Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 16 THÁNG 12 ĐẾN 22 THÁNG 12 NĂM 2019
 
BẢN TIN KHOA HỌC
 
1. Gen kháng bệnh đạo ôn trong tập đoàn giống lúa bản địa Ấn Độ
Nguồn: Gavhane DB, Kulwar PL, Kumbhar SD, Jadhav AS, Sarawate CD. 2019. Cataloguing of blast resistance genes in landraces and breeding lines of rice from India. Journal of Genetics (2019) 98:106 Indian Academy of Sciences (published online 15 November 2019)
 
 
     Bệnh đạo ôn lúa do nấm Magnaporthe oryzae gây ra, là một trong những đối tượng gây hại làm thất thoát năng suất lúa lớn nhất. Bước đầu tiên trong lai tạo giống lúa kháng bệnh là phải xác định được nguồn vật liệu cho gen kháng ổn định, “catalogue” bản chất các gen kháng ấy trong các nguồn giống lúa khác nhau. Theo kết quả nghiên cứu này, một tập đoàn giống lúa bản địa bao gồm 37 mẫu giống, cộng với các dòng lúa lai cải tiến, các giống lúa đã được phóng thích trong sản xuất, lần đầu tiên được định tính đối với sự kháng bệnh đạo ôn trong những điều kiện khác nhau về “epiphytotic” với những gen kháng khác nhau được tư liệu hóa thành một “catalogue” chứa đựng những chỉ thị phân tử liên kết chặt chẽ với từng gen kháng cụ thể. Có tổng cộng 22 gen kháng bệnh đạo ôn được tư liệu hóa có hệ thống (catalogued) trong các giống bản địa khác nhau này. Đa dạng di truyền đối với tập hợp các gen khác nhau ấy đã được phân tích và nghiên cứu. Theo đó, một bộ chỉ thị phân tử có từ 2 đến 3 markers đã được xác định giúp phân biệt các giống khác nhau trong điều kiện địa lý cụ thể nào đó. Kết quả này vô cùng hữu dụng cho nhà chọn giống lựa chọn nguồn vật liệu kháng bệnh được kết hợp đúng đắn với giống cao sản ở từng vùng địa lý khác nhau.
 
Hình 1: Sản phẩm PCR tại locus PI54 biểu hiện đa hình của mẫu giống lúa từ 1 đến 34
 
 
2. Bộ kit chuẩn đoán bệnh cháy bìa lá lúa

Diagnostic kit for rice blight resistance. Nat Biotechnol. 2019; 37(11): 1372–1379. Published online 2019 Oct 28. 

     Bệnh cháy bìa lá lúa hay bạc lá do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) gây ra, là một trong những đối tượng gây hại làm tổn thất sản lượng lúa trên toàn thế giới. Những cơ chế kháng bệnh chủ yếu của các gen thuộc họ gen SWEET được xem như là những yếu tố nhạy cảm tính nhiễm bệnh. Các protein “effectors” TAL của vi khuẩn (bacterial transcription activator-like) kết gắn với protein “effector” EBE (effector-binding elements) của promoter họ gen SWEET, chúng kích động các gen SWEET. Những biến thể của EBE không có thể được ghi nhận bởi “TAL effectors”, chúng sẽ loại bỏ hẳn ảnh hưởng kích thích này, làm cho tính kháng bệnh được tiến hành. Ở đây, các tác giả nghiên cứu đã mô tả một bộ kít chẩn đoán có thể giúp chúng ta phân tích được vi khuẩn Xoo trên đồng ruộng, xác định các dòng lúa kháng bệnh cháy bìa lá. Đặc biệt là, người ta còn hình thành được một cơ sở dữ liệu của “SWEET promoter”, những cặp mồi phục vụ kỹ thuật RT–PCR để phát hiện có hay không sự kích thích gen SWEET, thao tác di truyền các dòng lúa đóng vai trò “reporter” để thấy được sự tích tụ của “SWEET protein” và thực hiện “knock-out” các dòng lúa để xác định được những cơ chế của độc tính trong các mẫu phân lập vi khuẩn. Người ta còn phát triển dòng đột biến có chủ đích bằng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR–Cas9 đối với giống lúa Kitaake để đánh giá hiệu quả đột biến EBE trong kháng bệnh, cung cấp phần mềm để dự đoán bộ gen kháng tối ưu tại một vùng địa lý cụ thể nào đó, và hai giống lúa “mega” kháng bệnh sẽ giúp nông dân phát triển các giống lúa kháng bệnh cháy bìa lá ổn định trong sản xuất.
 
3. Di truyền tính kháng bệnh cháy bìa lá của gen xa-45(t) trên NST8
Nguồn: Neelam KMahajan RGupta VBhatia DGill BKKomal RLore JSMangat GSSingh K. 2019. High-resolution genetic mapping of a novel bacterial blight resistance gene xa-45(t) identified from Oryza glaberrima and transferred to Oryza sativa. Theor Appl Genet. 2019 Dec 6. doi: 10.1007/s00122-019-03501-2. [Epub ahead of print]
 
     Một gen kháng bệnh cháy bìa lá lúa mới có tên là xa-45(t) được phân lập từ lúa trồng châu Phi Oryza glaberrima mẫu giống IRGC 102600B, người ta chuyển gen này vào lúa trồng châu Á O. sativa rồi phân tích bản đồ di truyền trên nhiễm sắc thể số 8 theo phương pháp chạy trình tự ddRAD. Vùng QTL được xác định có kích thước 80 kb trong hệ gen tham chiếu Nipponbare có ký hiệu IRGSP-1.0 và bao gồm tất cả 9 gen ứng cử viên. Một chỉ thị phân tử STS được thiết kế từ locus LOC_Os08g42410 đồng phân ly với tính trạng kháng bệnh. Chỉ thị này sẽ rất hữu dụng cho chiến lược chọn giống nhớ marker đối với gen lặn Xa-45(t) trong chương trình cải tiến giống lúa kháng bệnh. Bệnh bạc là do vi khuẩn Xanthomonas oryzae pv. oryzae, là một trong những yếu tố hạn chế chính đối với năng suất lúa ở vùng Đông Nam Á. Mặc dủ người ta hiện có 44 gen kháng BLB lấy từ giống lúa trồng và lúa hoang, nhưng tính bền vững của sự kháng bệnh này luôn luôn đặt ra cho chúng ta nhiều thách thức bởi sự tiến hóa tự nhiên trong thiên nhiên của pathogen; và kiểm soát bằng thuốc hóa học không đủ để quản lý bệnh này.
 
      Ở đây, các tác giả công trình khoa học này đã ghi nhận bản đồ di truyền phân giải cao của một gen lặn mới quy định tính kháng bệnh BLB với tên gọi là xa-45(t) du nhập từ Oryza glaberrima mẫu giống số IRGC 102600B. Dòng du nhập gen được lai với giống lúa trồng loại hình indica nhiễm bệnh cv. Pusa 44 để tạo ra quần thể con lai F2 và F2:3 phục vụ nghiên cứu di truyền tính kháng. Nghiên cứu di truyền tính kháng cho thấy có sự xuất hiện một locus mang alen lặn điều khiển tính kháng bệnh đối với bảy pathotype của vi khuẩn Xanthomonas. Một bản đồ di truyền phân giải cao được hình thành với trình tự DNA phối hợp cắt đôi nhờ men phân cắt hạn chế (double-digest restriction-associated DNA sequencing) của 96 con lai F2 cùng với bố mẹ của chúng. Bản đồ QTL đã 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 các chỉ thị phân tử SNP là C8.26737175 và C8.26818765. Chỉ thị đỉnh (peak marker), C8.26810477, giải thích được 49,8% biến thiên kiểu hình và định vị ở điểm 202,90 cM trên bản đồ liên kết (linkage map). Locus chủ lực này quét một vùng rộng đến 80 kb trong hệ gen tham chiếu Nipponbare IRGSP-1.0 và bao gồm 9 gen ứng cử viên. Một chỉ thị STS có tính chất đồng phân ly (co-segregating marker) được người ta phát triển từ trình tự  LOC_Os08g42410 để chuyển gen này có hiệu quả vào các giống lúa cao sản. Xem thêm: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4868983/
 
4. Kiểu gen giống lúa chống chịu mặn thông qua phân tích transporter “HTK1;5”
Nguồn: Shohan MUSSinha SNabila FHDastidar SGSeraj ZI. 2019. HKT1;5 Transporter Gene Expression and Association of Amino Acid Substitutions With Salt Tolerance Across Rice Genotypes. Front Plant Sci. 2019 Nov 4;10:1420. doi: 10.3389/fpls.2019.01420.
 
     Cây lúa cần phải duy trì tỷ lệ Na+/K+ thấp để sống sót và tăng trưởng trong điều kiện stress do hàm lượng sodium trong đất rất cao. Trong những điều kiện như vậy, yếu tố vận chuyển có ái lực với ion K+ (HKT) và những phân tử đồng phân của nó (homologs) được biết có nhiệm vụ hoàn thiện vai trò cực trọng này với HKT1;5 – một “player” chính khi duy trìn ion Na+. Sự thể hiện có tính chất chọn lực ấy của HKT1;5 trong rễ lúa so sánh với trong chồi thân đã được quan sát nhờ kỹ thuật “real time PCR”, “microarray”, và “RNAseq” với cơ sở dữ liệu. Sự thể hiện của nó, nói chung có xu hướng cao hơn khi stress mặn gia tăng ở giống nhiễm mặn IR29, giống chịu mặn Pokkali, cả hai glycophytes; cũng như thể haplotype của lúa hoang có khoảng cách rất xa về di truyền, đó là Porteresia coarctata, loài chỉ thị rất quan trọng đối với stress mặn. Kết quả này chỉ ra rằng tỷ lệ Na+/K+ thấp trong giống Pokkali (đối chứng kháng), nhưng càng thấp hơn rất nhiều lần trong mẫu giống P. coarctata. Yếu tố vận chuyển có ái lực với K+ là HKT1;5 thể hiện chức năng khá đa dạng trong các giống lúa nhiễm mặn và chống chịu mặn, cũng như so sánh chuỗi trình tự query với hệ tham chiếu (multiple sequence alignment of sequences) của HKT1;5 từ các loài Oryza và từ chi P. coarctata – kết quả có 4 sự thay thế amino acid chủ yếu (140 P/A/T/I, 184 H/R, D332H, V395L), với mức tương đồng của những giống chống chịu mặn và phương sai của haplotype so sánh với giống nhiễm mặn. Cấu trúc 3D của HKT1;5 được dự đoán tốt nhất, có được là nhờ phương pháp sử dụng “Ktrab potassium transporter” là nền. Trong bốn thay thế ấy, sự hiện diện của amino acid bảo thủ là aspartate (332) và valine (395) đối diện với màng dọc theo kên truyền dẫn ion Na+/K+ - chỉ thấy ở cây chống chịu mặn và cây có tính chất “halophytic”. Mô phỏng theo kết quả trên, cũng như mô phỏng toán theo động thái phân tử cho thấy rằng valine là không thể có, để phát sinh ra một hệ thống mạnh mẽ có tính chất kỵ nước (hydrophobic network), với những amino acid xung quanh nó khi so sánh với leucine do suy giảm chiều dài chuỗi trình tự. Kết quả của thay đổi như vậy bản chất không linh động của tế khổng (pore rigidity) làm tăng giá trị mô phỏng toán đối với vận chuyển ion Na+ từ mạch libe cho đến nhu mô rễ ở dưới đất. Mô phỏng này còn đặt ra rằng có sự xuất hiện của aspartate ở vị trí số 332 dẫn đến tương tác tại phân cực với các gốc hóa học tại cực dạng kẹp tóc mang bản chất ngoài tế bào (extracellular loop polar residues). Những gốc hóa học này có thể di chuyển về vùng kẹp tóc khi mở ra sự co thắt ở tế khổng; do đó, cho phép dòng chảy diễn ra dễ dàng hơn đối với vận chuyển ion Na+. Hai thay thế này của transporter “HKT1;5” có thể giúp cho giống lúa trở nên chống chịu mặn, duy trì tốt tỷ lệ Na+/K+ mong muốn, để sống sót trong điều kiện stress mặn. Xem chi tiết tại https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6843544/
 

Hình 5: Cây gia hệ chỉ ra rõ ràng giống chống chịu mặn (tolerant) và giống nhiễm mặn (sensitive)

5. Lúa chống chịu khô hạn từ ngân hàng gen lúa của Hoa Kỳ

Nguồn: Bhattarai USubudhi PK. 2019. Genetic Diversity, Population Structure, and Marker-Trait Association for Drought Tolerance in US Rice Germplasm. Plants (Basel). 2019 Nov 21;8(12). pii: E530.

     Khô hạn là yếu tố hạn chế năng suất lúa chủ yếu tại các vùng sản xuất lúa ở Hoa Kỳ. Tác động của khô hạn trở nên hết sức cực trọng ở giai đoạn sinh dục của cây lúa dẫn đến năng suất thấp. Do vậy, việc đánh giá biến thiên kiểu gen và kiểu hình đối với chống chịu khô hạn rất cần thiết trong quản lý ngân hàng gen cây lúa của Hoa Kỳ, sao cho tiếp cận được với nổ lực diễn ra của các nhà chọn tạo giống lúa. Người ta tiến hành đánh giá 205 mẫu giống lúa trong ngân hàng gen của Hoa Kỳ đối với tính trạng chống chịu khô hạn ở giai đoạn sinh dục đáp ứng với các giống lúa Bengal, Jupiter, Cypress, Jazzman, Caffey, và Trenasse. Chỉ số thu hoạch (HI) và khối lượng tươi của chồi thân được xác định là tính trạng quan trọng giải thích chủ yếu các biến thiên của mẫu giống trong điều kiện chống chịu khô hạn. Đánh giá kiểu gen thông qua 80 chỉ thị phân tử SSR  cho thấy mức độ thấp của đa dạng di truyền trong tập đoàn giống lúa Hoa Kỳ. Phân tích di truyền quần thể cho thấy có sự phân nhóm giống lúa với 8 nhóm di truyền khác nhau. Giống lúa thuộc California, Louisiana, và Arkansas hình thành nên những nhóm phụ khác biệt nhau. Giống lúa từ Texas rất tương đồng với giống lúa thuộc Louisiana và Arkansas. Phân tích tương quan giữa chỉ thị phân tử và tính trạng kiểu hình cho thấy sự phối hợp có ý nghĩa của chỉ thị RM570 và RM351 với năng suất, tỷ lệ hoa lúa thụ tinh, và HI% , trong khi đó, khối lượng khô của chồi thân gắn với chỉ thị RM302 và RM461. Giống lúa chống chịu khô hạn được xác định trong thí nghiệm này và những chỉ thị phân tử SSR có liên quan đến chống chịu khô hạn sẽ trở nên hữu ích để nhà chọn giống phát triển cải tiến giống cao sản chống chịu khô hạn ở giai đoạn phát dục nhờ sự hỗ trợ của SSR markers.
 
 
 
Hình 7: Kết quả PCA (principal component analysis) đối với những tính trạng nông học, tính trạng năng suất, và yếu tố hình thành năng suất của các giống lúa Hoa Kỳ trong ngân hàng gen. (a) “Scatter plot” của nhiều giống lúa khác nhau đặc trưng với 2 trục “principal component”. Không quan sát thấy có nhóm di truyền nào chứa đủ ngoại trừ tập đoàn giống lúa của California ở “quadrant” thứ ba. (b) Xếp nhóm di truyền thông qua những biến số của 2 trục “principal components”; PC1 đại diện cho tính trạng năng suất, yếu tố hình thành năng suất và PC2 đại diện cho những tính trạng nông học được sử dụng phân tích trong thí nghiệm này.
 
 
 
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:82
số người truy cậpHôm qua:302
số người truy cậpTuần này:655
số người truy cậpTháng này:2213
số người truy cậpTất cả:380941
số người truy cậpĐang trực tuyến:11