Tuần tin khoa học 867 (27/11-03/12/2023)

Jasmonic acid ngoại sinh và di truyền tính kháng bệnh đạo ôn lúa

Nguồn: Shunyu Su, Ping Tang, Rubin Zuo, Hongfeng Chen, Tianqi Zhao, Shumin Yang, Jing Yang. 2023. Exogenous Jasmonic Acid Alleviates Blast Resistance Reduction Caused by LOX3 Knockout in Rice. Biomolecules; 2023 Jul 31; 13(8):1197. doi: 10.3390/biom13081197.

Lipoxygenase 3 (LOX3) là một men peroxidase của lipid được tìm thấy trong phôi hạt lúa. Người ta biết điều đó có ảnh hưởng đấn phẩm chất hạt giống. Thú vị là khi làm mất gen LOX3 kết quả biểu hiện sự cải tiến phẩm chất hạt giống rõ ràng nhưng sẽ mất đi tính kháng bệnh đạo ôn lúa và mất tính chống chịu khô hạn. Để nghiên cứu ảnh hưởng đối kháng ấy, người ta tạo ra một véc tơ có thuật ngữ “LOX3 knockout” (ΔLox3) trong cây lúa (Oryza sativa L.). Tính kháng bệnh đạo ôn và các mức độ phiên mã của các gen trong cây lúa ΔLox3 và những ảnh hưởng ấy của jasmonic acid (JA) ngoại sinh đối với tính kháng bệnh và mức độ phiên mã của các gen cây lúa trong cây ΔLox3 bị Magnaporthe oryzae xâm nhiễm đã được minh chứng. Kết quả là những cây lúa ΔLox3 có kiểu hình bình thường, với mức độ cao của methyl-linolenate và ROS (reactive oxygen species), các gen này có trong ba chu trình KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) đóng góp đáng kể vào phẩm chất hạt thóc. Cây lúa ΔLox3 bị nhiễm nấm M. oryzae biểu hiện các triệu chứng đạo ôn rất nặng với phản ứng tự vệ giảm nhưng sự chết của tế bào bởi ROS lại tăng, các gen này có trong bảy chu trình KEGG  đóng góp vào phẩm chất hạt thóc. Nghiệm thức xử lý JA ngoại sinh đã làm giảm nhẹ triệu chứng bệnh đạo ôn trên cây lúa ΔLox3 bằng cách cản trở sự phát triển của khuẩn ty (hyphal), ứng chế tế bào chết bởi ROS, và gia tăng phản ứng tự vệ, các gen này có trong 12 chu trình KEGG góp phần đáng kể vào phẩm chất hạt thóc. Kết quả chứng minh LOX3 có vai trò quan trọng trong tăng trưởng và sự tự vệ của cây lúa, tính knockout của nó cải tiến được phẩm chất lúa, tính kháng bệnh. Hàm lượng  JA ngoại sinh được cung cấp là cách thức bù đắp cho sự suy giảm phản ứng phòng thủ của dòng lúa “LOX3 knockout”, gợi ra rằng những ứng dụng kết quả này rất tiềm năng trong sản xuất.

Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37627262/

Hình: Các gen DEGs biểu hiện khá phong phú trong sự truyền tín hiệu hormone thực vật và sinh tổng hợp brassinosteroid trong cây lúa ΔLox3 so sánh với cây lúa nguyên thủy (WT), cây lúa ΔLox3 bị nhiễm M. oryzae so sánh với cây lúa WT bị nhiễm M. oryzae, nghiệm thức JA + cây lúa ΔLox3 nhiễm M. oryzae so sánh với nghiệm thức JA + cây lúa WT nhiễm M. oryzae.

DcGST1 mã hóa glutathione S-transferase góp phần điều khiển sắc tố màu tím củ cà rốt

Nguồn: Ao-Qi Duan, Yuan-Jie Deng, Shan-Shan Tan, Shan-Shan Liu, Hui Liu, Zhi-Sheng Xu, Sheng Shu, Ai-Sheng Xiong. 2023. DcGST1, encoding a glutathione S-transferase activated by DcMYB7, is the main contributor to anthocyanin pigmentation in purple carrot. Plant Journal; First Published: October 10 2023;

https://doi.org/10.1111/tpj.16539

Củ cà rốt tím (Daucus carota sativus).

Màu sắc củ cà rốt tím chủ yếu tùy thuộc vào những anthocyanins được phân lập trong không bào. Glutathione S-transferases (GSTs) là những enzymes chủ chốt có trong sự vận chuyển anthocyanin trong cây. Tuy nhiên, cơ chế rõ ràng của vận chuyển anthocyanin từ bề mặt tế bào chất của nội võng mạc (endoplasmic reticulum: ER) đến các không bào của cà rốt vẫn chưa được biết rõ. Theo công trình nghiên cứu này, người ta tiến hành phân tích toàn diện hệ gen cây cà rốt, dẫn đến việc xác định được 41 gen DcGST. Trong các gen ấy, DcGST1 biểu hiện như một ứng cử viên nổi bật, thể hiện mối tương quan tích cực với sắc tố anthocyanin củ cà rốt. Biểu hiện mạnh mẽ màu tím củ cà rốt có trong giống cà rốt cụ thể nào đó, trong khi đó, nó hầu như bất hoạt trong mô củ cà rốt của giống cà rốt không tím. DcGST1, là một đồng dạng của  TRANSPARENT TESTA 19 (TT19), của cây mô hình Arabidopsis thaliana thuộc về “GSTF clade”, có vai trò cực kỳ quan trọng trong vận chuyển anthocyanin. Sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9, người ta đã thành công trong nội dung “knocked out” gen DcGST1 trong giống cà rốt tím, cứng mang tên ‘Deep Purple’ (‘DPP’), kết quả là củ cà rốt có màu vàng cam (orange taproots). Hơn nữa, DcMYB7, một  anthocyanin activator, gắn kết tại promoter của gen DcGST1, làm tăng hoạt sự biểu hiện gen của nó. So với sự biểu hiện một mình của DcMYB7, thì sự đồng biểu hiện của DcGST1 và DcMYB7 làm gia tăng đáng kể tích tụ anthocyanin trong mô sẹp cà rốt. Tuy vậy, sự biểu hiện mạnh mẽ của DcGST1 trong 2 giống cà rốt tím không thể làm thay đổi tích tụ thành phần của anthocyanin hoặc làm tăng đáng kể hàm lượng anthocyanin tổng số. Kết quả đã cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về vận chuyển anthocyanin như thế nào trong thực vật, cung cấp một nền tảng kiến thức về phân tử nhằm cải tiến và bổ sung nguồn vật liệu di truyền trong ngân hàng cà rốt

Xem https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16539

Tín hiệu jasmonate và những effectors đối với stress mặn trong cây lúa

Nguồn: Simon Ndecky, Trang Hieu Nguyen, Elisabeth Eiche, Valérie Cognat, David Pflieger, Nitin Pawar, Ferdinand Betting, Somidh Saha, Antony Champion, Michael Riemann, Thierry Heitz. 2023. Jasmonate signaling controls negative and positive effectors of salt stress tolerance in rice. J Exp Bot.; 2023 May 19; 74(10):3220-3239. doi: 10.1093/jxb/erad086.

Phản ứng của cạy đối với stress mặn vao gồm sự tái cấu hình khá lớn của lộ trình hormones thực vật mà chúng điều phối các thay đổi sinh lý hướng đến khả năng chống chịu. Jasmonate (JA) là hormone thực vật rất cần để chống lại các cuộc tấn công có tính chất sinh học và phi sinh học, nhưng vai trò của chúng trong chống chịu mặn còn chưa rõ. Người ta mô tả các động thái của biến dưỡng JA và sự truyền tín hiệu trong rễ,  lá của cây lúa, loài cây trồng thường bị phơi nhiễm rất nhiều với mặn. Rễ lúa làm tăng hoạt lộ trình JA khá sớm, trong khi, lá thứ hai biểu thị phản ứng JA có hai pha với đỉnh cao vào lúc 1 giờ, rồi 3 giờ sau khi phơi nhiễm. Trên cơ sở chống chịu mặn cao hơn của dòng lúa đột biến “JA-deficient mutant” (aoc), người ta xem xét, thông qua hệ transcriptome rất năng động và thông qua phân tích chỉ tiêu sinh lý, Các tiến trình bị kích thích bởi mặn đều nằm dưới sự kiểm soát của JA. Đặc điểm khác biệt về kiểu gen sâu sắc có thể làm cơ sở từ những kiểu hình quan sát được. Hàm lượng abscisic acid (ABA) và các phản ứng chống chịu thiếu nước qua con đường lệ thuộc ABA đều bị suy giảm trong chồi thân cây lúa “aoc”. Hơn nữa, cây lúa “aoc” tích tụ nhiều hơn ion Na⁺ trong rễ lúa, và ít hơn trong lá lúa, với sự chuyển vị ion giảm xuống tương quan với suy thoái rễ lúa của gen HAK4 Na+ transporter. Gốc ô xy tư do khác biệt nhau (ROS) cũng mạnh mẽ hơn trong lúa lúa cây “aoc”, theo suy giảm mức già hóa cây lúa (senescence) và nhưng chỉ thị của sự dị hóa diệp lục tố. Kết quả xác định được những đóng góp tương phản của tính hiệu JA đối với những sectors khác nhau phản ứng với stress mặn của cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36879437/

Thực hiện “resequencing” hệ gen cây sầu riêng

Nguồn: Wanapinun Nawae, Chaiwat Naktang, Salisa Charoensri, Sonicha U-Thoomporn, Nattapol Narong, Orwintinee Chusri, Sithichoke Tangphatsornruang, Wirulda Pootakham. 2023. Resequencing of durian genomes reveals large genetic variations among different cultivars. Front Plant Sci.; 2023 Feb 16:14:1137077. doi: 10.3389/fpls.2023.1137077.

Sầu riêng (Durio zibethinus), được mệnh danh là  "King of Fruits," (vua trái cây) là loài cây trồng quan trọng về kính tế ở Đông Nam Á. Nhiều giống sầu riêng đã và đang được phát triển thành công. Theo nghiên cứu, người ta tiến hành “resequencing” hệ gen của ba giống sầu riêng phổ biến tại Thái Lan, đó là: Kradumthong (KD), Monthong (MT), và Puangmanee (PM) để xem xét mức đa dạng di truyền của giống sầu riêng. Hệ gen cây KD, MT, và PM có kích thước phân tử là 832.7, 762.6, và 821.6 Mb, theo thứ tự. Giải thích chi tiết di truyền (annotations) phủ trên 95.7, 92.4, và 92.7% của  những proteins chủ chốt trong phôi mầm, theo thứ tự. Người ta thiết kế pangenome phác thảo của cây sầu riêng; rồi tiến hành phân tích hệ gen có tính chất so sánh (comparative genomes) liên quan đến các loài của bộ thực vật Malvales. Trình tự của LTR (long terminal repeat) và các họ protein trong genome cây sầu riêng có mức độ tiến hóa chậm hơn genome cây bông vải. Tuy nhiên, họ protein với chức năng điều tiết phiên mã và chức năng phosphoryl hóa bao gồm phản ứng với stress sinh học và phi sinh học của sầu riêng dường như có mức độ tiến hóa nhanh hơn.

Kết quả phân tích quan hệ di truyền huyết thống (phylogenetic), biến thiên số bản sao chép CNVs (copy number variations), biến thiên sự có mặt/vắng mặt (PAVs) cho thấy sự tiến hóa của genome sầu riêng Thái Lan khac hoàn toàn với sầu riêng của Mã Lai, giống nổi tiếng Musang King (MK). Trong 3 genome vừa được giải trình tự nói trên, giá trị PAV và CNV cho thấy phổ gen kháng bệnh và sự biểu hiện của protein “methylesterase inhibitor domain” có những gen hiện hữu khi sầu riêng trổ bông và trái chín đối với giống MT khác biệt với giống KD và giống PM. Những kết quả của “genome assemblies” và kết quả phân tích cho thấy đây là nguồn kiến thức đáng giá để có sự hiểu biết tốt hơn về đa dạng di truyền của giống sầu riêng đang canh tác. Điều ấy rất hữu ích cho chương trình phát triển giống sầu riêng trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36875624/

Hình: Các họ protein của từng giống sầu riêng khác nhau.