Tương tác nhân - tế bào chất ở cây có múi không hạt

Các quan sát hình thái về sự phát triển của hoa và phân lập các loại tế bào và cơ quan nhị hoa ở HBP và G1 + HBP bằng cách sử dụng vi phẫu laser. Nguồn:(Horticultural Research.

Tính bất dục đực rất quan trọng đối với nhân giống cây có múi không hạt. Giai đoạn non kéo dài và đa phôi dẫn đến hiệu quả thấp của chọn tạo giống lai trên cây có múi. Nhóm nghiên cứu cây có múi tại Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về đổi mới tế bào mầm và sử dụng cây trồng làm vườn tại Đại học Nông nghiệp Huazhong (HZAU) đã làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật tế bào và cải tiến gen hơn 30 năm. Nhóm nghiên cứu đã tái sinh thành công các dòng có múi (cam quýt) không hạt bao gồm G1+HBP và G1+STY thông qua dung hợp tế bào sinh dưỡng. Phương pháp này chuyển ty thể của quýt Satsuma (G1), một giống đực bất dục tế bào chất (CMS), sang giống bưởi có hạt (HBP, STY), giúp rút ngắn chu kỳ nhân giống trong ít nhất 20 năm.

Bộ gen ti thể của cam quýt (G1 + HBP) là từ bố mẹ mô sẹo CMS "Guoqing No. 1" quýt Satsuma (G1), trong khi bộ gen nhân và lục lạp của G1 + HBP là từ bố mẹ chất diệp lục hình thành bưởi Hirado Buntan (HBP). Cây của G1+HBP giống với HBP, cả hình dáng và hương vị của quả, trong khi G1+HBP thể hiện tính bất thụ đực điển hình bao gồm cánh hoa và nhị hoa bị thoái hóa và phấn hoa bị rụng, dẫn đến quả không hạt.

Sự tương tác của ty thể từ hạt nhân G1 và cha mẹ CMS từ HBP có thể góp phần gây ra tình trạng bất dục đực của G1 + HBP. Các gen ứng cử viên bất dục đực của cybrid đã được xác định bằng cách sử dụng phân tích so sánh omics và bộ gen của ty thể, trong khi mô hình tương tác của ty thể và hạt nhân trong cybrid này vẫn chưa được biết.

Kết quả này đã được công bố trên tạp chí Horticulture Research, có tiêu đề "Hồ sơ không gian thời gian của hoạt động gen trong nhị hoa mô tả tương tác nhân - tế bào chất trong một loại cây có múi soma tế bào đực bất thụ".

Trong nghiên cứu này, cơ quan nhị hoa và các loại tế bào ở năm giai đoạn quan trọng đã được xác nhận bằng cách quan sát hình thái học và được thu thập bằng cách sử dụng phương pháp vi phẫu laser. Sự biểu hiện không gian - thời gian của các gen trong nhị hoa của cây có múi được mô tả bằng RNA-Seq.

Nghiên cứu này đã xác định các gen biểu hiện khác nhau (DEG) liên quan đến sự phát triển của nhị hoa ở nhị nguyên thủy, tế bào cơ thể và tiểu bào tử của G1+HBP. Các gen mô hình ABCE đã được phân tích một cách có hệ thống và gen lớp B CgAP3.2, một gen tương đồng AP3 mới được xác định ở cây có múi, đã được chọn làm gen ứng cử viên liên quan đến sự phát triển của nhị hoa, theo biểu hiện gen và xét nghiệm tương tác protein.

Rối loạn chức năng của ty thể trong G1 + HBP đã được làm sáng tỏ và các tương tác nhân - tế bào chất được đề xuất dựa trên phân tích làm giàu GO của DEG, đo lường hormone và hàm lượng chuyển hóa chính của nụ hoa. Trong nhị nguyên thủy của G1+HBP, quá trình chuyển hóa axit jasmonic (JA) và auxin (IAA) bị gián đoạn. Ngoài ra, kiểu biểu hiện của DEG liên quan đến quá trình chuyển hóa JA, quá trình quang hợp và chu trình axit tricarboxylic (TCA) là nhất quán.

Ty thể ngoại sinh có thể trực tiếp phá vỡ quá trình chuyển hóa IAA và gián tiếp ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa JA thông qua quá trình quang hợp bất thường trong lục lạp, cùng nhau làm thay đổi biểu hiện của các gen liên quan đến sự phát triển của nhị nguyên thủy. Các thành phần tế bào liên quan đến hô hấp và ty thể đã bị phá vỡ trong các tế bào trung mô của G1 + HBP, và quá trình chuyển hóa nucleobase của ty thể đã bị gián đoạn trong các vi bào tử của G1 + HBP, điều này cùng nhau chỉ ra rằng rối loạn chức năng của ty thể có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của giảm phân và vi bào tử và dẫn đến thui phấn hoa.

Nghiên cứu này đề xuất một mạng lưới tương tác nhân - tế bào chất tiềm năng trong nhị hoa của cây có múi, hỗ trợ cơ chế tiết lộ tính bất thụ đực tế bào chất ở cây có múi.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org