Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 23 THÁNG 03 ĐẾN 29 THÁNG 03 NĂM 2020
BẢN TIN KHOA HỌC
 
1. Chọn tạo giống kê ưu thế lai ở Ấn Độ
 
Nguồn: S. K. GuptaK. Sudarshan PatilAbhishek RathoreDev Vart YadavL. D. SharmaK. D. MungraH. T. PatilSuresh K. GuptaRamesh KumarVaibhav ChaudharyRoma R. DasAnil KumarVikas SinghRakesh K. SrivastavaRajeev GuptaM. BoratkarRajeev K. VarshneyK. N. Rai & O. P. Yadav. 2020. Identification of heterotic groups in South-Asian-bred hybrid parents of pearl millet. Theoretical and Applied Genetics March 2020; 133:873–888
 
Chương trình chọn tạo giống kê có thể được khai thác thông qua tập đoàn giống ưu thế lai nhờ hạt giống bất dục đực và phục hồi phấn hoa để tạo ra hàng loạt con lai thế hệ mới có năng suất cao hơn các giống kê lai hiện nay. Người ta sử dụ 580 dòng bố mẹ ưu thế lai, 320 dòng R (phục hồi phấn hoa) và 260 dòng B (duy trì bất dục đực), dẫn xuất từ 6 chương trình lai giống kê tại Ấn Độ, đánh giá kiể gen theo phương pháp RAD-GBS (khoảng 0,9 triệu chỉ thị SNPs) phân nhóm thành 12 nhóm dòng R và 7 nhóm dòng B. Trong vài trường hợp ngoại lệ, dòng bố mẹ “hybrids” của tất cả chương trình lai này được tìm thấy thuộc nhóm có tính chất “marker-based groups” (cơ sở chỉ thị phân tử giống nhau) gợi ra rằng chương trình này có tính chất đa dạng di truyền. Người ta tạo ra được 120 con lai “hybrids” thuộc 37 dòng bố mẹ (22 dòng R và 15 dòng B), người ta tiến hành đánh giá năng suất hạt tại 4 ruộng thí nghiệm ở Ấn Độ, khác biệt năng suất, ưu thế lai và khả năng kết hợp: có ý nghĩa thống kê. Tất cả con lai, giá trị ưu thế lai trung bình so với bố mẹ và giá trị ưu thế lai tuyệt đối (HB) đối với năng suất là 84,0% và 60,5%, theo thứ tự. Nhóm G12 B × G12 R và G10 B × G12 R có giá trị ưu thế lai tuyệt đối cao nhất – khoảng 10% so với giống hybrid tốt nhất Pioneer 86M86. Bố mẹ bao gồm các dòng hybrids có ưu thế lai thật sự thuộc nhóm giống G4R, G10B, G12B, G12R, và G13B. Trên cơ sở xem xét giá trị ưu thế lai và khả năng kết hợp, 2 dòng  B (HGB-1 và HGB-2) và 2 dòng R (HGR-1 và HGR-2) được xác định là nhóm có tính chất “heterotic”. Các dòng Hybrids thuộc tổ hợp lai HGB-1 × HGR-1 và HGB-2 × HGR-1 thể hiện rõ ưu thế lai về năng suất là 10,6 và 9,3%, theo thứ tự, so với đối chứng là dòng hybrid tốt nhất. Các nhóm cây bố mẹ có thể được xác định nhờ chỉ thị phân tử trước tiên, các markers ấy có thể không dự đoán được tổ hợp có ưu thế lai tốt nhất, nhưng có có thể cung cấp một giá trị thực tiễn trong đánh giá các dòng bố mẹ hiện hữu để tạo nên tổ hợp lai mang tính chất “heterotic” từ nhiều nguồn giống “heterotic” khác nhau.
 
2. Khai thác gen bất dục đực msc-2 của cây ớt (Capsicum annuum L.)
 
Nguồn: Qing ChengTing LiYixin AiQiaohua LuYihao WangLang WuJinqiu LiuLiang Sun & Huolin Shen. 2020. Phenotypic, genetic, and molecular function of msc-2, a genic male sterile mutant in pepper (Capsicum annuum L.). Theoretical and Applied Genetics March 2020; 133:843–855
 
Phương pháp BSA (bulked segregant analysis) và kỹ thuật “fine mapping” là giải pháp để khai thác tốt locus msc-2 (bất dục đực di truyền trong nhân) của cây ớt – tại vùng có kích thước phân tử 336 kb trên nhiễm sắc thể 5. Gen ứng cử viên nặng ký là Capana05g000766, một đồng dạng của gen AtMS1 trong cây Arabidopsis, đã được xác định. Gen bất dục đực “genic male sterility” (msc-2) đã được khai thác để sản xuất hạt ớt lai F1 tại Bắc Trung Quốc. Tuy nhiên, người ta chưa tìm thấy marker nào có tính chất “co-segregated” hoặc gen ứng cử viên đáng tin cậy điều khiển tính trạng bất dực đực theo kiểu di truyền từ nhân, để tiến hành dòng hóa (cloned). Ở đây, các tác giả đã ứng dụng phương pháp BSA (bulked segregant analysis) và đánh giá kiểu gen quần thể con lai F2 và một dòng ớt “18Q5431AB” được khai thác để làm “fine map” gen lặn msc-2, định vị trong quãng rộng 336 kb. Tại vùng mục tiêu này, gen Capana05g000766 là một đồng dạng (homolog) của gen AtMS1, mã hóa “homeodomain finger” của cây trồng, bao gồm cả việc phát triển tầng “tapetum” của cơ quan sinh dục. Thực hiện làm mất đoạn “T” trong gen Capana05g000766 sẽ dẫn đến kết quả “stop codon” sớm hơn (premature), làm cho đột biến có tính chất “loss-of-function” xảy ra. Phân tích kỹ thuật “real-time PCR” cho thấy gen Capana05g000766 là gen đặc biệt với túi phấn, nó điều tiết theo kiểu “down” để cho kết quả “bất dục đực”. Như vậy, Capana05g000766 được xác định như một gen ứng cử viên nặng ký nhất đối với locus msc-2. Xét nghiệm “allelism” cho kết quả là msc-1 và msc-2 không alen với nhau, kết quả xét nghiệm “bimolecular fluorescence complementation analysis” cho thấy: hai gen này không tương tác trực tiếp với nhau mà với một alen khác ở mức độ sản phẩm mã hóa của chúng là protein. Vì gen msc-1 và msc-2 là “homologs” với gen AtDYT1 và AtMS1 của cây Arabidopsis, chúng có thể đóng vai trò giống nhau khi phát triển tầng “tapetum” trong cây ớt bất dục đực, gen trội Msc-1 có thể là cận trên (up stream) của gen Msc-2 khi điều tiết của những gen khác có cùng chức năng phát triển tầng “tapetum”.
 
3. Chỉnh sửa gen cây lúa bản địa châu Phi nhờ hệ thống CRISPR-Cas9
 
Nguồn: Elia Lacchini, Edward Kiegle, Marco Castellani, Hélène Adam, Stefan Jouannic, Veronica Gregis, Martin M. Kater. 2020. CRISPR-mediated accelerated domestication of African rice landraces. Plos One - Published: March 3, 2020
 
Giống lúa bản địa châu Phi Oryza glaberrima và giống bản địa châu Á Oryza sativa là nguồn di truyền quý giá phục vụ cho các chương trình lai tạo giống lúa mới, do tính thích nghi của chúng với môi trường địa phương và đất đai. Chúng có khả năng kháng sâu bệnh hại, chống chịu khô hạn và thích nghi với điều kiện nghèo dinh dưỡng trong đất khi so sánh với giống lúa cao sản nhập nội the ở châu Á. Trái lại, các tính trạng có tính chất thuần hóa (domestication traits), ví dụ như tính trạng dễ rụng hạt, đỗ ngã, và năng suất hạt chưa được hoàn thiện ở giống lúa bản địa châu Phi. Vì vậy, việc sử dụng các giống lúa châu Phi ấy phục vụ cho nông nghiệp có sản lượng cao thường gặp giới hạn do năng suất không dự đoán được cũng như phẩm chất kém. Người ta nêu ra tất cả khuyết điểm nó trên bằng cách phát triển quy trình cải biên giống lúa bản địa châu Phi bằng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR-Cas. Ở đây là giống lúa trồng châu Phi có tên là “Kabre” với kỹ thuật chỉnh sửa di truyền có tên là “domestication loci”. rồi cải tiến tiềm năng nông học của giống lúa Kabre. Chuyển nạp di truyền ổn định nhờ hệ thống CRISPR-Cas9 với các vectors tương ứng được tạo ra bởi “knockout” gen đích là gen đơn hoặc đa gen một cách “đồng thời”. Cây lúa lùn giúp cho nó chống đỗ ngã được tạo ra bằng thao tác trên gen HTD1. Bên cạnh đó, ba loci điều khiển kích cỡ hạt và năng suất (GS3GW2 và GN1A) được xác định là gen đích, sử dụng kiểu thiết kế vector là “multiplex CRISPR-Cas9”. Trong các dòng lúa đột biến, chúng thể hiện năng suất cao đáng kể. Đây là minh chứng người ta có thể áp dụng công nghệ mới trong cải tiến giống lúa, dần dần cải thiện được năng suất lúa bản địa châu Phi, một mục tiêu của nhân loại vì châu Phi là điểm nóng của gia tăng dân số và thường xuyên thiếu ăn trên thế giới này.
 
4. Chủng vi sinh vào cây lúa để điều tiết phản ứng chống ô xi hóa và phản ứng gen tự vệ làm giảm stress khô hạn.
 
Nguồn: Singh DP, Singh V, Gupta VK, Shukla R, Prabha R, Sarma BK, Patel JS.2020.Microbial inoculation in rice regulates antioxidative reactions and defense related genes to mitigate drought stress. Sci Rep.2020 Mar 16;10(1):4818. doi: 10.1038/s41598-020-61140-w.
 
Chủng vi sinh khi cây bị khô hạn, giúp cây lúa kích hoạt các phản ứng của gen mã hóa enzyme và mã hóa protein không phải enzyme, các gen ấy biểu hiện mạnh mẽ. Những mô hình có tính chất phong phú ấy trong thực vật đều có liên quan đến cơ chế chống chịu stress. Khô hạn làm ức chế tăng trưởng của cây lúa. Kỹ thuật chủng vi sinh với nấm Trichoderma, vi khuẩn Pseudomonas và nghiệm thức phối trộn cả hai đã làm giảm thiểu đáng kể tác động của canh tác thiếu nước tưới. Biểu hiện của gen PAL được kích hoạt; hoạt động của enzyme do chủng vi sinh dẫn đến kết quả tích tụ polyphenolics tăng lên trong cây. Hàm lượng chất “antioxidant” thuộc nhóm polyphenolics của vi khuẩn được chủng vào cũng tăng. Cây trở nên chống chịu khô hạn tốt hơn, thể hiện giá trị cao của DPPH, ABTS, năng lượng giảm ion sắt và hoạt động bắt giữ ion sắt tăng (Fe-ion reducing power and Fe-ion chelation activity). Điều này chứng minh được vai trò của polyphenolic cũng như gốc ô xy tự do. Hoạt động của men “superoxide dismutase” mà enzyme này xúc tác “superoxide” (O2-) diễn ra, dẫn đến kết quả tích tụ của H2O2 – chúng liên kết với phản ứng chết của tế bào vô cùng nhạy cảm ở lá lúa. Chủng vi sinh vào cây lúa làm tăng cường hoạt tính của những enzyme sau đây: peroxidase, ascorbate peroxidase, glutathione peroxidase và glutathione reductase. Chúng góp phần làm giảm gốc ô xi tự do gây phản ứng “ROS burden” trong cây lúa. Các gen trong chu trình biến dưỡng chủ chốt ấy gồm có phenylpropanoid (PAL), superoxide dismutation (SODs), H2O2 peroxidation (APX, PO) và phản tự bảo vệ chống ô xi hóa [oxidative defense response: CAT]. Chúng thể hiện mạnh mẽ khi tiến hành chủng vi sinh vào cây. Sự thể hiện của gen OSPiP được tăng cường - liên quan đến kết quả giảm khả năng ngấm nước, làm kích hoạt gen DHN giúp cây thích ứng với khô hạn, giảm stress có tính chất “dehydration” (mất nước, thiếu nước) liên quan đến kích hoạt gen DREB (truyền tín hiệu chống chịu khô hạn). Tác động của vi khuẩn Pseudomonas đối việc nội dung thể hiện gen liên quan đến các vấn đề nói trên còn nhiều tiềm năng khai thác. Như vậy, chủng trực tiếp vi sinh vào cây lúa đã làm cho sự thể hiện của gen mục tiêu liên quan đến nhiều tiến trình tự vệ của cây đối với stress khô hạn. Các phản ứng “antioxidant” mang tính chất enzyme hoặc không phải enzyme sẽ giúp cây lúa giảm thiểu sự phát sinh nhiều chất “antioxidative”, tác động ngược lại sự thể hiện của các gen khi cây được chủng vi sinh. Những cơ chế ấy góp phần tích cực cho nội dung giảm thiểu stress.
 
 
Hình : Phát sinh ra H2O2 trong cây lúa được trồng trong điều kiện có chủng vi sinh và stress sau khi khô hạn (a) và phản ứng siêu nhạy cảm in situ ở lá lúa (b). A & E: NI (non-inoculated); B & F: Trichoderma inoculation (Th); C & G: Pseudomonas inoculation (Pf); D & H: combined inoculation (Th + Pf). Mức độ có ý nghĩa thống kê được phân tích ANOVA hai chiều. n = 6. Giá trị trung bình ± SEM.
 

5. Giống lúa chống chịu mặn ở đồng bằng sông Cửu Long theo dự án CURE

Nguồn: Paik SLe DTPNhu LTMills BF.2020. Salt-tolerant rice variety adoption in the Mekong River Delta: Farmer adaptation to sea-level rise.PLoS One. 2020 Mar 16;15(3):e0229464. doi: 10.1371/journal.pone.0229464. eCollection 2020.

Sản xuất lúa gạo ở ĐBSCL Việt Nam đang bị đe dọa bởi nước biển dâng, kết hợp với xâm nhập mặn ngày càng nghiêm trọng. Công trình khoa học này xem xét sự phổ biến giống lúa chịu mặn ở ĐBSCL thông qua dự án quốc tế CURE (Consortium for Unfavorable Rice Environments). Các yếu tố liên quan đến sự thích nghi của giống lúa do dự án CURE được ước tính theo mô phỏng “random utilty model” và bộ cơ sở dữ liệu lấy từ 800 nông hộ trồng lúa trong vùng canh tác bị nhiễm mặn ở ĐBSCL. Kết quả cho thấy rằng: những giống lúa chịu mặn của CURE tỏ ra phát triển tốt ở vùng canh tác lúa nhiễm mặn. Bên cạnh đó, kỹ thuật phân tích đa biến (multivariate analysis) cho thấy đặc điểm môi trường và vị trí thí nghiệm quan trọng hơn đặc điểm nông hộ, chúng đều là những biến số quan trọng nhất cho sự thích nghi của giống lúa. Đặc biệt là, giống lúa của dự án CURE gần như thích nghi hầu hết các vùng bị rủi ro do nhiễm mặn cao mà vùng ấy chưa được bảo vệ bởi cống ngăn mặn. Quyết định của nông dân láng giềng sử dụng giống chịu mặn CURE tùy thuộc mạnh mẽ vào đặc điểm nông hộ. Cơ chế xoay quanh hợp đồng, nhất là cày bừa chuẩn bị đất và thu hoạch lúa, yêu cầu có sự kết nối giữa các nông dân trong làng khi vào ngày mùa, gieo sạ, thu hoạch và thời gian sinh trưởng của giống lúa. Sự nối kết với nhau ấy mở ra sự lựa chọn giống lúa CURE. Sau cùng, giống lúa của dự án CURE và giống lúa khác phải cho lợi nhuận thuần như nhau (net revenues) trong một năm đối với trường hợp ít bị mặn (low salinity exposure). Điều này cho thấy giống lúa CURE là chính sách đảm bảo giá thành sản xuất thấp khi bị mặn xâm nhập, ở những vùng có xác suất rủi ro lớn..
 
6. Sự tiến hóa của vi sinh vật ở đại dương
 
Nguồn: Nathan G. Walworth, Emily J. Zakem, John P. Dunne, Sinéad Collins, and Naomi M. Levine. 2020.Microbial evolutionary strategies in a dynamic ocean. PNAS March 17, 2020 117 (11) 5943-5948
 
Những dự đoán tinh tế về thay đổi trong tương lai của chu chuyển toàn cầu về hóa học, địa lý, sinh học đòi hỏi chúng ta phải có hiểu biết vững chắc “làm thế nào vi sinh vật thích nghi với môi trường đang thay đổi với nhiều stress. Trong đại dương, mức độ thích nghi sẽ trở thành chức năng của cả hai: thời gian biểu mang tính chất tiến hóa và các động thái mang tính chất vật lý. Tuy nhiên, người ta biết rất ít về mối tương tác này. Người ta xem xét động thái tiến hóa của vi khuẩn sống trong biển cả bằng cách kết hợp một mô phỏng toán học về sự thích nghi của vi sinh với sự thay đổi của áp lực chọn lọc bằng một mô phỏng có độ phân giải cao về chu chuyển trong đại dương (high-resolution ocean circulation model). Một thỏa hiệp xảy ra giữa hai chiến lược mang tính chất tiến hóa này là: (i) khả năng thích nghi mang tính chất mềm dẽo đối với các biến động môi trường ngắn hạn mà sự thích ứng di truyền vô cùng trì trệ; (ii) thích ứng di truyền cực nhanh với phản ứng hạn chế đối với những biến động môi trường ngắn hạn. Thỏa hiệp ấy (trade-off) xác định được thời gian biểu mang tính chất tiến hóa và cung cấp một nền tảng kiến thức về sự phân bố của các đặc điểm vi sinh vật và “biogeochemistry”. Vi sinh vật biển hình thành nên chuỗi thực phẩm trong đại dương và  tạo ra chu chuyển mang tính chất “biogeochemical” trong đại dương. Người ta tiến hành nghiên cứu sự tác động lẫn nhau giữa thời gian biểu mang tính chất vật lý và thời gian biểu mang tính chất sinh học, với mô phỏng toán học về sự thích nghi và mô phỏng khí hậu khi đại dương chu chuyển bằng những hải lưu xoáy nước (eddy-resolving ocean circulation climate). Hai tiêu chí đã được xác định là tương quan giữa thời gian và bản chất của tự nhiên thích nghi với tỷ lệ thời gian biểu của hóa học và lý học  (ratio of physical to biological timescales). Thích nghi di truyền bị cản trở trong chế độ triều đầy biến động bởi những cải biến mang tính chất “nongenetic” (không thuộc về di truyền); nhưng sự thích nghi này được tăng cường khi môi trường ổn định hơn. Một thỏa hiệp mang tính chất cách mạng hơn đã xảy ra khi ảnh hưởng lớn hơn của chuyển giao thề hệ không có tính di truyền ngắn hạn diển ra – người ta gọi đó là “low-γ strategy”. Ngần ấy cho phép những phản ứng rất nhanh xảy ra trong các biến động của môi trường, nhưng sẽ làm chậm trễ thích nghi di truyền. Trong khi đó, những ảnh hưởng “high-γ strategy” [fewer short-term transgenerational effects] lại cho phép thích nghi di truyền nhanh hơn, nhưng ức chế phản ứng ngắn hạn. Áp lực chọn lọc đối với sinh vật trong điều kiện “single water mass” (chỉ xem xét yếu tố nước mà thôi) biến thiên trên cơ sở khác biệt thời gian biểu mang tính chất tùy theo thế hệ sinh vật sống, dẫn đến các chiến lược tiến hóa khác nhau mà sinh vật sẽ ưa thích nhất. Sinh vật đã trãi nghiệm qua nhiều môi trường rồi, chúng sẽ thích “low-γ strategy” hơn. Bên cạnh đó, tốc độ phân bào nhanh hơn sẽ là yếu tố then chốt của thích nghi di truyền trong điều kiện đại dương đang thay đổi.
 
 
Hình: Ví dụ điển hình vể động thái mô phỏng toán “high-γ (A)” và “low-γ (B)”. Đường màu đen là “fitness changes” do cải biên; đường màu tím là “high-γ simulation” và đường màu xanh dương biều thị cả HT và LT cải biên trong “low-γ simulation”. The time-to-sweep (τsweep) dài hơn trong “low-γ simulation (B)” so với “high-γ simulation (A)”. Bóng mờ biểu thị môi trường mới – vệt xám  biểu thị môi trường xa xưa (ancestral” environment).
 
 
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:589
số người truy cậpHôm qua:290
số người truy cậpTuần này:2853
số người truy cậpTháng này:4182
số người truy cậpTất cả:412287
số người truy cậpĐang trực tuyến:19