Tuần tin khoa học 961 (29/09 - 5/10/2025)

GmCDC7 điều khiển tính hạng kích thước hạt và phẩm chất đậu nành

Nguồn: Ce Yang, Bingbing Li, Hongqiang Yu, Yan Wang, Zhenghong An, Manying Chen, Chaoying He. 2025.  GmCDC7 is involved in coordinating seed size and quality in soybean. Theor Appl Genet.; 2025 Sep 19; 138(10):253. doi: 10.1007/s00122-025-05039-y.

Người ta xem xét vai trò cần thiết của gen GmCDC7 trong điều chỉnh kích thước/khối lượng hạt và hàm lượng protein/dầu của đậu nành, cho thấy những mục tiêu mới có nhiều khả năng để cải tiến năng suất và phẩm chất giống đậu nành cao sản. Tính trạng khối lượng / kích thước hạt là yếu tố cần thiết quy định năng suất đậu nành; tuy nhiên, một số hạn chế của gen điều tiết tính trạng như vậy vẫn chưa được định tính rõ ràng. Theo nghiên cứu này, người ta xác định được một gen có tên là CELL DIVISION CYCLE 7 (GmCDC7) của Glycine max và làm rõ vai trò cần thiết của nó tron sự phát triển hạt đậu nành. Gen giả định GmCDC7 được bảo tồn rất tốt cả về trình tự gen và kiến trúc gen thông qua nhiều loài (species) của chi Glycine. Các phân tử transcript của GmCDC7 được tìm thấy trong rất nhiều mô khác nhau, với biểu hiện cực đỉnh diễn ra trong giai đoạn đầu của phát triển hạt đậu, trong khi, nhóm protein GmCDC7 được xác định vị trí ban đầu tại nhân. Thực hiện đột biết knocjout nhời hệ thống CRISPR/Cas9 đối với gen GmCDC7 dẫn đến kết quả làm tăng đáng kể kích thước hạt đậu và khối lượng 100 hạt, trong khi, biểu hiện mạnh mẽ gen này cho kết quả làm giảm cả kích thước và khối lượng hạt. Phân tích tế bào học chứng minh rằng GmCDC7 làm tăng cường sự mở rộng kích thước tế bào và ức chế sự nhân rộng số lượng tế bào trong hạt. Chú ý, gen đột biến được chỉnh sửa gmcdc7 biểu hiện một sự gia tăng đáng kể hàm lượng protein kèm theo đó là sự suy giảm  hàm lượng dầu đậu nành. Theo đó, kết quả phân tích transcriptomic cho thấy rằng GmCDC7 có thể gây ảnh hưởng đáng kể đến  các lộ trình điều tiết đa diện liên quan đến hoạt động của chu kỳ tái bản tế bào, tích lũy protein dự trữ, sự vận chuyển lipid và cơ chế biến dưỡng lipid trong giai đoạn phát triển hạt. Kết quả cho thấy GmCDC7 có vai trò cực trọng trong điều tiết kích thước/khối lượng hạt, và phẩm chất hạt đậu nành, cung cấp nguồn gen mới và cung cấp luận điểm về chiến lược công nghệ sinh học phục vụ cải tiến giống đậu nành.

Xem  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40970972/

Chiến lược thích nghi với biến đổi khí hậu của tính trạng phẩm chất hạt gạo ở vùng ôn đới

Nguồn: Yvonne Fernando, Ben Ovenden, Nese Sreenivasulu, Vito Butardo Jr. 2025.  Climate Adaptation Strategies for Maintaining Rice Grain Quality in Temperate Regions. Biology (Basel); 2025 Jul 2; 14(7):801. doi: 10.3390/biology14070801.

Biến đổi khí hậu đặt ra cho chúng ta nhiều thách thức trong sản xuất lúa ở vùng ôn đới, đặc biệt là nó ảnh hưởng đến phẩm chất hạt gạo và sự chấp nhận của thị trường. Bài tổng quan này tóm tắt lại kiến thức hiện nay về những thay đổi của phẩm chất gạo theo khí hậu, tập trung vào công nghệ lúa gạo của Úc như một nghiên cứu tình huống có so sánh với vùng ôn đới khác. Những stressors khí hậu ví dụ như nhiệt độ cực đoan, mưa thất thường, CO₂ tăng, mặn làm rối loạn các chu trình có tính chất sinh lý, sinh hóa khi hạt lúa phát triển, làm thay đổi tính trạng hóa lý, cấu trúc hạt và mùi thơm. Nhiều giống lúa khác nhau biểu thị những lỗ hổng khác biệt distinct: giống lúa japonica có kích thước hạt trung bình biểu thị sự suy giảm amylose dưới điều kiện nhiệt độ nóng, giống lúa thơm biểu thị sinh tổng hợp hoạt chất tạo mùi thơm bị xáo trộn khi bị khô hạn, giống lúa hạt dài bị tổn thương hạt gạo dưới điều kiện các stress nói trên cùng xuất hiện. Nhiệt độ là nguyên nhân chính, với chất lượng suy giảm khi nhiệt độ cao hơn 35 °C và thấp hơn 15 °C. Phân tích sinh học theo hệ thống kép kín cho thấy sự kết thúc của những phức hệ trong đường truyền tín hiệu khi phản ứng với các stress như vậy, mặc dù minh chứng theo kết quả nghiên cứu vẫn còn rất ít. Công nghệ gạo Úc đã phản ứng bằng cách phát triển giống chịu lạnh, nông nghiệp chính xác, và kỹ thuật tiết kiệm nước tưới, tuy nhiên, dự báo chiến lược biến đổi khí hậu đòi hỏi nhiều chiến lược mang tính tổng hợp hơn. Ưu tiên cho cải tiến giống có tính trạng phẩm chất tốt chịu được biến đổi khí hậu, quản lý nước tái chế, và khai thác công cụ đánh giá kiểu hình hiện đại có nhiều ưu điểm. Những công nghệ mới như ảnh siêu phổ (hyperspectral imaging), học bằng máy (machine learning) hứa hẹn mang lại khả năng đánh giá phẩm chất nhanh hơn và quan lý thích nghi tốt hơn. Ổ định được tính trạng phẩm chất hạt vùng canh lúa ôn đới yêu cầu sự cách tân phải gắn với sinh lý học và kỹ thuật canh tác cụ thể.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40723360/

Sử dụng cơ sở dữ liệu ngân hàng gen trong lịch sử để cải tiến giống đậu Hà Lan

Nguồn: Lanique Niels, Jochen Christoph Reif, Lars-Gernot Otto, Vilson Mirdita, Markus Oppermann, Ulrike Lohwasser, Matthias Kotter, Stephan Weise & Samira El Hanafi. 2025. Harnessing historical genebank data to accelerate pea breeding. Theoretical and Applid Genetics; September 9 2025; vol. 138; article 243

Ở Đức, IPK (German Federal Ex Situ Genebank for Agricultural and Horticultural Crops) bảo quản hơn 3000 mẫu giống đậu Hà Lan trong PGRs (plant genetic resources: nguồn tài nguyên di truyền thức vật), được hỗ trợ bởi thông tin tương ứng trên 16 tính trạng nông học chủ chốt, và tính trạng liên quan đến kinh tế. Cấu trúc không cân bằng và định dạng không nhất quán của dữ liệu lịch sử này đã ngăn cản việc tận dụng có hiệu quả các mẫu giống đậu trong ngân hàng gen, mặc dù, những cơ hội ấy phản ánh rõ tính chất đa dạng di truyền của nó. Do vậy, phương pháp tiếp cận ba bước thống kê (three-step statistical approach) đã tìm ra được mô phỏng “linear mixed models” (đa tuyến tính) được vận dụng để quản lý được dữ liệu chặt chẽ hơn và có mục tiêu rõ ràng. Mẫu giống đậu Hà Lan vụ Xuân có tiềm năng cải tiến giống, với hàm lượng protein vượt quá tiêu chuẩn của thị trường thông qua gần một phần năm có khối lượng 100 hạt đạt yêu cầu; chúng có thể phù hợp với giới hạn nói trên trong tập đoàn giống triển vọng châu Âu. Biến thiên di truyền trong quần thể mang tính cấu trúc như vậy, so sánh với 5 giống đậu bao khác bao gồm giống giàu đường (sugar snaps) và giống đậu của nông dân (field pea), giá trị gia tăng nhờ cải tiến giống thông qua hình thái rất đa dạng ấy và thị hiếu khách hàng trên thị trường. Mẫu giống vụ Đông biểu thị chịu lạnh giỏi, tỷ lệ sống sót đạt 79.27% ở nhiệt độ tối thiểu − 17.1 °C. Biến dị di truyền này có liên quan đặc biệt với khả năng hạn chế của giống đậu thích nghi mùa đông để tránh hạn hán mùa hè và stress nóng. Chuyển từ “IPK Genebank” sang nguồn được số hóa sinh học làm chuyển hướng  vật liệu trước đây có tình chất “static” (tĩnh) thành đòn bẩy trung tâm phục vụ cải tiến giống đậu trước những thách thức hiện nay. Kết quả này kích hoạt được tập đoàn giống đầu Hà Lan của IPK được sử dụng cho cải tiến giống có kiểu hình lý tưởng, cho nghiên cứu tính thích ứng và cho tương lai của nghiên cứu OMICs.

Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05032-5

Mô đun WOX11-OsPRX130 liên quan đến khả năng chống chịu hạn bằng cách duy trì cân bằng ROS trong rễ lúa

Nguồn: Mingfang Tan, Yijie Wang, Yu Zhao. 2025. WOX11-OsPRX130 module confers rice drought tolerance by maintaining ROS homeostasis in rice root. Rice (N Y); 2025 Jun 19; 18(1):55. doi: 10.1186/s12284-025-00800-9.

Thực vật đã và đang tiến hóa với những cơ chế tinh vi nhằm thích ứng với tính chống chịu khô hạn. Một hệ thống rễ lúa chịu đựng giỏi, đi liền với mức độ ROS (reactive oxygen species), rất cần thiết cho sự tăng trưởng tối ưu và năng suất cao khi bị stress khô hạn. Tích hợp kết quả nghiên cứu, người ta thấy có một liên kết chặt giữa phát triển rỗ lú, ROS, và tính chống chịu khô hạn. WOX11, một regulator chủ lực của sự phát triển CR (crown root: rễ hình vương miện) của cây lúa, cũng điều khiển được cơ chế biến dưỡng “root redox”. Tuy nhiên, người ta biết rất ít WOX11 điều chỉnh sự bảo hòa ROS như thế nào trong rễ lúa để làm dễ dàng cho cây lúa thích nghi với khô hạn. kết quả nghiên cứu cho thấy WOX11 trực tiếp kết gắn với promoter của gen mã hóa peroxidase – gen OsPRX130, do vậy, nó làm tăng cường tính chịu hạn nhờ điều tiết sự tăng trưởng bộ rễ CR. Chú ý, OsPRX130 biểu hiện chủ yếu trong rễ lúa, biểu hiện này bị kích hoạt trong điều kiện có stress khô hạn. Knockout gen OsPRX130 ức chế được tăng trưởng CR thông quan làm giảm mức độ của ROS, dẫn đến kết quả cuối cùng là tính trạng chịu hạn của cây lúa. Kết quả ghi nhận điểm sáng về cơ chế chống chịu thông qua trung gian của WOX11 dẫn đến tích tụ ROS rồi điều khiển gen mã hóa peroxydase “class III” có tên là OsPRX130 khi cây lúa phát triển hệ thống rễ CR. Kết quả cho thấy luận điểm mới về chức năng của họ gen PRX khi lúa phát triển hệ thống rễ CR. Quan trọng hơn là sự hiểu biết sâu về cách làm thế nào  WOX11 điều tiết sự phát triển rễ để tăng tính chịu hạn của cây lúa, cung cấp chiến lược cải tiến giống mới sử dụng WOX11 để kiểm soát kiến trúc rễ lúa với khả năng rất cao chống chịu khô hạn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40536725/

Hình: XOX11 điều tiết biểu hiện gen OsPRX130 khi xử lý stress khô hạn