Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 04 THÁNG 11 ĐẾN 10 THÁNG 11 NĂM 2019
 
BẢN TIN KHOA HỌC
 
Di truyền tính trạng màu sắc hạt bắp và ứng dụng
Nguồn: Laura A. Chatham, Michael Paulsmeyer, John A. Juvik. 2019.Prospects for economical natural colorants: insights from maize. Theoretical and Applied Genetics; November 2019, Volume 132, Issue 11, pp 2927–2946
 
Sắc tố anthocyanin của cây bắp là tính trạng do thiên nhiên ban tặng có hiệu quả kinh tế trên thị trường. Chọn tạo giống bắp có màu sắc mong muốn cần phải có kiến thức hiểu biết về di truyền tính trạng này, tích hợp được các trạng thái của của anthocyanin xảy ra trong kiểu hình nhất định nào đó và di truyền được cho thế hệ sau. Thay thế phẩm màu nhân tạo bằng màu sắc tự nhiên trời cho đang thịnh hành trong công nghiệp thực phẩm và trong công nghiệp nước uống. Tuy vậy, phẩm màu (colorants) tự nhiên thường rất đắt tiền, kém ổn định, biến thiên sắc màu (hue) thường suy giảm. Giống bắp tím rất giàu anthocyanins và khả năng thu nhận làm chất tạo màu có tính chất thuận lợi hơn ví nó thay đổi thang màu từ vàng cam đến màu đỏ tím, rất đa dạng. Sự đa dạng này là thuộc tính giúp nó làm khác biệt các thành phần của anthocyanin và hàm lượng antocyanin. 
 
Các tác giả của công trình nghiên cứu này đã tổng quan các nội dung liên quan đến hóa học, sinh tổng hợp, và di truyền của giống bắp tím (purple corn); xác định những yếu tố then chốt có liên quan đến khả năng tạo ra giống bắp thương phẩm cho màu sắc tự nhiên phục vụ công nghiệp chế biến (natural colorants). Sự cải biên thành phần của anthocyanin bao gồm acyl hóa (acylation), methyl hóa (methylation), và polymer hóa (polymerization), với “flavan-3-ols” có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của phẩm màu và hiển thị màu sắc thực tế, như vậy, có nhiều nội dung hơn cho nghiên cứu yếu tố di truyền đáp ứng với yêu cầu cải biên nói trên. Hung phân tử activators và repressors của gen điều khiển sinh tổng hợp được xem như những factors điều khiển lưu thông phân phối và dự trữ anthocyanin. Kiến thức sâu hơn về cơ chế sinh học sẽ giúp nhà chọn giống ứng dụng thành công các chiến lược di truyền phân tử nhằm thức đẩy ưu thế lai của giống bắp tím đáp ứng được yêu cầu của sản xuất – rất cần chất tạo màu có nguồn gốc thiên nhiên (natural colorants).
 

Hàm lượng protein trong hạt đậu nành
Nguồn: Elizabeth M. Prenger, Alexandra Ostezan, M. A. Rouf Mian, Robert M. Stupar, Travis Glenn, Zenglu Li. 2019. Identification and characterization of a fast-neutron-induced mutant with elevated seed protein content in soybean. Theoretical and Applied Genetics; November 2019, Volume 132, Issue 11, pp 2965–2983
 
Hàm lượng protein đậu nành là nội dung cần thiết nhất khi sử dụng thực phẩm có nguồn gốc đậu nành. Một đứt đoạn do đột biến nhanh “fast-neutron” trên nhiễm sắc thể 12 liên kết với tính trạng hàm lượng protein đã được phát hiện. Thành phần trong hạt đậu nành ảnh hưởng đến giá trị sử dụng đậu nành. Hàm lượng các thành phần trong hạt đậu nành được cải tiến là mục tiêu rất quan trọng trong chọn tạo giống đậu nành mới. Đột biến phóng xạ “fast neutron” tạo nên những biến dị di truyền mới cho nhiều tính trạng mà người ta mong muốn. Hai dòng đậu nành ưu việt được đột biến phóng xạ “fast neutrons”. Chúng được thanh lọc đối với các thành phần trong hạt đã được biến đổi. Hai mươi ba dòng đậu nành có protein biến đổi, hàm lượng dầu và đường sucrose cũng được chọn lọc theo hướng có lợi thông qua số liệu phân tích sắc ký cận hồng ngoại (near-infrared spectroscopy) tại 5 ruộng thí nghiệm khác nhau. Các dòng đột biến đã gia tăng hàm lượng protein đáng kể, trung bình đạt 19,1 – 36,8 g kg−1 hơn hẳn hàm lượng protein của bố mẹ, được khảo nghiệm tại 10 địa điểm khác nhau. Kết quả CGH (comparative genomic hybridization) xác định được những đột biến giả định trong một dòng đột biến, G15FN-12, đạt 36.8 g kg−1 protein cao hơn hàm lượng protein bố mẹ. kết quả WGS (whole genome sequencing) của các dòng đột biến đã xác định tính chất đột biến này.
 
Người ta phát triển quần thể F2:3 từ nguồn giống G15FN-12 để xác định sự kết hợp giữa những thay đổi trong hệ gen và hàm lượng protein gia tăng. Phân tích BSA (bulked segregant analysis) quần thể con lai này bằng “SoySNP50K BeadChip” đã xác định được một đoạn phân tử bị mất của CGH và WGS trên nhiễm sắc thể 12 quy định kết quả làm tăng hàm lượng protein. Ngưới ta tiến hành đánh giá kiểu gen quần thể con lai này bằng công cụ “KASP marker” được thiết kế trên từng vùng đột biến, và giá trị kết hợp có ý nghĩa ở mức độ xác suất P < 0.0001, giữa đoạn phân tử bị mất trên NST12 cũng như hàm lượng protein tăng lên trong thế hệ F3:4.
 
Con lai đang phân ly trong F2 đồng hợp tử quy định bởi đoạn phân tử bị mất ấy có hàm lượng protein trung bình là 27 g kg−1 (cao hơn) và hàm lượng dầu trung bình là 8 g kg−1 (thấp hơn) so sánh với dòng phân ly đồng hợp tử của kiểu gen “wild-type”. Các dòng đột biến có thành phần trong hạt biến đổi là nguồn vật liệu mới cho nghiên cứu chức năng gen, cung cấp các vật liệu bố mẹ ưu việt để cải tiến di truyền thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu nành.
 

Protein TF “OsSPL7” đáp ứng với stress nóng, bệnh đạo ôn và phản ứng ROS của cây lúa
Nguồn: Hoang TVVo KTXRahman MMChoi SHJeon JS. 2019. Heat stress transcription factor OsSPL7 plays a critical role in reactive oxygen species balance and stress responses in rice. Plant Sci.  2019 Dec; 289:110273. doi: 10.1016/j.plantsci.2019.110273. Epub 2019 Sep 14.
 
Gen điều khiển tính trạng đốm lá lúa (rice spotted leaf gene), OsSPL7, kích hoạt tạo ra những đốm có tính chất bắt chước vết bệnh LM (lesion mimic spots) khi lúa bị stress nóng. Ở đây, các tác giả của công trình khoa học này đã tiến hành nghiên cứu  nhiều dòng lúa minh chứng tầm quan trọng của protein OsSPL7 trong duy trì hiện tượng cân bằng của ROS (reactive oxygen species) thông qua kết quả điều tiết thể hiện gen cận dưới (downstream gene expression). Họ thực hiện “knockout” alen đột biến osspl7 (spl7ko) biểu thị ra đốm bắt chước LM và làm chậm lại tăng trưởng cây lúa. Các dòng lúa transgenic thể hiện mạnh mẽ gen OsSPL7 (SPL7OX-S) cho thấy kiểu hình LM kèm theo hiện tượng tích tụ H2O2, trong khi đó sự thể hiện trung bình gen OsSPL7 (SPL7OX-M) không tạo ra kết quả như vậy, cả hai không thể hiện tăng trưởng có vấn đề. Thể hiện transient của protein OsSPL7-GFP trong tế bào trần cây lúa cho thấy rằng gen OsSPL7 ưu tiên định vị trong nhân. Xét nghiệm ở mức độ phiên mã cho thấy chức năng của một protein TF đó là “transcriptional activator” của cây lúa. Đánh giá điểm nhiễm bệnh cho thấy cả hai protein SPL7OX và spl7ko đều làm tăng cường tính kháng nấm đạo ôn Magnaporthe oryzae và bệnh bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Bên cạnh đó, SPL7OX làm tăng cường tính chống chịu lạnh, trong klhi đó, spl7ko biểu hiện một kiểu hình đối nghịch lại các dòng có thể hiện gen mạnh mẽ nói trên. Phân tích chuỗi trình tự RNA xác định được có 4 nhóm chính của gen thể hiện ra khác nhau kết hợp với kiểu hình LM, tính kháng pathogen, tính kháng LM-pathogen, và những đích đến có tính chất trực tiếp, đầy tiềm năng OsSPL7
 
Tập hợp lại, người ta kết luận rằng: OsSPL7 có vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và duy trì trạng thái cân bằng ROS trong khi cây bị stress sinh học cũng như stress phi sinh học.
 
 
Hình 1: Sản phẩm OsSPL7 bị knockout và các dòng biểu hiện mạnh mẽ gen đích.
 

Giống lúa bị bức xạ tia cực tím và bệnh đạo ôn trên ruộng bậc thang.
Nguồn: Li XHuang LHe YXie CZhan FZu YSheng JLi Y. 2019. Effects of enhanced UV-B radiation on the interaction between rice and Magnaporthe oryzae in Yuanyang terrace. Photochem Photobiol Sci. 2019 Oct 28. doi: 10.1039/c8pp00556g.
 
Ảnh hưởng bức xạ của tia cực tím UV-B (ultraviolet-B) đến tăng trưởng cây lúa và nấm gây bệnh đạo ôn Magnaporthe oryzaeđã được nghiên cứu, trên cơ sở biến đổi những tương tác giữa ký chủ và ký sinh. Bức xạ UV-B tăng (5.0 kJ m-2 d-1) trên lá lúa tại vùng trồng lúa bậc thang ở Yuanyang được quan sát trước đây, trong thời gian lúa bị nhiễm bệnh và sau thời gian lúa bị nhiễm bệnh đạo ôn lá do nấm Magnaporthe oryzae. Mối quan hệ giữa bệnh đạo ôn và bức xạ  UV-B đối với tính kháng bệnh của cây lúa; cũng như quá trình phát sinh bệnh của nấm M. oryzae đã được nghiên cứu. Người ta còn nghiên cứu ảnh hưởng của bức xạ UV-B gia tăng trong mối tương tác giữa cây lúa và nấm M. oryzae.
 
Kết quả cho thấy rằng: (1) khi bức xạ UV-B tăng đáng kể sẽ làm giảm chỉ số nhiễm bệnh đạo ôn, nhưng tiến trình lây nhiễm vẫn còn tiếp tục diễn biến, ảnh hưởng ức chế của tia UV-B trên bệnh bị suy giảm; (2) bức xạ UV-B trước khi lây nhiễm bệnh M. oryzae (UV-B + M.) làm tăng đáng kể hoạt tính của những enzymes có liên quan đến kết quả kháng bệnh (phenylalanine ammonia lyase, lipoxygenase, chitinase, và β-1,3-glucanase), và cây lúa biểu hiện tính chống chịu ánh sáng kích thích; (3) Cho phơi nhiễm trong nghiệm thức có bức xạ UV-B sau khi nấm đạo ôn M. oryzae nhiễm bệnh (M. + UV-B) không làm kích hoạt được hoạt tính protein thuộc họ PR (pathogenesis-related proteins), nhưng hàm lượng đường hóa tan tăng lên đáng kể. Stress có liên quan đến áp suất thẩm thấu do nấm gây bệnh tạo nên (pathogenic fungi infection) bị giảm xuống bởi hoạt động tích cực của nhóm đường hòa tan này; do thiếu dinh dưỡng, rất khó để nấm đạo ôn phát triển; (4) Tăng cường bức xạ UV-B làm ức chế có ý nghĩa việc sản sinh ra conidia (bào tử) của nấm M. oryzae, ức chế gen mã hóa chitinase của nấm, như MGP1, MAGB,CPKA, chúng điều tiết theo kiểu “down”. Phát sinh bệnh của nấm M. oryzae bị giảm đi bởi bức xạ UV-B. Tính kháng bệnh tại lá lúa bị suy yếu bởi phơi nhiễm trong tia bức xạ UV-B và nấm M. oryzae (UV-B/M.). Do đó, bức xạ UV-B có thể làm yếu ảnh hưởng gây bệnh của nấm M. oryzae, cải tiến tính kháng bệnh của giống lúa bản địa, hạn chế được bệnh phát triển.
 

Giống sắn Châu Phi kháng bệnh khảm do virus

Nguồn: Kuon JEQi WSchläpfer PHirsch-Hoffmann Mvon Bieberstein PRPatrignani APoveda LGrob SKeller MShimizu-Inatsugi RGrossniklaus UVanderschuren HGruissem W. 2019. Haplotype-resolved genomes of geminivirus-resistant and geminivirus-susceptible African cassava cultivars. BMC Biol. 2019 Sep 18;17(1):75. doi: 10.1186/s12915-019-0697-6.

Sắn là cây lương thực quan trọng cho vùng nhiệt đới và cận nhiện đới. Tại Châu Phi, sản xuất sắn thường bị đe dọa bởi bệnh khảm CMD (cassava mosaic disease), do virus có thuật ngữ chuyên môn là “African cassava mosaic geminivirus” gây ra, được vector truyền bệnh mang đi là con bọ phấn trắng (whiteflies). 
 
 
Các nhà chọn giống sắn sử dụng một gen đơn có tên là CMD2, để du nhập tính kháng bệnh CMD vào giống sắn cao sản nhiễm bệnh khảm. Locus CMD2 được xác định trên bản đồ di truyền, định vị tại vùng có kích thước phân tử là 10-Mbp, nhưng chức năng của gen này chưa được biết rõ ràng. Các tác giả của công trình khoa học này đã tiến hành xem xét de novo những tích hợp phân tử trên cơ sở phân tích haplotype và chú thích di truyền (annotations) của hệ gen cây sắn châu Phi, cụ thể giống sắn châu Phi nhiệt đới điển hình TME (tropical Manihot esculenta), có nguồn gốc của gen CMD2, và giống sắn nhiễm bệnh CMD là giống 60444. Những “assemblies” như vậy cung cấp khả đủ thông tin “haplotype” ở từng phase với hơn 80% hệ gen cây sắn. So sánh “haplotype” đã xác định được những đặc điểm mới mà trước đây người ta chưa biết trong genome cây sắn được chồng lấp các đoạn phân tử đích và được cắt thành các đoạn cần thiết, bao gồm hàng nghìn biến thể của alen (allelic variants), sự đa dạng của haplotype với nhau trong vùng mang mật mã di truyền, và thành phần của đa dạng ấy biểu hiện thông qua các alen đặc biệt (allele-specific expression). Tái cấu trúc locus CMD2 cho thấy vùng này có mức độ phức tạp khá lớn với một bộ gen liền kề nhau nhưng tính chất “microsynteny” khá giới hạn giữa hai giống nói trên. Bản đồ di truyền của gen CMD2 của cả hai giống 60444 và TME3, được thực hiện với gen mới được chú thích di truyền (newly annotated), đây là nội dung sẽ giúp cho chúng ta xác định cơ sở di truyền tính kháng bệnh khảm CMD2 do geminiviruses gây ra.Những assemblies de novo của hệ gen cây sắn như vậy sẽ làm thuận lợi hơn cho nội dung tiếp cận các kỹ thuật lập bản đồ di truyền, làm thu hẹp vùng chứa gen đích hiện còn quá rộng lớn để tìm ra những gen ứng cử viên thật sự có ích cho chiến lược phát triển giống sắn kháng bệnh khảm virus, không chỉ châu Phi mà còn ở Đông Nam Á như Việt Nam và Thái Lan.
 
 
 
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:429
số người truy cậpHôm qua:328
số người truy cậpTuần này:2041
số người truy cậpTháng này:2377
số người truy cậpTất cả:336751
số người truy cậpĐang trực tuyến:18