Tuần tin khoa học 955 (18-24/08/2025)

Phân tích sự phát triển của gen và những gen có liên quan đến tự vệ của họcAnacardiaceae xét theo quan điểm tiến hóa

Nguồn: Bing-Liang Fan, Lin-Hua Chen, Ling-Ling Chen. 2025. Analysis of gene expansion and defense-related genes in Anacardiaceae family from an evolutionary aspect. Front Plant Sci.; 2025 Jul 16: 16:1638044. doi: 10.3389/fpls.2025.1638044.

Họ Anacardiaceae, bao gồm cây trồng thuộc chi Rhus, Mangifera, và Pistacia, có giá trị kinh tế quan trọng, thể hiện sự đa dạng hệ gen và tính trạng phức hợp quy định sự thích nghi. Tuy nhiên, kết quả phương pháp phân tích “comparative genomic” và tiến hóa cho thấy những cơ chế có liên quan đến tự vệ trong họ thực vật này chưa được khai thác đáng kể. Người ta tiến hành phân tích phylogenomic (huyết thống di truyền) một cách toàn diện, gen đồng dạng “synteny”, và phân tích học gen thông qua sáu loài của chi Rhus (dẻ) và 3 loài bổ sung trong họ Anacardiaceae (Mangifera indica: xoài, Pistacia vera: hạt dẻ, và Anacardium occidentale: điều). Kết quả cho thấy nhiều lộ trình tiến hóa riêng biệt: Mangifera/Anacardium trải qua tự tái bản toàn bộ genome (WGDs: whole-genome duplications) có tính chất theo dòng đặc biệt (lineage-specific) với những sắp xết lại nhiễm sắc thể, trong khi đó, Rhus/Pistacia chỉ giữ lại tự tái bản kiểu gamma của tổ tiên. Hệ gen của Pistacia mở rộng thông qua TEs (nguyên tố chuyển vị), trong khi, chi Rhus bảo tồn “synteny” của nhiễm sắc thể (tính đồng dạng) cho dù, tích tụ được các biến thiên di truyền có tính cấu trúc theo TE. Vài họ gen có liên quan đến tự vệ, bao gồm “WRKY transcription factors” và họ gen NLRs (nucleotide-binding leucine-rich repeat), biểu thị phát triển đáng kể và có những phần biểu hiện phản ứng được với stress, có 31 gen WRKY điều tiết kiểu “up” trong giai đoạn bị xâm nhiễm bởi aphid. Họ gen NLRs tạo thành chùm gen trên nhiễm sắc thể 4/12 biểu thị dấu ấn tích cực bởi chọn lọc. Long terminal repeat retrotransposons biểu hiện vào kỷ Pleistocene hoạt động kích hoạt, có khả năng liên quan đến thích nghi theo khí hậu biến đổi. Nghiên cứu thông báo sự đa dạng khác biệt trên cơ sở TE là cách thức điều khiển chủ lực, trong tiến hóa họ Anacardiaceae, bổ sung vào chiến lược lệ thuộc WGD của các dòng cây nhiệt đới. Việc xác định rõ những biến thiên di truyền về cấu trúc chuyên biệt từng dòng như vậy, hoạt động của TE, và chùm gen liên quan đến tự vệ phác họa nên những đánh đổi có tính thích ứng, bởi stress phi sinh học và lịch sử của địa sinh học của các loài trong họ Anacardiaceae. Kết quả nghiên cứu đặt nền tảng cho tận dụng nguồn tài nguyên di truyền làm tăng cường tính chịu đựng stress và khả năng thích ứng của các loài cây giá trị kính tế thuộc họ Anacardiaceae.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40741127/

Chlorophyll deficient 5 mã hóa “DNA helicase” và rất cần cho phát triển thể lạp của cây lúa

Nguồn: Weichi Liu, Xiaonan Han, Jiaxin Wei, Jie Yang, Yingchun Wan, Hongxia Yang, Yao Deng, Nan Wang, Ping Feng & Wenqiang Shen. 2025. Chlorophyll deficient 5 encodes a DNA helicase and is essential for chloroplast development in rice.Theoretical and Applied Genetics; August 7 2025; vo. 138; article 203

Gen mới CDE5 điều khiển tính trạng màu lá được phân lập. Gen đích của nó LOC_Os06g45980 được xác minh nhờ chuyển nạp gen bổ sung, phân tích biểu hiện gen, chạy trình tự RNA, xét nghiệm hoạt tính enzyme. Tính trạng màu lá có ảnh hưởng đếnsinh tổng hợp thực vật, vì nó tác động trực tiếp đến quang hợp và sản xuất tổng chất khô. Mặc dù có nghiên cứu sâu, nhưng cơ chế phân tử của tính trạng màu sắc lá vẫn còn chưa rõ. Theo nghiên cứu này, người ta định tính được gen đột biến chlorophyll deficient 5 (cde5) trong cây lúa, nó là gen bị lỗi trong phát triển lục lạp và biểu hiện là bạch tạng (albino) trong cả giai đoạn lúa tăng trưởng. Kết quả “map-based cloning” cho thấy gen CDE5 mã hóa DNA helicase mà chưa được báo cáo trước đây có liên quan đến albino. Gen đột biến cde5 biểu hiện tính trạng cấu trúc lục lạp bị bất thường và làm giảm hàm lượng diệp lục. Phân tích biểu hiện sâu hơn cho thấy gen CDE5 biểu hiện trong mô, kết quả lai in situ chỉ ra rằng gen CDE5 biểu hiện ở tế bào diệp nhục (mesophyll cell). Kết quả phân tích “subcellular localization” cho thấy CDE5 có trong lục lạp và ty thể bộ. Chạy trình tự  RNA và chạy RT-qPCR cho thấy nhiều gen có trong tổng hợp diệp lục, phát triển lục lạp và quang tổng hợp bị thay đổi đáng kể bởi mất gen CDE5. Xem xét hoạt tính enzyme cho thấy CDE5 biểu hiện hoạt tính của men ATPase, trong khi, hoạt tính của men ATPase trong dòng đột biến với protein  cde5 bị giảm sút đáng kể. Kết quả cho thấy CDE5 có vai trò quan trọng trong điều tiết màu sắc lá, do vậy, làm sáng tỏ chức năng của men DNA helicase trong cây lúa.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04994-w

Hệ gen “haplotype” được tổng hợp trong giống sầu riêng KanYao (Durio zibethinus)

Nguồn: Xiaohao Ji, Yiwang Zhong, Daojun Zheng, Shenghua Xie, Meng Shi, Xiaodi Wang, Fengzhi Liu, Xuejie Feng, Haibo Wang. 2025. Chromosome-scale haploid genome assembly of Durio zibethinus KanYao. Sci Data.; 2025 Mar 5; 12(1):384. doi: 10.1038/s41597-025-04656-y.

Sầu riêng (Durio zibethinus) là loài cây trồng nhiệt đới có giá trị về dinh dưỡng và thương mại. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành tạo ra hai hệ gen ở mức độ nhiễm sắc thể chất lượng cao, có tính chất haplotype, được giải mã của giống sầu riêng 'Kan Yao', 28 nhiễm sắc thể. Độ lớn phân tử của genome là 737.2 Mb và 763.8 Mb, với giá trị contig N50 là 22.9 Mb và 21.5 Mb, giá trị khung mang gen N50 là 25.9 Mb và 26.7 Mb, theo thứ tự. Mười chín nhiễm sắc thể được lắp ráp mà không có khoảng hở nào, chín nhiễm sắc thể còn lại có 1 đến 10 đoạn hở. “Genome annotation” (chú thích di truyền trên hệ gen) xác định được 53,125 và 53,101 gen có chức năng,cũng như xác định được 5,254 và 5,496 phân tử RNAs không có mã di truyền (non-coding). Hệ gen lắp ráp chất lượng cao này sẽ giúp cho hoạt động cải tiến giống quy mô phân tử được tốt hơn trong cải tiến giống sấu riên tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40044694/

Hình: Sơ đồ kiến trúc nhiễm sắc thể sầu riêng. Hệ gen haplotype 1 (trên) và haplotype 2 (dưới)

Hình tam giác đỏ là telomers. Đường thẳng màu tím là đoạn hở

McATL43 mã hóa protein RING-H2 finger E3 ubiquitin ligase, có nhiệm vụ tạo gai vỏ trái hình răng cá mập [Shark teeth: St] của khổ qua (Momordica charantia L.)

Nguồn: Feifan Chen, Yuehong Ding, Yiwei Wen, Xuzhen Li, Silin Wu, Xuanyu Chen, Shihan Zeng, Xiaobin Zhang, Jiayu Liu, Libo Tian & Sang Shang. 2025. McATL43 encoding a RING-H2 finger E3 ubiquitin ligase is responsible for Shark teeth (St) fruit wart in bitter gourd (Momordica charantia L.). Theoretical and Applied Genetics; August 9 2025; vol.138; article 206.

Fine mapping và dòng hóa (cloning) xác định được phân tử mất đoạn 2-bp trong gen đích McATL43, gen này mã hóa protein RING-H2 finger E3 ubiquitin ligase, cho kết quả đột biến loss-of-function và kiểu hình trái khổ qua láng, không gai.

Hình thái học của u gai trái khổ qua (fruit wart), được xác định bởi kích cỡ và sự sắp xếp của các gờ (ridges) và nốt sần sùi (tubercles), ảnh hưởng đáng kể đến phẩm chất thị trường trái khổ qua (Momordica charantia L.). Thông qua phương pháp “QTL mapping” sử dụng tập đoàn mẫu giống khổ qua đa dạng về đặc điểm u gai trái, người ta lần đầu tiên xác định hai loci chủ lực, fwf4.1 và fwf6.1, cùng giải thích được hầu hết biến thiên kiểu hình. Ở đây, tác giả cho thấy fwf6.1 điều khiển chính kiểu hình mụn gai hình răng, đặt tên là răn cá mập Shark teeth (St). Trong quần thề con lai phân ly BC₁F₂, người ta thu hẹp locus St còn 19.23-kb khoảng cách phân tử, mang sáu gen được annotated. Trong đó, gen McATL43, mã hóa RING-H2 finger E3 ubiquitin ligase, là ứng cử viên tốt nhất. Phân tử mất đoạn 2-bp trong exon đơn của alen điều khiển tính trạng vỏ trái trơn là đột biến dịch khung (frameshift) và codon dừng sớm, giống như làm gián đoạn domain ghi nhận C-terminal substrate. Chỉ thị phân tử thăm dò trên cơ sở mất đoạn như vậy phân biện chính xác alen quy định St và smooth-wart (wild-type, WT) thông qua xét nghiệm 40 mẫu giống khổ qua khác nhau, cho thấy khả năng sử dụng chỉ thị phân tử trong cải tiến giống. Phương pháp “subcellular localization” cho thấy McATL43 có ở trong màng plasmavà trong dịch bào (cytosol). Phân tích di truyền huyết thống cho thấy những homologs (gen đồng dạng) trong các loài cucurbits có cucurbit-specific signal peptide. Phổ biểu hiện transcript của quần thể BC₁F₃ đồng hợp chỉ ra các hệ thống gắn kết với McATL43 có trong phản ứng kích thích, tín hiệu auxin, và điều tiết phiên mã. Kết quả cho thấy mô hình di truyền phân tử điều khiển hình thái của u gai trái khổ qua, phục vụ đắc lực cho cải tiến giống.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-04995-9