Tuần tin khoa học 946 (16-22/06/2025)

Gen OsPUB57 mã hóa Ubiquitin Ligase và tính kháng bệnh đạo ôn lúa

Nguồn: Jian Zhang, Qiang Du, Yugui Wu, Mengyu Shen, Furong Gao, Zhilong Wang, Xiuwen Xiao, Wenbang Tang, Qiuhong Chen. 2025. Ubiquitin Ligase Gene OsPUB57 Negatively Regulates Rice Blast Resistance. Plants (Basel); 2025 Mar 1; 14(5):758. doi: 10.3390/plants14050758.

Sự ubiquitin hóa và phân rả proteins thành amino acid xảy ra phổ biến khi cây phản ứng với stress sinh học và phi sinh học. E3 ubiquitin ligases đóng vai trò hết sức quan trọng trong ubiquitin hóa của những protein đặc biệt. Theo kết quả này, người ta xác định được chức năng của gen mã hóa U-box E3 ubiquitin ligase là OsPUB57 trong cây lúa. Phân tích biểu hiện gen cho thấy gent OsPUB57 chủ yếu biểu hiện trong phần trê bề mặt hạt gạo. Nghiệm thức xử lý với khô hạn, mặn, lạnh, JA (jasmonic acid), PAMPs (pathogen-associated molecular patterns) hoặc Magnaportheoryzae có th36 ức chế có ý nghĩa sự biểu hiện của gen OsPUB57 trong cây lúa. So với cây nguyên thủy (wild-type), cây lúa biểu hiện gen OsPUB57 có triệu chứng giảm tính kháng bệnh đạo ôn do nấm M. oryzae, trong khi, cây mutant biểu hiện gen đích làm tăng tính kháng với nấm M. oryzae. Phát hiện ra mức độ biểu hiện như vậy cho thấy gen OsPUB57 điều tiết tiêu cực với tính kháng bệnh đạo ôn, có thể do điều tiết theo kiểu “down” trong khi biểu hiện các gen có liên quan đến bảo vệ cây như OsPR1a và OsAOS2. Nghiên cứu cho thấy gen ứng cử viên điều khiển tính kháng bệnh đạo ôn lúa trong khả năng di truyền tính kháng này.

Xem https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11901467/figure/plants-14-00758-f005/

DSD1/ZmICEb điều tiết sự phát triển khí khổng và chống chịu khô hạn của cây bắp

Nguồn: Wenqi Zhou, Jun Yin, Yuqian Zhou, Yongsheng Li, Haijun He, Yanzhong Yang, Xiaojuan Wang, Xiaorong Lian, Xiaoyun Dong, Zengke Ma, Liang Chen, Suiwen Hou. 2025. DSD1/ZmICEb regulates stomatal development and drought tolerance in maize. J Integr Plant Biol.; 2025 Jun; 67(6):1487-1500. doi: 10.1111/jipb.13890. 

Cây bắp (Zea mays L.) bị ức chế tăng trưởng và năng suất bởi khô hạn xảy ra trên toàn thế giới. Cơ quan khí khổng có vai trò cực kỳ quan trọng trong bốc thoát hơn nước và trao đổi khí, cho nên,  đây là tính trạng rất đáng quan tâm để cải tiến hiệu quả sử dụng nước (WUE) giúp cây bắp chống chịu khô hạn. Theo nghiên cứu này, người ta định tính được một đột biến gen dsd1 (decreased stomatal density 1) của cây bắp, cho thấy khiếm khuyết của khí khổng, đó là sự phân hóa tế bào mẹ có chức năng bảo vệ, sự hình thành tế bào phụ trợ và sự trưởng thành của tế bào bảo vệ. DSD1 mã hóa protein đóng vai trò TF có tên “basic helix-loop-helix transcription factor INDUCER OF CBF EXPRESSION b (ZmICEb)” và là một đồng dạng (homolog) của ICE1 trong cây Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). DSD1/ZmICEb biểu hiện trong tế bào tầng khí khổng thông qua phát triển khí khổng, đóng vai trò bảo thủ trong sự phát triển ấy trong cây bắp và cây Arabidopsis. Đột biến DSD1/ZmICEb cải tiến đáng kể tính chống chịu khô hạn và hiệu quả sử dụng nước WUE của cây bắp, giảm sự thất thoát năng suất hạt khi cây bị hạn. Do vậy, DSD1/ZmICEb đại diện cho một trong những gen ứng cử viên triển vọng phục vụ cải tiến di truyền tính trạng chống chịu khô hạn của cây bắp thông qua thao tác trên mật độ khí khổng.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40105588/

110 năm cải tiến giống lúa tại LSU: hiệu quả chọn lọc và tối ưu hóa trong tương lai

Nguồn: Allison Vieira da Silva, Adam Famoso, Steve Linscombe & Roberto Fritsche-Neto. 2025. 110 years of rice breeding at LSU: realized genetic gains and future optimization. Theoretical and Applied Genetics; June 9 2025; vol.138; article 142

Bổ sung nguồn vật liệu mang tính chiến lược trong cải tiến giống lúa là chìa khóa giữ cân bằng giữa cải tiến di truyền và giá đầu tư trong lai tạo giống. Mục đích nghiên cứu là tìm hiểu được vai trò cực trọng của côn cụ cải tiến giống hiện đại cũng như tối ưu hóa các chiến lược lai giống đảm bảo sự bền vững và thành côngcủa những chương trình cải tiến giống đáp ứng thách thức an ninh lương thực của tương lai. Trong ngữ cảnh ấy, có hai mục tiêu chính: ước đoán được hiệu quả chọn lọc (genetic gains: GA) qua 110 năm cải tiến giống lúa tại Louisiana State University (LSU); ước đoán được tác động của công cụ mới thông qua mô phỏng ngẫu nhiên (stochastic simulations) ví dụ như mô hình sàng lọc di truyền GS (genomic selection) và HTP (high-throughput phenotyping) xét theo hiệu quả chọn lọc trong tương lai. Kiểm lại 110 năm qua, giá trị tăng trung bình 4.55 kg/ha trên mỗi thế hệ (23 chu kỳ lai tạo). Tuy nhiên, từ 1994 đến 2018, người ta thấy có xu hướng đáng kể hơn trong tắng GA (hiệu quả chọn lọc), đặc biệt là năng suất, tăng gần 56.54 kg/ha per year. Trên mô hình hình toán học ấy, tích hợo GS và HTP cho thấy nhiều tiện ích đáng kể, bao gồm chu kỳ chọn giống ngắn hơn, mức độ chính xác trong chọn lọc tốt hơn, và tiến đầu tư giảm xuống. Cũng như vậy, mô phỏng toán còn cho thấy cách tiếp cận này thu nhận được phản ứng cao nhất trong chọn lọc (4.68% mỗi năm) do hiệu ứng đồng loạt (synergistic effects) của kỹ thuật đánh giá kiểu hình tiên tiến với GS. Cuối cùng, người ta đánh giá được ảnh hưởng của việc cân bằng số lượng bố mẹ, số cặp lai, và quy mô quần thể con lai để tối đa hóa GA và duy trì được biến thiên di truyền. Phân tích VPA (variance component analysis) cho thấy quy mô quần thể con lai có tác động lớn nhất đến phương sai tổng (36%), theo sau là số cặp lai (23%) rồi số bố mẹ (3.4%). Nghiên cứu phác họa được nhu cầu cần bổ sung trong chương trình cải tiến giống lúa giữa cân bằng giữa đầu tư và hiệu quả cải tiến di truyền.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04913-z

Hiệu quả chọn lọc theo tương tác alen “cộng tính (additive)” của năng suất hạt (kg/ha) với 110 năm (1908–2018) trong chương trình cải tiến giống lúa của LSU, thông qua 23 thế hệ chọn lọc.

Cải tiến giống lúa kháng đạo ôn cổ bông và có mùi thơm thuộc loại hình lúa cao sản japonica

Nguồn: Junhua Ye, Kai Wang, Yi Wang, Zhipeng Zhao, Ying Yan, Hang Yang, Lixia Zhang, Zejun Hu, Zhenying Shi, Dapeng Sun, Jianjiang Bai, Liming Cao, Shujun Wu. 2025. Improving panicle blast resistance and fragrance in a high-quality japonica rice variety through breeding. Front Plant Sci.; 2025 Jan 13: 15:1507827. doi: 10.3389/fpls.2024.1507827.

Giống lúa Huruan1212 (HR1212) có phẩm chất nấu nướng và phẩm chất cơm ngon được canh tác ở hạ lưu sông Dương Tử, Trung Quốc. Tuy nhiên, giống lúa này nhiễm bệnh đạo ôn cổ bông khá nặng và không thơm làm hạn chế khả năng phát triển trong sản xuất. Hai gen Pigm và Pi-ta là hai gen trội quy định tính kháng bệnh phổ rộng với nấm Magnaporthe oryzae, trong khi, gen badh2 là gen cần thiết quy định mùi thơm.

Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành hồi giao nhờ chỉ thị phân tử để du nhận gen đích Pigm, Pi-ta, và badh2 và dòng lúa cải tiến nhờ phương pháp re-sequencing để thực hiện chọn lọc di truyền chính xác.

Người ta tuyển chọn được 3 dòng lúa ưu việt, mang gen Pigm với khả năng hồi phục cao, biểu hiện phẩm chất nấu nướng và phẩm chất cơm mong muốn giống với HR1212, và chọn được một dòng lúa chồng 3 gen Pigm, Pi-ta, và badh2, có đặc điểm gạo thơm. Tất cả để kháng được bệnh đạo ôn cổ bông và năng suất cao hơn HR1212.

Kết luận, nghiên cứu này phát triển nguồn vật liệu japonica, cung cấp nền tảng bố mẹ làm cho chương trình cải tiến giống lúa phát triển theo mục tiêu rõ ràng kháng đạo ôn, có mùi thơm trong vật liệu loại hình japonica. Hơn nữa, nghiên cứu còn chứng minh được sự tích hợp các chỉ thị phân tử và phương pháp re-sequencing có thể truyền thông điệp đến nhà chọn giống quyết định  chính xác hơn và hiệu quả hơn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39872202/

Phân tích tương đồng di truyền giữa cá thể con lai và dòng mẹ tái tục HR1212.

1. Phân bố “SNP similarity” giữa con lai giữa 41 cá thể con lai và dòng mẹ tái tục
2. Nguồn gốc của những cá thể con lai với những “SNP similarities” khác nhau (chấm đỏ đường thẳng đứng biểu thị giá trị 69% similarity. Cá thể có similarity lớn nhấ C05 (74.91%), C34 (73.89%), and C12 (69.82%).
3. Phân bố “genetic introgressed segments” từ bố mẹ, trên 12 nhiễm sắc thể của 3 cá thể con lai. Số 1 chỉ thị “SNP density”; từ 2 đến 4, dấu vết theo dõi cá thể C34, C12, và C05, theo thứ tự. 
4. Đóng góp trong hệ gen của bố mẹ so với 3 dòng con lai. Màu giống nhau biểu thị như kết quả C.