.png)
Di truyền lúa chống chịu nóng
.png)
Nguồn: Xue-Huan Liu, Yu-Shu Lyu, Weiping Yang, Zheng-Ting Yang, Sun-Jie Lu, Jian-Xiang Liu. 2020. A membrane-associated NAC transcription factor OsNTL3 is involved in thermotolerance in rice. Plant Biotechnol. Journal; 2020 May;18(5):1317-1329. doi: 10.1111/pbi.13297.
Stress do nhiệt độ nóng làm cho protein quấn cuộn bị lỗi ở mạng võng nội chất (ER), phát sinh phân tử UPR (unfolded protein response: phản ứng bị lỗi của protein khi quấn cuộn). Những nghiên cứu trước đây cho thấy vai trò quan trọng của yếu tố phiên mã OsbZIP74 kết nối ở mạng võng nội chất, còn được gọi là OsbZIP50b trong UPR. Tuy nhiên, làm thế nào để OsbZIP74 và những yếu tố phiên mã khác kết nối với mạng ER xảy ra trong khi cây lúa phản ứng với nhiệt độ nóng vẫn chưa có nghiên cứu được báo cáo cụ thể. Theo kết quả nghiên cứu này, người ta khám phá rằng: gen OsNTL3 rất cần thiết giúp cây lúa chống chịu nóng. OsNTL3 biểu hiện và điều tiết theo kiểu up bởi nhiệt độ nóng và stress tại mạng ER. OsNTL3 mã hóa yếu tố phiên mã NAC với một domain có tính chất " C-terminal transmembrane”. protein GFP-OsNTL3 tái định vị ở màng plasma di chuyển vào nhân khi cây lúa phản ứng với stress nóng và là chất kích hoạt phản ứng với stress ER. Đột biến mang tính chất loss-of-function của gen OsNTL3 liên quan đến mức độ nhạy cảm cao, khi sự biểu hiện tính nhạy cảm ở dạng bị cắt cụt (truncated form) của gen OsNTL3, không có domain "transmembrane'’ ở cây lúa giai đoạn mạ. Phân tích RNA-Seq cho thấy gen OsNTL3 điều tiết sự thể hiện gen trong sự gấp cuộn protein ở ER và trong nhiều tiến trình khác. Thật thú vị là OsNTL3 gắn trực tiếp với promoter của gen OsbZIP74 và điều tiết sự biểu hiện khi cây lúa phản ứng với stress nóng. ngược lại, điều tiết kiểu up của gen OsNTL3 bởi stress nóng lệ thuộc vào OsbZIP74. Do vậy, kết quả nghiên cứu này nhấn mạnh vai trò quan trọng của OsNTL3 trong chống chịu nóng, và hệ thống điều tiết bởi OsbZIP74 và OsNTL3 thông tin vùng mạng võng nội chất ER, màng plasma, nhân khi cây lú bị stress nóng.
Bản đồ di truyền gen kháng Fusarium wilt của cây chuối
.png)
Nguồn: Fajarudin Ahmad, Nani M. Martawi, Yuyu S. Poerba, Hans de Jong, Henk Schouten, Gert H. J. Kema. 2020. Genetic mapping of Fusarium wilt resistance in a wild banana Musa acuminata ssp. malaccensis accession. Theoretical and Applied Genetics; December 2020; vol. 133:3409–3418.
Chuối là cây ăn quả và cây lương thực quan trọng, vùng trồng chuối bị đe dọa bởi bệnh Fusarium wilt, bệnh do vi nấm truyền đi trong đất. Giống klháng là chiến lược được nhiều quốc gia lựa chọn trong chiến lược phát triển canh tác chuối bền vững, nhưng cơ sở di truyền tính kháng này chưa được giải thích rõ ràng. Các tác giả của công trình khoa học này đã tiến hành cho tự thụ quần thể chuối hoang dã, dị hợp tử Musa acuminata ssp. malaccensis (Mam, AA, 2n = 22) để tạo ra quần thể con lai làm bản đồ di truyền; phục vụ nghiên cứu di truyền tính kháng nấm Fusarium nói số 1 (Race 1) và nòi số 4 (tropical race 4: TR4) gây ra bệnh FWB (Fusarium Wilt Banana). Đánh giá kiểu hình được tiến hành với dung lượng mẫu N = 217 biểu thiọ được sự phân ly đối với tính kháng bệnh. Đáng giá kiểu gen theo phương pháp GBS (genotyping by sequencing) cho kết quả thông qua 2802 chỉ thị SNPs chất lượng tốt, để phân tích genetic mapping. Phân tích kết hợp của những cơ sở dữ liệu này cho thấy: có một locus đơn, tính trội, điều khiển tính kháng bệnh Race 1; định vị trên nhiễm sắc thể10. Dòng recombinants, kết hợp với vị trí của gen kháng giả định, được phân tích sâu theo GGT (graphical genotyping), cho thấy những markers kế cận vùng 360 kb mà vùng đích ấy liên quan đến tính kháng bệnh Race 1. Vùng này có tất cả 165 gen giả định (putative genes) khi so sánh trên hệ gen tham chiếu, bao gồm 19 gen mã hóa leucine-rich repeat receptor-like kinase-like. Ở cùng một vị trí và cùng một phase, người ta phân lập được một QTL qui định tính kháng bệnh với nòi TR4. Locus kháng nòi Race 1 biểu thị bản chất kháng từng phần (partial resistance) đối với TR4. Tuy nhiên, ảnh hưởng này ít có ý nghĩa và không được ghi nhận trong bản đồ di truyền. Đây là kết quả sẽ giúp nhà chọ giống chuối thực hiện cải tiến giống chuối cao sản kháng bệnh Fusarium wilt.
Di truyền tính kháng Phytophthora sojaegây bệnh thối rễ, thối thân của đậu nành
.png)
Nguồn: William R. Rolling, Anne E. Dorranceand Leah K. McHale. 2020. Testing methods and statistical models of genomic prediction for quantitative disease resistance to Phytophthora sojae in soybean [Glycine max (L.) Merr] germplasm collections. Theoretical and Applied GeneticsDecember 2020; vol. 133:3441–3454.
Dự doán hệ gen về tí nh kháng di truyền số lượng đối với nấm Phytophthora sojae cho thấy kết quả sàng lọc di truyền (genomic selection) có thể gia tăng hiệu quả chọn tạo giống. Mô phỏng toán học và bộ chỉ thị phân tử chọn lọc có ảnh hưởng tối thiểu chpo dự đoán này với > 1000 markers. Tính kháng bệnh về số lượng QDR (Quantitative disease resistance) đối với nấm gây hại rễ đầu nành Phytophthora sojae là một tính trạng cực kỳ phức tạp, được điều khiển bởi nhiều loci có ảnh hưởng cực nhỏ trong hệ gen cây đậu nành. Tính kháng xét về kiểu hình là thách thức cả về kỹ thuật lẫn mật độ bệnh diễn ra trong thực tế đối với một pathogen gây hại ở vùng rễ, mức độ phức tạp ấy của tính trạng nghiên cứu có thể hạn chế hiệu quả chọn giống. Tuy nhiên, áp dụng phương pháp genomic prediction: sàng lọc di truyền đối với tính tráng như vậy, ví dụ QDR đối với P. sojae, dường như đã cải tiến đáng kể hiệu quả chọn giống. Người ta cung cấp một ví dụ mới về sàng lọc di truyền bằng phương pháp QDR đối với nấm P. sojae trong hai panels khác biệt nhau của hơn 450 mẫu giống đậu nành PIs (plant introductions). Chúng đã được đánh giá kiểu gen trước đó thông qua SoySNP50K chip. Nghiên cứu này được hoàn thiện trong một tập đoàn giống đậu nành rất đa dạng - đóng góp vào kết quả đánh giá ban đầu và kết quả sàng lọc di truyền, cũng như định tính được tập đàn vật liệu đậu nành ấy. Người ta sử dụng sáu mô phỏng toán để sàng lọc di truyền theo Bayesian Ridge Regression; Bayesian LASSO; Bayes A, B, C; vàreproducing kernel Hilbert spaces. Người ta xét nghiệm số lượng và sự phân bố của chỉ thị phân tử SNPs trong dự đón kết quả di truyền làm thay đổi khả năng dự đoán bởi những biến số từ các markers từ ít hơn 50 chỉ thị đến nhiều hơm 34.000 SNPs, đó là những chỉ thị SNPs dựa trên cơ sở kết quả sequential sampling, random sampling, hoặcselections từ nhiều phân tích mang tính chất association. Khả năng dự báo gần như độc lập hoàn toàn với mô phỏng toán và phân bố của marker, với một phản ánh bởi > 1000 SNPs trong sàng lọc di truyền ấy. Nguòi ta dự đoán được hiệu quả tương đối trên mỗi chu kỳ chọn lọc dòng đậu nành biến động trong khoản giá trị 0.57 - 0.83, làm cải tiến giá trị GA (genetic gain) tính kháng bệnh do nấm P. sojae QDR trong chương trình lai tạo giống đậu nành.
Di truyền nguồn và sức chứa của cây sắn (Manihot esculenta Crantz)
.png)
Nguồn: Uwe Sonnewald, Alisdair R Fernie, Wilhelm Gruissem, Pascal Schläpfer, Ravi B Anjanappa, Shu-Heng Chang, Frank Ludewig, Uwe Rascher, Onno Muller, Anna M van Doorn, Ismail Y Rabbi, Wolfgang Zierer. 2020. .The Cassava Source-Sink project: opportunities and challenges for crop improvement by metabolic engineering. Plant Journal; 2020 Aug;103(5):1655-1665.
Sắn (Manihot esculenta Crantz) là một trong những loài cây lương thực quan trọng của vùng cậnSahara, châu Phi. Gia tăng nguồn tinh bột dự trữ từ củ sắn – năn suất tinh bột là mục tiêu chính của chương trình cải tiến giống sắn. Dự án CASS (Cassava Source-Sink: nguồn và sức chứa củ sắn) nhằm mục tiêu làm gia tăng năng suất tinh bột và gia tăng sức chứa củ bằng cách tiếp cận tích hợp các ngành khoa học khác nhau. Người ta tổng hợp các tư liệu về cây sắn để có một kiến thức đầy đủ về dự án CASS, có để được xem như một kế hoạch (blueprint) cải tiến cho cây trồng khác và cây có củ khác. Phổ thể hiện rộng của nhiều giống sắn được trồng trên những cánh đồng khác nhau theo kiểu thâm canh đã cung cấp khá chi tiết những thông tin về mô li be, tiến trình biến dưỡng củ sắn, rễ sắn và tiến trình si nh lý khác mà cải tiến bằng công nghệ sinh học cho phép. Một multi-national pipeline đối với kỹ thuật di truyền cây sắn bao gồm: gene discovery (tìm ra gen đích), cloning (dòng hóa gen), transformation (chuyển nạp gen), định tính mang giá trị phân tử sinh hóa, thử nghiệm trên đồng ruộng, đánh giá kiểu hình theo mùa vụ khác nhau của tính trạng chồi thân trên ruộng sắn. Dự án CASS tạo ra các dữ liệu rất giá trị phục vụ cho chương trình cải tiến giống truyền thống để có giống sắn cao sản theo mong muốn. Nó xây dựng nên mô phỏng có tính chất genome-scale metabolic để dự đoán được mục tiêu và điểm nghẽn trong các chu trình biến dưỡng cây sắn. Xem: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32502321/
Quần thể vi khuẩn và vi nấm trong cây lúa bị bệnh bạc lá
.png)
Nguồn: Fenghuan Yang, Jie Zhang, Huaying Zhang, Guanghai Ji, Liexian Zeng, Yan Li, Chao Yu, W G Dilantha Fernando, Wen Chen. 2020. Bacterial Blight Induced Shifts in Endophytic Microbiome of Rice Leaves and the Enrichment of Specific Bacterial Strains With Pathogen Antagonism. Front Plant Sci. 2020 Jul 23;11:963.
Hệ vi khuẩn nội ký sinh (endophytic microbiome) có vai trò quan trọng trong cây khỏe và quá trình phát sinh bệnh (pathogenesis). Tuy nhiên, người ta biết rất ít về mối quan hệ ấy giữa những vi khuẩn gây bệnh bạc lá (BB) do Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo). Nghiên cứu này được tiến hành để quan sát kiến trúc quần thể vi khuẩn của những endophytic microbiota trong lá lúa khỏe mạnh và trong lá lúa có triệu chứng BB điển hình thông qua phương pháp metabarcoding, kết quả cho thấy BB làm giảm đáng kể sự đa dạng mang tính chất alpha-diversity của quần thể vi nấm và làm tăng đáng kể quần thể vi khuẩn. Lá lúa có triệu chứng BB điển hình có rất nhiều vi nấm hoại sinh (saprophytic fungi). Chúng có thể làm thoái hóa thành tế bào (e.g. Khuskia spp. and Leptosphaerulina spp.). Lá lúa khỏe mạnh có quần thể gia tăng đáng kể nguồn vi sinh gây bệnh (pathogens) hoặc nấm sản sinh ra mycotoxin (e.g. Fusarium, Magnaporthe, và Aspergillus). Quần thể endophytic bacterial ở trong lá bệnh BB có rất nhiều Pantoea, Pseudomonas, và Curtobacterium, với nhiều chủng nòi (strains). Mẫu phân lập Pantoea sp. từ lá bệnh BB, được xác định là những ứng cử viên triển vọng cho chiến lược biocontrol bệnh BB vì có khả năng ức chế tăng trưởng in vitro của vi khuẩn Xoo, ức chế sự phát triển của bệnh bạc lá lúa, có đặc điểm multiple PGP. Kết quả cho thấy những thay đổi phức tạp của BB đ61i với quần thể endophytic fungal và bacterial ở lá lúa. Kết quả chứng minh rằng sự phong phú của các quần thể vi sinh liên quan đến BB như endophytic bacterial taxa, e.g. Pantoea sp. isolates, đóng vai trò quan trọng ức chế sự phát triển của bệnh BB trong cây lúa.
.png)
Hình:
Kiến trúc tổng thể của cộng đồng vi khuẩn endophytic trong lá lúa. (A) Xếp nhóm theo thứ tự trên cơ sở mức độ đông nhất đến thấp dần của những bacterial phyla; (B) Mức độ quần thể Xanthomonas OTUs trong lá lúa bị bệnh BB và lá lúa khỏe; (C) Mức độ chi vi khuẩn trội bao trùm ở lá lúa bệnh và lá lúa khỏe. AH-IH, lá lúa khỏe của giống lúa nghiên cứu; AB-IB, BB là lá lúa được sử dụng trong nghiên cứu này.
