Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 02 THÁNG 03 ĐẾN 08 THÁNG 03 NĂM 2020
 
BẢN TIN KHOA HỌC
 
Protease chống sốc nhiệt của vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa
Nguồn: David W. Basta, David Angeles-Albores, Melanie A. Spero, John A. Ciemniecki, and Dianne K. Newman.2020. Heat-shock proteases promote survival of Pseudomonas aeruginosa during growth arrest. PNAS February 25, 2020 117 (8) 4358-4367
 
 
Nghiên cứu này cho thấy sự thoái hóa protein đóng vai trò chính trong sự sống của vi khuẩn gây bệnh mủ xanh trên da của động vật và người: Pseudomonas aeruginosa. Sự mất đi rất nhiều men proteases làm cho hiện tượng “proteostasis” xảy ra khi sinh vật bị stress bởi sốc nhiệt (heat shock), dẫn đến sự chết từ từ của tế bào trong thời kỳ tăng trưởng. Phát hiện này, cùng với sự kiện tích tụ các protein gấp cuộn sai và tập hợp lại trong quá trình theo tuổi già của tế bào sinh vật eukaryote dẫn đến sự tổn thương tế bào và hóa già tế bào, như vậy nhiệm vụ chung của proteases là bảo quản trạng thái “proteostasis” của vi khuẩn trong suốt giai đoạn hóa già. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh nghiệm thức áp dụng đối với bệnh truyền nhiễm và nêu ra chức năng bảo tồn khả thi đối với các proteases trong cuộc chiến của con người chống lại vi khuẩn gây bệnh. Khi dinh dưỡng trong môi trường sống cạn kiệt, tế bào vi khuẩn sẽ ngưng tăng trưởng. Suốt thời kỳ ấy, một thách thức đầu tiên là làm sao duy trì tế bào hợp nhất với khả năng bị suy giảm về tăng trưởng. Ở đây, người ta chứng minh rằng: protease FtsH chống sốc nhiệt cần thiết cho tăng trưởng của vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa, và yêu cầu ấy độc lập với chức năng điều tiết sinh tổng hợp lipopolysaccharide, bởi vi khuẩn Escherichia coli. Người ta thấy rằng ftsH tương tác với nhiều gen khác nhau trong thời kỳ tăng trưởng và chức năng chồng lấp lên nhau ấy với những gen khác như gen mã hóa protease chống sốc nhiệt hslVUlon, và clpXP để tăng cường sự sống của vi khuẩn trong thời kỳ tế bào dừng tăng trưởng. Sự mất đi có tính chất hệ thống của các gen mã hóa protease chống sốc nhiệt cho thấy chức năng của proteases có tính chất phân nhóm khi tế bào ngưng tăng trưởng, với FtsH và ClpXP có trước tiên, giữa vai trò “nonredundant”, và HslVU rồi Lon có chức năng phản ứng thứ cấp với stress cho sự già đi của tế bào. Sự phân nhóm theo thứ bậc ấy được bảo tồn không hoàn toàn trong giai đoạn tăng trưởng ở nhiệt độ nóng và alkaline pH, gợi ra rằng nóng, pH, và ngưng tăng trưởng tỏ ra hiệu quả đối với trạng thái stress có tính chất “proteostatic” trong tế bào. Cộng thêm sự can thiệp như vậy, nóng và hoạt động ngưng tăng trưởng sẽ giết chết tế bào, và sự tập hợp protein xảy ra nhanh hơn trong các biến thể đột biến protease khi ngưng tăng trưởng, tương quan với diễn biến tế bào chết. Kết quả này cho thấy sự tập họp protein là một “driver” chủ chốt cho sự hóa già và sự chết của tế bào khi ngưng tăng trưởng, với hoạt động cộng vào của phản ứng “heat-shock”, điều đó cần đảm bảo việc điều khiển chất lượng protein khi không có tăng trưởng của vi khuẩn.
 
Di truyền và tiến hóa của nấm cộng sinh ở hệ rễ cây sắn (Manihot esculenta)

Cây trồng trên mặt đất hình thành sự kiện cộng sinh với vi nấm, với thuật ngữ chuyên môn là “arbuscular mycorrhizal fungi” viết tắt AMF. Mức độ đa dạng của vi nấm AMF sẽ làm tăng năng suất cây trồng và mức độ đa dạng thực vật. Trong nhiều thập kỷ qua, người ta đã biết rằng: thực vật trao đổi carbohydrates với phosphate nhờ nấm cộng sinh của chúng (fungal symbionts). Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây cho thấy lipids thực vật có thể đặc trưng cho hầu hết cuộc trao đổi ấy. Tìm hiểu cơ chế điều tiết các gen thực vật bao gồm hiện tượng trao đổi như vậy (currency of exchange) là nội dung vô cùng cần thiết để hiểu rõ sự ổn định của tương tác lẫn nhau ấy (mutualism). Cây trồng có rất nhiều giống AMF tương thích, mà khuẩn này biến thiên cực kỳ to lớn về công dụng của chúng với cây trồng. Vai trò của biến thiên di truyền nấm cộng sinh giữa hoạt động điều tiết sự trao đổi này chưa được chú ý nhiều của các nhà khoa học. Tác giả công trình này đã sử dụng phương pháp nghiên cứu gia hệ di truyền mức độ phân giải cao của một loài nấm AMF (đó là Rhizophagus irregularis) nhằm minh chứng rằng: biến thiên di truyền của nấm dẫn đến kết quả điều tiết chu trình acid béo của thực vật - ở đây là cây sắn (Manihot esculenta); chu trình này điều hòa một trong những trao đổi cần thiết của hai loài cộng sinh nhau. Sự điều tiết ấy được giải thích bởi thành phần của hệ gen nấm bị biến thể rộng (genome-wide variation) – đặc trưng của lịch sử tiến hóa loài. Đặc trưng ấy là mối liên kết đầu tiên giữa di truyền của nấm AMF và tái lập trình của cây sắn khi điều tiết dòng chuyển đổi cho nhau trong mối quan hệ cộng sinh. yếu tố phiên mã RAM1 còn cho thấy gen trội điều khiển chu trình acid béo của cây cùng thể hiện trong hệ thống cộng sinh. Kết qủa phác họa vai trò cần thiết của biến thiên di truyền hệ gen của nấm trong khi chuyển đổi nguồn với nhau ở mối quan hệ cộng sinh hết sức quan trọng ấy. Điều này mở ra cánh cửa mới cho chúng ta khám phá đặc điểm của hệ gen các vi nấm AMF tương thích với cây sắn và tương tác giữa sắn với nấm rễ AMF. Điều này giúp cho thao tác kỹ thuật trong ngành trồng sắn tốt hơn giúp sắn tăng trưởng tối ưu. Xem thêm: https://www.nature.com/articles/s41396-020-0606-6.
 
Kiến trúc di truyền về sự thoái hóa võng mạc
Nguồn: J. Fielding Hejtmancik and Stephen P. Daiger. 2020. Understanding the genetic architecture of human retinal degenerations. PNAS February 25, 2020 117 (8) 3904-3906
 
Hình: Võng mạc bị thoái hóa
 
Sự thoái hóa võng mạc có tính di truyền là triệu chứng bệnh học và di truyền bởi nhóm người mù mắt mang gen dị hợp tử định tính bằng sự thoái hóa có tính chất gia tăng của “neuroretina” và/hoặc “epithelium” của sắc tố võng mạc. Hiện nay, có hơn 300 gen đã và đang được phân lập trong sự kiện thoái hóa võng mạc (RetNet: https://sph.uth.edu/RetNet/). Trong khi các biến thể nói chung, và biến thể do điều kiện cụ thể được biết, mỗi gen như vậy tương đối hiếm gặp, chúng kết hợp cùng với nhau, để gây ra kết quả mù lòa, đặc biệt là những người trung niên đang làm việc, hội chứng này gia tăng theo tác động kinh tế và xã hội. Xét về bệnh lý học, sự suy giảm võng mạc có tính chất di truyền biến thiên từ hội chứng “retinitis pigmentosa” và “Leber congenital amaurosis”, thường xuất hiện khi người ta còn nhỏ (thiếu nhi) rồi bắt đầu qua triệu chứng “rod photoreceptors” trong cầu võng mạc (retinal periphery), đến triệu chứng thoái hóa thành những chấm ngay từ lúa bắt đầu (early-onset macular degeneration), ngần ấy là sự thoái hóa mang tính chất phát triển nhanh ảnh hưởng đến sự thấy của trung tâm cầu mắt. Thoái hóa võng mạc di truyền có thể là di truyền mang tính chất “autosomal-dominant”, “autosomal-recessive”, và di truyền liên quan đến nhiễm sắc thể X, càng phức tạp với tính chất di truyền đa yếu tố (multifactorial inheritance). Khi đột biến xảy ra tại những gen giống nhau, kết quả cho thấy tính chất di truyền giống như nhau, nhưng không có đột biến nào xảy ra đều như nhau cả tại cùng một gen, làm cho co hai hoặc nhiệu kiểu hình của bệnh thoái hóa võng mạc, làm phức tạp hơn trong phân loại bệnh (nosology). Bên cạnh đó, sự hiện hữu của những alen liên quan đến bệnh tại một gen đích nào đó, có thể ảnh hưởng đến tính chất “penetrance” hay “expressivity” trong di truyền đột biến, làm cho lịch sử bệnh của gia đình bệnh nhân thêm phức tạp hơn trong một vài trường hợp, có cả tương tác di truyền “digenic diallele” và “digenic triallele”.
 
Gen mới kháng bạc lá xa-45(t) trong giống lúa trồng O. sativaO. glaberrima
Nguồn: Kumari NeelamRitu MahajanVikas GuptaDharminder BhatiaBaljeet Kaur GillRatika KomalJagjeet Singh LoreGurjit Singh Mangat & Kuldeep Singh. 2020.High-resolution genetic mapping of a novel bacterial blight resistance gene xa-45(t) identified from Oryza glaberrima and transferred to Oryza sativa. Theoretical and Applied Genetics, March 2020; volume 133: 689–705
 
 
Hìn h: Bệnh bạc lá lúa do vi khuẩn lúc lúa trổ bông và chín
 
Gen kháng bệnh bạc lá lúa thể lặn mới được tìm thấy là xa-45(t) được xác định từ nguồn giống lúa trồng châu Phi là Oryza glaberrima - số mẫu giống IRGC 102600B, được chuyển thành công sang lúa trồng châu Á O. sativa, rồi được định vị trên bản đồ di truyền, nhiễm sắc thể 8, trên vai dài, theo phương pháp trình tự ddRAD. QTL này được xác định trên vùng có độ lớn phân tử 80 kb theo hệ tham chiếu hệ gen giống lúa Nipponbare IRGSP-1.0 và có tất cả 9 gen ứng cử viên. Chỉ thị phân tử STS được thiết kế từ locus LOC_Os08g42410 cho thấy có tính chất đồng phân ly (co-segregating) với tính trạng kháng bệnh, nó sẽ là chỉ thị hữu ích cho chiến lược MAS trong chọn giống lúa kháng bệnh bằng gen lặn này. Bệnh bạc lá lúa (bacterial blight) do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae, là một trong những trở ngại chủ yếu cho sản xuất lúa ở Đông Nam Á. Cho dù người ta đã tìm thấy 44 gen kháng bệnh BLB từ nguồn gen lúa trồng cũng như loài lúa hoang, nhưng tính kháng bệnh bền vững vẫn luôn luôn là thách thức cho nhà chọn giống vì bản chất đồng tiến hóa giữa ký sinh và ký chủ, hơn nữa bệnh này không có thuốc hóa học để quản lý nó. Ở đây, các tác giả đã tiến hành thực hiện bản đồ di truyền có mức độ phân giải cao một gen lặn mới, điều khiển tính kháng bệnh BLB, ký hiệu là xa-45(t) từ một dòng du nhập gen kháng từ giống lúa trồng châu PhiOryza glaberrima, số mẫu giống IRGC 102600B. Dòng du nhập gen kháng ấy được lai với giống lúa nhiễm bệnh thuộc loại hình indica giống cv. Pusa 44 để phát triển quần thể con lai F2 và F2:3 phục vụ nghiên cứu di truyền và lập bản đồ gen kháng. Nghiên cứu di truyền cho thấy đây là một gen lặn đơn điều khiển tính kháng với Xanthomonas pathotype số 7. Bản đồ liên kết mật độ cao được xây dựng bằng phương pháp “double-digest restriction-associated DNA sequencing” của 96 cá thể F2 và bố mẹ. Bản đồ QTL xác định được một locus chủ lực định vị trên vai dài của nhiễm sắc thể 8 với giá trị LOD là 33.22 giữa chỉ thị SNP “C8.26737175 - C8.26818765”. Chỉ thị “peak marker” C8.26810477 giải thích được 49.8% biến thiên kiểu hình và định vị tại 202.90 cM trên bản đồ liên kết. Chính  locus chủ lực này quét trên một đoạn phân tử có kích thước 80 kb theo cơ sở dữ liệu tham chiếu “hệ gen của giống lúa Nipponbare” mã số IRGSP-1.0 – bao gồm 9 gen ứng cử viên. Một chỉ thị STS đồng phân ly được thiết kế từ locus LOC_Os08g42410 phục vụ đắc lực cho thẩm định du nhập thành công gen mới này vào giống lúa cao sản.
 
Cấu trúc hệ gen giống khoai tây trồng trọt
Nguồn: Maria KyriakidouSai Reddy AchakkagariJosé Héctor Gálvez LópezXinyi ZhuChen Yu TangHelen H. TaiNoelle L. AnglinDavid Ellis & Martina V. Strömvik. 2020.  Structural genome analysis in cultivated potato taxa. Theoretical and Applied Genetics March 2020, volume 133:951–966

Mười hai mẫu giống khoai tây trồng trọt được tuyển chọn đại diện cho hai quan điểm chính của phân loại khoai tây. Genomes này được giải trình tự DNA và được phân tích về biến thiên di truyền theo kiến trúc (sao chép biến thiên có tính số lượng) phản biện lại với 3 genomes khoai tây đã được công bố trước đây. Khoai tây (Solanum tuberosum L.) là cây lương thực chính với hệ gen tứ bội và mức độ dị hợp cao, phức tạp. Những “taxa” của khoai tây trồng trọt có mức độ bội thể rất thay đổi (2X–5X), và mức độ biến thiên di truyền về cấu trúc khá phổ biến in các hệ gen ấy của loài khoai tây trồng trọt, có thể đóng góp vào sự đa dạng kiểu hình các tính trạng nông học của giống khoai tây trong giai đoạn thuần hóa từ loài hoang dại. Người ta muốn hiểu biết nhiều hơn biến thiên của hệ gen và biến thiên di truyền, vì nội ấy sẽ giúp người ta khai thác những tính trạng nông học mới. Do vậy, cơ sở dữ liệu trình tự DNA của 12 giống khoai tây bản địa, đại diện cho từng độ bội thể khác nhau, được nghiên cứu để xác định biến thiên của hệ gen theo kiến trúc so sánh với hai hệ gen tham chiếu được công bố gần đây: đó là một genome kép có tính chất “monoploid” và một dòng vô tính “diploid” cận giao của S. chacoense. Kết quả phân tích biến thiên về số bản sao chép cho thấy rằng tính chất bao trùm nhất của genomes, khi số mất đoạn lớn hơn con số lập đoạn, số gen lập đoạn lớn hơn số gen bị mất đoạn. Những vùng đặc biệt của 12 genomes khoai tây có mật độ dầy đặc của sự kiện CNV. Hơn nữa, gen mã hóa “auxin-induced SAUR” (có trong stress phi sinh học), các gen kháng bệnh và gen mã hóa “2-oxoglutarate/Fe(II)-dependent oxygenase superfamily proteins”, đều gia tăng số bản sao chép trình tự của các genomes có liên quan đến genome tham chiếu.
 
Hệ gen cây cao lương thích nghi với cây cỏ dại - ký sinh trên cao lương bản địa
Nguồn: Emily S. Bellisa, Elizabeth A. Kelly, Claire M. Lorts , Huirong Gao , Victoria L. DeLeo, Germinal Rouhan, Andrew Budden, Govinal B. Bhaskara, Zhenbin Hui , Robert Muscarella, Michael P. Timko,, Baloua Nebie, Steven M. Runo, N. Doane Chilcoat, Thomas E. Juenger, Geoffrey P. Morris, Claude W. dePamphilis, and Jesse R. Lasky. 2020. Genomics of sorghum local adaptation to a parasitic plant. PNAS | February 25, 2020 | vol. 117 | no. 8 | 4243–4251
 
 
Đồng tiến hóa giữa ký chủ và ký sinh có thể duy trì được ở mức độ cao sự đa dạng di truyền các tính trạng bao gồm cả nội dung tương tác giữa loài. Trong nhiều hệ thống sinh học, các tính trạng của cây chủ được khai thác bởi ký sinh, tương phản bởi cách thức sử dụng theo những chức năng khác nhau, dẫn đến áp lực chọn lọc vô cùng phức tạp qua thời gian và không gian. Ở đây, người ta nghiên cứu “genome-wide variation” của cây cao lương Sorghum bicolor (L.) Moench và sự gắn kết của nó với cỏ dại ký sinh (parasitic weed) cây Striga hermonthica (Delile) Benth., một vấn đề chủ yếu làm hạn chế độ an toàn lương thực của châu Phi. Người ta giả định rằng: sự chọn lọc địa mang tính chất mosaic theo “gradients” của quần thể “parasite” duy trì nên cái gọi là đa dạng di truyền của tính kháng của giống cao lương bản địa. Giả dụ vai trò của thích nghi địa phương đối với áp lực của ký sinh, nhiều alen đột biến theo kiểu “loss-of-function” độc lập nhau của cao lương LGS1 (LOW GERMINATION STIMULANT 1) phân bố khá rộng trong các giống cao lương bản địa của châu Phi và gắn kết về mặt địa lý với sự có mặt của cỏ S. hermonthica. Tuy nhiên, tần suất của các alen này khá thấp trong vùng có loài cỏ ký sinh S. hermonthica và sự vắng mặt của các alen ấy khẳng định có hiện tượng hạn chế “trade-offs” làm giới hạn mức ổn định. Alen LGS1 gây ra tính kháng bởi thay đổi “stereochemistry” của chất strigolactones, hormones điều khiển kiến trúc của cây và truyền tín hiệu đến nấm mycorrhizae; cần cho sự kích hoạt sự nẩy mầm của cỏ dại ký sinh trên cao lương. Người ta thấy dấu hiệu của nội hàm chọn lọc cân bằng chung quanh LGS1 và các gen ứng cử viên khác theo phân tích GWAS với sự phân bố của ký sinh. Các thí nghiệm về chỉnh sửa gen bằng hệ thống CRISPR–Cas9 trên cây cao lương cho thấy sự có lợi khi khai thác LGS1 điều khiển tính kháng cỏ ký sinh và chống chịu môi trường bị stress phi sinh học; biểu hiện gen liên quan đến quang hợp bị giảm. Kết quả: duy trì được lâu dài sự đa dạng của gen kháng trên cây chủ thông qua cả mô hình canh tác nông hộ nhỏ, hệ thống canh tác theo công nghiệp và canh tác theo kiểu cộng đồng tự nhiên.
 
 
Các bài viết khác
Video Clip
Hỗ Trợ
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:2
số người truy cậpHôm qua:285
số người truy cậpTuần này:1145
số người truy cậpTháng này:2703
số người truy cậpTất cả:381431
số người truy cậpĐang trực tuyến:2