OsJRL40, gen mã hóa “jacalin-related lectin”, làm tăng cường tính chịu mận cây lúa

Nguồn: Qinmei Gao, Xiaolin Yin, Feng Wang, Shuchang Hu, Weihao Liu, Liangbi Chen, Xiaojun Dai, Manzhong Liang. 2023. OsJRL40, a Jacalin-Related Lectin Gene, Promotes Salt Stress Tolerance in Rice. Int. J. Mol. Sci.; 2023 Apr 18; 24(8):7441. doi: 10.3390/ijms24087441.

Mặn là stress chủ yếu ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng gạo (Oryza sativa L.). Mặc dù người ta tìm thấy có nhiều gen điều khiển tính chống chịu mặn trong hệ gen cây lúa, nhưng cơ chế phân tủ tính chống chịu mặn vẫn còn chưa rõ. Ở đây, người ta ghi nhận gen OsJRL40, mã hóa “jacalin-related lectin”, có liên quan đáng kể đến tính trạng chống chịu mặn của cây lúa. Đột biến “loss of function” của gen OsJRL40 đã làm tăng tính nhiễm mặn, trong khi đó, sự biểu hiện mạnh mẽ của gen làm tăng cường tính chịu mặn ở giai đoạn mạ và gia đoạn phát dục. Phản ứng xét nghiệm gen “reporter” β-glucuronidase (GUS) cho thấy OsJRL40 được biểu hiên khi cây lúa chịu đựng mặn cao tại rễ và lóng thân so với tất cả mô khác trong cây lúa, kết quả phân tích định vị ở “subcellular” cho thấy protein OsJRL40 định vị trong tế bào chất (cytoplasm). Kết quả phân tích ở mức độ phân tử cho thấy OsJRL40 làm tăng cường hoạt tính của enzyme chống ô xi hóa và điều tiết sự kiện “Na⁺-K⁺ homeostasis” khi bị stress mặn. Kết quả chạy RNA-seq cho thấy gen OsJRL40 tính chống chịu mặn trong cây lúa bằng cách điều khiển sự biểu hiện của các gen mã hóa protein “Na⁺/K⁺ transporters”, những yếu tố phiên mã TFs phản ứng với mặn, và những protein khác có liên quan đến phản ứng với mặn. Nhìn chung, kết quả nghiên cứu đã cung cấp một cơ sở khoa học về cơ chế chống chịu mặn có chiều sâu và có thể hỗ trợ tích cực cho chương trình cải tiến giống lúa cao sản chịu được mặn cao.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37108614/

Hai thập kỷ nghiên cứu biến dị di truyền của tính trạng sinh lý cây bắp liên quan đến tính trạng chống chịu khô hạn

Nguồn: Carlos D Messina, Carla Gho, Graeme L Hammer, Tom Tang, Mark Cooper. 2023. Two decades of harnessing standing genetic variation for physiological traits to improve drought tolerance in maize. J Exp Bot.; 2023 Sep 2; 74(16):4847-4861. doi: 10.1093/jxb/erad231.

Bài tổng quan này tiếp cận với nội dung cải tiến giống bắp cao sản chống chịu khô hạn ở giai đoạn trổ cờ và hạt vào chắc tại vùng Trung và Tây Hoa Kỳ; diễn ra trong bối cảnh cải tiến giống quy mô sản xuất đại trà. Người ta thấy rằng sau hơn hai thập kỷ, người ta đã nổ lực rất nhiều trong chọn tạo giống, mật độ cải tiến giống chịu khô hạn cho kết quả tăng từ 6,2 g m^-2 năm^-1 lên 7,5 g m^-2 năm^-1, thu hẹp chênh lệch năng suất (yied gap) 8,6 g g m^-2 năm^-1 trong điều kiện canh tác có nước tưới đầy đủ. Sự cải tiến này liên quan đến hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gain) dài hạn có thể do khai thác hiệu quả các gen có lợi cho những tính trạng sinh lý khả thi với quần thể tham chiếu của giống bắp. Thí nghiệm được quản lý trong điều kiện tạo ra stress làm tối đa hóa tương quan di truyền với ngoại cảnh có chủ đích, đó là chìa khóa cho nhà lai tạo giống xác định và chọn lọc các alen mục tiêu. Người ta còn thấy được sự tích hợp các hiểu biết trong nội hàm phương pháp “genomic selection” (sàng lọc di truyền) thông qua những mô phỏng “growth models”; mô phỏng ấy có thể làm nhanh hiệu quả chọn lọc GA trong điều kiện khô hạn. Người ta dự đoán được giá trị chính xác Δr (accuracy differential) theo phương pháp tiếp cận hiện nay khoảng ~30% (Δr=0.11, r=0.38), mà giá trị ấy tăng lên theo độ phức tạp gia tăng trong hệ thống tương tác giữa cây với môi trường bởi lý thuyết Shannon. Người ta đề nghị khuôn khổ cho phép các chiến lược cải tiến giống bắp chịu hạn theo vùng địa lý và cây trồng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37354091/

Sản xuất cà chua ưu thế lai F₁ với hệ thống bất dục đực

Nguồn: Ming Zhou, Lei Deng, Guoliang Yuan, Wei Zhao, Mingyang Ma, Chuanlong Sun, Minmin Du, Chuanyou Li & Changbao Li. 2023. Rapid generation of a tomato male sterility system and its feasible application in hybrid seed production. Theoretical and Applied Genetics September 2023; vol. 136, Article number: 197

Phương pháp tiếp cận mang tên “rapid generation” (thúc đẩy nhanh thế hệ) và tính ứng dụng khả thi của GHMS (green hypocotyl male-sterile) dòng cà chua tm6 dfr trong chọn dòng ưu thế lai đã được xây dựng nên.

Bất dục đực (male sterility) làm cho giá thành sản xuất hạt giống giảm, độ thuần hạt giống tăng, trong công nghệ sản xuất hạt lai. Tuy nhiên, tiến độ ứng dụng của nó trong thương mại còn chậm do những bất lợi  của hầu hết các dòng đột biến bất dục đực trong tự nhiên. Ở đây, người ta đã phát triển một phương pháp cụ thể để sản xuất hạt cà chua lai rất hiệu quả thông qua hệ thống bất dục đực (male-sterile system) với marker hình thái có thể thấy bằng mắt, điều ấy được nhanh chóng phát sinh nhờ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Hai gen liên kết rất gần nhau, TM6 và DFR, chúng được ghi nhận là ứng cử viên cho locus ms15 (male sterile-15) và locus aw (anthocyanin without), chúng được xử lý “knocked out” cùng một lúc trong hai dòng cà chua cao sản, cận giao. Phát sinh đột biến của cả hai gen này làm ra dòng cà chua có tính chất bất dục đực với “trục hạ diệp màu xanh lục” (green hypocotyl male-sterile: GHMS). Các dòng GHMS biểu hiện bất dục đực trên nền tảng di truyền khác nhau và điều kiện ngoại cảnh khác nhau. Chúng cũng biểu hiện “green hypocotyl” do thiếu tích tụ anthocyanin, mà sự tích tụ ấy sẽ là marker hình thái, thấy được bằng mắt để chọn dòng “male-sterile” ở giai đoạn cây con. Người ta đề nghị một chiến lược nghiên cứu, mở rộng hệ thống GHMS và xác minh tính hiệu quả cao của nó trong nhân dòng cà chua bất dục đực một cách ổn định. Hơn nữa, hạt cà chua lai cao sản được sản xuất bằng hệ thống GHMS được đánh giá có hiệu quả phụ “side effects”, nhưng không ảnh hưởng bất lợi trong quá trình làm ra hạt lai năng suất cao, chất lượng tốt, duy trì các tính trạng nông học tốt. Kết quả nghiên cứu phản ánh một kỹ thuật cụ thể để thực hiện “rapid generation” và ứng dụng khả thi để tạo dòng cà chua bất dục đực phục vụ cho chọn giống cà chua ưu thế lai.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04428-5

Chọn tạo giống đậu nành kháng stress sinh học nhờ OMICS

Ashita Bisht, Dinesh Kumar Saini, Baljeet Kaur, Ritu Batra, Sandeep Kaur, Ishveen Kaur, Suruchi Jindal, Palvi Malik, Pawanjit Kaur Sandhu, Amandeep Kaur, Balwinder Singh Gill, Shabir Hussain Wani, Balwinder Kaur, Reyazul Rouf Mir, Karansher Singh Sandhu, Kadambot H M Siddique.

Mol Biol Rep.; 2023 Apr; 50(4): 3787-3814. doi: 10.1007/s11033-023-08260-4. 

Stress sinh học (biotic) là yếu tố quan trọng làm hạn chế tăng trưởng và phát triển của đậu nành. Các phản ứng của cây với côn trùng, tuyến trùng, nấm bệnh, vi khuẩn gây bệnh, virus gây bệnh được khống chế bởi cơ chế điều tiết phức tạp cũng như cơ chế tự vệ của cây. Kỹ thuật NGS (next-generation sequencing) đã và đang sử dụng các kỹ thuật nghiên cứu và chiến lược nghiên cứu trong ngành genome học và hậu genome học. Bài tổng quan tóm tắt lại thông tin về nguồn marker, QTLs, và sự kết gắn giữa marker và tính trạng di truyền có trong sự kiện điều tiết những phản ứng khi có stress sinh học trên cây đậu nành. Người ta thảo luận sự biểu hiện khác biệt nhau của các gen có liên quan và protein của chúng  trong nghiên cứu transcriptomics và proteomics; vai trò của sự truyền tín hiệu và ngành metabolites trong nghiên cứu metabolomics. Tiến bộ gần đây nhất trong công nghệ omics thu được nhiều cơ hội định hình lại và cải thiện tính kháng stress sinh học của đậu nành bằng cách thay đổi sự điều tiết gen đích và/hoặc hệ thống điều tiết khác. Người ta cho rằng việc sử dụng thuật ngữ 'integrated omics' (OMICS có tính chất tích hợp) nhằm hiểu biết rõ hơn làm cách nào đậu nành có khả năng đáp ứng được nhiều stress sinh học khác nhau như vậy. Người ta cũng thảo luận về những thách thức có tính chất tiềm năng của tích hợp “multi-omics” để phân tích được chức năng của các gen đích nào đó và hệ thống điều tiết của chúng cũng như sự phát triển giống đậu nành kháng stress sinh học. Bài tổng quan này sẽ giúp nhà chọ giống đậu nành thực hiện chương trình của họ để phát triển giống cao sản kháng được nhiều stress sinh học.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36692674/