Tuần tin khoa học 973 (29/12/2025 - 4/1/2026)

Gen quy định tính trạng bông lớn ELP1 của lúa hoang Oryza officinalis làm gia tăng số hạt và năng suất hạt lúa

Nguồn: Jiachen Ma, Mei Li, Yanan Lin, Jinjin Lian, Yizhengnan Zhu, Jing Yang, Wenfan Hu, Luyi Zhang, Shuting Li & Weilin Zhang. 2025. An extra-large panicle gene ELP1 from wild rice Oryza officinalis increases grain number and grain yield. Theoretical and Applied Genetics; December 20 2025; vol. 139; article 11

Hình: Oryza officinalis ở đồng bằng sông Cửu Long (BCB photo)

Gen gắn với năng suất mong muốn có thuật ngữ là extra-large panicle 1 (ELP1), gen này giúp làm tăng năng suất hạt trên cây khoảng 30%, gen này được dòng hóa từ loài lúa hoang Oryza officinalis thông qua kỹ thuật “map-based cloning”. Số hạt trên bông (GNP) là tính trạng cần thiết quy định năng suất lúa. Lúa hoang Oryza officinalis, một mẫu quần thể được chọn có kiểu bông lớn khác thường (extra-large panicle: ELP), sản sinh ra nhiều hạt (700 ± 100 hạt) trên nhánh gié chính. Tuy nhiên, do tính trạng hoang dại như loài cỏ, người ta đối diện với tính chất không tiếp hợp (incompatibility barrier) và liên kết bất lợi (linkage drag), tính trạng năng suất mong muốn ELP của O. officinalis chưa được khai thác thành công. Các tác giả công trình này đã thực hiện lai giữa loài, khoảng cách genome xa giữa dòng lúa 93-11 và mẫu giống O. officinalis. Một cá thể có 700 hạt trên bông cái được thu thập trong quần thể con lai hồi giao BC₄F₄. Kết quả phân tích di truyền cho thấy tính trạng ELP là tính trạng di truyền số lượng. Sử dụng kỹ thuật “coupling bulked segregant analysis” kết hợp với chạy “re-sequencing” toàn hệ gen và phân tích di truyền kiểu “association”, người ta thấy có 3 QTLs điều khiển tính trạng ELP này, kết quả phân tích bản đồ di truyền QTL trên nhiễm sắc thể 4 người ta xác định được một QTL chỉ lực (ký hiệu ELP1); sau đó người ta thực hiện “fine-map” tại vùng đích có độ lớn 44-kb. Gen ELP1 mã hóa một protein giả định, đó là F-box domain-containing protein (OsFBX148) với một chức năng được biết rất ít trước đây, trải quá quá tri2ng “splicing” tuần tự. Kết quả có hai isoforms, ELP1L (dài) và ELP1S (ngắn), điều tiết số hạt trên bông trái ngược nhau. Sự biểu hiện mạnh mẽ isoform ngắn ELP1S làm tăng số nhánh thân và số hạt trên bông (GNP) khoảng 37.5% và 37.6%, theo thứ tự, hệ quả là năng suất hạt tăng khoảng 30%. Phân tích haplotype cho thấy alen ELP1 ^{O. officinalis} là một haplotype có giá trị và mới. Kết quả này không chỉ cung cấp một câu chuyện thành công trong xác định gen quy định năng suất từ loài lúa hoang O. officinalis mà còn khám phá một cơ chế điều tiết mới bởi “alternative splicing” điều tiết tính trạng số hạt trên bông (GNP).

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-025-05115-3

Babaco Mosaic Virus (BabMV) kích hoạt sự tái lập trình hệ transcriptome quy mô lớn của cây đu đủ Carica papaya

Nguồn: Maria Gabriela Maridueña-Zavala, Hamada AbdElgawad, Mohammad K Okla, Juan Manuel Cevallos, Gerrit T S Beemster, Carlos Noceda. 2025. Babaco Mosaic Virus (BabMV) Induces Genome-Wide Transcriptomic Reprogramming in Carica papaya. Physiol Plant; 2025 May-Jun; 177(3):e70270. doi: 10.1111/ppl.70270.

Hình: Triệu chứng của bệnh siêu vi trên cây đu đủ: Papaya BabMV và PRSV

Sự xuất hiện gần đây của bệnh siêu vi Babacco Mosaic Virus (BabMV), một potexvirus được biết xâm nhiễm Vasconcellea heilbornii (babaco), đã và đang làm dấy lên những lo ngại siêu vi như vậy xâm nhiễm trên giống đu đủ trồng. Muốn đánh giá tác động của BabMV trên cây đu đủ, người ta thực hiện một phân tích toàn diện transcriptome trên toàn hệ gen nhằm đánh giá ảnh hưởng của virus trên biểu hiện gen và phản ứng tự vệ của đu đủ (Carica papaya). Lá cây đu đủ 3-4 tháng tuổi được xét nghiệm ở 2, 10, 15, và 30 sau khi chủng bệnh (dpi) với nguốn vật liệu BabMV và so sánh với đối chứng. Ở cây giả và  cây bị nhiễm virus sau khi chủng 2 và 10 ngày, có hơn 90% đoạn phân tử được giải trình tự RNAseq chúng được lập bản đồ di truyền với hệ gen đu đủ. Trái lại, ở 15 và 30 ngày sau khi chủng bệnh, chỏ có 31% được mapped trên genome đu đủ từ nguồn lá đu đủ nhiễm BabMV, trong khi, còn lại 69% chuỗi trình tự “reads” so sánh với hệ gen tham chiếu đối với virus genome, chứng minh rằng tải lượng virus rất cao. Nhìn chung, có 1585 gen đu đủ biểu hiện chức năng khác biệt nhau (differentially expressed) giữa lá đối chứng (mock: giả) và lá có bệnh BabMV được chủng vào. Ở 2-10 ngày sau khi chủng, những phản ứng sớm bao gồm sự gia tăng biểu hiện của gen liên quan đến biến dưỡng đường và cải biên thành tế bào, đó là sinh tổng hợp lignin. Ở 30 ngày sau khi chủng, những phản ứng muộn bao gồm các gen liên quan đến ROS (reactive oxygen species) và antioxidants, thông qua hoạt tính của hệ men cytochrome P450 enzyme. Điều này giải thích được điều tiết kiểu “up” của Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPK3,18) và những yếu tố phiên mã TFs bao gồm protein WRKY40,60,70 và Ethylene Response Factor 1 (ERF1), được biết kích thích biểu hiện các gen đích mã hóa protein PR1  (pathogenesis-related proteins) và tăng cường cơ chế tự vệ của cây. Kết quả nghiên cứu làm tăng sự hiểu biết về tiến trình nhiễm BabMV, cho phép người ta phát triển chiến lược nghiên cứu hiệu quả hơn về kiểm soát bệnh siêu vi trên đu đủ.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40425527/

Chỉnh sửa gen ZmPL1 nhờ hệ thống CRISPR-Cas9 cải tiến tính trạng chống chịu khô hạn của cây bắp

Nguồn: Chunlai Wang, Yangyang Zhou, Yimeng Wang, Peng Jiao, Siyan Liu, Shuyang Guan, Yiyong Ma. 2025. CRISPR-Cas9-mediated editing of ZmPL1 gene improves tolerance to drought stress in maize. GM Crops Food; 2025 Dec; 16(1):1-16. doi: 10.1080/21645698.2024.2448869. 

Bắp (Zea mays L.) là cây lương thực được trồng rộng khắp trên thế giới. Khô hạn ảnh hưởng nghiêm trọng đến tăng trưởng và phát triển của cây bắp, gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng đến năng suất. Vào gia đoạn ban đầu, nhóm nghiên cứu này đã thực hiện phân tích transcriptome sequencing trên dòng bắp cận giao kháng hạn H8186 và sàng lọc di truyền tìm một gen biểu hiện điều tiết “down”, Phylloplanin-like (ZmPL1). Gen ZmPL1 biểu hiện được người ta phân tích dưới điều kiện thử nghiệm nhiều stress phi sinh học khác nhau, kết quả là gen này bị ảnh hưởng rất lớn bởi khô hạn. Phân tích “subcellular localization” cho thấy sản phẩm protein của gen định vị ở màng tế bào. Muốn làm rõ vai trò của gen ZmPL1 trong xử lý stress khô hạn, tác giả cho biểu hiện mạnh mẽ gen ZmPL1 trong nấm men (yeast) và thấy rằng biểu hiện của ZmPL1 có thể tăng đáng kể ở nấm men nhạy cảm với hạn hán. Tiếp theo, cây bắn transgenic ZmPL1 được thu thập thông qua mô sẹo có xử lý nhờ chuyển nạp gián tiếp qua vi khuẩn Agrobacterium. Trong điều kiện stress khô hạn, người ta so sánh với các dòng bắp biểu hiện gen đích mạnh mẽ,  dòng bắp có chỉnh sử gen biểu biện tỷ lệ nẩy màm rất cao và tỷ lệ cây bắp non sống sót cao hơn đối chứng, tích tụ hàm lượng thấp hơn MDA, độ dẫn tương đối (relative conductivity) và ROS, hoạt tính men antioxidant cao; các mức độ biểu hiện của gen liên quan đến stress và gen liên quan đến ROS đều tăng có ý nghĩa. Thử nghiệm ngoại sinh chất ABA trên mỗi dòng bắp khi xử lý stress khô hạn đều cho thấy thiệt hại tiết giảm nhiều trên dòng bắp có gen ZmPL biểu hiện mạnh mẽ. Tóm lại, ZmPL1 điều tiết tiêu cực tính chịu khô hạntrong cây bắp.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39819332/

Cân bằng giữa glycitein và glyceollins được thực hiện nhờ isoflavone 6-hydroxylase liên quan đến tính kháng của cây đậu nành với Phytophthora sojae

Qilin Yang, Yining Wang, Xindan Xu, Jia Yuan, Fengxia Zhang, Hao Qin, Shihao Li, Jianxu Li, Hao Lin, Lei Li, Zhixi Tian, and Guodong Wang. 2025. A balance between glycitein and glyceollins governed by isoflavone 6-hydroxylase confers soybean resistance to Phytophthora sojae.  PNAS; December 11 2025; 122 (50) e2525627122; https://doi.org/10.1073/pnas.2525627122

Trong nghiên cứu này, người ta xác định được GmIF6H1 (Glyma.11g108300) là một gen chủ lực trong sinh tổng hợp glycitein của cây đậu nành, xúc tác daidzein 6-hydroxylation hơn là liquiritigenin  mà trước đây được giả định. Sự nhiễm bệnh của nấm Phytophthora sojae đã kích thích sự phóng thích glycitein, tuy nhiên cả việc knockout và cho biểu hiện mạnh mẽ gen GmIF6H1 đều làm tăng sự nhiễm bệnh của đậu nành, nhấn mạnh sự cần thiết của điều tiết chính xác (precise regulation). Người ta nhấn mạnh thêm một chiến lược phòng thủ bổ sung trên cơ sở daidzein của đậu nành: glycitein-type isoflavonoids (thông qua daidzein 6-hydroxylation) như phytoanticipins và glyceollins (thông qua daidzein 2’-hydroxylation) như phytoalexins. Kết quả không những làm rõ nguồn gốc của sinh tổng hợp glycitein mà còn nhấn mạnh sự đóng góp cần thiết của tính kháng bệnh trong đậu nành.

Isoflavonoids, chủ yếu được tìm thấy trong cây học Đậu, chuyên biệt với những chất biến dưỡng có đặc điểm antioxidant, nhờ đó mà có lợi trong cả hai đối tượng: khả năng phục hồi của cây và sức khỏe con người. Sử dụng phương pháp mGWAS (metabolic genome-wide association studies), người ta xác định được gen cytochrome P450 (Glyma.11g108300), GmIF6H1, như một yếu tố quyết định trong sinh tổng hợp glycitein của cây đậu nành [Glycine max (L.) Merr.]. Xét nghiệm hóa sinh kết hợp với phương pháp planta stable-isotope tracing cho thấy GmIF6H1 có chức năng xúc tác 6-hydroxylation of daidzein, thiết lập một con đường sinh tổng hợp chủ yếu và chưa từng được biết trước đây đối với glycitein. Một amino acid được thay vào trong protein GmIF6H1 làm suy giảm glycitein-type isoflavonoids trong quá trình thuần hóa. Khi có sự xâm nhiễm của Phytophthora sojae, (malonyl) glycitins diễn ra tiến trình deglycosyl hóa khá ổn định để phóng thích ra glycitein aglycone, biểu hiện vai trò phòng thủ của nó. Đáng chú ý, cả hai alen đột biến kiểu loss-of-fuction và gain-of-function đều làm tăng tính nhiễm bệnh do nấm P. sojae, như vậy, có sự điều chỉnh rất tinh tế trong biểu hiện gen GmIF6H1; điều này vô cùng cần thiết tạo ra tính kháng hiệu quả. Phổ biểu hiện biến dưỡng cho thấy chiến lược phòng vệ bổ sung với trọng tâm là daidzein: chức năng của glycitein-type isoflavonoids (thông qua daidzein 6-hydroxylation) như phytoanticipins, trong khi đó, glyceollins (thông qua daidzein 2’-hydroxylation) hoạt động như phytoalexins mang tính kích hoạt. Do vậy, kết quả này làm rõ được nguồn gốc sinh tổng hợp của glycitein và nhấn mạnh hoạt động hiệp đồng của glycitein và glyceollins trong tính kháng nấm gây bệnh, tạo cơ hội để thao tác di truyền chọn giống đậu nành cao sản chống chịu bệnh.

Xem: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2525627122

Chu trình sinh tổng hợp isoflavonoid của cây đậu nành.