Tuần tin khoa học 862 (23-29/10/2023)

Nghiên cứu hệ gen vi khuẩn A02 cố định đạm trong lá cây sắn

Nguồn; Danping Huang, Jie Ren, Xi Chen, Kashif Akhtar, Qiongyue Liang, Congyu Ye, Caiyi Xiong, Huahong He, Bing He. 2023. Whole-genome assembly of A02 bacteria involved in nitrogen fixation within cassava leaves. Plant Physiol.; 2023 Sep 22; 193(2):1479-1490. doi: 10.1093/plphys/kiad331.

Vi khuẩn cố định đạm (N) nội sinh A02 thuộc chi Curtobacterium sp. rất cần thiết trong cơ chế biến dưỡng N của cây sắn (Manihot esculenta Crantz). Người ta xác định được chủng nòi vi khuẩn A02 từ giống sắn SC205 và sử dụng phương pháp pha loảng đồng vị phóng xạ ¹⁵N để nghiên cứu tác động của chủng nòi A02 trên sự tăng trưởng và tích tụ N của cây sắn non. Hơn nữa, hệ gen đầy đủ này (whole genome) được giải trình tự DNA nhằm xác định cơ chế cố định N của chủng nòi A02. So với đối chứng N thấp (T1), nghiệm thức chủng vi khuẩn A02 (T2) cho thấy gia tăng cao nhất trong lá sắn và khối lượng khô rễ củ của cây sắn non, và con số 120,3 nmol/(mL·h) là hoạt tính cao nhất của men nitrogenase được ghi nhận trên lá, điều này được xem như vị trí chính thức để vi khuẩn  ký sinh và cố định đạm. Hệ gen của chủng vi khuẩn A02 có kích thước 3.555.568 bp và bao gồm  một nhiễm sắc thể vòng, một plasmid. So sánh các genomes này của bacilli ngắn khác kết quả cho thấy chủng nòi A02 có tiến hóa rất gần với vi khuẩn nội sinh NS330 (Curtobacterium citreum) được người ta phân lập trên cây lúa (Oryza sativa) tại Ấn Độ. Hệ gen của A02 bao gồm 13 gen nif (nitrogen fixation), đó là gen 4 nifB, 1 nifR3, 2 nifH, 1 nifU, 1 nifD, 1 nifK, 1 nifE, 1 nifN, và 1 nifC, chúng hình thành một “gene cluster” tương đối đầy đủ có chức năng cố định đạm, với chiều dài 8-kb chiếm 0,22% chiều dài toàn bộ genome. Gen nifHDK của chủng nòi A02 (Curtobacterium sp.) khá đồng nhất khi so sánh với trình tự tham chiếu Frankia. Kết quả dự đoán chức năng cho thấy số bản sao chép lớn của gen nifB gắn liền với  cơ chế bảo vệ có tính chất oxygen. Kết quả là thông tin thú vị về genome vi khuẩn liên quan đến sự trợ giúp của N đối với lĩnh vực nghiên cứu phiên mã và  chức năng gen nhằm làm tăng hiệu quả sử dụng N của cây sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37307568/

Tích hợp kết quả GWAS và transcriptomics để xác định gen ứng cử viên điều khiển tính trạng chống chịu nóng của cây lúa

Nguồn: Pingping Li, Jing Jiang, Guogen Zhang, Siyu Miao, Jingbing Lu, Yukang Qian, Xiuqin Zhao, Wensheng Wang, Xianjin Qiu, Fan Zhang, Jianlong Xu. 2023. Integrating GWAS and transcriptomics to identify candidate genes conferring heat tolerance in rice.Front Plant Sci.; 2023 Jan 9:13:1102938. doi: 10.3389/fpls.2022.1102938. 

Sản xuất lúa (Oryza sativa L.) đang đối diện với thách thức mang tên “biến đổi khí hậu” bởi sự ấm lên toàn cầu. Xác định những loci mới, những alen có lợi trong chống chịu nóng trở nên bức thiết để phát triển giống lúa cao sản chống chịu nhiệt độ nóng.

Người ta tiến hành đánh giá tính chống chịu nóng ở giai đoạn mạ với tập đoàn giống lúa bao gồm 620 mẫu giống rất đa dạng. Có tất cả 6 loci liên quan đến chống chịu nóng được xác định thông qua phân tích GWAS (genome-wide association study) với ~2,8 triệu chỉ thị phân tử SNPs.

Trong sáu loci được tìm thấy, qHT7 mang tín hiệu mạnh nhất và có SNPs liên quan nhiều nhất. Thông qua kết quả so sánh “transcriptomes” của hai tập đoàn giống lúa đại diện với biểu hiện khác nhau về chống chịu nóng; trên nhiễm sắc thể 7, gen LOC_Os07g48710 (OsVQ30) được tuyển chọn là một gen ứng cử viên triển vọng tại qHT7 bởi sự khác biệt có ý nghĩa của nó trong biểu hiện gen giữa hai tập đoàn giống lúa. Haplotype 4 (Hap4) của gen LOC_Os07g48710 được xác định là haplotype có lợi cho sự kiện chống chịu nóng thông qua kết quả phân tích gene-based haplotype. Haplotype điều khiển chống chịu nóng LOC_Os07g48710Hap4 rất phong phú ở trong tập đoàn lúa Geng/Japonica, tần suất giảm đáng kể trong tiến trình cải tiến giống lúa cao sản.

Hình: Biến thiên kiểu hình của tính trạng chống chịu nóng và xác định các loci gắn liền với tính trạng này thông qua phân tích GWAS của tập đoàn giống lúa gồm 620 mẫu giống. 

Như vậy, trên cơ sở GWAS và nghiên cứu transcriptomics, một mô hình giả thuyết được điều khiển bởi qHT7 đáp ứng được với stress nóng. Kết quả cung cấp  thông tin những gen ứng cử viên phục vụ cải tiến giống lúa chống chịu nóng bằng con đường chọn giống phân tử.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36699845/

Tiến bộ di truyền về lúa chống chịu nóng

Nguồn: Huaqing Liu, Bohong Zeng, Jialiang Zhao, Song Yan, Jianlin Wan, Zhibin Cao. 2023. Genetic Research Progress: Heat Tolerance in Rice. Int J Mol Sci.; 2023 Apr 12; 24(8):7140. doi: 10.3390/ijms24087140.

Heat stress (HS) hay stress do nhiệt độ nóng bởi thời tiết cực đoan đẩy nhiệt độ không khí tăng cao đang đe dọa an ninh lương thực toàn cầu. Thật vậy, lúa là cây lương thực quan trọng của thế giới, năng suất và chất lượng gạo thường xuyên bị ảnh hưởng bởi HS. Do đó, người ta cần làm rõ cơ chế phân tử  của tính trạng chống chịu nóng và canh tác giống lúa chịu được nhiệt độ nóng là yêu cầu cấp thiết. Ở đây, tác giả tóm lược những QTL đã phân lập (Quantitative Trait Loci, QTL) và dòng hóa các gen đích điều khiển chống chịu nóng trong những năm gần đây. Họ mô tả phản ứng của màng plasma (PM), sự kiện sinh lý protein homeostasis, sự kiện tích tụ gốc ô xi tự do (ROS: reactive oxygen species), và quang tổng hợp trong điều kiện HS của cây lúa. Người ta còn giải thích một vài cơ chế điều tiết của những gen đích điều khiển chống chịu nóng. Tổng hợp lại, người ta tiếp tục cải tiến tính chống chịu nóng của cây lúa, cung cấp ý tưởng mới và luận điểm mới cho nghiên cứu sắp tới.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37108303/

Hình 2: Cơ chế phân tử của những gen điều khiển chống chịu nóng của cây lúa.

Phân tích toàn hệ gen cây dưa leo: họ gen Exo70

Nguồn: Liu Liu, Chaoheng Gu, Jiahao Zhang, Jingyu Guo, Xiaolan Zhang, Zhaoyang Zhou. 2023. Genome-Wide Analysis of Exocyst Complex Subunit Exo70 Gene Family in Cucumber. Int J Mol Sci.; 2023 Jun 30; 24(13):10929. doi: 10.3390/ijms241310929.

Dưa leo (Cucumis sativus L.) là loài rau quan trọng của thế giới, năng suất dưa leo bị ảnh hưởng bởi sâu bệnh hại có số lượng liệt kê khá lớn. Là subunit chủ lực của phức có tên “exocyst complex”, vai trò của thành viên Exo70 đã và đang được biểu hiện trong cây mô hình Arabidopsis và cây lúa, nhưng chức năng của chúng chưa được hiểu đầy đủ trong hệ gen cây dưa leo. Ở đây, người ta xác định được 18 thành viên của CsExo70 trong cây dưa leo, chúng được phân ra thành ba nhóm (Exo70.1-Exo70.3) và chín subgroups (Exo70A-Exo70I) trên cơ sở biểu hiện ở cây gia hệ. Sau đó, người ta tiến hành phân tích có hệ thống bao gồm collinearity (quan hệ tương tác), kiến trúc gen, các nguyên tố cis-acting, các motifs bảo thủ, hợp phần biểu hiện gen, và vị trí có tính chất subcellular. Kết quả cho thấy các gen CsExo70 thường biểu hiện trong tất cả mô tế bào, và CsExo70C1, CsExo70C2 biểu hiện mạnh mẽ trong nhụy đực. Bên cạnh đó, các mức độ biểu hiện của hầu hết gen CsExo70  bị kích thích bởi vi khuẩn Pseudomonas syringae pv. lachrymans (Psl) và nấm Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum Owen (Foc), đặc biệt là CsExo70E2 và CsExo70H3.

Hơn nữa, những gen CsExo70s này hiện thị các mẫu vị trí tương tự với những tín hiệu không liên tục và hình đốm (punctate signals) trong tế bào chất. Như vậy, kết quả chỉ ra rằng các thành viên của họ CsExo70 có thể đã tham gia vào quá trình phát triển của cây dưa leo và  kháng sâu bệnh hại, kết quả còn cung cấp một tư liệu tham chiếu phục vụ nghiên cứu sâu trong tương lai về các gen Exo70 của cây dưa leo.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37446106/

Hình: Phân tích di truyền huyết thống họ gen Exo70. Vòng tròn biểu trưng của Exo70 trong genome cây lúa, hình tam giác trong cây Arabidopsis thaliana, hình vuông trong cây Physcomitrella patens, và hình ngôi sao  trong cây dưa leo Cucumis sativus (C. sativus).