Tuần tin khoa học 986 (30/3 - 5/4/2026)

Pangenome tham chiếu của cây cao lương cải tiến được khả năng tìm thấy tính trạng cây trồng toàn thế giới

Nguồn: Geoffrey P. Morris, Avril M. Harder, Adam L. Healey, Chloee M. McLaughlin, Joanna L. Rifkin, Clara Cruet-Burgos, Jerry W. Jenkins, Shengqiang Shu, John J. Spiekerman, Carl J. VanGessel, Erica Agnew, Alain Audebert, Kerrie Barry, Ivan Baxter, Gregory Beurier, Lori Beth Boston, Richard E. Boyles, Siobhan M. Brady, Victoria Bunting, Jacqueline M. Chaparro, Chaney Courtney, Joseph Sékou B. Dembele, Santosh Deshpande, Cyril Diatta, …John T. Lovell. 2026. A sorghum pangenome reference improves global crop trait discovery. Nature 2026; Published on-line: 11 March 2026

Cho dù cách mạng xanh đã làm thích nghi một số ít cây trồng với nông nghiệp thâm canh công nghiệp hóa đồng nhất, nhưng phần lớn quần thể trên thế giới này vẫn còn phụ thuộc vào sản xuất có tính chất địa phương của nhiều giống cây trồng khác nhau bởi nông dân nhỏ vốn đầu tư thấp. Tính đa dạng như vậy của cây trồng không đồng nhất, như cây trồng cho hạt và cho năng lượng sinh học như cây cao lương, cung cấp nguyên liệu theo hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gain) và trình độ cải tiến giống. Tuy vậy, các nỗ lực lai tạo giống có thể bị hạn chế bởi các tính trạng chuyên biệt cao và mục tiêu chọn giống.Ở đây, để kết nối sự đa dạng này, người ta đã thiết kết một công cụ tham chiếu pangenome “33 thành viên” và một tập đoàn giống đa dạng với 1,984 giống cao lương trồng trọt và giống bản địa. Người ta đã tận dụng những vật liệu nguồn này để khai thác tương tác phức tạp trong ngẫu nghiên lịch sử, tính thích nghi liên tục và tính đa dạng về cấu trúc chưa được định tính trước đó. Đặc biệt, kết quả phân tích chưng minh một cách thuyết phục là có nhiều biến thể cấu trúc lồng ghép nhau và phân kỳ sâu sắc trong tiến trình thuần hóa gen SHATTERING1, gen này phân biệt nguồn gốc đa trung tâm của cây cao lương. Người ta ứng dụng genomics của giống bản địa để tìm ra dòng chảy của gen và sự tiếp cận thức cấp đã sáng tạo nên tình trạng trộn lẫn nền di truyền vô cùng phức tạp trong cải tiến giống cùng đồng thời diễn ra. Nhằm chứng minh tính khả thi của đặc điểm “tính trạng tiếp cận pangenome”, người ta kết nối biến thiên kiến trúc của chùm gen có tính sinh tổng hợp đến sự tập trung kiểu hình lá của “cyanogenic glucoside dhurrin”. Tổng hợp lại, phương pháp tiếp cận này sẽ thúc đẩy nội dung chọn tạo giống và tìm ra tính trạng mục tiêu, cung cấp một khuôn khổ ứng dụng tương tự với giống cây trồng khác.

Xem https://www.nature.com/articles/s41586-026-10229-9

Tiếp cận đa dạng sinh học thông qua pangenomics

Nguồn: Tessa R. MacNish, Venkataramana Kopalli, Silvia F. Zanini, Rod J. Snowdon, Agnieszka A. Golicz & David Edwards. 2026. Accessing crop genetic diversity via pangenomics. TAG; March 13 2026; vol. 139; article 96

Với sự chính xác gia tăng và giá phân tích giảm trong công nghệ giải mã trình tự gen, mức độ biến dị về cấu trúc (SV: structural variation) và tầm quan trọng của nó trong các loài cây trồng trở nên rõ ràng hơn. SVs ví dụ như chèn đoạn, mất đoạn, đảo đoạn đều có liên quan đến biến dị di truyền của những tính trạng nông học quan trọng và tính đa dạng của loài cây trồng. Pangenomes nhắm đích đến là  xác định được đa dạng di truyền của loài, quần thể hoặc chi (genus), bởi kết hợp được hệ gen của nhiều cá thể. Đa dạng di truyền bổ sung đặc trưng bởi pangenome so sánh với  genome tham chiếu đơn có thể giúp mối gắn kết giữa biến dị với tính trạng và giúp cho sự cải tiến giống thuận lợi. Pangenomes ở mức độ “genus” (chi) đặc trưng cho các loài cây trồng cũng như các loài hoang dại có gần gủi di truyền huyết thống đề được sử dụng để xác định và du nhập nguồn vật liệu di truyền mới gắn với tính trạng nông học quan trọng của cây trồng. Pangenomes có thể giúp cải tiến giống cây trồng thông qua cái gọi là PAB (pangenome assisted breeding: chọn giống nhờ pangenome) và chỉnh sửa hệ gen (genome editing). PAB là một thích nghi của “marker assisted breeding”, chọn giống nhờ marker phân tử gắn liền với markers dựa theo pangenome (pangenome-based markers), bao gồm  chỉ thị SNPs và SVs (mức độ biến dị về cấu trúc), với một tính trạng đặc biệt nào đó. Chỉnh sửa hệ gen có thể dùng hệ thống CRISPR/Cas9 hoặc công cụ tương tự để du nhập hoặc thay đổi biểu hiện của SVs quan trọng về nông học. Pan-epigenomics (pan của di truyền biểu sinh) là lĩnh vực mới có thể bổ sung cho các nghiên cứu pangenomics bằng cách xác định cải biên của di truyền biểu sinh ví dụ methyl hóa DNA, cải biên histone, khả năng tiếp cận chromatin, đây là những chức năng quan trọng trong điều tiết sự biểu hiện gen và góp phần vào kết qua đa dạng giữa các loài và góp phần vào cải tiến tính trạng quan trọng về nông học. Tác giả nhấn mạnh thành tựu của pangenomics cây trồng cũng như ứng dụng trong cải tiến giống.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05201-0

Hình: Quy trình ứng dụng pangenomes phục vụ cải tiến giống cây trồng

Cải biên di truyền biểu sinh điều tiết tính trạng kéo dài “peg” và tạo quả đậu phụng dưới đất khi cây phản ứng với tín hiệu môi trường

Nguồn: Yohannes Gelaye, Huaiyong Luo. 2026. Epigenetic modifications regulate peg elongation and underground fruiting in peanut in response to environmental cues. Plant Genome; 2026 Mar; 19(1):e70202. doi: 10.1002/tpg2.70202.

Sự điều tiết của di truyền biểu sinh đóng vai trò quan trọng trong tính trạng tổng hợp của đậu phụng (Arachis hypogaea L.): tính trạng “fruit pegging” (chốt tạo quả), một tiến trình phát triển độc đáo, trong đó, chuyển tiếp trứng thụ tinh từ tăng trưởng trên không khí xuống dưới đất để hình thành vỏ quả đậu phụng. Bài tổng quan nay tóm lược minh chứng hiện nay chứng tỏ có sự tương tác rất tích cực trong giai đoạn methyl hóa DNA, cải biên histone, và lô trình qua trung gian của phân tử RNA nhỏ điều khiển tính trạng kéo dài “peg” (đâm tia xuống đất), tăng trưởng theo hướng, và tượng vỏ quả thành công của Arachis hypogaea L. Nghiên cứu hệ thống methylome và transcriptomic cho thấy: mrthyl hóa DNA đặc hiệu và histone nghịch đảo đánh dấu chức năng đóng mở trạng thái điều tiết, điều này tích hợp được các tín hiệu môi trường như ánh sáng, trọng lực, nhiệt độ, điều kiện đất với lập trình biểu hiện của gen có tính chất phát triển. Tăng hoạt trạng thái chromatin làm tăng cường sự phân bào và chu trình phản ứng với hormone khi tính trạng đâm tia kéo dài ra (peg elongation), trong khi, những dấu hiệu ức chế và methyl hóa DNA ảnh hưởng trực tiếp RNA duy trì độ ổn định của hệ gen và ngăn ngừa sự phân hóa chức năng quá sớm. Tương tác giữa các regulators biểu sinh và hệ thống hormone, đặc biệt là truyền tín hiệu của auxin, ethylene, tạo ra một cơ chế mang tính bảo tồn thực hiện “fine-tuning” (điều chỉnh cực kỳ tinh tế) phân hóa chức năng tế bào và sự đâm tia khi chúng xâm nhập vô trong đất. Các phân tử RNAs nhỏ đóng góp vào hệ thống điều tiết nhờ mô hình hóa được yếu tố phiên mã (TFs) chủ chốt và các thành phần của truyền tín hiệu ở hâu phiên mã và ở mức độ di truyền biểu sinh. Quan trọng, những phân tích có tính so sánh ấy với nhiều kiểu gen và nhiều điều kiện gây stress khác nhau, cho thấy: có vài cải biên của di truyền biểu sinh có tính chất năng động, trong khi, những cái khác biểu hiện tính ổn định với hệ số di truyền trong khả năng cho phép, như vậy, có liên quan trong cải tiến giống. Bài tổng quan này  kết luận: cơ chế di truyền biểu sinh hình thành nên một hệ thống điều tiết có tính chất tích hợp gắn liền với môi trường với sự co dãn có tính chất phát triển trong tính trạng đâm tia hình thành quả đậu phụng, cho chúng ta cơ hội mới đầy triển vọng để khai thác biến dị di truyền biểu sinh nhằm cải tiến năng suất tăng ổn định, chịu đựng tốt với stress, chiến lược cải tiến giống đậu phụ thích nghi với biến đổi khí hậu.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41669967/

Sự liên quan cơ động giữa nước và hiện tượng splicing thay thế của đậu cô ve khi bị khô hạn kéo dài và khả năng hồi phục

Nguồn: Xubo Ke, Xinyue Gu, Jia Yao, Zhihan Jiang, Arun Kumar Pandey, Min Xu & Pei Xu. 2026. Dynamic water relations and alternative splicing in common bean under progressive soil drought and recovery.Theoretical and Applied Genetics; March 14 2026; vol. 139; article 97

Khô hạn làm cho hiện tượng “splicing thay thế” trong phiên mã trở nên phổ biến của hệ gen cây đậu cô ve, có xu hướng lưu giữ intron, tìm thêm nhiều gen phản ứng khô hạn và đặt nền tảng lý luận về mạng lưới phân tử giải mã di truyền, cải tiến giống cao sản chịu hạn tốt.

Thuật ngữ “alternative splicing” (AS: splicing thay thế trong phiên mã), là cơ chế điều tiết hậu phiên mã, đóng vai trò then chốt trong điều tiết cây trồng chịu được stress nhờ đa dạng hóa hệ thống transcriptomes và hệ thống proteomes hiệu quả. Dù cho nó có vai trò tư liệu hóa tốt trong loài cây trồng mô hình, nhưng động lực của AS do khô hạn và sự liên quan về chức năng của đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) vẫn chưa được khai thác rộng rải. Khắc pphu5c lổ hổng về kiến thức này, người ta tiếp cận phượng pháp tích hợp bao gồm đánh giá kiểu hình tính trạng sinh lý, chạy trình tự bằng PacBio Isoform Sequencing (Iso-seq) phân giải cao, và Illumina RNA-Seq để định tính một cách hệ thống mối quan hệ nước và toàn bộ AS  trên lá đậu cô ve trong nghiệm thức đất bị khô hạn kéo dài (nhẹ, trung bình, nặng) và kết quả hồi phục sau đó. Kết quả phân tích cho thấy, qua tất cả điều kiện, chỉ số “intron retention” (IR: giữ intron) nổi lên như loại hình AS chiếm ưu thế, đóng góp ~ 90% tất cả sự kiện, theo sau là  loại hình A3SS (alternative 3’ splice sites), A5SS (alternative 5’ splice sites), và loại hình ES (exon skipping). Tác giả phát hiện có 312, 601, và 492 gen DAGs (differentially alternative spliced genes: gen splicing thay thế rất chuyên biệt) đối với khô hạn nhẹ, trung bình, và nặng, theo thứ tự. Nghiên cứu này không những cung cấp bức tranh toàn cảnh về điều tiết AS của đậu cô ve chịu hạn, mà còn làm nền tảng để giải mã hệ thống phân tử qua trung gian AS thích nghi với khô hạn. Cơ sở dữ liệu tổng hợp có vai trò cung cấp nguồn tư liệu giá trị cho chú thích di truyền (annotation) và dự đoán chính xác chiến lược cải tiến giống cây họ đậu chịu hạn.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05208-7