Đa dạng di truyền các mẫu giống ớt (Capsicum spp.) với 10.000 mẫu

Nguồn: M. Timothy Rabanus‑Wallace, Nils Stein. 2023. Accurate, automated taxonomic assignment of genebank accessions: a new method demonstrated using high‑throughput marker data from 10,000 Capsicum spp. accessions. Theoretical and Applied Genetics October 2023; vol. 106:208.

Làm thế nào để thuật toán (algorithm) được sử dụng để khai thác cơ sở dữ liệu chỉ thị phân tử rẻ tiền nhằm so sánh chuỗi trình tự các loài ớt trong phân loài thực vật có trong ngân hàng gen một cách đầy đủ, trực quan và nhất quán.

Để tối đa hóa tiện ích của ngân hàng gen, người ta phải so sánh chuỗi trình tự các loài một cách chính xác và hoàn hảo. Việc phát triển ngân hàng có tính chất “genomic” cần được ứng dụng để chắc chắn rằng các mục tiêu vừa nói trên thỏa mãn, nhưng tất cả đều cần được tự động hóa  bởi số mẫu quá sức lớn nếu phân loại bằng thủ công, tuy nhiên, chưc có phương pháp nào tỏ ra tối ưu được đề xuất. Nghiên cứu cứu ngân hàng gen kiểu “genomic” có bước ngoặc đáng chú ý gần đây đã chạy trình tự được hơn 10.000 mẫu giống ớt (Capsicum spp.), một loài có tầm quan trọng về kinh tế, văn hóa, và khoa học, mà điều ấy đã trải qua nhiều việc chưa rõ trong phân loại. Trong thập kỷ tới, cơ sở dữ liệu giống nhau sẽ được tạo ra cho hàng trăm taxa thực vật, mang đến một cơ hội hoàn hảo để phát triển nhiều phương pháp phân loại tự động hóa đạt được thuận lợi nhất định để khai thác sự bùng nổ ngân hàng gen cây trồng, theo đó, người ta cung cấp kiến thức về phân loại ớt nói chung. Tác giả trình bày cách tiếp cận phương pháp phân loại trên cơ sở so sánh chuỗi trình tự với chỉ thị DNA; phương pháp này kết hợp được ý tưởng của nhiều thuật toán chuẩn mực về phân loại, kết quả là có một bộ phân loại (classifier)  linh hoạt và tự điều chỉnh (customisable) đáp ứng với so sánh trình tự áp đặt trực quan, ngay cả khi các loài có tính chất gần gủi nhau kiểu mắc lưới (highly reticulated) với cấu trúc quần thể vô cùng phức tạp và có lịch sử tiến hóa phức tạp. Bộ “classifier” này hoàn thiện một cách thuận lợi trong so sánh như những phương pháp thay thế quan trọng.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04441-8

Họ gen RWP-RK của cây sắn (Manihot esculenta Crantz)

Nguồn: Chenyu Lin, Xin Guo, Xiaohui Yu, Shuxia Li, Wenbin Li, Xiaoling Yu, Feng An, Pingjuan Zhao, Mengbin Ruan. 2023. Genome-Wide Survey of the RWP-RK Gene Family in Cassava (Manihot esculenta Crantz) and Functional Analysis/. Int J Mol Sci.; 2023 Aug 18; 24(16):12925. doi: 10.3390/ijms241612925.

Yếu tố phiên mã chuyên biệt của thực vật RWP-RK có vai trò trung tâm trong điều tiết phản ứng với nitrogen và phát triển giao tử. Tuy nhiên, có rất ít thông tin khả thi liên quan đến tiến hóa và đặc điểm của họ gen RWP-RK trong cây sắn, loài cây trồng quan trọng nhiệt đới. Ở đây, người ta tiến hành nghiên cứu 13 protein RWP-RK được phân lập trong cây sắn.  Gen phân bố không đồng đều trên 9 của 18 nhiễm sắc thể (Chr), và những protein được gen mã hóa được chia thành 2 cluster di truyền trên cơ sở khoảng cách di truyền. Họ phụ NLP có bảy proteins bao gồm GAF, RWP-RK, và PB1 domains; họ phụ RKD có 6 proteins bao gồm RWP-RK domain. Các gen của họ phụ NLP có trình tự DNA dài hơnvà có nhiều introns hơn họ gen RKD. Một số lượng lớn các hormone và các nguyên tố cis-acting elements liên quan đến stress được tìm thấy khi phân tích RWP-RK promoters. Kết quả chạy “Real-time quantitative PCR” cho thấy gen MeNLP1-7 và MeRKD1/3/5 phản ứng với các stressors phi sinh học (thiếu nước, nhiệt độ lạn, mannitol, polyethylene glycol, NaCl, và H₂O₂), nghiệm thức xử lý hormone (abscisic acid và methyl jasmonate), nghiệm thức đói đạm. Gen MeNLP3/4/5/6/7 và MeRKD3/5, có thể phản ứng nhanh chóng, hiệu quả với nhiều stress, chúng được tìm thấy là những gen ứng cử viên rất quan trọng cho những xét nghiệm về chức năng gen trong cây sắn. Protein MeRKD5 và MeNLP6 định vị trong nhân tế bào của lá cây thuốc lá. Năm và một proteins ứng cử viên tương tác với gen MeRKD5 và MeNLP6, theo thứ tự, được người ta sàng lọc từ nghiệm thử xử lý đói đạm của cây sắn, đó là agamous-like mads-box protein AGL14, metallothionein 2, Zine finger FYVE domain có trong phân tử protein, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, E3 Ubiquitin-protein ligase HUWE1, và họ protein có tính chất lập lại PPR. Kết quả cho thấy cơ sở vững chắc để hiễu được phản ứn với stress phi sinh học và sự truyền tín hiệu bởi các gen RWP-RK của cây sắn cassava.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37629106/

Hình: Vị trí của 13 gen mã hóa 13 cassava RWP-RK proteins trên nhiễm sắc thể.

Di truyền tính trạng không hạt của quả na (mảng cầu ta) Annona squamosa L.

Nguồn: Bruno Rafael Alves Rodrigues, Charles S Gasser, Samy Pimenta, Marlon Cristian Toledo Pereira, Silvia Nietsche. 2023. Seedless fruit in Annona squamosa L. is monogenic and conferred by INO locus deletion in multiple accessions. Plant Reprod.; 2023 May 9. doi: 10.1007/s00497-023-00464-9. 

Di truyền tính trạng có/không hạt của cây Annona squamosa (na dài, mảng cầu ta) bởi một gen hoàn toàn lặn và được gây ra bởi một sự mất đoạncủa locus INNER NO OUTER (INO). Đối với một vài trái cây, giống không hạt là mục tiêu mong muốn của nhà chọn giống phục vụ người tiêu thụ và tiến trình chế biến. Đối với cây na (sugar apple tree: Annona squamosa L.), tính trạng seedless kiểu na Thái (Ts) và kiểu na Brasil (Bs) thể hiện qua các mẫu giống na có noãn bị lỗi và sự mất đoạn khá rõ của gen INNER NO OUTER (INO) điều khiển sự phát triển noãn. Phân tích phân ly con lai ở quần thể F₂ và hồi giao trong cặp lai giữa kiểu na Bs hữu thụ nguyên thủy (wild-type) với di truyền qua rất nhiều năm cho thấy tính trạng không hạt là di truyền thể lặn, được điều khiển bởi một locus. So sánh với trình tự toàn genome của cây wild-type  và một mẫu giống thứ ba, Hawaiian seedless (Hs), người ta xác định được sự mất đoạn 16 kilobase bao gồm INO trong dòng này. Kiểu na Thái Ts và kiểu na Brasil Bs đều có một mất đoạn (deletion) giống nhau, cho thấy chúng có nguồn gốc chung từ một sự kiện mất đoạn. Người ta sử dụng chỉ thị phân tử microsatellite không thể loại trừ khả năng mà 3 mẫu giống na không hạt được nhân giống bằng phương pháp vô tính. Trình tự nơi mất đoạn cho thấy tính chất đồng trội (codominant) với kiểu hình wild-type (nguyên thủy) và các gen đột biến cho phép người ta ghi nhận được tính chất đồng phân ly của kiểu hình noản của cây không hạt / khiểu hình noãn bát thường trong đó có sự kiện mất đoạn INO, điều ấy cho thấy có sự tách biệt tối đa ít hơn 3.5cM. Mất đoạn thấy được chỉ là khác biệt có ý nghĩa giữa wild-type và dòng Hs trên 587 kilobases, có thể nhiêu hơn 3.5 cM, chỉ ra rằng  sự mất đoạn chính là nguyên nhân gây ra tính trạng na không hạt. Những chỉ thị mang tính chất codominant và những dòng con lai này sẽ hữu ích cho thao tác du nhập gen điều khiển tính trạng không hạt và giống na cao sản và những loài khác thuộc chi Annonas thông qua lai có tính chất “interspecific” (giữa các lòai).

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37160783/

Thay đổi sulfur trong vùng rễ cây đậu nành có ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật 

Nguồn: Yizhi Mao, Donghao Chang, Xiaoying Cui, Yunshu Wu, Baiyan Cai. 2023. Changes in sulfur in soybean rhizosphere soil and the response of microbial flora in a continuous cropping system mediated by Funneliformis mosseae. Front Microbiol.; 2023 Aug 23; 14:1235736. doi: 10.3389/fmicb.2023.1235736.

Đậu nành là cây trồng rất cần lưu huỳnh (S -loving crop), trồng đậu nành liên tục trên ruộng có thể làm đất thiếu lưu huỳnh. Mục tiêu nghiên cứu này là xác định loài vi nấm có tên là  Funneliformis  mosseae có thể làm tăng cường lưu huỳnh dễ tiêu trong đất thiếu lưu huỳnh. Từ đó, nó có thể cải thiện sử dụng lưu huỳnh cho cây đậu nành. Thí nghiệm sử dụng giống Heinong 48 (HN48), giống đậu nành chủ lực tại vùng trồng ở tỉnh Heilongjiang. Loài nấm F. mosseae được chủng trong đất trồng đậu nành liên tục; nghiệm thức xử lý từ 0 đến 3 năm liên tục. Kết quả xét nghiệm “barium sulfur turbidimetric” cho thấy hàm lượng sulfur trong đất và trong cây đậu nành bị giảm đi bởi trồng liên tục đậu nành trên ruộng; và kết quả S tăng lên khi có chủng loài nấm F. mosseae. Kết quả chạy trình tự DNA có tính chất “macro-genome sequencing” cho thấy đặc điểm đa dạng và số lượng phong phú của tập đoàn vi khuẩn đất sẽ bị giảm đi nếu trồng nhiều mùa vụ liên tục và sẽ tăng S khi có chủng thêm F. mosseae. Hoạt động của sulfur-oxidizing bacteria (SOB) và mức độ biểu hiện gen có liên quan đến sulfur đã trở nên thấp hơn khi trồng liên tục nhiều mùa vụ đậu nành trên ruộng so với lô đối chứng và kết quả sẽ cao hơn nếu có chủng thêm  F.mosseae. Canh tác đậu nành liên tục trên ruộng làm giảm hàm lượng sulfur và tỷ lệ vùng rễ đậu nành, ảnh hưởng hoạt động của tập đoàn vi sinh vật đất và sự tăng trưởng đậu nành; nghiệm thức chủng F. mosseae làm tăng hàm lượng sulfur khả dụng cho vùng rễ đậu nành, làm tăng tính đa dạng, tính phong phú của vi sinh vật vùng rễ, làm tăng biểu hiện gen trong hệ thống vận chuyển sulfur trong cây đậu nành, biến dưỡng sulfur, và nhiều chức năng biến dưỡng khác có liên quan đến sulfur, làm tăng sự phong phú của loài và cường lược biến dưỡng của tất cả SOB. Tóm lại, trồng vụ mùa đậu nành liên tục ức chế sự hấp thụ lưu huỳnh trong đất; chủng nấm F. mosseae có thể cải tiến đáng kể tình trạng này. Nghiên cứu này đưa ra nền tảng lý thuyết về việc sử dụng AMF như một  bio-fungal agent làm tăng sử dụng sulfur trong đất. Nó còn giúp cho việc giảm bón nhiều phân vô cơ trong đất, bổ sung dưỡng chất, và bảo vệ đất nguyên sinh.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37692404/

Bản đồ KEGG của nhiều gen chức năng KEGG, gen biểu hiện theo hai phương pháp (A Kruskal–Wallis H test; B one-way ANOVA). Lô A: (đối chứng C), B (nghiệm thức trồng đậu nành không chủng group T), C (trồng 1 vụ đậu nành liên tục CC), và D (trồng đậu nành liên tục và không chủng group CT).

Nấm Funneliformis  mosseae.