Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN 12 THÁNG 10 ĐẾN 19 THÁNG 10 NĂM 2020

BẢN TIN KHOA HỌC

 

RUBISCO tăng cường quang tổng hợp và tăng trưởng thực vật

 

Nguồn: Laura H. Gunn, Elena Martin Avila, Rosemary Birch, and Spencer M. Whitney. 2020. The dependency of red Rubisco on its cognate activase for enhancing plant photosynthesis and growth. PNAS October 13, 2020 117 (41) 25890-25896.

 

Những yêu cầu đặc biệt của Rubisco để  nó hoạt động như bộ máy có tính chất bioengineering của thực vật, đặc biệt sự biến chuyển thành “red” Rubiscos của tảo (algae), khi có những điều kiện tốt nhất về sự cố dịnh CO2 làm tăng cường quang hợp và tăng trưởng thực vật. Khả năng không tương hợp vét theo tổng thể không kéo dài được kiểu hình màu đỏ của Rubisco của Rhodobacter sphaeroides. Mặc dù nó tiến hóa từ một lineage khác thuộc hệ thống di truyền huyết thống đối với Rubisco thực vật, nhưng sự tổn hợp này cần RsRubisco có trong lục lạp giống như trong vi khuẩn Escherichia coli. Sự đồng biểu hiện của men activase Rubisco cùng nguồn gốc đã làm tăng hoạt RsRubisco và cải tiến hoạt động quang hợp thực vật cũng như sự tăng trưởng. RsRubisco cung cấp khung giá mang những protein trong kỹ thuật bioengineering red Rubisco của vi khuẩn E. coli và thực vật – rất cần để tối ư hóa sự biểu hiện RsRubisco trong lục lạp và sửa lỗi mang tính chất dị hóa (catalytic repair). Quang tổng hợp thực vật và tăng trưởng thường bị hạn chế bởi hoạt động cố định CO2  của enzyme Rubisco. Tính chất đa dạng cơ học của Rubisco trong tự nhiên song hành bởi những khác biệt của thành phần protein và tính tương hợp của protein có tính chất lệ thuộc (ancillary proteins), rất cần cho sự gập cuộn (folding), sự hợp nhất (assembly), và sự điều tiết mang tính chất biến dưỡng (metabolic regulation). Sự biến thiên trong gấp cuộn protein cần được xúc tác bởi enzyme red algae Rubisco một cách hiệu quả để ngăn ngừa sản sinh ra trong cây. Người ta thấy sự trở ngại này không kéo dài đối với Rubisco của Rhodobacter sphaeroides (RsRubisco) – một loại hình red-type Rubisco có khả năng hợp nhất trong lục lạp thực vật. Trong những dòng transplastomic tobRsLS biểu hiện một codon tối ưu hóa Rs-rbcLS operon, Phân tử mRNA rất nhiều chiếm gần  25% của phân tử rbcLtranscript RsRubisco chiếm gần 40% của hàm lượng Rubisco của cây thuốc lá wild type. Muốn giảm thiểu trạng thái hoạt động kém của RsRubisco trong  tobRsLS (∼23% vị trí tích cực dưới điều kiện rất nhiều CO2), the sự sửa lỗi có tính chất biến dưỡng protein RsRca (Rs-activase) được du nhập thông qua chuyển nạp gen vào nhân. Sản sinh RsRca trong dòng con của tobRsLS::X khớp với mức độ nội sinh trong cây thuốc lá chuyển gen Rca (∼1 µmol protomer·m2) và tăng cường hoạt tính RsRubisco đến 75% dưới điều kiện tăng trưởng có CO2 (1%, vol/vol). Theo đó, quang tổng hợp và tăng trưởng của các dòng tobRsLS::X đã được cải tiến rất nhiều > hai lần so với tobRsLS. Những dòng cây thuốc lá khác sản sinh ra RsRubisco mang những diatomred algae S-subunits trở thành thể trơ (nonviable) vì sự cố định CO2-fixation (kcatc) bị suy giảm xuống >95%, tỷ lệ CO2/O2 giảm 30–50%.
 
 
Biến dưỡng nitrogen trong lúa mì
 
Nguồn: Xin Liu, Chengmiao Yin, Li Xiang, Weitao Jiang, Shaozhuo Xu& Zhiquan Mao. 2020. Transcription strategies related to photosynthesis and nitrogen metabolism of wheat in response to nitrogen deficiency. BMC Plant BiologyOctober 2020; volume 20(448).

Năng suất cây trồng liên quan chặt đến bán phân đạm. Do đó, giảm phân đạm mà không ảnh hưởng đến năng suất là thách thức lớn cho nhà khoa học. Muốn hiểu được phản ứng biến dưỡng, sinh lý, hình thái học của cây lúa mì (Triticum aestivum) đối với sự thiếu nitrogen, người ta cần phải xác định những gen làm hoạt hóa chu trình truyền tín hiệu khi cây đói đạm.

Người ta thực hiện thí nghiệm thủy canh, trồng lúa mì trong dung dịch dinh dưỡng (N1) và đối chứng không có N (N0). Cây lúa mì trong điều kiện không có N là NDC (nitrogen-deficient conditions) sẽ giảm chiều cao, diện tích lá, thể tích rễ, hiệu suất quang hợp, sinh khối, làm tăng chiều dài rễ, diện tích rễ lan rộng ở bề mặt, tỷ lệ rễ/chồi thân tăng. Như vậy sự thiếu nitrogen làm thay đổi kiểu hình của cây lúa mì. Hơn nữa, Kết quả phân tích còn cho thấy sự khác biệt đáng kể về kiểu hình, transcriptome, chu trình GO, chu trình KEGG của DEGs trong tăng trưởng lúa mì dưới điều kiện nghiệm thức NDC. Điều tiết diễn ra theo kiểu up của họ gen Exp (24), và Nrt (9), chúng làm tăng khả năng hấp thu nitrogen. Sự điều tiết theo kiểu downcủa họ gen  Pet (3), Psb (8), Nar (3), Nir (1) làm ngăn cản quang hợp và biến dưỡng nitrogen. Có 48 gen ứng cử viên được phân lập làm cải thiện quang hợp  và biến dưỡng nitrogen của cây lúa mì, được trồng trong điều kiện NDC.
 
Tổng quan 20 năm nghiên cứu cộng sinh trong nốt rễ đậu nành
 
Nguồn: Sonali RoyWei Liu, Raja Sekhar NandetyAshley CrookKirankumar S MysoreCatalina I PislariuJulia FrugoliRebecca DicksteinMichael K Udvardi. 2020. Celebrating 20 Years of Genetic Discoveries in Legume Nodulation and Symbiotic Nitrogen Fixation (Review). Plant Cell 2020 Jan; 32(1):15-41.  

 

 
Từ 1999, nghiên cứu di truyền ngược (reverse genetics) và xuôi (forward genetics) đã côn bố được 200 gen gắn liền với kết quả cố định đạm do cộng sinh của cây họ đậu  (SNF: symbiotic nitrogen fixation). Điều này đã làm giàu sự hiểu biết của nhân loại về tiến hóa SNF của thực vật và mối tương quan với những endosymbioses khác, sự truyền tín hiệu giữa cây và vi khuẩn cộng sinh, sự kiểm soát của  xâm nhiễm vi khuẩn vào cây chủ, sự điều khiển phân bào trong cây chủ dẫn đến hình thành nhiều nốt rễ, tự điều tiết của hình thành nốt rễ sao cho hợp lý, sự thích nghi của tế bào với tế bào, trạng thái bảo hòa ô xi ở nốt rễ (nodule oxygen homeostasis), điều khiển sự phân hóa chức năng của vi khuẩn, biến dưỡng và vận chuyển hỗ trợ cho cộng sinh, điều khiển tính hóa già của nốt rễ (nodule senescence). Tổng quan liệt kế tất cả các gen của cây trồng rất cần thiết cho SNF của hai loài cây đậu, cỏ ba là Medicago truncatula và cây Lotus japonicus, cộng thêm 2 loài cây trồng là  đậu nành Glycine max (soybean) và đậu cô ve Phaseolus vulgaris . Tổng quan còn tóm lược bản chất di truyền của SNF và kỷ nguyên pan-genomics cũng như chỉnh sửa hệ gen.
 
 
QTL điều khiển stress sinh học trong cây sắn
 
Nguồn: Ana Luísa Garcia-OliveiraBernadetha KimataSalum KaseleFortunus KapingaEsther MasumbaGeoffrey MkamiloCaroline SichalweJessen V BredesonJessica B LyonsTrushar ShahSatoru MuranakaManpreet S KatariMorag E Ferguson. 2020. Genetic analysis and QTL mapping for multiple biotic stress resistance in cassava. PLoS One. 2020 Aug 5; 15(8):e0236674.  
 
Vùng trồng sắn cận sa mạc Sahara (Manihot esculenta Crantz) là vùng quan trọng bậc nhất, chiếm hơn 40% dân số của những người dùng sắn là nguồn lương thực chính cung cấp carbohydrate. Stress sinh học như bệnh siêu vi Cassava Mosaic Disease (CMD) và Cassava Brown Streak Disease (CBSD), côn trùng gây hại là arthropod, đặc biệt nhện Cassava Green Mite (CGM), là thiệt hại chính làm suy giảm sản lượng sắn đáng kể ở châu Phi.
Khắc phục vấn đề này trong canh tác sắn, người ta thực hiện nghiên cứu phân tích bản đồ QTL liên quan đến di truyền tính kháng bệnh CBSD trên lá và triệu chứng hoại tử ở rễ sắn, bện khảm lá CMD và di truyền tính kháng nhện CGM trong quần thể con lai lập bản đồ QTL full-sib mapping population từ tổ hợp lai giữa AR40-6 và Albert. Bản đồ phân giải cao được hình thành với  2.125 chỉ thị SNP theo kỹ thuật GBS (genotyping-by-sequencing). Kiểu hình được đánh giá bằng những nghiệm thức đánh giá dòng cây vô tính với 120 cá thể F1 trên hai vụ thí nghiệm liên tiếp nhau, bố trí theo kiểu alpha-lattice design tại 2 địa điểm Chambezi và Naliendele, Tanzania. Trước đó, người ta đã xác định QTL kháng bệnh lá của CBSD, và một QTL giả định đối với triệu chứng hoại tử vùng rễ do CBSD (qCBSDRNc14AR) của giống sắn AR40-6. Hai QTL đã được phân lập trong vùng đích của locus CMD2 trong quần thể con lai, mà ở đó, cả hai bố mẹ đều có chứa locus  CMD2. Điều lý thú là, có một QTL thứ yếu nhưng hiện hữu có tính nhất quán: qCGM18AR, điều khiển tính kháng nhện CGM - giai đoạn 3 tháng sau khi trồng – đồng vị trí với những chỉ thị SSR đã được khẳng định trước đây,NS346, liên kết với tính kháng nhện CGM. Những chỉ thị phân tử liên kết chặt với  QTL rất hữu ích phục vụ cho chương trình cải tiến giống sắn.
 
 
Hình 3: Bản đồ liên kết trên nhiễm sắc thể XII cho thấy vị trí của  QTL với chỉ thị phân tử SSR; SSRY28, SSRNS158, SSRNS169 (CMD2) và NS198 (CMD3) liên quan đến bệnh khảm CMD trên lá sắn (Luísa Garcia-Oliveira et al. 2020).

 


 
Các bài viết khác
Video Clip
Thống kê lượt truy cập
số người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cậpsố người truy cập
số người truy cậpHôm nay:117
số người truy cậpHôm qua:397
số người truy cậpTuần này:3656
số người truy cậpTháng này:12586
số người truy cậpTất cả:478416
số người truy cậpĐang trực tuyến:16