Tuần tin khoa học 871 (25-31/12/2023)

Sự khác biệt của tinh bột kháng và đặc điểm lý hóa tinh bột gạo

Nguồn: Mingrui Luo, Wanxin Gong, Siyan Zhang, Lanyu Xie, Yitao Shi, Dianxing Wu, Xiaoli Shu. 2023. Discrepancies in resistant starch and starch physicochemical properties between rice mutants similar in high amylose content. Front Plant Sci.; 2023 Nov 3: 14:1267281. doi: 10.3389/fpls.2023.1267281. 

Hình: Ảnh hưởng của 5M urea đối với sự trương nở của hạt tinh bột trong nội nhũ hạt gạo. Đường biểu diễn về thủy phân tinh bột in-vitro  của hai mẫu cơm của hai giống lúa khác nhau. Thanh sai số biểu thị độ lệch chuẩn của giá trị trung bình sau 3 lần thủy phân.

Hàm lượng tinh bột kháng RS (resistant starch) được xem như có tương quan thuận với hàm lượng amylose ACC (apparent amylose content). Người ta tiến hành phân tích hai dòng lúa đột biến thuộc loại hình indica, RS111 và Zhedagaozhi 1B, có hàm lượng AAC cao như nhau, họ tìm thấy hàm lượng tinh bột kháng RS khác biệt nhau đáng kể. Dòng lúa RS111 có hàm lượng RS3 cao hơn nhưng có hàm lượng RS2 thấp hơn dòng lúa Zhedagaozhi 1B; tương ứng, mẫu cơm RS111 biểu hiện khả năng tiêu hóa chậm hơn. RS111 có hạt tinh bột hình bầu dục, không đều, nhỏ hơn so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B và dòng lúa nguyên thủy (chưa đột biến). Zhedagaozhi 1B biểu thị thành phần tinh bột thuộc B-type, khác với dòng lúa RS111 và giống nguyên thủy, chúng biểu hiện thành phần tinh bột thuộc A-type. Có nghĩa là, RS111 có nhiều hơn fa và fb1, có ít hơn fb3 so với dòng lúa Zhedagaozhi 1B. Cả hai dòng đột biến biểu hiện “độ nhớt” (viscosity) giảm và lực phồng hạt cơm (swelling power) giảm so với bố mẹ. Dòng lúa RS111 có độ nhớt thấp nhất, dòng lúa Zhedagaozhi 1B có lực phồng hạt cơm nhỏ nhất. Cấu trúc tinh tế vô cùng khác biệt như vậy của phân tử amylopectin giữa RS111 và Zhedagaozhi 1B làm cho kiểu tinh bột khác nhau, độ trở hồ khác nhau, độ nhợt khác nhau, và mức tiêu hóa cũng khác. Bên cạnh làm tăng cường hàm lượng amylose, sự cải biên cấu trúc amylopectin biểu thị một tiềm năng lớn cho cải tiến giống lúa với hàm lượng RS2 và RS3 khác nhau, chúng có thể đáp ứng yêu cầu làm tăng đa dạng di truyền tập đoàn giống lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38023836/

GWAS xác định tương tác giữa quang nhiệt của cây đậu nành

Nguồn: Tingting Wu, Huiwen Wen, Xinyue Zhang, Hongchang Jia, Cailong Xu, Wenwen Song, Bingjun Jiang,  Shan Yuan, Shi Sun, Cunxiang Wu & Tianfu Han. 2023. Genome-wide association study for temperature response and photo-thermal interaction of flowering time in soybean using a panel of cultivars with diverse maturity groups. Theoretical and Applied Genetics; Published: 14 November 2023; volume 136, Article number: 245 (2023)

Có tất cả 101 QTNs được người ta tìm thấy có liên quan đến tính trạng thời gian đậu nành trổ bông phản ứng với điều kiện quang ký và nhiệt độ; 3 gen ứng cử viên với tính chất they thế không đồng dạng là:

Glyma.08G302500 (GmHY5)

Glyma.08G303900 (GmPIF4c)

Glyma.16G046700 (GmVRN1)

Chuyển đổi trạng thái trổ bông là rất quan trọng của đậu nành (Glycine max L. Merr.) khi phát triển. Tiến trình chuyển đổi trạng thái ấy được điều tiết bởi quang kỳ, nhiệt độ, và tương tác giửa hai yếu tố ấy. Muốn tìm hiểu kiến trúc di truyền có liên quan đến nhiệt độ, tương tác giữa nhiệt và quan kỳ trong sự trổ bông đậu nành, người ta tiến hành GWAS (genome-wide association study) trong một tập đoàn giống bao gồm 201 mẫu giống đậu nành đang canh tác với các nhóm thời gian sinh trưởng khác nhau từ MG 000 đến VIII. Mỗi giống được trồng trong nghiệm thức nhân tạo với quang kỳ có kiểm soát tại những mùa vụ trồng khác nhau trong năm 2017 và 2018 để đánh giá chỉ tiêu TR (thermal response) và chỉ tiêu IPT (interactive photo-thermal response) của thời gian trổ bông đậu nành. Tập đoàn này có tất cả 96.299 chỉ thị SNPs với tần suất alen thứ yếu  > 5%; 33, 19, và 49 của những chỉ thị SNPs liên quan đáng kể chỉ với TR, chỉ với IPT, cả hai TR và IPT, theo thứ tự. Hai mươi mốt chỉ thị SNPs định vị tại vùng hoặc gần vùng của những QTLs đã được ghi nhận trong các báo cáo trước đây đối với thời điểm trổ bông đầu tiên; có 16 SNPs định vị trong vùng có kích thước phân tử 200 kb, với ảnh hưởng chính (main-effect) của gen điều khiển trổ bông. Đó là GmFT2a, GmFT2b, GmFT3a, GmFT3b, GmFT5a, GmFT5b, GmCOL2b, GmPIF4b, và GmPIF4c, hoặc gần như gen đồng dạng (homologs) của cây mô hình Arabidopsis thaliana. Đó là gen BBX19, VRN1, TFL1, FUL, AGL19, SPA1, HY5, PFT1, và EDF1. Biến thiên di truyền của alen không đồng dạng (non-synonymous) được xác địnhtrong các gen ứng cử viên:     

 Glyma.08G302500 (GmHY5),

 Glyma.08G303900 (GmPIF4c),

 Glyma.16G046700 (GmVRN1).

Các giống có haplotypes khác biệt nhau chứng tỏ những biến dị di truyền này có ý nghĩa trong tính trạng TR, IPT, và thời gian trổ bông ở các địa diểm quan sát khác nhau. Alen ưu việt nhất, gen ứng cử viên tốt nhất, và chỉ thị SNP chẩn đoán tốt nhất được xác định trong nghiên cứu này. Đó là thông tin rất giá trị cho cải tiến giống đậu nành tương lai đáp ứng với quang chu kỳ, nhiệt chu kỳ, tạo điều kiện mở rộng vùng sản xuất đậu nành và cải tiến khả năng phục hồi của cây trước biến đổi khí hậu toàn cầu.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04496-7

Chọn tạo giống khoai tây và khoai lang ở CIP

Nguồn: Hannele Lindqvist‑Kreuze, Merideth Bonierbale, Wolfgang J. Grüneberg, Thiago Mendes, Bert De Boeck, Hugo Campos. 2023. Potato and sweetpotato breeding at the international potato center: approaches, outcomes and the way forward. Theoretical and Applied Genetics (January 2024) 137:12; https://doi.org/10.1007/s00122-023-04515-7

Chương trình chọn tạo giống cây có củ là trọng tâm của chương trình khoa học tại CIP, trung tâm quốc tế nghiên cứu khoai tây tìm cách phát triển và phổ biến những công nghệ bền vững trong nông nghiệp, thực phẩm, trong thông tin và kỹ thuật canh tác để theo đuổi mục tiêu giảm nghèo, tăng thu nhập, an ninh lương thực và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên. CIP được thành lập vào năm 1971 tại Peru, đó là nơi phát sinh gốc tích của trung tâm giống khoai tây trên thế giới và trung tâm đa dạng khoai tây, với nhiệm vụ khởi đầu làm thế nào phát triển rộng khoai tây, kể cả khoai lang vào năm 1986. Khoai tây và khoai lang thuộc tốp 10 loài cây trồng được tiêu thụ nhiều nhất của loài người trên thế giới, cung cấp năng lượng và dưỡng chất quan trọng nhất cho nhân loại. Khoai lang đóng vai trò chủ lực trong an ninh lương thực của nhiều nông hộ ở Nam Á và châu Phi, trong khi khoai tây quan trọng trên toàn cầu. Cả hai loài cây trồng này được trồng với nhiều điều kiện khác nhau, với nhu cầu đầu vào tương đối ít và đơn giản về kỹ thuật trồng trọt. Khoai tây đáp ứng với môi trường sinh thái lạnh, trong khi khoai lang đáp ứng môi trường sinh thái nóng, vì vậy, chúng bổ sung cho nhau. Tăng cường nguồn vật liệu “pre-breeding” trong lai tạo giống, phát triển giống mới và đào tạo nguồn nhân lực trong lĩnh vực cải tiến giống, khả nghiệm giống khi khí hậu đang biến đổi ngày càng cực đoan, nhấn mạnh tính thích nghi, tính kháng, phẩm chất dinh dưỡng và hiệu quả sử dụng tài nguyên là các hoạt động trung tâm của CIP với lợi ích to lớn cho người nghèo. Đầu tư lĩnh vực cải tiến giống khoai tây và khoai lang kết nối lại các lĩnh vực nghiên cứu tại CIP đã dẫn đến kết quả tạo ra nhiều giống mới mà chúng đã và đang tác động ảnh hưởng đến nhiều quốc gia. Hợp tác với nhiều loại hình khác nhau đã và đang là nội dung chính đến các trung tâm, là con đường hợp tác nhằm cải tiến improving sự an sinhcủa cư dân nam bán cầu.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04515-7

Giống hoa Cúc chịu lạnh

Nguồn: Qingbing Chen, Kang Gao, YuRan Xu, YaHui Sun, Bo Pan, Dongliang Chen, Chang Luo, Xi Cheng, Hua Liu, Conglin Huang. 2023. Research advance on cold tolerance in chrysanthemum. Front Plant Sci.; 2023 Sep 27: 14:1259229. doi: 10.3389/fpls.2023.1259229.

Hoa cúc (Chrysanthemums) là một trong những loài hoa thuộc tốp đầu được phát triển tại trung Quốc và thuộc loài hoa cắt cành số một của thế giới, giữ vị trí quan trọng trong ngành làm vườn. Nhiệt độ lạnh vào mùa đông làm hạn chế khả năng canh tác hoa cúc, sự du nhập, và sự thích nghi của hoa cúc dẫn đến kết quả làm tăng giá thành cho vùng sản xuất hoa cúc quanh năm. Tác động nặng nề này ảnh hưởng đến loài hoa của có giá trị kinh tế. Do vậy, việc nghiên cứu chọn tạo giống hoa cúc chống chịu lạnh là vô cùng quan trọng dẫn dắt ngành này trong sản xuất và trong ứng dụng thực tiễn. Với sự phát triển không ngừng của ngành genomics, transcriptomics, metabolomics, và những omics khác, người ta tiếp cận với công nghệ chỉ thị phân tử có độ chính xác cao, trong xác định hoa cúc chống chịu lạnh một cách liên tục. Kết quả nghiên cứu này cung cấp toàn bộ kiến thức về tiến bộ trong nghiên cứu chống chịu lạnh từ nghiệu khía cạnh khác nhau, bao gồm kiểu hình của chrysanthemum, cơ chế sinh lý, vận dụng phương pháp “forward genetics”, cơ chế phân tử, rối chọn tạo giống cúc. Mục đích nhằm cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cơ chế chống chịu lạnh như thế nào của hoa cúc và cung cấp tư liệu tham chiếu của những nghiên cứu sâu và phát triển giống cúc mới chống chịu lạnh.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37828931/

OsMAPK6 điều khiển tính chống chịu lạnh của cây lúa ở giai đoạn mạ

Nguồn: Jiali Liu, Jiaxin Liu, Mingliang He, Chuanzhong Zhang, Yingxiang Liu, Xiufeng Li, Zhenyu Wang, Xin Jin, Jingjing Sui, Wenyan Zhou, Qingyun Bu & Xiaojie Tian. 2023. OsMAPK6 positively regulates rice cold tolerance at seedling stage via phosphorylating and stabilizing OsICE1 and OsIPA1. Theoretical and Applied Genetics; Published: 16 December 2023; volume 137, 10 (2024)

Lúa là cây rất nhạy cảm với lạnh giá, và khi nhiệt độ lạnh cực đoan sẽ làm giảm năng suất nghiêm trọng. Nhiều gen kháng với stress giá lạnh đã được báo cáo trong nghiên cứu cây lúa; tuy nhiên, tính hiệu lạnh giá trong cây lúa vẫn chưa được biết thấu đáo. Ơ đây, tác giả nghiên cứu kiểu hình cây lúa chống chịu lạnh giá thông qua biểu hiện mạnh mẽ của gen nền (constitutive) OsMAPK6 (CAMAPK6-OE) và đột biến của OsMAPK6 là dsg1, người ta chúng minh OsMAPK6 điều tiết một cách tích cực tính chống chịu lạnh giá. Kết quả ghi nhận: dưới điều kiện lạnh giá, mật độ cây sống sót của dòng đột biến dsg1 thấp hơn đáng kể so với cây lúa nguyên thủy WT, khi ấy, CAMAPK6-OE biểu hiện có mật độ cây sốt cao hơn cây lúa WT. Kết quả xét nghiệm sinh lý cho thấy sự rò rỉ ion (ion leakage) và tế bào chết của cây lúa đột biến dsg1 nghiêm trọng hơn cây lúa WT và cây lúa CAMAPK6-OE. Chắc chắn là, sự biểu hiện của gen đáp ứng với lạnh giá của cây dsg1, bao gồm OsCBFs và OsTPP1, thấp hơn đáng kể so với cây lúa WT và cây CAMAPK6-OE. Kết quả phân tích sinh hóa cho thấy stress lạnh giá làm tăng sự kiện phosphoryl hóa của protein OsMAPK6. Bên cạnh đó, OsMAPK6 tương tác và phosphoryl hóa hai phân tử regulator chủ lực của truyền tín hiệu lạnh trong cây lúa, đó là OsIPA1 và OsICE1, rồi làm tăng tính chất ổn định của protein nói trên. Kết quả cho thấy có một cascade trong lộ trình truyền tín hiệu  khi bị lạnh kích thích là OsMAPK6-OsICE1/OsIPA1 bởi OsMAPK6 mà nó có trong cây lúa chịu lạnh, đây là kiến thức mới về sự đáp ứng của cây lúa với lạnh giá ở gia đoạn mạ.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04506-8