Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 21 THÁNG 09 ĐẾN 27 THÁNG 09 NĂM 2020
BẢN TIN KHOA HỌC
 
1. DI TRUYỀN tính kháng sùng đục củ khoai lang
Nguồn: Yinyin Liao, Lanting Zeng, Shunfa Rao, Dachuan Gu, Xu Liu, Yaru Wang, Hongbo Zhu, Xingliang Hou, Ziyin Yang. 2020. Induced biosynthesis of chlorogenic acid in sweet potato leaves confers the resistance against sweet potato weevil attack. Journal of Advanced Research (2020 July) 24:513-522.
 
     Cylas formicarius là đối tượng gây hại rất nghiêm trọng cho canh tác khoai lang trên thế giới, làm củ khoai có vị đắng, có mùi hôi. Cải tiến giống kháng là chiến lược bền vững, với cơ chất biến dưỡng giết chết sùng khoai lang. Người ta tiến hành nghiên cứu di truyền cơ chất biến dưỡng này; bằng cách tiêm vào lá khoai langchlorogenic acid, rồi phơi nhiễm chúng trong những nghiệm thức nuôi ấu trùng sùng khoai lang, để đánh giá hoạt tính của chất này. Chlorogenic acid đã giúp khoai lang tăng cường tính kháng đáng kể với ấu trùng của sùng khoai lang. Người ta quan sát các liều lượng trên lá khoai, chất chlorogenic acid phản ứng khi có xâm nhiễm của sùng. Để làm rõ tại sao sùng khoai lang điều tiết được sự phát sinh ra chất chlorogenic acid của cây chủ, người ta xem xét những nguyên tố căn bản trong tương tác giữa cây chủ và côn trùng gây hại; tạo vết thương liên tục rồi quan sát những phytohormones tham gia vào quá trình hình thành chlorogenic acid. Theo kết quả này, sùng khoai lang tạo nhiều vết thương liên tục sẽ kích thích nhiều phytohormones, bao gồm jasmonic acid, salicylic acid, và abscisic acid. Những phytohormones ấy có thể điều tiết theo kiểu “up” sự biểu hiện các gen điều khiển hình thành chlorogenic acid, đó là gen IbPAL, IbC4H IbHQT, giúp quản lý sùng khoai lang trên đồng ruộng. Chlorogenic acid(CGA) có phổ hoạt tính rộng chống được sâu bướm đêm, bù lạch, và bọ cánh cứng. CGA còn giúp cây tăng trưởng và phát triển tốt, làm phát sinh cơ quan chồi thân (shoot organogenesis) và làm chín quả.Thông tin khoa học này rất hữu ích về cơ chết biến dưỡng có trong thiên nhiên “chống sùng khoai lang” khi có sùng tấn công, với cơ chế truyền tín hiệu hết sức sống động. Kết quả này rất hữu ích cho nhà chọn giống để tạo ra giống khoai lang cao sản kháng được sùng.
 
2. Gen kháng bệnh đạo ôn lúa Pita2 – cách tiếp cận mới
Nguồn: Xiuli MengGui XiaoMary Jeanie Telebanco-YanoriaPaolo Miguel SiazonJonas PadillaRina OpulenciaJoseph BigirimanaGeorges HabarugiraJun WuMingyang LiBaohua WangGuo-Dong LuBo Zhou. 2020. The broad-spectrum rice blast resistance (R) gene Pita2 encodes a novel R protein unique from Pita. Rice (NY) 2020 Mar 13; 13(1):19.
 
 
Hình 1: Bản đồ di truyền Pita2. [a] Pita2 định vị giữa 12 g18120 - RM1337 trên NST12. [b] Pita2 được fine mapped còn 270 kb giữa hai chỉ thị 12 g18530 - 12 g18920. [c] Chín gen ứng cử viên của Pita2 được phân lập trong vùng của hệ gen IR64 xác định bởi marker 12 g18530 - 12 g18920. Hướng phiên mã theo mũi tên. [d] Diagram của gen Pita2. Hai đột biến IR64 biểu thị bằng hình tam giác. Vị trí của gốc amino acid tương ứng với single nucleotide mutation được thể hiện trong hình. Exons tượng trưng bằng bộp đen. [e] Phản ứng khác nhau của giống lúa với 9475-1-3 (Meng et al. 2020).
 
Bệnh đạo ôn lúa được xem là đối tượng dịch hại gây tổn thất lớn cho sản xuất lúa trên toàn thế giới. Phát triển giống kháng là chiến lược có hiệu quả kinh tế tốt nhất. Một chùm gen kháng (R) trên nhiễm sắc thể 12 bao gồm Pita, Pita2 vàPtr được nghiên cứu hơn một thập kỷ qua. Tuy nhiên, mối quan hệ giữa các gen R nàyvẫn chưa được biết rõ. Người ta tiến hành so sánh phổ kháng bệnh bởi Pita2 vàPita thông qua trắc nghiệm các dòng MLs (monogenic lines) trong bốn điểm nóng của dịch bệnh tại Philippines và Burundi, năm 2014 - 2018. Thành phần phản ứng với bệnh khác nhau giữa 2 nước. Gen Pita2 có tính kháng ngoài đồng (field resistance) khá nổi bật. Xét nghiệm cơ sở phát sinh bệnh (pathogenicity) với 328 mẫu phân lập là đơn bào tử (single-spore isolates) trong nhà kính; kết quả hoạt động gen IRBLta2-Re đối với gen Pita2 cho biểu hiện tính kháng bệnh phổ rộng hơn gen Pita. Kết quả rough mapping và fine mapping đều khẳng định Pita2 có trong quần thể F2 và F3 từ tổ hợp lai IRBLta2-Re [CO] và CO 39, với 4344 dòng con lai, để phân định gen Pita2 trong quãng giữa chỉ thị phân tử 12 g18530 và 12 g18920 nằm khá xa tâm động, trên NST12. So sánh chuỗi trình tự các markers với trình tự gốc của IR64, mang gen Pita2 đã minh chứng được nhờ phân tích di truyền, phân định rạch ròi vị trí những gen ứng cử viên trong đoạn phân tử có kích thước 313 kb. Hai đột biến của Pita2 mang tính ức chế trong vùng gen đích Pita2 đã được xác định trong báo cáo này. Phân tích trình tự có tính chất so sánh của hai thể đột biến cho thấy từng alen riêng biệt đều có một nucleotide thay thế một một vị trí khác nhau nào đó, dẫn đến đột biến nonsense và đột biến missense qua sản phẩm protein LOC_Os12g18729. Trái lại, không có đột biến trong chuỗi trình tự bị mất đoạn của những gen ứng cử viên khác, chỉ ra rằng đột biến củaLOC_Os12g18729 phản ánh đột biến kiểu loss of function của gen Pita2.GenPita2 mã hóa một protein R mới rất độc đáo, khác với Pita, mang tính đồng nhất một cách chính xác với gen Ptr được dòng hóa trước đây. trên cơ sở kết quả phân tích gen kháng của những giống lúa khảo nghiệm này mang gen Pita, người ta đã tìm thấy gen  Pita2 biểu hiện nhiều hơn gen Pitaphản ánh tính chuyên biệt đối với một vài isolates nào đó có gen AvrPita. Việc chẩn đoạn và theo dõi gen Pita2 trong những giống lúa do IRRI phát triển, tương đối có tần suất thấp, khẳng định một giá trị cao trong áp dụng nó vào chương trình cải tiến giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn nhờ chỉ thị phân tử. Trong các gen Pita, Pita2 và Ptr -thì Pita2 đồng nhất với Ptr cách khá xa gen Pita theo nghĩa về chuỗi trình tự và vị trí trên NST cho dù Pita2 và Pita liên kết di truyền với nhau. Đột biến kiểu 'loss of function' của gen Pita2 không phải của gen Pita làm suy giảm tính chuyên biệt đối với vài gen AvrPita của những isolates cụ thể, tuy nhiên, cơ chế này cho thấy cách xác định Pita2/Pita và AvrPita vẫn còn phải được gnhiên cứu nhiều hơn nữa.
 
3. Kết quả “deep learning” trong hệ gen cây trồng và nội dung cải tiến giống mới
Nguồn: Hai WangEmre CimenNisha SinghEdward Buckler. 2020. Deep learning for plant genomics and crop improvement. Curr. Opin. Plant Biol. 2020 Apr; 54:34-41.
 
       Kỷ nguyên của chúng ta ngày nay là kỷ nguyên có nhiều sự kiện khoa học to lớn trong genomics cây trồng, bởi sự bùng phát của quá nhiều công nghệ tiên tiến, xác định những kiểu hình có tính chất phân tử, đa chiều (multi-dimensional genome-wide molecular phenotypes) với giá thành thấp. Quan trọng hơn là, genomics không chỉ đơn thuần phải có kiểu hình phân tử, mà còn là đòn bẩy giúp cho những công cụ tìm kiếm dữ liệu hết sức tích cực (data mining tools), để dự đoán được và giải thích được bản chất di truyền của chúng. Gần đây, "deep learning'’ được người ta đánh giá là cực kỳ hiệu quả trong nhiệm vụ nói trên. Bài tổng quan của Wang và ctv. (2020) đã tóm lược hai câu hỏi lớn trong mối giao thoa giữa genomics và deep learning: (1) làm thế nào có thể  chuyển tải thông tin từ trình tự DNA của hệ gen đến những kiểu hình phân tử (molecular phenotypes) để mô phỏng toán; (2) làm thế nào có thể xác định những biến thể di truyền, có chức năng, trong quần thể cây trồng tự nhiên bằng mô phỏng toán gọi là “deep learning”? bên cạnh đó, người ta thảo luận khả năng của việc tháo gỡ sức mạnh của deep learning trong sinh học tổng hợp để sáng tạo ra những nguyên tố mới của hệ gen, với các chức năng mà ngừời ta rất mong muốn. Người ta đề nghị vai trò trung tâm của deep learning trong nghiên cứu hệ gen cây trồng tương lai  gắn với nội dung cải tiến giống. Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31986354/
 
4. CUBIC: một atlas trong cải tiến giống bắp
Nguồn: Hai-Jun LiuXiaqing WangYingjie XiaoJingyun LuoFeng QiaoWenyu YangRuyang ZhangYijiang MengJiamin SunShijuan YanYong PengLuyao NiuLiumei JianWei SongJiali YanChunhui LiYanxin ZhaoYa LiuMarilyn L WarburtonJiuran ZhaoJianbing Yan. 2020. CUBIC: an atlas of genetic architecture promises directed maize improvement. Genome Biol.2020 Jan 24;21(1):20.
 
     Xác định mối quan hệ giữa kiểu gen và kiểu hình, những gen mang tính chất nguyên nhân (causative genes) của QTL, là thách thức đối với các tính trạng số lượng vô cùng phức tạp, nhưng rất quan trong về mặt nông học. Muốn phát triển nội dung khám phá gen mới của hệ gen cây bắp và cải tiến giống, người ta đề xuất quần thể con lai CUBIC (complete-diallel design plus unbalanced breeding-like inter-cross). Quần thể CUBIC trong nghiên cứu này bao gồm 1404 cá thể được tạo ra bằng lai chéo giữa 24 giống bắp chủ lực tại Trung Quốc. Hàng trăm QTL liên quan đến 23 tính trạng nông học được phủ bởi 14 triệu chỉ thị phân tử SNP chất lượng cao và một bản đồ di truyền phân giải cao mang tính chất identity-by-descent, góp phần giải thích trung bình được 75% di truyền của mỗi tính trạng. Tương tác không alen theo kiểu epistasis góp phần đáng kể vào phương sai kiểu hình một cách phổ biến. Phân tích tần suất lai chéo trong một quần thể tích hợp lại các sự kiện ấy và thực hiện bản đồ di truyền có tên là cross-omics cho phép người ta tìm thấy các gen đích vừa nhanh, vừa hiệu quả, được minh chứng trong nghiên cứu này qua chiều dài lá bắp. Xem https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6979394/
 
5. Lúa ưu thế lai thông qua sàng lọc di truyền
Nguồn: Yanru CuiRuidong LiGuangwei LiFan ZhangTiantian ZhuQifa ZhangJauhar AliZhikang LiShizhong Xu. 2020. Hybrid breeding of rice via genomic selection. Plant Biotechnology Journal(2020) 18(1):57-67.
 
      Cải tiến giống lúa lai trên cơ sở ưu thế lai F1 là chiến lược chọn giống không riêng cây lúa mà cả những loài cây trồng khác như bắp. Genomic hybrid breeding là một công nghệ sử dụng bộ chỉ thị phân tử có tên là whole-genome markers để dự đoán được ưu thế lai của con lai trong tương lai. Các tổ hợp ưu thế lai tối ưu theo dự đoán được mang ra đồng ruộng để khảo nghiệm và phóng thích giống mới sau kết quả khảo nghiệm chính quy. Điều này sẽ làm tăng cơ hội chọn lọc những hybrids thật sự ưu việt với giá thành tối thiểu. Người ta áp dụng thuật toán dự đoán genomic best linear unbiased prediction để hoàn thiện quy trình sàng lọc con lai trong một quần thể bao gồm 1495 tổ hợp lai F1 (hybrids). Giá trị 10-fold cross-validations mang tính chất lập lại cho thấy: khả năng dự đoán của 10 tính trạng nông học quan trọng biến thiên 0,35 - 0,92. Sử dụng 1495 hybrids này làm mẫu training, người ta dự đoán có 6 tính trạng nông học của 100 hybrids dẫn xuất từ các tổ hợp lai ‘half diallel’ với 21 bố mẹ. Con lai khác với bố mẹ trong quần thể mẫu training. Khả năng dự đoán tương đối cao, thay đổi từ 0,54 (năng suất) đến 0,92 (chiều dài hạt). Kết luận rằng: quần thể 1495 hybrids có thể được sử dụng để dự đoán dòng hybrids từ những bố mẹ chưa được biết về mối quan hệ. Người ta sử dụng quần thể training để dự đoán tất cả hybrids có tiềm năng thuộc bất dục đực tế bào chất từ 3000 giống lúa thông qua sàng lọc di truyền bằng 3K Rice Genome Project. Sử dụng chỉ số toán học breeding index kết hợp một lúc 10 tính trạng, người ta xác định được đỉnh và đáy của 200 hybrids dự đoán.  Kiểu gen SNP của quần thể training và các thông số di truyền được ước đoán từ quần thể nàyđề sẵn sàng cho nội dung thực hiện tổng quát, cũng như minh chứng sâu hơn genomic hybrid theo dự đoán từ tập đoàn giống lúa đang nghiên cứu.
 
6. Tiến hóa của gen và chức năng mới của hoa 
Nguồn: Cuong Nguyen Huu, Barbara Keller, Elena Conti, Christian Kappel, and Michael Lenhard. 2020. Supergene evolution via stepwise duplications and neofunctionalization of a floral-organ identity gene.PNAS September 15, 2020 117 (37) 23148-23157
 
Heterostyly là một loại hình độc đáo của tính chất đa hình và tính chất herkogamy của hoa. Heterostyly tiến hóa một cách độc lập trong 25 họ thực vật khác nhau như Oxalidaceae, Primulaceae, Pontederiaceae, Boraginaceae. Heterostyly là sự thích nghi để thực hiện tạp giao trong tự nhiên (outbreeding) của thực vật. Trong cây hoa anh thảo (primrose) có bản chất heterostylous, cây hình thành các hoa với vòi nhị dài và bao phấn thấp, hoặc vòi nhị ngắn và bao phấn cao. Sự khác biệt ấy là do một đoạn nhiễm sắc thể chứa 5 gen được dự đoán, chưa biết chức năng, chưa biết quá trình tiến hóa. Người ta xác định gen có chức năng phát sinh túi phấn trong kiểu hoa có vòi nhị ngắn. Gen này phát sinh ra bởi hiện tượng lập đoạn (duplication) từ một gen chính danh, kinh điển, gắn liền với cơ quan của hoa tự và tạo ra chức năng mới. Ngạc nhiên là, đoạn nhiễm sắc thể đích ấy biểu hiện tiến hóa bởi gen lặp đoạn kiểu bậc thang hơn là kiểu lập đoạn của một khối nhiễm sắc thể đầy đủ. Heterostyly đặc trưng kiểu thích nghi khá hấp dẫn để tăng cường outbreeding mà quy trình tiến hóa gấp nghìn lần, không bị lệ thuộc vào nhau. Cá thể L-morphhình thành hoa có vòi nhị dài, bao phấn ngắn, hạt phấn bé. Cá thể S-morph hình thành hoa có vòi nhị ngắn, bao phấn dài, hạt phấn to. Khác biệt giữa hai kiểu morphs này được điều khiển bởi locus Ssupergene” gồm nhiều gen khác nhau, xác định kiểu hình tính trạng khác nhau của một hội chứng sinh học, bởi vì sự tái tổ hợp giữa các gen bị ức chế. Trong cây Primula, S locus có kích thước phân tử khoảng 300-kb có tính chất hemizygous mang tất cả 5 gen dự đoán (giả định). Chức năng của 5 gen này chưa rõ, nhưng người ta cho rằng chúng tiến hóa từ S locus. Người ta chứng minh họ gen MADS-box GLOBOSA2 (GLO2) định vị tại S locus xác định vị trí của túi phấn. Trong loài Primula forbesii S-morph, gen GLO2 thúc đẩy sự tăng trưởng nhờ phát triển số lượng tế bào tăng lên tại ống dẫn phấn phát triển ở nuốm nhụy cái đi vào noãn bào; trái lại, cả kích thước hạt phấn, tính bất dục đực đều không bị ảnh hưởng bởi gen GLO2. Gen đồng dạng GLO1, từ gen GLO2 phát sinh thông qua hiện tượng lập đoạn, duy trì bản chất về chức năng B-class của tổ tiên, trong định hình cánh hoa và nhụy cái, cho thấy rằng gen GLO2 đã làm ra chức năng mới (neofunctionalization), ở mức độ mã hóa protein. Bản đồ di truyền và phân tích di truyền huyết thống cho kết quả: những lặp đoạn nói trên quyết định chiều dài vòi nhị đực bởi gen CYP734A50 rồi sau đó mới đến hoạt động của gen GLO2, với lặp đoạn của gen CYP734A50 xảy ra đầu tiên. Xem https://www.pnas.org/content/117/37/23148
 
 
 

 
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:98
số người truy cậpHôm qua:513
số người truy cậpTuần này:1572
số người truy cậpTháng này:10173
số người truy cậpTất cả:461262
số người truy cậpĐang trực tuyến:16