nghiệm thức tối ưu (optimal). Giá trị di truyền từ trung bình đến cao được ghi nhận đối với năng suất (GY) trong cả 2 điều kiện quản lý. Tương quan giữa GY với hai của ba lần cho thang điểm sâu hại (một và ba tuần sau khi lây nhiễm sâu) đối với tổn thương lá bắp bởi FAW là số âm (-0.27 và -0.38) có ý nghĩa thống kê. Tương quan thuận có ý nghĩa (0.84) được ghi nhận giữa tổn thương bắp do sâu FAW tấn công và phần trăm bắp bị thối rửa. Người ta xác định được nhiều dòng bắp lai ưu việt so với đối chứng giống thương phẩm tốt nhất của địa phương đối với năng suất và tính kháng FAW kết hợp với nhau. Các dòng bắp cận giao CML312, CML567, CML488, DTPYC9-F46-1-2-1-2, CKDHL164288, CKDHL166062, và CLRCY039 tương quan thuận có ý nghĩa giữa GCA và GY, tương quan nghịch giữa GCA và điểm kháng FAW. Dòng CML567 là vật liệu bố mẹ của 4 dòng hybrids trong tốp 4 ở điều kiện tối ưu và điều kiện bị FAW tấn công. Cả hoạt động gen cộnng (additive) và không cộng tính (non-additive gene action) đều quan trọng trong di truyền tính kháng sâu keo mùa thu FAW. Cả GCA và những mô hình trên cơ sở chỉ thị phân tử (marker-based models) đều biểu hiện tương quan cao với điều kiện ngoài đồng, nhưng “marker-based models” biểu hiện tương quan cao hơn có ý nghĩa. Dòng hybrids tốt nhất được xác định trong nghiên cứu này có thể làm nguồn vật liệu “testers” trong lai đơn để phát triển dòng bắp lai “three-way FAW resistance”. Kết quả nghiên cứu cung cấp một luận điểm mới giúp nhà chọn giống thiết kế chiến lược cải tiến giống bắp hiệu quả để phát triển bắp lai cao sản kháng sâu keo mùa thu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36743507/

Đặc điểm tính kháng bệnh đạo ôn của tập đoàn giống lúa ở Sub-Sahara

Nguồn: Samuel K Mutiga, Philemon Orwa, Everlyne M Nganga, Martina M Kyallo, Felix Rotich, Emily Gichuhi, John M Kimani, David T Mwongera, Vincent M Were, Mary Jeanie Yanoria, Rosemary Murori, Emmanuel Mgonja, Cathrine Ziyomo, Lusike Wasilwa, Famata Bachabi, Marie-Noëlle Ndjiondjop, Ibrahima Ouedraogo, James C Correll, Nick J Talbot. 2023. Characterization of Blast Resistance in a Diverse Rice Panel from Sub-Saharan Africa. Phytopathology; 2023 Aug 29; PHYTO10220379R. doi: 10.1094/PHYTO-10-22-0379-R. 

Gần đây có sự gia tăng không đều trong cung cầu gạo tại vùng cận Sahara, châu Phi, vì sản lượng gạo bị ảnh hưởng bởi bệnh đạo ôn bùng phát. Đặc điểm tính kháng bệnh đạo ôn của giống lúa trồng của châu Phi có thể là thông tin quan trọng hướng dẫn nhà nông và nhà chọn giống lúa. Chúng tôi sử dụng chỉ thị phân tử của những gen kháng chủ lực được biết (gen Pi; n = 21) để xếp nhóm giống lúa châu Phi (n = 240) thành những  clusters di truyền thoe chỉ số tương đồng. Sau đó, chúng tôi sử dụng đánh giá kiểu hình trong nhà kính với các mẫu giống lúa ấy (n = 56) với các mẫu phân lập nấm Magnaporthe oryzae (n = 8 isolates) chúng có độc tính khác nhau và dòng di truyền (lineage) khác nhau. Các chỉ thị phân tử xếp nhóm giống lúa ấy thành 5 clusters di truyền (BRC) tùy theo mức độ trầm trọng của bệnh trên lá lúa. Sử dụng mô hình toán “stepwise regression”, chúng tôi ghi nhận các gen Pi gắn liền với sự giảm bệnh là Pi50 và Pi65, trong khi gen Pik-p, Piz-t, và Pik gắn liền với mức độ nhiễm bệnh tăng lên. Tất cả giống lúa trong cluster kháng mạnh nhất, BRC 4, bao gồm gen Pi50 và Pi65, chỉ có những gen này gắn liền với mức độ giảm bệnh nghiêm trọng trên lá lúa. Giống IRAT109, có gen Piz-t, kháng với bảy mẫu phân lập nấm M. oryzae châu Phi, trong khi giống ARICA 17 nhiễm với 8 mẫu phân lập. Giống Basmati 217 và Basmati 370 là giống lúa nhiễm nặng nhất. Kết quả chỉ ra rằng  hầu hết các gen xét nghiệm đều không hiệu quả kháng với bộ thu thập mầu nấm đạo ôn châu Phi. Các gen quy tụ (pyramiding) trong cluster di truyền kháng đạo ôn “Pi2/9 multifamily” trên nhiễm sắc thể 6 và gen Pi65 trên nhiễm sắc thể 11 có thể là biểu hiện của tính kháng đạo ôn phổ rộng. Muốn có nhiều kiến thức hơn về các vùng mục tiêu trong hệ gen với tính kháng đạo ôn, người ta thực hiện “gene mapping” phản ứng với bộ sưu tập pathogen nấm đạo ôn..

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36802875/

Hình. Cây gia hệ căn cứ theo sự có mặt của gen kháng bệnh đạo ôn (n=240 giống lúa). Giống màu xanh blue blue được chủng nấm Magnaporthe oryzae, giống màu đen không được chủng. Giá trị bootstrap trên 50% được hiển thị trên các nhánh.

Biến dị di truyền gen ClACO cải tiến tính trạng hấp thu nitrogen thông qua  kiểu hình rễ và ethylene của cây dưa hấu

Nguồn: Kejia Zhang, Wei Gao, Yimei Zhou, Haoshun Zhao, Yuelin Xia, Mengyi Zhang, Yongming Bo, Xiaolong Lyu, Zhongyuan Hu, Jinghua Yang & Mingfang Zhang. 2023. Allelic variations of ClACO gene improve nitrogen uptake via ethylene-mediated root architecture in watermelon. Theoretical and Applied Genetics September 2023; vol. 136, Article number: 199

Gen ClACO mã hóa protein 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase cho phép hấp thu đạm cao nhờ chỉ thị ¹⁵N trong cây dưa hấu.

Nitrogen là một trong đại dưỡng chất cần thiết có vai trò quan trọng trong điều tiết tăng trưởng và phát triển của cây. Làm sáng tỏ cơ sở di truyền của tính trạng hấp thu nitrogen cao là mục tiêu chính để cải tiến hiệu quả sử dụng đạm phục vụ năng suất nông sản bền vững. Những nhà nghiên cứu trước đây về khả năng hấp thu nitrogen  chủ yếu tập trung vào một số ít loài cây trồng mô hình. Hiện nay, các gen mục tiêu xác định tính trạng hấp thu cao và hiệu quả nitrogen của cây dưa hấu vẫn chưa được thực hiện bản đồ di truyền và người ta chưa được biết rõ cơ chế di truyền. Ở đây, tác giả thực hiện “fine-mapped” gen 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase (ClACO) gắn liền với kiểu hình hiệu quả hấp thu đạm của cây dưa hấu thông qua phương pháp “bulked segregant analysis” (BSA). Biến dị di truyền của gen ClACO dẫn đến những thay đổi về mức độ biểu hiện gen giữa hai mẫu giống dưa hấu với hiệu quả hấp thu phân đạm khác nhau. Rất thú vị là sự kiện có nhiều phân tử transcript của ClACO, nó đi kèm với những khác biệt đáng kể về ethylene trong rễ cây và kiến trúc rễ giữa hai mẫu giống dưa hấu và các dòng con lai của quần thể con lai hồi giao BC₂F₁(ZJU132)-18. Như vậy ethylene là một regulator tiêu cực làm thay đổi hiệu quả hấp thu đạm của dưa hấu thông qua điều khiển phát triển rễ. Kết luận, nghiên cứu này sẽ sẽ cung cấp gen đích có giá trị làm rõ ràng hiệu quả chọn tạo giống dưa hấu xanh có hiệu quả hấp thu đạm cao.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04448-1

Tìm thấy QTL mới điều khiển hấp thu P ở rễ lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Lam Thi Dinh, Yoshiaki Ueda, Daniel Gonzalez, Juan Pariasca Tanaka, Hideki Takanashi and Matthias Wissuwa. 2023. Novel QTL for Lateral Root Density and Length Improve Phosphorus Uptake in Rice (Oryza sativa L.).Rice (2023) 16:37; doi.org/10.1186/s12284-023-00654-z

Hệ thống rễ lúa có hai dạng hình rễ nhánh ngang, loại L lớn không xác định có khả năng đâmm nhánh nữa, và loại S xác định, ngắn, không phân nhánh nữa. Loại nhánh ngang  L tương ứng với các rễ điển hình của mễ cốc, trong khi đó, loại rễ ngang S độc nhất vô nhị trong cây lúa mà thôi. Cả hai dạnh hình này đều đóng góp vào khả năng hấp thụ dinh dưỡng và nước với biến dị di truyền về mật độ và chiều dài rễ có thể được người ta khai thác trong cải tiến giống lúa nhằm tăng cường khả năng thích nghi với điều kiện ngoại cảnh có dinh dưỡng và nước hạn chế. Mục tiêu nghiên cứu: xác định mật độ rễ ngang bao nhiêu là tốt nhất và chiều dài rễ, xác định markers liên kết với biến thiên di truyền ấy. Sử dụng nhiều môi trường khác nhau mà rễ lúa được trồng cho thấy rằng sàng lọc trong dung dịch dinh dưỡng biểu thị được biến thiên kiểu gen đối với mật độ số nhánh ngang S-type và L-type, nhưng chỉ có nhánh ngang trong đất trồng lúa mới biểu hiện được biến thiên theo chiếu dài rễ. Một QTL đích được thức hiện trong quần thể “mapping” từ bố mẹ có sự tương phản giữa tính trạng rễ ngang được trồng trên ruộng lúa nghèo lân, rồi lấy mẫu rễ lúa, tiến hành “scan”, rồi đo mật độ rễ, chiều dài rễ. Mỗi một QTL được tìm thấy biểu thị tính trạng LDC ( L-type density), SDC (S-type density), SDL (S-type density on L-type), SLL (S-type length on L-type), và RNO (crown root number). QTL của LDC định vị trên nhiễm sắc thể 5 có ảnh hưởng chính, giải thích được 46% biến thiên kiểu hình. Ảnh hưởng tích cực mạnh nhất được khẳng định trên kết quả bổ sung của thí nghiệm đồng ruộng, chỉ ra rằng các dòng lúa có alen của dòng bố “donor” ở qLDC5 chiếm 50% cao hơn LDC. Nghiên cứu cho thấy tính trạng rễ nhánh ngang đối với khả năng hấp thu lân theo “stepwise regressions” cho kết quả LDC và RNO có ảnh hưởng lớn nhất, theo sau đó là SDL. Hiệu ứng mô phỏng toán của những khác biệt rễ nhánh ngang được điều hành bởi QTL chủ lực trong “P uptake model” xác định chính qLDC5 quyết định hiệu quả cải tiến sự hấp thu lân, theo sau đó là qRNO9 đối với RNO và qSDL9 đối với “S-type lateral density thuộc loại hình L-type. Tích hợp các qLDC5 với qRNO9 và qSDL9 sẽ có thể là sự bổ sung cho nhau giữa các tính trạng chưa được tìm thấy. Sàng lọc kiểu hình đối với tính trạng RNO trong giai đoạn phát triển của giống sẽ có tính khả thi, tuy nhiên, sẽ tốn nhiều tiền để có kết quả đáng tin cậy đối với tính trạng mật độ rễ; markers được xác định ở đây là cơ hội đầu tiên kết hợp các tính trạng này trong chương trình cải tiến giống lúa.

Xem https://thericejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s12284-023-00654-z

Hình: Xác định ảnh hưởng của alen tại qLDC5 trong quần thể con lai hồi giao BC₁F₆ từ số liệu “L-type lateral root density” trên ruộng lúa nghèo lân tại Tsukuba, năm 2022.