Tuần tin khoa học 942 (19-25/05/2025)

Xác định biomarkers dựa theo hệ peptidome của tính trạng kháng bệnh khảm lá sắn

Nguồn: Wanwisa Siriwan, Sawanya Charoenlappanit, Narumon Phaonakrop, Siriwan Thaisakun, Sittiruk Roytrakul. 2025. Identification of peptidome-based biomarkers of cassava mosaic disease resistance in different cassava varieties. Sci Rep.; 2025 Apr 12; 15(1):12653. doi: 10.1038/s41598-025-97452-y.

Sắn, loài cây trồng có giá trị kinh tế ở Thái Lan, mang lại giá trị xuất khẩu trên 3 tỉ US đô la năm 2023. Tuy nhiên, sản lượng sắn đã và đang suy giảm kể từ năm 2021 do bệnh khảm virus (CMD) bùng phát, bệnh tác động tiêu cực trên các cánh đồng trồng sắn. Sự nhiễm bệnh CMD gần đây tăng lên nhanh do thiếu hom giống khỏe và giống sắn kháng bệnh, đặc biệt hiếu giống kháng là nguyên nhân chủ yếu để quản lý bệnh lan truyền. Phát triển các phương pháp mới là cần thiết để thúc đẩy  việc trồng sắn cao sản kháng được bệnh CMD. Theo nghiên cứu này, những thành phần peptide đặc trưng được xác định thông qua kết quả của máy MALD (matrix-assisted laser desorption) / quang khối phổ theo thời gian ion hóa (MALDI-TOF MS) và LC-MS/MS (liquid chromatography) để sàng lọc giống sắn kháng được CMD. Kết quả phân tích PMF (peptide mass fingerprint) cho thấy mã vạch trên cơ sở peptide khác nhau trong 11 giống sắn thử nghiệm, phân định rõ ràng kiểu hình kháng bệnh CMD và chống chịu bệnh CMD. Kết quả phân tích LC-MS/MS và OPLS-DA (orthogonal partial least squares-discriminant analysis) minh chứng được những khác biệt rất rõ giữa các phổ biể hiện peptide của từng kiểu hình khác nhau. Phổ biểu hiện heatmap và kết quả phân tích PMF cho thấy các hợp phần hết sức độc đáo của peptide trong các giống sắn. Kết quả phân tích VPA (volcano plot analysis) xác định được 7 peptides được điều tiết theo kiểu “up” là TATTVAGS, PAAGGGGG, PNELLSYSE, SSIEEGGS, GGGVGGPL, NNGGGFSV, và GPGPAPAA trong cây sắn kháng bệnh CMD. Những peptides này gắn liền với những proteins có mô típ CONSTANS-like zinc finger, C2H2-type, GST N-terminal, Tubby-like F-box, nuclear-localized AT-hook motif, auxin response factor, và những domains C2. Như vậy, kết quả nghiên cứu xác định được những biomarkers trên cơ sở peptidome dùng để thanh lọc giống sắn kháng bệnh CMD; tuy nhiên, người ta cần phải minh chứng sâu hơn trên cơ sở số mẫu lớn hơn.

Xem  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40221509/

Tổng quan về di truyền tính kháng bệnh đạo ôn lúa trong kỷ nguyên Post-Genomics

Nguồn: Rodrigo Pedrozo, Aron Osakina, Yixiao Huang, Camila Primieri Nicolli, Li Wang, Yulin Jia. 2025. Status on Genetic Resistance to Rice Blast Disease in the Post-Genomic Era. Plants (Basel); 2025 Mar 5; 14(5):807. doi: 10.3390/plants14050807.

Bệnh đạo ôn lúa, do nấm Magnaporthe oryzae, là mối đe doạn to lớn cho sản xuất lúa toàn thế giới, đòi hỏi sự phát triển giống lúa kháng bệnh thông qua cải tiến di truyền. Những đột phá trong hệ gen cây lúa, bao gồm giải trình tự toàn hệ gen của japonica và indica và khả năng tạo ra chỉ thị phân tử dựa trên trình tự đa dạng ấy, đạt được tiến bộ lớn trong di truyền tính kháng bệnh này.

Đến hôm nay, người ta dự đoán có tất cả 122 gen kháng đạo ôn được phân lập, với 39 gen được dòng hóa và các định đặc điểm phân tử. Áp dụng chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (MAS) đã và đang cải thiện đáng kể kết quả chọn giống lúa, cho phép tích hợp một cách hiệu quả đa gen kháng vào cùng một giống lúa ưu việt, làm tăng cả hai mục tiêu: kháng phổ rộng và kháng bền vững. Nghiên cứu có tính chất pangenomic, theo công cụ chạy nhờ AI như AlphaFold2, RoseTTAFold, và AlphaFold3, đã và đang thúc đẩy việc phân lập gen và việc định tính chức năng của chúng với tính kháng bệnh đạo ôn, khẳng định triển vọng cải tiến giống. Quản lý bệnh đạo ôn trong tương lai sẽ tùy thuộc vào công nghệ có tính chất “genomic” và công nghệ lập trình toán học. Người ta nên nhấn mạnh đến những công cụ tính toán (computational tools) khi sàng lọc trên quy mô lớn các gen kháng và sử dụng chỉnh sửa gen như hệ thống CRISPR-Cas9 để làm rõ chức năng của gen, tăng cường và khai thác nguồn gen đích. Những tiếp cận như vậy sẽ cần thiết nhằm nâng cao khả năng kháng bệnh đạo ôn, đảm bảo an toàn lương thực và phát triển nông nghiệp bền vững.

Xem  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40094775/

Đột biến gắn thêm hiếm gặp “stop-gain SNP” trên gen BrGL2 làm biến dạng hệ thống túm lông của bắp cải (Brassica rapa L. ssp. pekinensis)

Nguồn: Biyuan Li, Xiaoya Ding, Zhichen Yue, Yanting Zhao, Juanli Lei, Yunxiang Zang, Qizan Hu & Peng Tao. 2025. A rare stop-gain SNP mutation in BrGL2 causes aborted trichome development in Chinese cabbage (Brassica rapa L. ssp. pekinensis). Theoretical and Applied Genetics; May 9 2025; vol.138; article 112

Đột biến gắn thêm hiếm gặp “stop-gain SNP” trên gen BrGL2 liên quan đến kiểu hình “short hair” (lông tơ ngắn) của bắp cải (Chinese cabbage) thống qua phương pháp giải trình tự BSA (bulked-segregant analysis), phương pháp fine-mapping và phân tích sự câm gen (gene silencing).

Trichomes (túm lông) ảnh hưởng tiêu cực đến phẩm chất bắp cải, loài rau ăn lá thuộc họ Brassicaceae. Tính trạng “short hair” do sự phát triển không bình thường của hệ trichome. Kết quả ghi nhận gen BraA07g025490.3C được người ta phân lập là gen ứng cử viên của tính trạng lông tơ ngắn trong cây bắp cải theo BSA-seq và fine-mapping. Sau đó, người ta đặt tên là BrGL2 vì nó đồng dạng rất có ý nghĩa với gen AtGL2 (At1g79840).

Kết quả chạy trình tự DNA cho thấy chỉ thị SNP đột biến vị trí C đến G trong exon số 6 của gen BrGL2 sản sinh ra stop codon có tính chất trước khi trưởng thành (premature) ở dòng bắp cải rễ tơ ngắn HCW, kết quả bởi đột biến “loss-of-function” gen đích BrGL2. Đột biến có tính chất “stop-gain SNP” được tìm thấy độc nhất trong dòng HCW, không thấy trong 524 mẫu giống bắp cải đa dạng B. rapa. Phân tích sâu bằng phương pháp làm câm gen do virus cho thấy knock-down gen BrGL2 trong dòng bắp cải HN19-G (wild-type hair) làm giảm kích thước của trichomes lá. Gen BrGL2 ảnh hưởng đến sự phát triển trichome có thể do tác động biểu hiện gen mã hóa TF ở downstream và gen có liên quan đến thành tế bào, kết quả xác định bởi phân tích transcriptome hoàn toàn trên cây “wild type” và cây “short hair”. Trên cơ sở phân lập gen và xác minh được đột biến “stop-gain SNP” của gen BrGL2, người ta kết luận chính sự phát triển không bình thường của trichome làm giống bắp cải bị “short hair”, tác giả đề nghị mô phỏng hóa  sự phát triển của trichome theo số hóa.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04905-z

Phân tích cơ chế điều khiển của gen OsbHLH34-OsERF34 quy định tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa

Nguồn: Hongyang Zhai, Chang Zhou, Yating Zhang, Yiming Wang, Mengyu Wang, Songhong Wei, Tianya Li. 2025. Mechanism Analysis of OsbHLH34-OsERF34 Mediated Regulation of Rice Resistance to Sheath Blight. Int J Mol Sci.; 2025 Mar 3; 26(5):2249. doi: 10.3390/ijms26052249.

Yếu tố phiên mã (TFs) là những phân tử chủ chốt  trong phiên mã và sau phiên mã của cây trồng, đóng vai trò thiết yếu trong phản ứng với stress sinh học của cây. Tác giả đã định tính được một “regulatory factor”, đó là gen OsbHLH34, gen này điều khiển  phản ứng của cây lúa với sự xâm nhiễm của nấm Rhizoctonia solani AG1-IA. Gen OsbHLH34 biểu hiện có tác động đáng kể với sự nhiễm bệnh của cây lúa đối với nấm Rhizoctonia solani. Thông qua phân ly của các thế hệ cây lúa có OsbHLH34 bị knockout và biểu hiện mạnh mẽ, tác giả ghi nhận gen OsbHLH34 hoạt động như một regulator rất tích cực của tính kháng bệnh đốm vằn của cây lúa. Diện tích vết bệnh trên lá trung bình của cây biểu hiện gen mạnh mẽ là 14.3%, của cây wild type (nguyên thủy) là 36%,  và của cây đột biến là 67.6%. Kết quả phân tích hệ transcriptome và qRT-PCR cho thấy OsbHLH34 điều tiết biểu hiện gen OsERF34, đó là một TF chủ chốt  trong sinh tổng hợp ethylene và kháng bệnh đốm vằn. Thông qua kết quả “yeast one-hybrid” và xét nghiệm “dual luciferase”, tác giả chứng minh được OsbHLH34 tương tác trực tiếp với promoter của gen OsERF34, nhờ vậy, kích hoạt sự phiên mã. Cả xét nghiệm in vitro và in vivo đều xác định OsERF34 là gen đích trực tiếp của OsbHLH34. Kết quả này không những tăng cường sự hiểu biết của chúng ta về cơ chế phân tử hỗ trợ khả năng kháng bệnh của cây lúa, mà còn thu thập những đích mới để cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh thông qua các chiến lược chọn giống.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40076870/

Figure 5: Phổ biểu hiện “heat map” của hệ transcriptome. (A) Transcriptome Heat Map; (B) Minh chứng kết quả qPCR. Ghi chú: tiêu chuẩn chọn lọc là log2FC > 1 và FDR < 0.05