Tuần tin khoa học 872 (01-07/01/2024)

GWAS xác định gen OsWRKY53 là một “regulator” chủ chốt điều khiển chống chịu mặn của cây lúa (Oryza sativa L.)

Nguồn: Jun Yu, Chengsong Zhu, Wei Xuan, Hongzhou An, Yunlu Tian, Baoxiang Wang, Wenchao Chi, Gaoming Chen, Yuwei Ge, Jin Li, Zhaoyang Dai, Yan Liu, Zhiguang Sun, Dayong Xu, Chunming Wang, Jianmin Wan

Nat Commun. 2023. Genome-wide association studies identify OsWRKY53 as a key regulator of salt tolerance in rice

 2023 Jun 15; 14(1):3550. doi: 10.1038/s41467-023-39167-0.

Hình: GWAS giải thích di truyền 8 tính trạng liên quan dến  chống chịu mặn.

Stress mặn làm giảm liên tục sự tăng trưởng và năng suất lúa, trong khi đó cây đã và đang phát triển  nhiều chu trình truyền tín hiệu vô cùng phức tạp để đối mặt với stress mặn. Tuy nhiên, chỉ có một vài biến thể di truyền đã và đang được người ta phân lập làm đuiều hòa khả năng chịu mặn  trong lúa chính vụ, và cơ chế phân tử vẫn còn biết rất ít. Ở đây, các tác giả xác định được mười  gen ứng cử viên có liên quan đến các tính trạng chống chịu mặn (ST) thông qua phân tích GWAS (genome-wide association analysis) trong tập đoàn giống lúa bản địa. Người ta định tính hai gen có liên quan đến ST, mã hóa protein có chức năng “yếu tố phiên mã” OsWRKY53 và protein kích hoạt Mitogen Kinase có tên Kinase OsMKK10.2, chúng làm trung gian trong dòng chảy ion Na⁺ trong rễ lúa và ion “Na⁺ homeostasis” (điều tiết sinh lý ion Na⁺ dư thừa, nhốt vào không bào). Người ta thấy rằng OsWRKY53 hoạt động như một “modulator” thụ động, điều tiết sự biểu hiện của OsMKK10.2 khi tăng hoạt phản ứng “ion homeostasis”. Hơn nữa, OsWRKY53 chèn ép OsHKT1;5 (K⁺ transporter 1;5 có ái lực cao), mã hóa protein có chức năng vận chuyển sodium trong rễ lúa. Người ta chứng minh được rằng mô hình OsWRKY53-OsMKK10.2 và OsWRKY53-OsHKT1;5 phối hợp phòng thủ chống lại stress ion này. Kết quả đã làm tỏ các cơ chế  điều hòa tính chống chịu mặn của cây lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37321989/

Fine mapping gen ứng cử viên tại locus qBT2 và qBT7.2 điều khiển thời gian bolting của cây củ cải đỏ (Raphanus sativus L.)

Nguồn: Yueyue Jin, Xiaobo Luo, Yadong Li,  Xiao Peng,  Linjun Wu,  Guangqian Yang, Xiuhong Xu, Yun Pei, Wei Li & Wanping Zhang. 2024. Fine mapping and analysis of candidate genes for qBT2 and qBT7.2 locus controlling bolting time in radish (Raphanus sativus L.). Theoretical and Applied Genetics; January 2024; vol. 137; Article 4

Hai QTLs chủ lực điều khiển “bolting time” của cây củ cải đỏ được lập bản đồ di truyền định vị trên nhiễm sắc thể 02 và 07 trong đoạn phân tử có kích thước 0,37 Mb và 0, 52 Mb. Đó là gen RsFLC1 và RsFLC2.

Củ cải đỏ (Raphanus sativus L.) là một loài rau trồng quan trọng thuộc họ Thập Tự  Cruciferae. Cây đâm chồi sớm và ra hoa sớm (premature bolting and flowering) sẽ làm giảm năng suất và chất lượng củ cải đỏ. Tuy nhiên, cơ chế phân tử về tính trạng “bolting” và “flowering” như vậy chưa được biết rõ ràng. Quần thể con lai F₂ của hai bố mẹ là giống YZH (đâm chồi sớm) × XHT (đâm chồi muộn) được sử dụng để làm nên bản đồ liên kết gen mật độ phân giải cao với giá trị khoảng cách di truyền là 2497,74 cM, trung bình 2,31 cM/quãng. Có tất cả 9 QTLs điều khiển bolting time và 2 QTLs điều khiển flowering time được tìm thấy. Ba QTLs liên quan đến bolting time trong củ cải đỏ đ7ọc xác định bằng phương pháp “QTL-seq” sử dụng quần thể F₂ của tổ hợp lai GDE (early bolting) × GDL (late bolting). Kết quả “fine mapping” thu hẹp đoạn phân tử qBT2 và qBT7.2 xuống còn 0,37 Mb và 0,52 Mb trên nhiễm sắc thể 02 và 07, theo thứ tự. Phân tích RNA-seq và qRT-PCR cho kết quả gen RsFLC1 và RsFLC2 là hai gen ứng cử viên đối với locus qBT7.2 và  qBT2, theo thứ tự. Định vị ở mức độ “subcellular” chỉ ra rằng RsFLC1 và RsFLC2 chủ yếu biểu hiện trong nhân. Chèn đoạn phân tử có kích thước1856-bp vào intron đầu tiên của gen RsFLC1 hiển thị chức năng “bolting time”. Sự biểu hiện mạnh mẽ RsFLC2 trong cây mô hình Arabidopsis có ý nghĩa trong việc làm chậm lại thời gian trổ bông. Kết quả sẽ chứng minh được luận điểm mới để khai thác cơ chế phân tử của tính trạng đâm chồi trễ và làm tăng cường hiệu quả MAS (marker-assisted selection) trong chọn tạo giống của cải đỏ “late-bolting”.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04503-x

Định tính và “fine mapping” dòng ngô đột biến bắt chước vết bệnh (Les8) làm tăng cường tính kháng “Curvularia leaf spot” và bệnh “southern leaf blight”

Nguồn: Jiankun Li, Tianyuan Fan, Ying Zhang, Ye Xing, Mengyao Chen, Ying Wang, Jie Gao, Na Zhang, Jinjun Tian, Chenyang Zhao, Sihan Zhen, Junjie Fu, Xiaohuan Mu, Jihua Tang, Hongbin Niu & Mingyue Gou. 2024. Characterization and fine mapping of a maize lesion mimic mutant (Les8) with enhanced resistance to Curvularia leaf spot and southern leaf blight. Theoretical and Applied Genetics; January 2024; vol.137; Article 7

Một dòng đột biến trội mới, có tính bắt chước, tùy thuộc ánh sáng với khả năng tăng hoạt tính kháng nhiều bệnh được định tính về mặt sinh lý, sinh hóa và di truyền; gen đích được lập bản đồ di truyền có độ lớn phân tử 909 kb bao gồm tất cả 38 gen.

Việc phân lập các gen có chức năng điều khiển nhiều kháng bệnh (multiple disease resistance: MDR) là vô cùng cần thiết để cải tiến giống bắp cao sản kháng bệnh. Tuy nhiên, có rất ít gen được xác định là MDR trong hệ gen cây bắp. Nghiên cứu này cho thấy người ta định tính được một gen đột biến trội có tên “disease lesion mimics 8 (Les8)” có bản chất là “chlorotic lesions” (vết on khảm dạng choloric) trên lá bắp. Làm tăng cường được tính kháng bệnh “curvularia leaf spot” (bệnh đốm nâu) và bệnh “southern leaf blight” (bệnh cháy lá miền nam). Những tính trạng nông học chính không bị thay đổi chút nào, trong khi, hàm lượng diệp lục tố trong dòng bắp đột biến, và ảnh hưởng di truyền của đột biến Les8 khá ổn định trong các nề di truyền khác nhau. Người ta áp dụng phương pháp phân tích BSR-seq và map-based cloning, gen LES8 được hình thành trên bản đồ ở vùng có kích thước 909 kb mang tất cả 38 gen ứng cử viên trên nhiễm sắc thể 9, nơi đó, không có “lesion mimic” (vết bệnh bắt chước) hoặc gen kháng bệnh nào cả được công bố trước đây. Áp dụng kỹ thuật phân tích transcriptomics, người ta thấy rằng: các gen có trong hệ thống tự vệ và sinh tổng hợp chất biến dưỡng thứ cấp vô cùng phong phú trong các gen được điều tiết theo kiểu “up” một cách có ý nghĩa, trong khi, gen có trong hệ thống quang hợp và chu trình carbohydrate rất phong phú trong các gen điều tiết theo kiểu “down” của Les8. Bên cạnh đó, có một sự tích tụ mạnh mẽ (overaccumulation) JA (jasmonic acid) và lignin, nhưng có có tích tụ SA (salicylic acid) trong Les8. Gộp lại, kết quả cho thấy được những gen ứng cử viên và cơ chế tiềm năng của Les8 liên quan đến tính kháng nhiều bệnh (MDR) trong hệ gen cây bắp.

Xemhttps://link.springer.com/article/10.1007/s00122-023-04511-x

Gen Bph45 điều khiển tính kháng rầy nâu của lúa nhờ giảm sản xuất ra limonene

Nguồn: Charng-Pei Li, Dong-Hong Wu, Shou-Horng Huang, Menghsiao Meng, Hsien-Tzung Shih, Ming-Hsin Lai, Liang-Jwu Chen, Kshirod K Jena, Sherry Lou Hechanova, Ting-Jyun Ke, Tai-Yuan Chiu, Zong-Yuan Tsai, Guo-Kai Chen, Kuan-Chieh Tsai, Wei-Ming Leu. 2023. The Bph45 Gene Confers Resistance against Brown Planthopper in Rice by Reducing the Production of Limonene. Int J Mol Sci.; 2023 Jan 16; 24(2):1798. doi: 10.3390/ijms24021798.

Rầy nâu (BPH), là côn trùng chích hút nhựa (monophagous phloem feeder), tiêu thụ một ố lượng lớn photoassimilates của cây lúa làm cây lúa bị chết héo khô (wilting). Một dòng lúa đẳng gen ‘TNG71-Bph45’ đã được phát triển từ Oryza sativa loài phụ japonica, giống lúa ‘Tainung 71 (TNG71) mang locus có tính trội (IRGC 102165) định vị gần tâm động của nhiễm sắc thể 4. Người ta so sánh dòng NIL (TNG71-Bph45) và dòng mẹ tái tục (recurrent parent) để khai thác làm sao gen Bph45 điều khiển được tính kháng rầy nâu. Tác giả thấy rằng TNG71-Bph45 ít hấp dẫn BPH theo tính chất từng phần, bởi vì nó sản sinh ra ít limonene hơn. Kết quả phân tích “chiral” cho thấy hình thức chủ yếu của limonene trong cải hai dòng lúa thử nghiệm thuộc “L-form”. Tuy nhiên, cả hai L- và D-limonene đều hấp dẫn rầy nâu khi người ta áp dụng thử nghiệm ngoại sinh đối với dòng lúa TNG71-Bph45. Số lượng phân tử transcript của limonene synthase cao hơn đáng kể trong cây TNG71 so với cây TNG71-Bph45 và được kích thích bởi rầy nâu xâm nhiễm chỉ theo cách trước đây mà thôi. Du nhập gen Bph45 vào giống lúa japonica khác, Tainan 11, cũng cho kết quả limonene thấp. Hơn nữa, nhiều gen kháng rầy nâu tương tác có tính trội được du nhập vào dòng lúa nhiễm rầy BPH-sensitive IR24 thỏa hiệp với khả năng sinh ra limonene và đồng thời giảm sức hấp dẫn rầy nâu. Quan sát này gợi ra một điều là làm giảm sản sinh ra limonene  có thể là một chiến lược kháng rầy nâu chung nhất trong sản xuất lúa.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36675314/

Hình: Sự ưa thích của rầy nâu được đo bằng máy “Y-maze olfactometer”. BPHs được phóng thích trong “Y-maze tube” có không khí được cung cấp thông qua bình chứa 10 cây lúa TNG71 hoặc TNG71-Bph45. (A) trước đây không bị xâm nhiễm. (B) bị xâm nhiễm trước là 300 BPHs trong 3 ngày. Phần trăm BPHs di chuyển theo mỗi side của bẫy được tính sau 2 ngày phóng thích rầy. Phân tích thống kê theo Student’s paired t-test (N = 4). * p < 0.05 and ** p < 0.01.