Tuần tin khoa học 938 (21-27/04/2025)

So sánh ở quy mô toàn bộ hệ gen cho thấy các biến thể kiến trúc của giống sắn bản địa

Nguồn: Michael Landi, Anna Vittoria Carluccio, Trushar Shah, Adnan Niazi, Livia Stavolone, Laurent Falquet, Andreas Gisel, Erik Bongcam-Rudloff. 2025. Genome-wide comparison reveals large structural variants in cassava landraces. BMC Genomics; 2025 Apr 10; 26(1):362. doi: 10.1186/s12864-025-11523-y.

Những biến thể di truyền có tính chất kiến trúc (SVs: structural variants) rất cần thiết cho kết quả đa dạng hệ gen thực vật và các biến thiên kiểu hình. Các tác giả tiến hành nghiên cứu trên đoạn phân tử lớn có kích thức: 9.7 Mbp đoạn lập lại rất cao trên nhiễm sắc thể 12 của MEB117, một vùng đích  chưa được định tính trước đây của hệ gen cây sắn (Manihot esculenta Crantz). Mục tiêu nghiên cứu nhằm khai thác sự có mặt và sự biến dị di truyền trong tập đòa giống sắn bản địa, cung cấp những kiến thức mới về genome học cây sắn và khả năng ứng dụng thực tiễn.

Người ta minh chứng được sự có mặt của đoạn phân tử 9.7 Mbp trong hệ gen sắn TMEB117, khác biệt với những kết quả nghiên cứu hệ gen trước đó. Thông qua dữ liệu của “mapping short-read sequencing” lấy từ 16 giống sắn bản địa so với nhiễm sắc thể 12 của giống sắn TMEB117, người ta thấy rằng biến dị di truyền có trong kết quả “read mapping”, cho thấy rằng: khi tất cả giống sắn có mang một chèn đoạn trong vùng, thì có một vài biểu hiện mất các đoạn phân tử ấy hoặc cho kết quả trình tự khác biệt. Phân tích sâu cho thấy có hai gen độc nhất gắn với chức năng hoạt tính của men “deacetylase”, đó là HDA14 và SRT2, trong vùng chèn đoạn này. Hơn nữa, nguyên tố chuyển vị MUDR-Mutator (transposable element) biểu hiện sự có mặt rết mạnh trong vùng này.

Nghiên cứu này xác định một biến thể lớn về cấu trúc trong hệ gen giống sắn TMEB117, phác họa tính biến thiên di truyền của nó trong những giống sắn khác nhau. Sự phong phú của gen HDA14 và SRT2 và nguyên tố chuyển vị MUDR-Mutator trong chèn đoạn ấy gợi ra rằng nó có chức năng di truyền có ý nghĩa, cho dù nghiên cứu sâu còn phải tiếp tục để khai thác nó. Kết quả cung cấp kiến thức quan trọng về vai trò của biến dị di truyền về cấu trúc liên nquan đến đa dạng có tính chất genome học của cây sắn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40211122/

Hai sự kiện giống bắp chuyển gen kháng sâu hại làm giảm được tạp nhiễm fumonisin trong điều kiện dịch hại do sâu bướm tại Trung Quốc

Nguồn: Lin Zhao, Jing Lana, Xiaolei Zhang, Yun Zhang, Cui Huang, Wenqiong Ma, Yingqiu Du, Haiming Zhao, and Bao hai Liu. 2025. Two genetically modified insect-resistant maize events reduced fumonisinpollution under the stress of Lepidoptera in China.  GM CROPS & FOOD2025, VOL. 16, NO. 1, 329–339.

Trung Quốc là nước sản xuất bắp và tiêu thụ bắp đứng thứ hai trên thế giới. Trong sản xuất bắp, nấm Fusarium spp. thường xâm nhiễm gây bệnh hại, và những mycotoxins như fumonisin làm tạp nhiễm sản phẩm thu hoạch. Fumonisin đã và đang trở thành loại hình độc tố mycotoxin lan rộng nhất trên đất nước này. Trồng bắp GM là phương pháp tiếp cận kinh tế và hiệu quả hơn hết nhằm làm giảm độc tố fumonisin trong sản phẩm thu hoạch. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả của hai giống bắp sự kiện (events) của Trung Quốc, Bt Cry1Ab Ma CM8101 và Bt-Cry1Ab, Cry2Ab, giống CM810 và giống Ruifeng 8, trong làm giảm tạp nhiễm fumonisin của bắp dưới áp  lực của dịch hại sâu thuộc họ cánh Vảy (Lepidoptera). Đó là sâu Ostrinia furnacalis, Mythimna separate, Helicoverpa armigera tại hai địa điểm ở Trung Quốc, năm 2018 – 2019. Kết quả cho thấy trong điều kiện dịch hại sâu Lepidoptera (O. furnacalis và H. armigera), tổng lượng fumonisin trong giống bắp Bt đã giảm rất đáng kể. Bắp trồng là giống sự kiện kháng sâu làm giảm fumonisin hơn 70%. Trong các năm thí nghiệm có tạp nhiễm fumonisin cực kỳ nghiêm trọng, ảnh hưởng của giống CM8101 và Ruifeng 8 trong sự giảm tạp nhiễm độc tố fumonisin rất có ý nghĩa. Giống bắp Bt có thể phát triển đại trà trong quản lý dịch sâu hại và góp phần vào việc giảm thiểu thuốc hóa học trừ sâu trên ruộng. Cây trồng biến đổi gen có thể đảm bảo được an ninh lương thực và dinh dưỡng, đóng góp vào thâm canh bền vững của nông nghiệp Trung Quốc, và giảm thiểu tác động của hệ thống thực phẩm tới môi trường.

Xem https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/21645698.2025.2488882?needAccess=true

Các loci HSS1 và HSS6 điều khiển biến dị trong kiến trúc nhiễm sắc thể dẫn đến kết quả bất dục đực trong lúa lai

Nguồn: Siqi Cheng, Zhenwei Xie, Hao Yu, Chaolong Wang, Xiaowen Yu, Jian Wang, Hai Zheng, Jiayu Lu, Xiaodong He, Keyi Chen, Junwen Gao, Yang Hu, Bowen Yao, Dekun Lei, Shimin You, Qiming Wang, Anqi Jian, Ling Jiang, Yulong Ren, Xiuping Guo, Yunlu Tian, Shijia Liu, Xi Liu, Shanshan Zhu, Jianmin Wan. 2025. Chromosomal structural variation loci HSS1 and HSS6 lead to hybrid sterility in rice. Theoretical and Applied Genetics; April 15 2025; vol.138; article 101

Biến dị di truyền có tính chất kiến trúc của nhiễm sắc thể dẫn đến kết quả là bất dục lúa lai, nghiên cứu này đã và đang xây dựng nên một mô hình mới về di truyền và cho kiến thức mới về bất dục đực của lúa lai.

Sử dụng cường lực ưu thế lai trong các loài cây trồng khác nhau làm tăng năng suất rất đáng kể. Tuy nhiên, việc áp dụng trực tiếp ưu điểm này bị cản trở bởi tính bất dục của con lai (HS: hybrid sterility). Ở đây, nhóm tác giả xác định được dòng SSIL (stable semi-sterile inbred line) trong lai giữa loài lúa trồng O. sativa indica với loài lúa hoang O. longistaminata.

Cả hạt phấn và tính hữu thụ hoa lúa trong cây lúa dị hợp tử SSIL đều có bản chất “semi-sterile” (nửa bất thụ), và cây đồng hợp tử biểu thị sự hữu thụ tự nhiên. Đáng chú ý là, không giống với các loci được báo cáo trước đây về hybrid sterility, dòng lúa SSIL không kích thích “sự biến dạng trong phân ly” của con lai. Kiểu gen trên nhiễm sắc thể 1 (Chr.1) biểu hiện liên kết chặt nhưng giả (tight pseudo-linkage) trên nhiễm sắc thể 6 của quần thể con lai SSIL. Gen HSS1 và HSS6 được đặt tên trên 2 loci định vị ở nhiễm sắc thể 1 và 6. Quan sát tế bào cho thấy có những bất thường của giao tử đực và giao tử cái trong thời kỳ gián phân giảm nhiễm, dẫn đến kết quả hạt phấn và hoa lúa kiểu “semi-sterile”. Gen HSS1 được thu hẹp kích thước phân tử xuống còn 190,6-kb và gen HSS6  còn 1391,6-kb trong quần thể con lai SSIL với 10.393 cá thể. Thông qua kỹ thuật đọc trình tự chất lượng cao và thông qua sự quan sát nhiễm sắc thể trong thời kỳ phân bào gioảm nhiễm, có một sự chuyển vị có tính chất nghịch đảo (reciprocal translocation) giữa vai ngắn nhiễm sắc thể 1 và telomer của nhiễm sắc thể  6 của giao tử biểu thị loại hình RD23-type (R^T-type) của con lai SSIL được người ta tìm thấy. Sự hiện hữu của giao tử R^T-type trong con lai SSIL là yếu tố nguyên nhân trực tiếp làm ra “semi-sterility” trong cả giao tử đực và cái. Sự chuyển vị này dẫn đến  hiện tượng bất thường của SSIL-R^T/L synapses và hình thành nên cấu trúc “tetravalent ring” trên nhiễm sắc thể trong giai đoạn pachynema. Kết quả đã phát hiện được một cặp chuyển vị nhiễm sắc thể nghịch đảo, nó điều khiển tính chất cách ly sinh sản (reproductive isolation) của cây lúa. Kiến thức này là định hướng quan trọng để tối ưu hóa những dụng sản xuất con lai có ưu thế lai, cuối cùng làm tăng các ưu điểm của heterosis trong cải tiến giống.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04887-y

Vùng QTL đích gắn với tính trạng kháng bệnh phấn trắng trên lá và trái dâu tây

Nguồn: Attiq ur Rehman, Jahn Davik, Petteri Karisto, Janne Kaseva, Saila Karhu, Marja Rantanen, Ismo Strandén, Timo Hytönen, Alan H. Schulman & Tuuli Haikonen. 2025. A major QTL region associated with powdery mildew resistance in leaves and fruits of the reconstructed garden strawberry. Theoretical and Applied Genetics; April 7 2025; vol.138; article 93

Nhiều QTLs điều khiển tính kháng bệnh phấn trắng được xác định trong một quần thể con lai “pre-breeding” dẫn xuất từ loài tổ tiên đa bội (x10) (octoploid progenitor species) trong ngân hàng gen dâu tây, bao gồm một yếu tố mới ổn định định vị trên nhiễm sắc thể 3B. Bệnh phấn trắng PM (powdery mildew) do nấm Podosphaera aphanis gây ra, là mối đe dọa ngày càng tăng trong sản xuất dâu tây (Fragaria × ananassa) của thế giới.

Trong khi một vào giống dâu tây trồng trọt được thương mại hóa biểu hiện tính kháng từng phần, người ta phải áp dụng thuốc diệt nấm để quản lý bệnh PM khi nó bộc phát thành dịch. Tuy nhiên, việc cải tiến giống thu nhận được một cách tiếp cận ổn định hơn để quản lý bệnh PM. Hiểu biết tốt hơn về di truyền tính kháng bệnh rất cần thiết trong những chiến lược chọn tạo giống sáng suốt, e.g. thông qua xác định các yếu tố mới về tính kháng lấy từ loài tổ tiên trong ngân hàng gen dâu tây, loài F. chiloensis và F. virginiana. Người ta tiến hành phân tích GWA (genome-wide association) thực hiện phân tích đa biến trong một quần thể con lai “reconstructed” (ReC) để nghiên cứu tính kháng PM trong điều kiện lây nhiễm tự nhiên. Tận dụng dữ liệu theo dõi nhiều năm trên đồng ruộng và sử dụng 20.779 chỉ thị SNPs, người ta xác định được một QTL mới định vị trên nhiễm sắc thể 3B, ký hiệu là q.LPM.Rec-3B.2, nó khẳng định gắn liền với tính kháng mạnh bệnh PM ở trên lá dâu tây và quả dâu tây. Minh chứng từ thí nghiệm trong nhà kính với một “subset” của quần thể con lai ReC khẳng định rằng vùng mang QTL này hết sức ổn định qua thí nghiệm trên đồng và trong nhà kính. Các gen ứng cử viên triển vọng đối với tính kháng này, bao gồm hai cho MLO và một cho EXO70, được người ta phân lập trong vùng QTL này. Bên cạnh, kết quả chạy “multi-locus GWA models” và “non-additive GWA” cho tấy những QTLs có tính kháng bổ sung định vị tại nhiều nhiễm sắc thể khác nhau. Mặc dù có nhiều thách thức trước đây trong chọn tạo giống dâu tây kháng bệnh PM do bản chất di truyền số lượng và sự điều khiển di truyền vô cùng phức tạp (complex genetic control), nhưng kết quả nghiên cứu này cung cấp một kiến thức rất giá trị về QTL điều khiển tính kháng bệnh phấn trắng của dâu tây, QTLs mới dẫn xuất từ loài dâu tây hoang dại mà trước đây chưa có thông tin, những gen ứng cử viên, và “pre-breeding germplasm” (vật liệu di truyền trước khi phát triển giống) mang tính kháng như nguồn vật liệu bố mẹ phục vụ “genome-informed breeding” trong tương lai.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04871-6

Vị trí của các chỉ thị phân tử SNP trên nhiễm sắc thể gắn với tính kháng bệnh phấn trắng trên lá dâu tây.