Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 18 THÁNG 05 ĐẾN 24 THÁNG 05 NĂM 2020
 
BẢN TIN KHOA HỌC

 

Cải tiến tính chống chịu mặn của cây đậu nành
 
Nguồn: Yasmin HNaeem SBakhtawar MJabeen ZNosheen ANaz RKeyani RMumtaz SHassan MN. 2020. Halotolerant rhizobacteria Pseudomonas pseudoalcaligenes and Bacillus subtilis mediate systemic tolerance in hydroponically grown soybean (Glycine max L.) against salinity stress. PLoS One. 2020 Apr 16;15(4):e0231348. doi: 10.1371/journal.pone.0231348. eCollection 2020.

     Stress mặn là một trong những yếu tố gây hại sự tăng trưởng và năng suất cây đậu nành. Sử dụng vi khuẩn Pseudomonas pseudoalcaligenes để cải tiến tính chống chịu mặn đậu nành vẫn chưa được phát triển rộng khắp. Người ta tiến hành quan sát phản ứng của cây đậu nành được trồng trong dung dịch dinh dưỡng, với nghiệm thức xử lý là chủng P. pseudoalcaligenes (SRM-16) (có tính chất halotolerant) và vi khuẩn Bacillus subtilis (SRM-3) dưới điện kiện stress mặntrong nhà kính. Xét nghiệm in vitro 44 mẫu vi khuẩn phân lập (isolates) cho thấy có 4 mẫu phân lập tỏ ra chống chịu tốt với mặn. Trong đó, B. subtilisP. pseudoalcaligenes biểu hiện hoạt tính ACC deaminase, siderophore và sản sinh ra indole acetic acid (IAA). Chúng được sàng lọc để phục vụ cho nghiên cứu này. Người ta xác định nồng độ 106 tế bào/mL của vi khuẩn B. subtilis và vi khuẩn P. pseudoalcaligenes – đủ để kích thích sự chống chịu mặn của cây đậu nành đối với nghiệm thức mặn (100 mM NaCl) trồng điều kiện thủy sinh, nhờ tăng cường được sinh khối của cây rất đáng kể, tăng hàm lượng nước tương đối và vật chất đóng vai trò điều tiết áp suất thẩm thấu (osmolytes). Khi phơi nhiễm cây trong stress mặn, vi khuẩn  P. pseudoalcaligenes được chủng trong cây đậu nành biểu thị tính chống chịu thông qua sự tăng lên của hoạt động tự vệ cây  liên quan đến hệ thống vận chuyển ion sắt, các enzyme đóng vai trò antioxidant, proline và hàm lượng MDA trong chồi thân và rễ đậu nành. Hàm lượng ion Na+ trong cây đậu nành tăng lên theo sự tăng của stress mặn; trong khi đó, vi khuẩn làm giảm đáng kể Na+ trong nghiệm thức cây đậu nành bị stress mặn. Tuy nhiên, kết quả đối kháng được quan sát ở nghiệm thức có hàm lượng K+. Cây đậu nành được chủng vi khuẩn P. pseudoalcaligenes phơi nhiễm trong nghiệm thức mặn 100 mM NaCl biểu thị băng protein mới 28 kDa – như vậy, vi khuẩn P. pseudoalcaligenes đã làm giảm đáng kể stress mặn. Kết quả còn cho thấy rằng: tính chống chịu mặn khá thuyết phục trong nghiệm thức P. pseudoalcaligenes so sánh với B. subtilis. Tuy nhiên, một nghiên cứu chi tiết ở mức độ phân tử để giải thích cơ chế chống chịu mà P. pseudo alcaligenes liên quan đến stres mặn trong cây đậu nành cần được tiếp thục thực hiện.
 
Di truyền biểu sinh tính chống chịu mặn cây lúa
 
Nguồn: Parmar SGharat SATagirasa RChandra TBehera LDash SKShaw BP.2020.Identification and expression analysis of miRNAs and elucidation of their role in salt tolerance in rice varieties susceptible and tolerant to salinity. PLoS One. 2020 Apr 15;15(4):e0230958. doi: 10.1371/journal.pone.0230958. eCollection 2020.
 
Đất bị nhiễm mặn là vấn đề nghiêm trọng trong canh tác lúa, chiếm hơn 40% đất nông nghiệp – ước khoảng 80 triệu ha đất trồng trọt của thế giới bị ảnh hưởng mặn. Ảnh hưởng mặn tùy thuộc vào giống cây trồng phản ứng lại bằng nhiều cách khác nhau, bao gồm sự tổn hại bởi độ độc sắt, stress có tính chất áp suất thẩm thấu (osmotic stress) và sự ô xi hóa (oxidative damage). Khi phân tử miRNAs đóng góp nhiều vào những sự kiện sinh hóa học gắn liền với một tính trạng nào đó, người ta phải hiểu biết rõ ràng vai trò của chúng đối với tính chống chịu mặn, cho phép người ta tập trung nghiên cứu tính trạng ấy của các giống lúa trồng trọt để chọn lựa giống tốt thông qua sự can thiệp có tính chất kỹ thuật hóa sinh. Chạy trình tự sRNAs kỹ thuật cao ở rễ và chồi thân lúa trong giai đoạn mạ của nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức xử lý NaCl; giống lúa thử nghiệm là Pokkali, giống chịu mặn đạt chuẩn quốc tế, người ta đã xác định được 75 phân tử miRNAs có tính chất bảo thủ (conserved) và lập bản đồ được 200 sRNAs trong hệ gen cây lúanhư là một phân tử miRNAs mới. Thể hiện của 9 phân tử miRNAs mới và 2 phân tử conserved miRNAs được theo dõi và xác định bằng  Northern blotting. Nhiều phân tử bao gồm cả hai dạng miRNAs conserved và mới biểu hiện khác nhau ở mô rễ và mô chồi thân lúa, khẳng định các yếu tố phiên mã chủ chốt là AP2/EREBP domain protein, ARF, NAC, MYB, NF-YA, HD-Zip III, TCP và SBP. Chúng được ghi nhận có vai trò trong sự truyền tín hiệu chống chịu mặnhoặc chống chịu với những stress phi sinh học khác. Hầu hết các phân tử miRNAs mới biểu hiệntrong loài lúa hoang chịu mặn rất giỏi là Oryza coarctata, cho thấy sự bảo tồn phân tử miRNAs trong các loài lúa hoang đã được phân loại. Mốt trong những phân tử miRNAs mới này là, osa-miR12477, cũng được nhận định L-ascorbate oxidase (LAO), xác nhận có tăng trong khi bị oxidative stress của cây lúa bị xử lý mặn, thông qua kết quả nhuộm màu DAB. Tính chống chịu mặn có thể bao gồm phân tử miRNA-ở trạng thái điều tiết hoạt động gen với (1) số lượng tế bào nhiều lên mang chức năng truey62n tín hiệu hormone như EREBP và ARF, (2) tổng hợp của stress phi sinh học liên quan đến các yếu tố phiên mã, (3) hợp phần antioxidative như LAO để giảm thiểu thiệt hại của phản ứng ô xi hóa. Nghiên cứu chỉ ra rằng tầm quan trọng của phân tử osa-miR12477 trong điều tiết sự thể hiện của LAO khi cây lúa tiến hành chống chịu mặn.
 

Giống cà chua kháng bệnh ghẻ trái do Clavibacter michiganensis

Nguồn: Shree P. Thapa, Michael O’Leary, Marie-Agnès Jacques, Robert L. Gilbertson, and Gitta Coaker. 2020. Comparative Genomics to Develop a Specific Multiplex PCR Assay for Detection of Clavibacter michiganensis. BACTERIOLOGY J. - Published Online:31 Jan 2020 https://doi.org/10.1094/PHYTO-10-19-0405-R
 
     Vi khuẩn Clavibacter michiganensis là vi khuẩn Gram dương gây bệnh trên cây cà chua, tấn công vào mô của mạch gỗ (xylem vessels), gây ra triệu chứng héo khô vi khuẩn và ghẻ trái cà chua. Phát hiện chính xác là bước tiến hành đầu tiên vô cùng cần thiết để khẳng định được sự bùng phát của bệnh ghẻ vi khuẩn và đưa ra một biện pháp quản lý bệnh đúng đắn. Vấn đề chính của những phương pháp phát hiện này là kết quả dương tính giả và kết quả âm tính. Các tác giả của công trình khoa học này đã tiến hành phân tích genome học so sánh (comparative genomics) của 37 chủng nòi vi khuẩn Clavibacter khá đa dạng, bao gồm 21 chủng nòi (strains) đã được giải trình tự rồi, để phân lập ra những trình tự đặc hiệu mà vi khuẩn C. michiganensis sẽ bị phát hiện. Phân tích cây gia hệ theo kiểu “Genome-wide” cho thấy: kết quả đa dạng di truyền của chi Clavibacter. Chủng nòi gây bệnh C. michiganensis biến thiên di truyền trong hợp phần plasmid vector, cho thấy sự phát hiện ra chúng phải căn cứ trên các vùng đích của nhiễm sắc thể xác định. Người ta sử dụng các trình tự tại loci đặc hiệu của vi khuẩn C. michiganensis để phát triển kỹ thuật chẩn đoán dựa trên “multiplex PCR” với 2 gen trên nhiễm sắc thể của C. michiganensis (gen rhuM và gen tomA) rồ cho khuếch đại mang tính chất kiểm soát bên trong của DNA vi khuẩn và DNA của cây cà chua (16S ribosomal RNA). Xét nghiệm multiplex PCR phát hiện chuyên biệt các chủng nòi vi khuẩn C. michiganensis từ một tập đoàn gồm 110 vi khuẩn mang tính bổ sung, đó là các loài vi khuẩn Clavibacter spp. và những pathogens vi khuẩn gây bệnh cây cà chua. Xét nghiệm này đáp ứng với nhu cầu phát hiện nguồn bệnh do vi khuẩn C. michiganensis trong hạt và trong cây cà chua với độ nhạy cao và độ chuyên biệt cao. Kết luận: phương pháp mô tả này là công cụ mang tính chất chuyên biệt để phát hiện C. michiganensis trong hạt cà chua và trong cây cà chua bị nhiễm bệnh.
 
Kỹ thuật fine-mapping và dòng hóa gen trong kỷ nguyên sau NGS: thành tựu và triển vọng
 
Nguồn: Deepa JaganathanAbhishek BohraMahendar Thudi & Rajeev K. Varshney. 2020.Fine mapping and gene cloning in the post-NGS era: advances and prospects. Theoretical and Applied Genetics May 2020https:// doi.org/10.1007/s00122-020-03560-w
 
Cải tiến những tính trạng nông học mong muốn là ưu tiên số một của chương trình lai tạo giống cây trồng. Đặc điểm chung của những tính trạng nông học hữu ích này là di truyền số lượng, khá phức tạp. Xác định những QTLs cần có kỹ thuật fine mapping QTLs và kỹ thuật dòng hóa các gen ứng cử viên của QTLs là hoạt động trọng tâm để phân tích các tính trạng ấy. Những  tiến bộ trong kỹ thuật hệ gen (genomic technologies) là một cuộc cách mạng khoa học giúp người ta hiểu biết rõ ràng hơn di truyền của những tính trạng phức tạp như vậy, và mở ra chiến lược chọn giống nhờ chỉ thị phân tử,  hoặc dòng hóa được QTLs/genes. Công nghệ NGS (next-generation sequencing) trở thành công nghệ khả thi cho phép thao tác kỹ thuật ở mức độ “genome-wide” để phát triển bản đồ di truyền liên kết với độ phân giải rất cao (ultra-high-density genetic linkage maps) trong nhiều loài cây trồng. Nó cho phép thực hiện tại những loci mang tính chất ứng cử viên với khoảng lớn phân tử hẹp chừng vài kbs trong các genomes. Bài tổng quan này so sánh các hệ thống marker được sử dụng trong phương pháp fine mapping và QTL cloning ở giai đoạn trước và sau kỷ nguyên NGS (pre- and post-NGS era). Tác giả thảo luận với chủ đề làm thế nào mà những nền tảng NGS khác nhau lại kết hợp được trong các kiểu thí nghiệm tiến bộ để cải tiến kết quả phân tích những tính trạng mong muốn và thực hiện fine mapping. Tác giả cho rằng những xét nghiệm đánh giá kiểu gen / giải trình tự DNA một cách hiệu quả có thể là tiền đề cần thiết cho các quy trình với quy mô đồ sộ, mà quy trình đó sớm được áp dụng cho fine mapping. Một hiểu biết sâu rộng hơn của những cấu trúc theo tính trạng như vậy sẽ vô cùng cần thiết để thúc đẩy nhanh hơn nội hàm cải tiến giống cây trồng tương lai.
 
Hình 4: So sánh sự phát triển các marker, bản đồ di truyền và giải pháp QTL giữa kỷ nguyên trước và sau NGS. Kỷ nguyên trước NGS, giải pháp QTL khá thấp (10–30 cM), kỷ nguyên sau NGS giải pháp QTL khá cao (0.5–10 cM)
 
Cơ chế biến carbon và nitrogen của vi khuẩn thông qua PTSNtr

 

Nguồn: Carmen Sánchez-Cañizares, Jürgen Prell, Francesco Pini, Paul Rutten, Kim Kraxner, Benedikt Wynands, Ramakrishnan Karunakaran, and Philip S. Poole. 2020. Global control of bacterial nitrogen and carbon metabolism by a PTSNtr-regulated switch. PNAS May 12, 2020; 117 (19) 10234-10245
 
      Vi khuển tiến hóa theo những hệ thống điều tiết mang tính chất khó hiểu và phức tạp để kết gắn với cơ chế biến dưỡng của chúng, các tín hiệu bên ngoài và bên trong. Các hệ thống PTS (phosphotransferase systems) mang tính chất điều tiết ấy tạo nên một khâu then chốt của dòng chảy phức tạp như vậy, với sự truyền tín hiệu của chúng theo mô phỏng cascades góp phần tạo nên những chức năng điều tiết hết sức tinh tế. Cho dù có hai hệ thống chủ yếu đã được mô tả, nhưng nguồn điều tiết carbon và nitrogen điều tiết ra sap vẫn còn rất ít thông tin khoa học minh chứng, đặc biệt vai trò sinh lý in vivo dưới điều kiện real-time. Trong công trình khoa học này, người ta chứng minh được vai trò của PTS như một hệ thống tích hợp (integrated), bảo thủ trong proteobacteria, hoạt động như một sensor sinh học vô cùng phức tạp cho phép tế bào vi khuẩn thay đổi sinh lý của nó sau khi dịch mã và có khả năng cân bằng được carbon, nitrogen. Hệ thống PTS liên quan đến nitrogen (PTSNtr) của vi khuẩn  Rhizobium legumi nosarum bv. viciae 3841 chuyển gốc phosphate từ PEP thông qua PtsP và NPr đến hai regulators cuối cùng là: ManX và PtsN. ManX điều khiển biến dưỡng carbon trung tâm thông qua the chu trình tricarboxylic acid (TCA). Trong khí đó, PtsN điều khiển sự hấp thu nitrogen, sản sinh ra exopolysaccharide, và thực hiện chức năng homeostasis (bảo hòa sinh lý) của kali, mỗi một nội dung đều cần thiết cho tính thích nghi của tế bào, giúp chúng sống sót. Trạng thái nitrogen của tế bào kết hợp với sự kiện phosphoryl hóa khi glutamine, là một amino acid khá phong phú, nếu có đủ nitrogen. Sự kiện này gắn với domain rất nhạy cảm GAF của PtsP, ngăn ngừa sự phosphoryl hóa PtsPvà sự cải biên ngay sau đó của ManX, PtsN. Trong trạng thái giàu nitrogen, hạn chế carbon, sự không có phosphoryl hóa ManX kích hoạt chu trình TCA và ô xi hóa carbon. Trong khi, sự không có phosphoryl hóa PtsN kích hoạt sự hấp thu kali. Các ảnh hưởng ấy đảo chiều với phosphoryl hóa ManX và PtsN, xảy ra trong điều kiện hạn chế nitrogen, giàu carbon. Phosphoryl hóa PtsN sẽ làm kích hoạt sự hấp thu và biến dưỡng nitrogen. Chu trình TCA và ô xi hóa carbon bị suy giảm. Dự trữ carbon ở trạng thái polymer, giống như phân tử polysaccharide ở bề mặt, sẽ tăng lên. Làm mất đoạn domain của GAF từ PtsP làm cho tế bào bị “mù” đối với trạng thái nitrogen trong tế bào. PTSNtr hình thành nên một nút bật tắt (switch) thông qua cơ chế biến dưỡng carbon và nitrogen rất nhanh, và nghịch đảo, điều tiết bởi tương tác protein:protein. PTSNtr có tính chất bảo thủ cao trong proteobacteria, cho thấy tính chất quan trọng toàn cầu của chúng.
 

Hình 5: Sơ đồ tổ chức hệ thống di truyền PTS components của vi khuẩn in R. leguminosarum bv. viciae 3841. Màu tối là: PTS components; màu xám là: các gen tương tác với PTS; màu trắng là những gen xung quanh.

 

 

 

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:291
số người truy cậpHôm qua:333
số người truy cậpTuần này:1124
số người truy cậpTháng này:1124
số người truy cậpTất cả:397682
số người truy cậpĐang trực tuyến:33