Tuần tin khoa học 987 (6-12/4/2026)
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và dự đoán tích hợp gen x môi trường phục vụ chọn giống mía thông minh
Nguồn: Dongdong Wang, Jiatong Zheng, Heyang Shang, Jianning Liu, Li-Zhi Gao, Jian Ye, Surendra Sarsaiya, Jisen Zhang. 2026. Leveraging AI and integrated genomic-environmic prediction for intelligent sugarcane breeding. Plant Commun.; 2026 Mar 17: 101822. doi: 10.1016/j.xplc.2026.101822. Online ahead of print.
Cải tiến giống mía theo truyền thống, chủ yếu dựa vào chọn kiểu hình, đang được chuyển hướng sang hiện đại nhờ công cụ hệ genome học. Tuy nhiên, hệ gen của cây trồng đa bội thể ấy av2 tương tác giữa kiểu gen với môi trường (G×E) đặt ra nhiều thách thức mà các mô phỏng toán cổ điển không thể giải quyết thỏa đáng. Trong khi, hệ thống iGEP (Integrated Genomic-Environmic Prediction: dự đoán tích hợp bởi kiểu gen và môi trường) cung cấp được một hướng khả thi phía trước, việc ứng dụng của nó đối với loài cây trồng phức tạp như mía đường rất cần sự phát triển có chiều sâu. Bài tổng quan này cung cấp lột trình toàn diện đầu tiên về thực hành iGEP cho cây mía đường, nhấn mạnh có tính hệ thống những trở ngại có tính chất độc đáo của nó, tổng hợp một khung tính toán "Ba mô hình" được thiết kế riêng (di truyền, môi trường, kiểu hình) để giải mã theo lượng của alen đa bội, định lượng các yếu tố tác động môi trường có độ phân giải cao thông qua thiết kế môi trường đồng nhất (isoenvironment design), dự đoán hiệu suất dòng vô tính. Bên cạnh, tác giả chi tiết hóa sự phát triển rộng của AI và những mô phỏng iGEP khai thác sinh sản giống vô tính, tối ưu hóa được việc chọn lọc đa tính trạng, khắc phục được động thái tái sinh chồi gốc (ratoon). Cuối cùng, tác giả giới thiệu một lộ trình từng bước xây dựng AI, vạch ra lộ trình chuyển đổi từ số hóa đến thiết kế có tính tổng hợp. Bằng cách kết hợp phân tích dự đoán tiên tiến với ngành sinh học đặc thù cho cây mía, công trình khoa học này xây dựng nên một mô hình mới nhằn thúc đẩy nhanh hiệu quả chọn lọc (GA: genetic gain) của cây trồng này, có được một chiến lược mang tính chuyển đổi đối với các loài khác có hệ gen phúc tạp như mía đường.
Khả năng cảm nhận vị giác của vòi đẻ trứng làm ruồi mẹ tránh tiếp xúc với hesperidin để bảo vệ ấu trùng non trong ruồi đục trái
Nguồn: Bao Dong, Yuanyuan Peng, Ruohan Kou, Hongfei Li, Fu Cao, Xinyu Lan, Jinjun Wang, and Hongbo Jiang. 2026. Gustatory sensing by ovipositor drives maternal avoidance of hesperidin to benefit the offspring in a major agricultural fly pest. PNAS; March 17 2026; 123 (12) e2526937123; https://doi.org/10.1073/pnas.2526937123
Hình: Bactrocera dorsalis đục trái xoài
Ruồi cái lựa chọn nơi cách đẻ trứng sao cho cân bằng giữa sở thích cá nhân và nhu cầu của sâu non ra đời. Ruồi cái đục trái cây ở phương đông lại thích đẻ trên trái xoài chưa chín, xoài này kém dưỡng chất hơn trái chín cây, cơ sở của tập tính ấy vẫn chưa được biết rõ. Người ta chỉ ra rằng sự lựa chọn như vậy bởi một hợp chất thực vật, flavonoid hesperidin, chất này tích tụ khi trái chín và trực tiếp gây hại cho giòi. Ruồi cái tìm thấy hesperidin thông qua thụ thể có vị giác (gustatory receptor) trên ống đẻ trứng, sự tìm thấy như vậy dẫn đến kết quả chúng tránh né việc đẻ trứng trên trái xoài chín có nhiều chất hesperidin. Phát hiện lộ ra sự bất ngờ đối với cảm biến buồng trứng (ovipositor sensors) trong quá trình quyết định đẻ trứng của ruồi mẹ và gợi ra những lộ trình độc đáo để dự đoán và thao tác hành vi đẻ trứng của côn trùng trong qua phản ứng hóa học trái cây.
Ruồi cái đục quả phương đông (Bactrocera dorsalis) đẻ trứng nhiều hơn ở những trái chưa chín, cho dù giá trị dinh dưỡng có thấp hơn so với trái chín, nhưng tín hiệu cảm giác thúc đẩy việc lựa chọn địa điểm trái ngược như vậy vẫn chưa được xác định. Ở đây, người ta sử dụng ruồi đục trái phương đông trong hệ thống tương tác ruồi đục trái và cây xoài, tác giả xác định đượcmột hợp chất “flavonoid” đặc biệt, có tên là hesperidin, như một tín hiệu né tránh chủ yếu, làm cho ruồi chọn lựa đúng vị trí đẻ của chúng. Hesperidin tích tụ trong trái xoài chín, nồng độ cao của hợp chất này làm ức chế cả sự tăng trưởng của giòi và ruồi trưởng thành. Như vậy hesperidin càng tích tụ cao càng gây ra tác động có hại trực tiếp cho giòi B. dorsalis trong trái xoài chín. Thú vị là, người ta tìm thấy ruồi cái B. dorsalis cảm nhận được hesperidin thông qua các giác quan vị giác trên ống dẫn trứng (ovipositor). Gen BdorGr28b biểu hiện mạnh mẽ ở ống dẫn trứng, tác giả còn tìm ra lượng protein tương ứng là thụ thể chủ yếu của hesperidin. Kết quả chứng tỏ rằng cảm quan vị giác thông qua ống dẫn trứng dẫn đến hành vi tránh né của ruồi cái đối với hesperidin nhằm tạo thuận lợt nhất cho ấu trùng sinh ra của B. dorsalis. Đây là luận cứ khoa học về lựa chọn vị trí đẻ trứng thích hợp loài loài côn trùng này.
Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2526937123
Hình: Tính trạng ưa thích đẻ trứng của ruồi B. dorsalis trên trái xoài ở giai đoạn chín khác nhau.
Gen TOF11 đột biến kiểu “loss-of-function” điều khiển tính trạng trổ bông và chín trái đậu nành, làm tăng hàm lượng amino acid tự do ở giai đoạn đậu hạt và cải tiến phẩm chất ngon
Nguồn: Naohiro Shioya, Haruki Abe, Atsuko Miyagi, Hideki Murayama, Yui Tobita, Yoshiki Kawaguchi, Shunsuke Adachi, Akito Kaga, Eri Ogiso-Tanaka & Tomoki Hoshino. 2026. Theoretical and Applied Genetics; March 24 2026; vol. 139; article 106.
Người ta lập bản đồ di truyền QTLs của tính trạng FAAs trong hạt đậu nành, xác định TOF11 là gen đích. Đột biến của TOF11 loss-of-function thúc đẩy tính trạng trổ bông, chín hạt và tăng FAAs trong giai đoạn đậu nành non
Hàm lượng FAA (free amino acid) trong giai đoạn hạt đậu nành non là một đặc điểm của vị ngọt và vị umami đậu nành; tuy nhiên, điều tiết di truyền ra làm sao vẫn còn chưa rõ ràng. Do vậy, tác giả tiến hành làm rõ cơ sở di truyền của tính trạng tích lũy hàm lượng amino acid tự do (FAA), xác định QTLs chủ lực và gen đích. Người ta phát triển quần thế con lai cận giao tái tổ hợp (RILs) từ tổ hợp lai giữa giống đậu nành Nhật Enrei (FAA thấp) và giống bản địa Nhật “edamame Shirayama” (FAA cao). Quần thể con lai được thử nghiệm cho thấy có ba QTLs chủ lực điều khiển tính trạng tích tụ FAA (qAAD6, qAAD11_1, và qAAD11_2). qAAD11_1 cùng định vị với qDFD11, một QTL điểu khiển thời gian trổ. Áp dụng phương pháp phân tích đa hình trên cơ sở “Whole-genome resequencing”, tác giả thấy có năm gen ứng cử viên trong quãng phân tử chứa qDFD11, ở trong đó, PRR3a/TOF11 được phân lập như gen đích đối với qDFD11. So sánh với alen nguyên thủy (wild-type), các alen đột biến kiểu “loss-of-function” của TOF11 và alen đồng dạng TOF12, dẫn xuất từ một đột biến và một dòng gần như đẳng gen (near-isogenic line) với nền di truyền giống đậu nành Enrei, theo thứ tự, cả hai cho kết quả trổ sớm hơn, chín sớm hơn, cũng như tích tụ cao hơn hàm lượng FAA trong hạt đậu nành. Kết quả chứng minh TOF11 là gen đích của qAAD11_1. Tác giả thực hiện phân tích QTL sau khi cố định kiểu gen qAAD11_1 và phân lập gen qAAD11_2, nó liên kết chặt chẽ với qAAD11_1. Vì alen của Shirayama ở vị trí TOF11 và alen của Enrei ở vị trí qAAD11_2 làm tăng sự tích tụ hàm lượng FAA, làm dức gãy liên kết thông qua MAS (marker-assisted selection) rất cần cho nội dung cải tiến giống đậu nành có hàm lượngFAA cao. Kết quả minh chứng TOF11 không những chỉ điều tiết sự trổ bông, sự chín hạt mà còn tích tích lũy hàm lượng FAA ở giai đoạn hạt non. Kết quả cung cấp luận cứ khoa học cho cải tiến giống đậu nành có phẩm chất ngon.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05205-w
Fine-mapping và phân tích gen ứng cử viên qFF3.1 điều khiển tính trạng độ cứng trái của giống cà chua hiện đại
Nguồn: Yunhao Han, Xin Li, Can Zhu, Yonglian Wang, Junling Hu, Shumin He, Saifeng Guo, Xiaoxiao Lu, Chunyang Pan, Zejun Huang, Yanmei Guo, Xiaoxuan Wang, Yongchen Du, Lin Yang, Junming Li & Lei Liu. 2026. Fine-mapping and candidate gene analysis of qFF3.1 conferring fruit firmness in a modern tomato variety. Theoretical an Applied Genetics; March 27 2026; vol. 139; article 110
Độ cứng của trái cà chua là một định tính quan trọng cho phẩm chất sau thu hoạch, cách lưu trữ, thời hạn sử dụng, và giá trị thị trường. Trong khi nghiên cứu trước đây tập trung vào cà chua hoang dã hoặc cổ truyền, cơ sở di truyền của tính trạng này trong dòng lai ưu việt chưa được biết đầy đủ. Theo kết quả nghiên cứu, kiến trúc di truyền đã được phân tích đối với tính trạng độ cứng trái trong quần thể con lai cận giao tái tổ hợp (RIL) của cặp lai giữa dòng cận giao hiện đại CF-1 với giống truyền thống Moneymaker. Bản đồ QTL cho thấy có 3 loci điều khiển tính trạng này trên nhiễm sắc thể 3, 4, và 5. Ảnh hưởng QTL chính qFF3.1 trên nhiễm sắc thể 3 giải thích dược 11,10% biến thiên kiểu hình và được xác định thông qua phương pháp BSA-seq (bulked segregant analysis). “Fine-mapping” quần thể con lai F2:3 cho thấy qFF3.1 ở quãng có độ lớn phân tử 111 kb bao gồm 26 mô phỏng gen dự đoán. Kết hợp phân tích “functional annotations” (chu thích di truyền chức năng) và cơ sở dữ liệu RNA-seq của dòng con lai NILs (near-isogenic lines), ngươi ta ưu tiên hóa 6 gen ứng cử viên điều khiển tính trạng phát triển thành tế bào và phản ứng ethylene, 4 gen biểu hiện khác biệt qua các giai đoạn chín trái cà chua. Như vậy, qFF3.1 là QTL có ảnh hưởng chính đầu tiên đối với tính trạng quả cứng được phân lập trong dòng cà chua chọn tạo theo hướng cao sản. Kết quả là luận cứ khoa học phân tử về sự điều tiết độ cứng trái cà chua, chiến lược cải tiến giống cà chua có tuổi trái dài hơn và cải thiện những tính trạng sau thu hoạch khác.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-026-05212-x
Số lần xem: 32
