Tuần tin khoa học 970 (08-14/12/2025)

Hệ gen so sánh của nấm Aspergilus flavus mang độc tố, biểu thị sự đa dạng của mycotoxin và tính thích ứng của cây điều sau thu hoạng ở ven biển Kenya

Nguồn: Kyalo Katua, George Lazaro Kitundu, Pauline Wambui Gachanja, Colletah Rhoda Musangi, Bicko Steve Juma, Dennis Wamalabe Mukhebi, Cromwell Mwiti Kibiti, Sauda Swaleh, Wilton Mwema Mbinda. 2025. Comparative genomics of aflatoxigenic A. flavus reveals mycotoxin diversity and postharvest adaptation in cashew nuts from coastal Kenya.  Sci Rep.; 2025 Nov 27; 15(1):42332.  doi: 10.1038/s41598-025-26433-y.

Điều là loài cây trồng có giá trị kinh tế chủ lực của vùng duyên hải Kenya, sản lượng điều hiện đang đối mặt với nhiều thách thức trong giai đoạn sau thu hoạch bởi tạp nhiễm của nấm có độc tố, đặc biệt là Aspergillus flavus và Aspergillus aculeatus. Loài nấm này sản sinh ra những  mycotoxins (độc tố), bao gồm aflatoxins, potent carcinogenic (chất gây ung thư) và mutagenic compounds (những hợp chất gây đột biến) làm nghiêm trọng hơn an toàn thực phẩm và sức khỏe của người tiêu dùng. Bất chấp lo ngại ngày càng tăng, người ta tiến hành nghiên cứu kiến trúc di truyền, khả năng biến dưỡng, và sự thích ứng với môi trường của các loài nấm độc tại vùng trồng điều. Họ tìm hiểu tính đa dạng di truyền, chùm gen mã hóa protein “aflatoxin” (BGCs), phổ biểu hiện cơ chất thứ cấp (secondary metabolite), và carbohydrate-active enzyme (CAZyme) của nhiều mẫu phân lập của nấm A. flavus mang độc tính cao với  nấm A. aculeatus không mang độc tính trên hạt điều thu thập ở Kilifi, Kwale, và Lamu. Có 18 mẫu phân lập (fungal isolates) (16 A. flavus, 2 A. aculeatus) dược nuôi cấy và chạy trình tự toàn bộ hệ gen (whole-genome sequencing) theo Illumina platform. Tìm kiếm alen trong hệ gen, rồi phân tích so sánh theo OrthoFinder, antiSMASH, và dbCAN. Phân tích gia hệ cho thấy có 5 clades khác biệt nhau trong mẫu phân lập nấm A. flavus, như vậy, có đa dạng bên trong loài và có khả năng thích nghi với vùng canh tác, trong khi đó, nấm A. aculeatus hình thành nên một clade đơn độc có tính chất “monophyletic”. Kết quả phân tích so sánh aflatoxin BGCs của nấm A. flavus cho thấy sự thay đổi cấu trúc đáng lưu ý, đó là mất đoạn gen (aflT, omtA), chèn đoạn, và tái sắp xếp, với sự bảo tồn đối với các gen chủ yếu  (core genes) như ordB, moxY, avfA, và adhA; tuy nhiên, gen điều tiết aflR không được bảo tồn trong tất cả mẫu phân lập. Tất cả 2 mẫu A. aculeatus đều thiếu gen sinh tổng hợp ra aflatoxin, cho thấy chúng không phải là “aflatoxigenic”. Cả hai loài nấm này đều mang SMBGCs rất đa dạng, bao gồm PKS, NRPS, và chùm tập họp những chủng nòi chuyên tính (strain-specific clusters) như YWA1, fusarin, và aspergillic acid, cho thấy khả năng đồng sản xuất các hợp chất mang tính chất “multiple bioactive” (đa sinh học). Phổ biểu hiện CAZyme cho thấy glycoside hydrolases có rất nhiều và những enzyme hoạt tính phụ trợ kèm theo, nhấn mạnh tính thích nghi với cơ chất hạt điều giàu pectin. Cho dù k1ich cỡ hệ gen tương đồng và hàm lượng CG tương đồng, nhưng có khác biệt về tính chuyên tính của loài về biến dưỡng carbohydrate và chu trình của chất biến dưỡng thứ cấp, cho thấy rằng có sự co dãn mang tính chất môi trường (ecological plasticity). Kết quả minh chứng rằng quần thể nấm A. flavus và A. aculeatus ở vùng duyên hải Kenya có di truyền đa dạng, trao đổi chất linh hoạt, và được hình thành bởi áp lực của môi trường và áp lực của xã hội con người (anthropogenic pressures). Kết quả là luận điểm khoa học cần thiết để đánh giá rủi ro của aflatoxin chuyên tính và nhấn mạnh sự cần thiết phải sàng lọc cẩn thận chủng nòi nấm không độc trong ứng dụng sinh học, cũng như khai thác lâu dài chức năng của chức năng BGCs và CAZyme trong công nghệ sau thu hoạch.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41309709/

Kết quả “resequencing” cho thấy tính đa dạng di truyền và kiến trúc di truyền của nguồn vật liệu giống sầu riêng

Nguồn; Yiwang Zhong, Liying Feng, Huidong Deng, Xiaohao Ji, Jing Zhang, Yangyang Sun, Peifan Lin, Yang Qiao, Shenghua Xie, Haibo Wang, Lijun Guo, Xuejie Feng. 2025. Genomic resequencing reveals genetic diversity, population structure, and core collection of durian germplasm. Commun Biol.; 2025 Aug 23; 8(1):1273. doi: 10.1038/s42003-025-08715-3.

Sầu riêng Durio zibethinus Murr. là loài cây ăn quả nhiệt đới có tầm quan trọng toàn thế giới, được đánh giáo cao nhờ hương vị độc đáo và giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, chỉ có một nền tảng di truyền hẹp trong cải tiến giống sầu riêng. Tác giả tiến hành kỹ thuật “whole-genome resequencing” của 114 mẫu giống sầu riêng đa dạng được thu thập ở Trung Quốc, xác định hơn 39 triệu SNPs chất lượng cao trong toàn hệ thống genome sầu riêng, biểu thị các thành phần vô cùng đa dạng trong hệ gen cây sầu riêng.  Kết quả phân tích cấu trúc quần thể  cho thấy có 3 chùm gen chủ lực, được hỗ trợ bằng phương pháp PCA, phân tích di truyền huyết thống và mô phỏng toán STRUCTURE. Kết quả “genome-wide scans” xác định được những “sweeps” để tuyển chọn gen ứng cử viên, và nhiều gen khác có tiềm năng trong khi sàng lọc. Từ 114 mẫu giống sầu riêng, người ta xác định được tập đoàn cơ bản (core collection) đặc trưng cho nguồn vật liệt giống sầu riêng đại diện phần lớn đa dạng di truyền của loài. Tập họp này bao gồm cả giống ưu việt và những cá thể khác biệt nhau về di truyền. Kết quả cho thấy luận điểm khoa học về tính đa dạng di truyền và kiến trúc quần thể giống sầu riêng đang trồng trọt. Bộ sưu tập cốt lõi được xác định (core collection) và bản thể những biến thể di truyền được xây dựng là nguồn vật liệu quý giá  phục vụ cải tiến giộng sầu riêng cũng  như bảo tồn quỹ gen. Kết quả sẽ làm cho việc xác định được những alen ưu việt quy định các tính trạng nông học  quan trọng và dẫn dắt những chương trình cải tiến giống cho tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40849519/

Loci và gen đích có chức năng điều khiển khả năng hạt gieo sâu trong đất của đậu nành

Nguồn: Rui Tian, Zhenqi Shao, Hua Zhang, Xinzhu Xing, Jiahao Chu, Youbin Kong, Zhanwu Yang, Wenlong Li, Hui Du, Huifeng Ke, Xihuan Li & Caiying Zhang. 2025. Genetic loci and functional genes conferring deep-sowing tolerance across multiple environments in soybean. TAG; November 20 2025; Vol. 138; article 307

Kỹ thuật gieo sâu (deep-sowing) là chiến lược canh tác hiệu quả đảm bảo sự nẩy mầm đồng nhất và cho năng suất tốt trong điều kiện bị khô hạn đối với cây trồng, chủ yếu lệ thuộc vào sự vươn dài của trục mang lá mầm (mesocotyl or hypocotyl elongation) của cây đơn tử diệp cũng như song tử diệp. Theo đó, chiều dài trục mang lá mầm của 500 mẫu giống đậu nành được quan sát và đánh giá trong phương pháp gieo sâu tại 9 địa điểm thí nghiệm, những loci di truyền và gen có chức năng được tìm thấy nhờ phương pháp kết hợp giữa các giống “deep re-sequencing genotypes” (20 ×). Kết quả cho thấy có 2.007 SNPs/SVs định vị trên 19 nhiễm sắc thể được xác định gắn liền với tính trạng chiều dài trục mang lá mầm, trong đó, có 1.165 SNPs/SVs (58.05%) định vị trên nhiễm sắc thể 14, và 706 SNPs/SVs (35.18%) định vị trên nhiễm sắc thể 5. Hơn nữa, chỉ thị có tính nhất quán (consistent)) bao gồm 630 SNPs/SVs trên nhiễm sắc thể 14 và 90 SNPs/SVs trên nhiễm sắc thể  5 được phát hiện tại 5 ruộng thí nghiệm. Hai gen đích, GmHYL05 và GmHYL14, được sàng lọc di truyền tại những “consistent loci”. Phân tích “transgenic” cho thấy sự biểu hiện mạnh mẽ của gen GmHYL05 làm tăng cường đáng kể sự vươn dài của trục mang lá mầm cây mô hình Arabidopsis, trong khi đó, dòng đột biến knockout nhờ hệ thống CRISPR/Cas9 đối với gen GmHYL05 cho kết quả làm giảm chiều dài trục mang lá mầm cây đậu nành. Tương tự, sự biểu hiện mạnh mẽ gen GmHYL14 làm tăng chiều dài trục mang lá mầm cây mô hình Arabidopsis, trong khi, đột biến không chủ đích nonsense gen GmHYL14 làm giảm chiều dài trục mang lá mầm của đậu nành. Kết quả phân tích tế bào cho thấy cả hai gen GmHYL05 và GmHYL14 đều làm tăng sự kéo dài tế bào của hypocotyl cây đậu nành, không ảnh hưởng gì đến số tế bào, cho thấy GmHYL05 và GmHYL14 có thể điều tiết được sự kéo dài trục mang lá mầm thông qua ảnh hưởng đến sự mở rộng của tế bào

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05097-2

OPEN STOMATA 1 tăng hoạt kênh truyền “SLAC1 anion” thông qua CPK15 trong sự kiện đóng khí khổng bởi kích hoạt ABA của cây mô hình Arabidopsis

Nguồn: Xin Shen, Kaili Yin, Zhiyu Wang, Zhiwei Zhang, Mengqing Liu, Sheng Luo, Shaowu Xue, and Honghong Hu. 2025. OPEN STOMATA 1 activates SLAC1 anion channel primarily through CPK15 in ABA-induced stomatal closure in Arabidopsis. PNAS; November 20 2025; 122 (47) e2518134122; https://doi.org/10.1073/pnas.2518134122

 Abscisic acid (ABA) tăng hoạt sự truyền tín hiệu Ca²⁺ để khí khổng đóng lại. Protein Ca²⁺-independent kinase OST1 và Ca²⁺-dependent protein kinases CPKs trực tiếp phosphoryl hóa và tăng hoạt thể tương đồng SLAC1 và SLAC1 (SLAHs). Tuy nhiên, sự mồi dẫn để cho truyền được tín hiệu Ca²⁺ và tương quan giữa những lộ trình sinh học này chưa được rõ. Người ta tiến hành minh chứng rằng Ca²⁺-dependent protein kinase CPK15 rất cần cho sự đóng lại khí khổng khi ABA bị kích hoạt, với OST1 tăng hoạt đầu tiên kên truyền anion SLAC1 thông qua CPK15. OST1 và Ca²⁺ hoạt động một cách hệ thống nhằm tăng cường hoạt tính của CPK15. Kết quả cho thấy được cơ chế mà ở đó OST1 nối kết với lộ trình lệ thuộc và không lệ thuộc Ca²⁺ thông qua CPK15 để điều tiết hoạt động khí khổng khi ABA bị kích hoạt.

Cả hai Ca²⁺-independent OST1 và Ca²⁺-dependent protein kinases CPKs đều làm tăng hoạt kênh dẫn anion SLAC1 khi khí khẩng bị đóng lại bởi ABA kích thích. Tuy nhiên, cơ chế này chưa được biết rõ. Người ta xác định được OST1 thoạt tiên kích hoạt SLAC1 thông qua CPK15. Đột biến gen CPK15 làm suy yếu đáng kể sự đóng lại khí khổng qua tác động của ABA và tăng tính trạng nhạy cảm với khô hạn. OST1 tương tác với CPK15 rồi tiến hành phosphoryl hóa nó tại T103, rất cần thiết cho sự kiện đóng lại khí khổng nhờ ABA. Hơn nữa, CPK15 có thể phosphoryl hóa tại tám vị trí ở đầu gốc N của phân tử SLAC1 để tăng hoạt kênh truyền anion của nó tại oocytes. Biểu hiện của gen SLAC1^8D (một trạng thái có tính chất phosphomimetic) trong oocytes tăng hoạt về cơ bản các hoạt động của kênh truyền anion và phục hồi rất hiệu quả sự đóng lại khí khổng do ABA của gen cpk15-1  không phải gen SLAC1^8A (một trạng thái phospho-dead). Bên cạnh đó, CPK15 được tăng hoạt nhờ OST1 và Ca²⁺ làm tăng hoạt tính của SLAC1, và những đột biến của OST1 và CPK15 có ảnh hưởng cộng tính (additive effect) đối với đóng khí khổng nhờ  ABA, kết quả cho thấy CPK15 làm tăng hoạt SLAC1 thông qua cơ chế vừa trực tiếp, vừa gián tiếp. Kết quả minh chứng được vai trò chủ chốt của CPK15 trong đóng lại khí khổng nhờ ABA, cho thấy được sự kết nối giữa OST1 và CPKs trong cả hai lột trình lệ thuộc và không lệ thuộc Ca²⁺ của sự đóng lai5i khí khổng nhờ ABA.

Xem: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2518134122

Hình: OST1  tương tác với CPK15.

(A) Tương tác của OST1 với CPKs qua kết quả xét nghiệm “split-LUC”.  (B) Kết quả phân tích số lượng cường lực của luminescence.