Tuần tin khoa học 865 (13-19/11/2023)

Chức năng của phân tử lncRNAs  và circRNAs của cây hồ tiêu (Piper nigrum L.)

Nguồn: Baibhav Kumar, Bibek Saha, Sarika Jaiswal, U B Angadi, Anil Rai, Mir Asif Iquebal. 2023. Genome-wide identification and characterization of tissue-specific non-coding RNAs in black pepper (Piper nigrum L.). Front Plant Sci.; 2023 Mar 16: 14:1079221. doi: 10.3389/fpls.2023.1079221.

Phân tử lncRNAs (long non-coding RNAs) và phân tử circRNAs (circular RNAs) là hai lớp phân loại của phân tử ncRNAs (non-coding RNAs) hiện diện phổ biến trong tế bào thực vật, có chức năng điều tiết rất nhiều gen khác nhau ở mức độ trước và sau phiên mã. Trước đây được coi là không có gì rõ ràng (junk: rác), những phân tử ncRNAs này bây giờ được xem như có vai trò quan trọng trong kết quả điều tiết sự biểu hiện gen, đặc biệt trong trường hợp cây bị stress trong nhiều loài thực vật. Cây tiêu, có tên khoa học là Piper nigrum L., mặc dù là loài cây gia vị có giá trị kinh tế vô cùng quan trọng, nhưng thiếu rất nhiều nghiên cứu có liên quan đến những phân tử ncRNAs. Trong một tập hợp của 53 cơ sở dữ liệu về RNA-Seq của cây hồ tiêu từ sáu mô tế bào, đó là, mô hoa, mô quả, mô lá, mô bông, rễ, và thân của sáu giống tiêu đen, bao trùm lên tám dự án mang tên BioProjects của bốn quốc gia, người ta đã phân lập và định tính được 6406 phân tử lncRNAs. Kết quả phân tích sâu downstream suy ra rằng những phân tử lncRNAs này điều tiết 781 gen cây hồ tiêu / sản phẩm gen thông qua hệ thống tương tác miRNA-lncRNA-mRNA, do đó, đóng vai trò như những phân tử RNAs có tính chất nội sinh và cạnh tranh (ceRNAs). Những tương tác như vậy có thể trở thành những cơ chế giống như “làm câm gen bởi miRNA” (miRNA-mediated gene silencing) hoặc hoạt động của phân tử lncRNAs giống như hiện tượng bắt chước ở bên trong gen đích (endogenous target mimics: eTMs) của các phân tử miRNAs. Tổng cộng có 35 phân tử lncRNAs được phân lập trở thành những tiền chất tiềm năng của 94 phân tử miRNAs sau khi bị tăng hoạt bởi endonucleases giống như Drosha và Dicer. Phân tích tramscriptome của mô cho thấy 4621 phân tử circRNAs hiện hữu. Sâu hơn, người ta phân tích hệ thống miRNA-circRNA-mRNA cho thấy có 432 phân tử circRNAs gắn kết với 619 phân tử miRNAs và cạnh tranh các vị trí kết nối của 744 mRNAs ở nhiều mô khác nhau của cây hồ tiêu. Kết quả này giúp chúng ta có nhận định khoa học hơn về điều tiết năng suất hạt tiêu và phản ứng với stress của cây tiêu trong nỗ lực nâng cao sản lượng hồ tiêu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37008483/

Phân tích transcriptome và metabolome trong phản ứng rễ tiêu đối với xâm nhiễm của nấm Phytophthora capsici gây chết nhanh

Nguồn; Gang Lei, Kun-Hua Zhou, Xue-Jun Chen, Yue-Qin Huang, Xin-Jie Yuan, Ge-Ge Li, Yuan-Yuan Xie, Rong Fang. 2023. Transcriptome and metabolome analyses revealed the response mechanism of pepper roots to Phytophthora capsici infection. BMC Genomics; 2023 Oct 20; 24(1):626. doi: 10.1186/s12864-023-09713-7.

Bệnh thối rễ do nấm Phytophthora hay bệnh chết nhanh bởi tác nhân oomycete Phytophthora capsici là bệnh tàn phá các vườn tiêu thảm hại nhất trên toàn thế giới, chiến lược quản lý hiện nay là ít hiệu quả trong ngăn ngừa bệnh xảy ra. Do đó, việc dùng giống tiêu kháng bệnh được xem là một nội dung quan trọng trong quản lý bệnh do P. capsici. Tuy nhiên, kiến thức của chúng ta về cơ chế phân tử liên quan đến phản ứng tự vệ của rễ tiếu đối với tác nhân P. capsici vẫn còn rất khiêm tốn. Người ta tiến hành phương pháp nghiên cứu transcriptome và metabolome  để phân tích phản ứng ở mức độ phân tử của cây tiêu đối với sự xâm nhiễm của P. capsici trong giống tiêu kháng bệnh A204 và giống tiêu nhiễm bệnh A198 ở giai đoạn 0, 24 và 48 giờ sau khi chủng nấm bệnh (hpi). Có nhiều gen đích và nhiều cơ chất (metabolites) được kích hoạt sau 24 hpi trong giống tiêu A204 mạnh hơn rất nhiều so với giống A198, như vậy, có sự kích hoạt kịp thời phản ứng tự vệ của giống tiêu kháng bệnh, với sự đóng góp của 2 proteases, subtilisin-like protease và xylem cysteine proteinase 1, bao gồm sự ghi nhận của pathogen và truyền tín hiệu của giống tiêu A204. Kết quả phân tích sâu hơn cho thấy giống kháng  phản ứng với P. capsici với sự điều tiết tinh tế bởi ion Ca²⁺- và salicylic acid trong chu trình truyền tín hiệu, rồi kích hoạt phản ứng tự vệ vùng downstream, bao gồm củng cố thành tế bào và  biểu hiện mạnh mẽ gen tự vệ cũng như tích tụ nhanh những cơ chất biến dưỡng (metabolites). Trong số ấy, các gen DEGs (differentially expressed genes) và các phân tử DAMs (differentially accumulated metabolites) có trong chu trình sinh tổng hợp flavonoid đã được kích hoạt duy nhất trong giống kháng A204 ở 24 hpi, có nghĩa là đây là một vai trò đặc biệt của chu trình sinh tổng hợp flavonoid của giống tiêu kháng P. capsici. Những transcripts ứng củ viên nói trên có thể cung cấp nguồn vật liệu di truyền hữu ích để cải tiến tính kháng bệnh do Phytophthora gây ra trên rễ tiêu, gây chết nhanh. Như vậy, phương pháp trong nghiên cứu này cung cấp một cách nhìn mới phản ứng tự vệ chống lại xâm nhiễm của P. capsici vào cây tiêu, làm tăng hiểu biết của chúng ta về tương tác giữa ký chủ và ký sinh P. capsici.

Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10589972/

Di truyền tính kháng bệnh của Capsicum baccatum thông qua dòng con lai có gen kháng từ loài ớt hoang dại

Nguồn: Jinkwan Jo, Geon Woo Kim, Seungki Back, Siyoung Jang, Youngin Kim, Koeun Han, Hayoung Choi, Seyoung Lee, Jin-Kyung Kwon, Yong-Jik Lee & Byoung-Cheorl Kang. 2023. Exploring horticultural traits and disease resistance in Capsicum baccatum through segmental introgression lines. Theoretical and Applied Genetics November 2023; vol. 136, Article number: 233

Quần thể con lai “segmental introgression and advanced backcross” (dòng SILs và ABLs) đã được phát triển và được minh chứng là công cụ quan trọng để cải tiến tính trạng nông học chủ chốt của cây ớt cay, cung cấp mức độ nhạy cảm trong phát hiện QTLs điều khiển di truyền của cây ớt. Các dòng SILs (segmental introgression lines) và các dòng ABLs (advanced backcross lines) có thể  thúc đẩy nghiên cứu di truyền và hệ gen cây ớt phục vụ chương trình cải tiến giống ớt cao sản. Nghiên cứu giới thiệu tập họp đầy đủ các dòng SILs và ABLs của ớt trồng Capsicum annuum cv. ‘CM334’ đóng vai trò nguồn nhận gen đích (recipient) và loài ớt hoang Capsicum baccatum ‘PBC81’, đóng vai các tính trạng khác nhau về nông học, bao gồm tính kháng bệnh phấn trắng (powdery mildew) và bệnh thán thư (anthracnose), là nguồn cho gen [donor]. Áp dụng phương pháp cứu phôi (embryo rescue) để khắc phục hiện tượng chết phôi (abortion) trong lai giữa hai loài khác (interspecific crosses), áp dụng chọn giống nhở chỉ thị phân tử với kỹ thuật GT-seq (genotyping-in-thousands by sequencing) để phát triển quẩn thể con lai SILs và ABLs bao gồm nhiều đoạn phân tử khác nhau (different segments) từ C. baccatum genome, người ta thu thập được 63 SILs và 44 ABLs, phủ trên 94,8% của C. baccatum genome. Người ta định tính được tính trạng của chúng bao gồm tính kháng bệnh phấn trắng, kháng bệnh thán thư, tích tụ hàm lượng anthocyanin, mật độ trichome, kiến trúc cây ớt, và hình thái học trái ớt. Người ta minh chứng đưọc các loci trước đây điều khiển tính trạng nói trên và tím thấy nguồn vật liệu mới có biến dị di truyền và QTLs mới. Có tất cả 15 QTLs được phân lập, bốn QTLs điều khiển tính kháng bệnh thán thư với ba loci mới hoàn toàn,  bảy QTLs  gắn với kiến trúc thân, 4 QTLs gắn với hình dạng trái ớt. Đây là tập đoàn đầu tiên khá đầy đủ của quần thể con lai SILs và ABLs minh chứng được tính trạng nông học cần thiết, chúng sẽ làm tăng mức độ tìm thấy QTL và phục vụ như nguồn vật liệu lai tạo giống mới có giá trị. Hơn nữa, những SILs và ABLs  như vậy sẽ hữu dụng cho “comparative genomics” và cung cấp kiến thức tốt hơn về cơ chế di truyền – cơ sở cho những tính trạng nông học của cây ớt, cuối cùng dẫn đến cải tiến năng suất theo hướng bền vững.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04422-x

Kiến trúc di truyền các tính trạng rễ cây nho hoang dại Vitis berlandieri làm gốc ghép giống nho trồng

Nguồn: Louis Blois, Marina de Miguel, Pierre-François Bert, Nathalie Ollat, Bernadette Rubio, Kai P. Voss-Fels, Joachim Schmid & Elisa Marguerit. 2023. Dissecting the genetic architecture of root‑related traits in a grafted wild Vitis berlandieri population for grapevine rootstock breeding. Theoretical and Applied Genetics (Nov. 2023) 136:223; https://doi.org/10.1007/s00122-023-04472-1

Hình: Vitis berlandieri hoang dại làm gốc ghép.

Trong thực vật đa niên thân gỗ, di truyền số lượng và di truyền được nghiên cứu trên quần thể “association” (không cần lai) vẫn còn rất ít các đặc điểm liên quan đến rễ, do thời gian nghiên cứu cần kéo dài để có được cây trưởng thành và sự phức hợp của kiểu hình. Đối với cây nho, cây trồng là giống ghép, hầu hết gốc ghép được sử dụng là dòng “hybrids” giữa loài “American Vitis species” (Đó là: V. rupestris, V. riparia, và V. berlandieri). Kết quả nghiên cứu này cho thấy, người ta đã sử dụng quần thể hoang dại của American Vitis species (V. berlandieri) để phân tích kiến trúc di truyền của các tính trạng nông học liên quan hệ rễ của nguồn giống gốc ghép (rootstocks) của giống nho trồng (grafted context). Quần thể nghiên cứu bao gồm 211 giống dòng, với một đến năm “replicates” cho mỗi giống dòng ấy (n = 846 cá thể), cộng thêm 4 vật liệu “rootstocks” là giống đối chứng (110R, 5BB, Börner, và SO4). Sau 2 năm thí nghiệm, người ta tiếp cận phương pháp “the best linear unbiased estimates” khẳng định các tính trạng liên quan đến rễ nho có hệ số di truyền từ trung bình đến cao (0,36–0,82) và hệ số biến thiên di truyền (0,15–0,45). GWAS cho kết quả theo “BLINK model”, tìm thấy 11 QTL gắn với 4 tính trạng liên quan đến rễ nho (một QTL điều khiển số rễ tổng số, 4 QTLs với số rễ nhỏ (đường kính < 1 mm), 2 QTLs gắn với số rễ có kích thước trung bình (1 mm < đường kính < 2 mm), và 4 QTLs gắn với rễ có đường kính trung bình) giải thích trên 25,1% biến thiên kiểu hình. Ba giống nho được tìm thấy có tính trạng rễ tốt hơn hết so với nguồn giống rootstocks đang thương mại hóa, như vậy, đây có thể là những ứng cử viên mới trong chương trình tạo giống làm gốc ghép cây nho.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04472-1

Hình: Manhattan plot đối với chỉ thị SNP của tính trạng rễ có đường kính trung bình (Av_Diam). Giá trị thresholds theo phương pháp Bonferroni; α = 0.05 (đường chấm chấm) và 0.01 (đường thẳng liền vạch). Tín hiệu có ý nghĩa là chấm nhỏ màu đỏ, α = 0.05 và chấm đỏ lớn, α = 0.01.