Tuần tin khoa học 863 (30/10-05/11/2023)

Di truyền tính trạng trổ bông của cây lúa thông qua gen Hd1, Ghd7, DTH8, và PRR37

NGUỒN: Kangli Sun, Wubei Zong, Dongdong Xiao, Zeqiang Wu, Xiaotong Guo, Fuquan Li, Yingang Song, Shengting Li, Guangliang Wei, Yu Hao, Bingqun Xu, Weitao Li, Zhiwei Lin, Wenhao Xie, Yao-Guang Liu & Jingxin Guo. 2023. Effects of the core heading date genes Hd1, Ghd7, DTH8, and PRR37 on yield-related traits in rice. Theoretical and Applied Genetics October 18 2023; vol. 136, Article number: 227

Người ta muốn làm rõ kiểu gen của tính trạng quy định ngày trổ bông của cây lúa thông qua gen Hd1, Ghd7, DTH8, và PRR37; những tổ hợp của chúng có liên quan đến năng suất hạt và ảnh hưởng sự khác biệt về chức năng gen giữa các haplotypes khác nhau.

Ngày trổ bông (Heading date) là tính trạng quan trọng trong kiểu hình cây lúa (Oryza sativa L.) xác định năng suất hạt và tính thích nghi với nhiều vĩ độ khác nhau trên trái đất. Các gen Heading date 1 (Hd1), Grain number, plant height, and heading date 7 (Ghd7), Days to heading on chromosome 8 (DTH8), và PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 37 (PRR37) là những “core genes” của cây lúa điều khiển tính cảm quang, những gen như vậy có nhiều haplotypes trong các mẫu giống lúa khác nhau. Tuy nhiên, ảnh hưởng của những haplotypes khác nhau tại những gen này quy định tính trạng năng suất tương ứng tùy thuộc vật liệu giống lúa khác nhau, vẫn chưa được người ta định tính rõ ràng. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành knocked out gen Hd1, Ghd7, DTH8, hoặc gen PRR37, từng gen một hay gộp cùng một lúc, trong giống lúa loại hình indica và japonica, người ta nghiên cứu có hệ thống những tính trạng nông học chính trên từng dóng lúa đột biến knockout. Gen Ghd7 và PRR37 làm tăng số hoa lúa trên gié và cải tiến được năng suất, ảnh hưởng này được tăng cường khi có sự kết hợp bởi gen Ghd7 DTH8 hoặc Ghd7 PRR37, nhưng gen Hd1 ảnh hưởng tiêu cực đến năng suất hạt. Người ta còn phân lập được một alen có chức năng yếu Ghd7 bao gồm một đột biến mà đột biến như vậy can thiệp sự kiện splicing trong phiên mã. Bên cạnh đó, người ta xác định được sự tăng cường hoặc ức chế tính trạng ngày trổ bông bởi nhiều haplotype khác nhau của PRR37 có liên quan với những múc độ biểu hiện gen PRR37, độ dài ngày, và cơ sở di truyền. Đối với nội dung chọn tạo giống lúa, một kết hợp của các alen có chức năng thuộc gen Ghd7 và DTH8 hoặc Ghd7 và PRR37 trên nền mang gen hd1 có thể được nhà chọn giống sử dụng làm tăng năng suất lúa. Kết quả làm rõ ảnh hưởng của các gen điều khiển tính trạng ngày trổ và tính trạng có liên quan đến năng suất hạt cũng như sự khác biệt về chức năng trong những haplotypes khác nhau của chúng, kết quả cung cấp giá trị khoa học nhằm xác định và khai thác các haplotypes ưu tú đối với những gen điều khiển ngày trổ phục vụ lai tạo giống cao sản chín sớm.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04476-x

Chỉ thị phân tử microsatellites và cơ sở dữ liệu CMDB của cây điều

Nguồn: Siddanna Savadi, B M Muralidhara, V Venkataravanappa, J D Adiga. 2023. Genome-wide survey and characterization of microsatellites in cashew and design of a web-based microsatellite database: CMDB. Front Plant Sci.; 2023 Aug 21: 14:1242025. doi: 10.3389/fpls.2023.1242025. 

Điều là cây trồng cho hạt ăn được (edible tree nut crop) có ứng dụng rộng rải trong thực phẩm và công nghiệp chế biến. Dù cây điều có tầm quan trọng về kinh tế lớn như vậy, nhưng đặc điểm “genome-wide” của chỉ thị phân tử microsatellites [SSRs] trong hệ gen cây điều vẫn còn thiếu rất nhiều. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành định tính đầu tiên cái gọi là “genome-wide microsatellites” và phát triển những chỉ thị phân tử đa hình cũng như cơ sở dữ liệu có tính chất web-based microsatellite. Có tất cả 54.526 chỉ thị SSRs được tìm thấy trong cashew genome, tần suất trung bình là 153 SSRs/Mb. Trong các chỉ thị phân tử genome-wide SSRs (2-6 bp size motifs), loại hình motif có hai nucleotides chiếm ưu thế vượt trội (68,98%) theo đó là loại hình 3 nucleotides (24,56%). Nhóm định danh có tên Class I type của SSRs (≥20 bp) chiếm 45,10%, trong khi Class II repeat motifs (≥12-<20 bp) chiếm 54,89% tổng số chỉ thị SSRs được tìm thấy. Bên cạnh, chỉ thị thuộc nhóm “AT-rich SSRs” cuất hiện với tần suất lớn hơn trong hệ gen cây điều (84%) so với chỉ thị thuộc nhóm “GC-rich SSRs”. Minh chứng thông qua kỹ thuật “in silico-mined genome-wide SSRs” nhờ chạy PCR để sàng lọc các dòng giống điều cho kết quả ghi nhận 59 chỉ thị SSR có tính đa hình, Giá trị PIC (polymorphism information content) của tập họp các chỉ thị SSR biến thiên từ 0,19 đến 0,84. Hơn nữa, cơ sở dữ liệu “web-based database”, "Cashew Microsatellite Database (CMDB)," đã được xây dựng nên cho phép chúng ta tiếp cận được truy tìm “genome-wide SSRs” cũng như tiếp cận “transcriptome-based SSRs” từ kết quả nghiên cứu trước đây thông qua một giao diện khá thân thiện cho các nhà nghiên cứu. Bên cạnh đó, cơ sở dữ liệu CMDB cung cấp thông tin các chỉ thị SSRs mới cập nhật. CMDB cho phép thu hồi những thông tin về chỉ thị SSR với cách chọn lựa tùy theo ý muốn của nhà chọn giống. Như vậy, việc định tính “genome-wide SSRs” này, người ta phát triển các chỉ thị phân tử đa hình và cơ sở dữ liệu CMDB để phục vụ nguồn marker rất có giá trị phục vụ kỹ thuật DNA fingerprinting, định tính vật liệu bố mẹ, nghiên cứu di truyền, và thực hiện chọn giống phân tử giống điều mới và loài có liên quan đến chi Anacardium.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37670858/

Hình: Minh chứng “genome-wide SSRs” đa hình và khuếch đại trong 32 giống điều: (A) Hình điện di biểu hiện tính đa hình bởi DCR SSR-22 và DCR SSR-38 markers của 32 giống; (B) giản đồ Neighbour-Joining biểu hiện quan hệ di truyền của 32 giống có nguồn gốc từ nhiều vùng địa lý. Giản đồ được thiết kế trên cơ sở mô hình thuật toán của Nei’s (D) genetic distance coefficient.

Xác định QTLs điều khiển ưu thế lai: mô phỏng GWAS mới ứng dụng cho cây bắp

Nguồn: Aurélien Beugnot, Tristan Mary-Huard, Cyril Bauland, Valerie Combes, Delphine Madur, Bernard Lagardère, Carine Palaffre, Alain Charcosset, Laurence Moreau & Julie B. Fievet. 2023. Identifying QTLs involved in hybrid performance and heterotic group complementarity: new GWAS models applied to factorial and admixed diallel maize hybrid panels. Theoretical and Applied Genetics; 10 October 2023; vol.136; Article no. 219

Một mô phỏng GWAS nguyên thủy tích hợp các alen tổ tiên cây bắp được đề nghị và được cho phép nghiên cứu tìm thấy cơ sở di truyền những QTLs có bản chất cộng tính (additive) và bản chất dị hợp trội (dominance) trong tập đoàn bắp lai mang tính chất bổ sung và mang tính chất ưu thế lai (hybrid performance).

Đa dạng di truyền cây bắp được cấu trúc thành những nhóm di truyền (genetic groups) qua sàng lọc và qua con lai được cải tiến. Tiến trình như vậy làm tăng tính chất bổ sung cho nhóm (group complementarity) và tính chất biệt hóa nhóm (differentiation) theo thời gian và chắc chắn rằng những hybrids như vậy sản sinh ra từ tạp giao giữa các nhau (inter-group crosses) biểu hiện hiệu quả cao và dị hợp tử. Mốn xác định được loci bao gồm tính hiệu quả cao của ưu thế lai và bổ sung vào nhóm dị hợp, người ta tiến hành du nhập một mô hình thuật toán có tên “original association study” mà mô hình này gai3i quyết các hiệu ứng “allelic”từ nguồn tập đoàn giống dị hợp tử  của nhiều alen và so sánh nó với mô hình toán cô điển về “additive/dominance” (cộng/trội: đồng hợp/dị hợp). Mô phỏng toán mới này được áp dụng kiểu giai thừa (factorial) giữa dòng bắp Dent và bắp Flint, qua phân tích diallel giữa hổn hộp “Dent-Flint admixed lines” có hai nhóm phân tích khác nhau: trong mỗi môi trương và trong nhiều môi trường. Người ta xác định được nhiều QTLs tương tác cộng tính (additive) đối với tất cả tính trạng nghiên cứu, bao gồm vài loại hình “additive QTLs” nổi tiếng đối với tính trạng ngày trổ bông (trong vùng Vgt1/2 trên nhiễm sắc thể 8). Tính trạng năng suất bới các gen tương tác có ý nghĩa theo “non-additive” (không cộng tính) trong phân tích diallel. Hầu hết những QTLs liên quan đến năng suất được tìm thấy biểu hiện bản chất overdominance (siêu trội) hoặc, pseudo-overdominance (siêu trội tạm thời). Siêu trội tạm thời tại những QTLs như vậy đóng góp một phần vào kết quả bổ sung vào nhóm di truyền. So sánh giữa những môi trường khác nhau cho thấy có sữ ổn định cao hơn của những “additive QTL” so với “non-additive QTLs”. Nhiều QTLs biểu hiện biến dị di truyền tùy theo nguồn gốc vật liệu di truyền dị hợp ở địa phương. Người ta ghi nhận ở những vùng của nhiễm sắc thể lớn biểu thị ảnh hưởng của vật liệu di truyền nguyên thủy. Như vậy, kết quả này chúng minh được rằng làm thế nào để tập đoàn giống bắp có tính chất “admixed” (pha trộn) kết hợp được với mô phỏng GWAS cho phép người ta xác định những QTLs mới mà mô hình thuật toán cũ không thể giải thích được.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04431-w

qGLF5 tìm thấy trong lúa hoang Oryza rufipogon Griff. Cải tiến dạng hạt, kiến trúc cây lúa, và năng suất

Nguồn: Yijun Wang, Xiaoya Liang, Gaoyang Gong, Guiquan Zhang, Hongyuan Zhao, Zhenwu Zheng, Chihang Wang, Haitao Zhu, Jinyan Huang, Zhan Li, Suhong Bu, Guifu Liu, Shaokui Wang & Zupei Liu. 2023. qGLF5 from Oryza rufipogon Griff. improves kernel shape, plant architecture, and yield in rice. Theoretical and Applied Genetics October 17 2023; vo. 136, Article number: 225

Một QTL mới có tên qGLF5 của lúa hoang Oryza rufipogon Griff. Icải tiến được năng suất hạt trên cây lúa và cải tiến kiến trúc cây lúa.

Kích thước hạt thóc (Kernel size) và kiến trúc cây lúa là tính trạng nông học rất quan trọng, là mục tiêu của nhà chọn giống muốn cải tiến. Từ quần thể con lai có thuật ngữ “single-segment substitution lines” dẫn xuất từ loài lúa hoang Oryza rufipogon Griff. trong giống lúa indica  Huajingxian 74 (HJX74), người ta xác định được một QTL mới, đặt tên qGLF5, cải tiến được kích thước hạt thóc, kiến trúc cây lúa, và năng suất hạt / cây lúa. So sánh với đối chứng HJX74, chiều cao cây, số bông trên cây, chiều dài bông, số nhánh sơ và thứ cây trên bông, số hạt trên cây lúa được quan sát trong quần thể “near-isogenic line-qGLF5” (viết tắt NIL-qGLF5); tất cả được báo cáo có sự tăng lên đáng kể. NIL-qGLF5 cho kết quả hạt thon dài bởi điều tiết số tế bào, chiều dài tế bào , chiều rộng tế bào của vỏ trấu. Năng suất hạt tên cây của dòng NIL-qGLF5 tăng lên 35,02% so với đối chứng f HJX74Hơn nữa, qGLF5 cải tiến năng suất đáng kể cũng như kiến trúc cây lúa của dòng lúa NIL-gw5 và dòng lúa NIL-GW7. Như vậy gen qGLF5 có thể là gen hữu ích để cải tiến kiến trúc cây lúa và năng suất hạt bởi thiết kết lai lạo giống lúa trên cơ sở phân tử học.

Xem- https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04478-9