Tuần tin khoa học 956 (25-31/08/2025)

Tiến bộ trong nghiên cứu transcriptomics và metabolomics về phản ứng cây trồng với stress phi sinh học

Nguồn: Tao Yu, Xuena Ma, Jianguo Zhang, Shiliang Cao, Wenyue Li, Gengbin Yang, Changan He. 2015. Progress in Transcriptomics and Metabolomics in Plant Responses to Abiotic Stresses.Curr Issues Mol Biol.; 2025 Jun 5; 47(6):421. doi: 10.3390/cimb47060421.

Stress phi sinh học ức chế tăng trưởng cây trồng và làm giảm năng suất trên toàn thế giới. Cây sống được trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy phải tận dụng chiến lược thích ứng hết sức tinh tế bao gồm sự tái lập trình có tính chất phiên mã và chỉnh sửa lại mô phỏng biến dưỡng. Hơn một thập kỷ qua, những tiến bộ trong giải trình tự hiệu quả cao và quang kế khối phổ đã và đang thúc đẩy ngành transcriptomics và metabolomics thành ngành học then chốt về “post-genomics”, mang đến những cơ hội chứa từng có để phân tích nhiều cơ chế phân tử liên quan đến phản ứng với stress của cây trồng. Tổng quan này tập họp các tiến bộ hiện nay trong ứng dụng công nghệ kỷ nguyên omics để nghiên cứu sự thích nghi của cây đối với biến đổi khí hậu cực đoan (nhiệt độ nóng, nhiễm mặn, thiếu nước hoặc quá thừa nước, và kim loại nặng). Người ta đánh giá có hệ thống các thế mạnh về kỹ thuật và những hạn chế của transcriptomics và metabolomics, nêu bật những đột phá gần đây trong xác định gen thích ứng với stress và làm sáng tỏ lộ trình chuyển hóa, thảo luận những thách thức mới nổi trong phân tích dữ liệu mang tính chất tích hợp. Nhờ kết nối được kiểu gen và kiểu hình thông qua các tiến bộ có tính chất “multi-omics”, nghiên cứu này nhằm đào sâu hơn sự hiểu biết về động thái của chống chịu cây trồng và thông báo thiết kế làm thế nào  cây trồng chống chịu  được stress phục vụ nông nghiệp bền vững.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40699820/

Phân tích theo hình thức so sánh hệ thống transcriptome để xem xét chức năng của SoCER4 trong tổng hợp alkanol của mía đường

Nguồn: Yuting Zhou, Sangui Yi, Shuangcai Li, Zongling Liu. 2025. Comparative transcriptome analysis reveals the function of SoCER4 in alkanol synthesis in sugarcane. Funct Integr Genomics; 2025 Aug 2; 25(1):165. doi: 10.1007/s10142-025-01672-4.

Lớp sáp trên đọt non mía đường, đặc biệt là alkanol, tương quan với sức kháng bệnh than mía theo những nghiên cứu trước đây. Mặt khác, alkanol có thể kích hoạt  smut sự nẩy mầm của teliospore nấm gây bệnh than. Nghiên cứu này nhằm phân tích gen liên quan đến tính trạng sáp ở đọt non thân mía. Kết quả, hàm lượng “wax” (sáp) ở chồi mía nẩy mầm trên giống mía kháng bệnh than Zhongzhe 9 (ZZ9) và giống mía nhiễm bệnh than Guitang 42 (GT42) được cho điểm đánh giá, hàm lượng sáp tổng số và hàm lượng alkanol của giống GT42 cao hơn có ý nghĩa so với giống ZZ9 sau khi nẩy mầm chồi. Phổ biểu hiện gen của chồi mía nẩy mầm của ZZ9 và GT42 được phân tích thông qua phương pháp xem xét hệ transcriptome, và phương pháp KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) đối với sinh tổng hợp cutin, suberine, và wax giữa ZZ9 và GT42. Bên cạnh, gen mã hóa protein LPT (lipid transfer protein) (c97015.graph_c0) có thể có trong sự chuyển vị chất sáp, điều này làm cho hàm lượng sáp cao hơn trong nụ non của giống GT42, và gen SoCER4 (c120140.graph_c0) có thể có chức năng quan trọng trong tổng hợp chất alkanol, điều này làm cho hàm lượng alkanol cao hơn trong nụ chồi non của giống GT42. Gen SoCER4 được định tính chức năng thông qua biểu hiện mạnh mẽ của cây thuốc lá Nicotiana benthamiana. Hàm lượng alkanol trên lá của cây thuốc lá chuyển gen SoCER4 transgenic N. benthamiana cao hơn rất đáng kể so với cây nguyên thủy  (wild type), cho thấy SoCER4 có chức năng tổng hợp alkanol. Kết quả giúp cho chúng ta hiểu được tổng hợp alkanol ở đọt non cây mía.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40751755/

Phân lập “adaptor protein 2σ gene” đối với OsTGW12 điều khiển khối lượng hạt thóc và phẩm chất gạo trong cải tiến giống lúa

Nguồn: Xiaoqiong Li, Huangai Li, Ke Xie, Jinling Han, Kaiqiang Liu, Ying Chen, Jingang Qi, Hongpei Jin, Hanhua Tong, Aihua Sha & Sibin Guo, 2025. Identification of an adaptor protein 2σ gene for OsTGW12 to determine grain weight and potentiate quality breeding in rice. TAG; August 21 2025; vol.138; article 221

Nghiên cứa xác định gen mã hóa protein đóng vai adaptor, đó là gen OsAP2σ (LOC_Os12g10560) là gen mã hóa OsTGW12, một QTL chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể hệ gen cây lúa quy định tính trạng khối lượng 1000 hạt (TGW), minh chứng vai trò của SNP đặc hiệu (G266A) trong gen này khi xác định kích cỡ hạt bởi số lượng tế bào có ảnh hưởng, và chứng minh được tương tác giữa OsAP2σ và OsSAMS1, chỉ ra một cơ chế điều tiết mới liên kết giữa clathrin-mediated endocytosis (CME) với biến dưỡng S-adenosylmethionine trong giai đoạn hạt lúa phát triển.

Trong cây lúa,nhiều QTLs/gen quy định khối lượng 1.000 hạt (TGW) đã và đang được phân lập, rồi ứng dụng trong cải tiến giống lúa cao sản. Ở đây, tác giả phân lập một alen OsAP2σ^89G từ mẫu giống lúa indica có khối lượng hạt thấp – giống G1025, gen OsTGW12 định vị trên nhiễm sắc thể 12 để xác định khối lượng hạt. AP2σ là một adaptor protein (AP) subunit 2σ có trong CME (clathrin-mediated endocytosis) của tế bào sinh vật bậc cao (eukaryote). Bên cạnh, sự biểu hiện mạnh alen K1561-OsAP2σ^89E mà không phải alen G1025-OsAP2σ^89G mới làm tăng chiều dài và chiều rộng hạt, khối lượng hạt nhiều hơn so với dòng lúa nguyên thủy G1025, trong khi,  dòng đột biến RNAi-mediated OsAP2σ cho thấy ngược lại. Phương pháp Co-IP-MS (Co-immunoprecipitation mass spectrometry), yeast two-hybrid (Y2H), và xét nghiệm luciferase chứng minh rằng có tương tác giữa OsAP2σ và S-adenosylmethionine synthetase (OsSAMS1), một enzyme chủ chốt có trong lộ trình biến dưỡng methionine. Hơn nữa, cả OsAP2σ và OsSAMS1 đều định vị trên màng plasma (PM) và trong nhân. Phân tích transcriptomic cho kết quả OsAP2σ điều tiết các gen có liên quan đến CME, truyền tín hiệu MAPK (mitogen activated protein kinase), và vận chuyển auxin cũng như điều tiết phiên mã trong suốt giai đoạn hạt phát triển. Nghiên cứu cho thấy vai trỏ mới của OsAP2σ và cung cấp khả năng của chương trình cải tiến giống lúa tương lai có phẩm chất gao tốt hơn.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05022-7

Fine mapping và dự đoán gen ứng cử viên điều khiển tính trạng vỏ dưa bị nhăn (Cucumis melo L.)

Nguồn: Xufeng Fang, Ziqiao Ji, Min Tao, Xuezheng Wang, Xian Zhang, Zuyun Dai, Zhongzhou Yang, Chaonan Wang, Zicheng Zhu, Shi Liu & Feishi Luan. 2025. Fine mapping and prediction of a candidate gene for wrinkled rind in melon (Cucumis melo L.). Theoretical and Applied Genetics; August 18 2025; vol. 138; article 215

Locus Cmwr được “fine mapped” trên nhiễm sắc thể 2 quy định tính trạng vỏ trái dưa  nhăn (wrinkled-rind melon), và MELO3C010304.2  (CmNaa35, mã hóa N-α-acetyltransferase). Cmwr được phân lập một một gen ứng cử viên của tính trạng “wrinkled rind”.

Kiểu hình vỏ trái nhăn “wrinkled rind” (wr) của dưa lưới khá hiếm, và cơ chế điều tiết cũng như gen đích điều khiển tính trạng này chưa rõ ràng. Theo kết quả nghiên cứu, phân tích di truyền quần thể con lai đang phân ly F₂ từ cặp lai dòng dưa “wrinkled rind” là T16-085 với dòng dưa vỏ láng “smooth rind” là T15-022 cho thấy tính trạng wr được điều khiển bởi một gen lặn, ký hiệu cmwr. Phương pháp “Scanning electron microscopy” cho thấy vỏ nhăn  do sự kết tụ không đồng đều của tế bào vỏ. Kết quả BSA (Bulked segregant analysis) phân định được vùng mang gen ứng cử viên có độ lớn phân tử 1.90 Mb trên nhiễm sắc thể 2, phân tích liên kết gen cho thấy locus này có kích thước 448.24-kb, và kết quả “fine mapping of data” từ 1140 cá thể F₂ giới hạn lại còn 72.24-kb mang 8 gen ứng cử viên. Kết quả phân tích “sequence variation” tại vùng mang mật mã di truyền từ dòng bố mẹ và 8 mẫu giống trong ngân hàng gen với hình thái rất khác biệt về độ nhăn của vỏ cho thấy rằng MELO3C010304.2 (được chú thích di truyền như một N-α-acetyltransferase, CmNaa35) chính là gen ứng cử viên tốt nhất tại locus Cmwr.  Hai chỉ thị phân tử SNP ở vùng coding (SNP^16,734,095 and SNP^16,734,346) đồng phân ly với tính trạng wr. Phân tích cis-acting elements của vùng promoter, hoạt động của nguyên tố này cho thấy “indole-3-acetic acid” ngoại sinh làm kích hoạt được biểu hiện gen CmNaa35. Kết quả cho thấy Cmwr có chức năng điều khiển tính trạng wr của dưa lưới và cung cấp nguồn vật liệu di truyền cho nghiên cứu tiếp theo, bao gồm phân tích chức năng gen và khai thác hiệu quả cơ chế phân tử tính trạng “rind wrinkling” của dưa lưới.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05014-7

Giản đồ Δ(All-index) từ kết quả chạy BSA-seq. Kết quả Δ(all-index) được tính theo giá trị khoảng cách phân tử 1-Mb với “sliding window” là 50-kb. Vùng ứng cử viên được xác định trên nhiễm sắc thể 2 ký hiệu mũ tên màu xanh dương (Shen et al. 2021).