.png)
BẢN TIN KHOA HỌC
1. Đa dạng haplotype BADH2 – gen điều khiển mùi thơm hạt gạo
Nguồn: Christopher K Addison, Brijesh Angira, Manoch Kongchum, Dustin L Harrell, Niranjan Baisakh, Steven D Linscombe, Adam N Famoso. 2020. Characterization of Haplotype Diversity in the BADH2 Aroma Gene and Development of a KASP SNP Assay for Predicting Aroma in U.S. Rice. Rice (N.Y.) 2020 Jul 14;13(1):47.
Mùi thơm là tính trạng phẩm chất hạt gạo quan trọng, được điều khiển bởi sự đột biến gen trong họ gen BADH2. Đây là tính trạng có cơ chế di truyền đơn giản, người ta có thể phát triển dòng lúa thơm thông qua sàng lọc di truyền bằng chỉ thị phân tử trong nhiều chương trình cải tiến giống lúa. Đột biến có chức năng mang tính trội (predominant) trong gen BADH2, một phân tử indel với kích thước 8-bp, có thể được tìm thấy bằng xét nghiệm PCR, nhưng xét nghiệm gắn kết với đánh giá kiểu gen (associated genotyping platforms) vẫn chưa đủ đề áp dụng di truyền phân tử trên qui mô lớn và nó không có thể tiếp hợp được với kiểu gen ngoài luồng (outsourcing genotyping). Nhóm tác giả công trình khoa học này xác định tính đa dạng của bộ chỉ thị SNP phủ trên toàn bộ gen BADH2 trong một tập đoàn giống lúa bao gồm 2932 mẫu giống, để tìm ra số haplotypes của gen thơm này trong O. sativa. Người ta sử dụng 297 SNPs liên quan đến gen đích, người ta tìm thấy 11 haplotype groups. Sau đó, người ta đã phân lập được một minimal set bao gồm 9 chỉ thị SNPs mang tính chất thông tin đáng tin cậy, biểu hiện tính độc nhất vô nhị của những haplotypes của gen BADH2.
Hình 1: Sơ đồ nội dung định tính haplotype và minh chứng kiểu hình.
Chín chỉ thị SNPs này được được phát triển thành KASP assays. Người ta sử dụng chúng để khảo sát tập đoàn giống lúa thơm Hoa Kỳ gồm 369 mẫu giống. Tập đoàn giống này đặc trưng cho giống lúa cao sản có nguồn gốc bố mẹ là lúa thơm bản địa của Hoa Kỳ. Sáu haplotypes đã được tìm thấy trong tập đoàn giống lúa Hoa Kỳ, trong đó, hai haplotypes biểu thị tính chất chủ chốt nhất (85%). Một bộ giống đặc trưng gồm 39 dòng lúa từ những nhóm haplotype đã được đánh giá kiểu hình (tính trạng mùi thơm) để phân biệt lúa thơm và lúa không thơm. Một haplotype (Hap 6) được ghi nhận là kết hợp hoàn hảo với kiểu hình gạo thơm. Chỉ thị KASP SNP có tính chất độc nhất đối với Hap 6 đã minh chứng rằng đây là kỹ thuật phân biệt đáng tin cây giống lúa thơm với giống lúa không thơm trong ngân hàng gen lúa Hoa Kỳ.
2. Phân tích kiểu hình các tính trạng nông học cây bắp theo thời gian
Nguồn: Mahlet T. Anche, Nicholas S. Kaczmar, Nicolas Morales, James W. Clohessy, Daniel C. Ilut, Michael A. Gore & Kelly R. Robbins. 2020. Temporal covariance structure of multi-spectral phenotypes and their predictive ability for end-of-season traits in maize. Theoretical and Applied Genetics Sept. 2020; 133:2853–2868.
Hình 2: Tương quan di truyềnđược phân tích từ mô phỏng toán multi-trait mixed (trái), và tuong quan di truyền kiến trúc (phải) giữa giá trị NDVI tại thời điểm khác nhau trong năm 2017. Kích cỡ vòng tròn phản ánh mức độ tương quan và màu sắc phản ánh xu hướng tương quan.
Biến dị di truyền của những kiểu hình thu thập từ MSIs (multi-spectral images: hình chụp đa phổ) và tương quan di truyền chặt với tính trạng cuối mùa vụ (end-of-season traits) cho thấy giá trị MSIs trong cải tiến giống bắp và mô phỏng toán ‘đường cong tăng trưởng của cây’. Chỉ số VIs (vegetation indices) có từ kết quả chụp MSI có thể được sử dụng làm nguồn tư liệu nghiên cứu sinh lý cây bắp như “crop canopy” (tán lá trên diện tích đất), cung cấp số liệu kiểu hình có tính chất non-destructive (không bị hủy mất) để vẽ được đường cong tăng trưởng qua các mùa vụ trong năm. Muốn nghiên cứu số lượng các biến thể di truyền có trong cơ sở dữ liệu VIs và sự liên quan lẫn nhau, đặc biệt tính trạng ở cuối vụ trồng, người ta thu thập số liệu phương sai, hợp sai, sai số trong bộ tư liệu VIs, năng suất hạt và ẩm độ hạt được dự đoán theo dữ liệu ấy trong so sánh năng suất các dòng bắp lai triển vọng. Dữ liệu VIs được xem xét từ dữ liệu NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), Green NDVI, Red Edge NDVI, Soil-Adjusted Vegetation Index, Enhanced Vegetation Index vàsimple Ratio of Near Infrared to Red (Red) reflectance. Hệ số tương quan di truyền VIs với năng suất hạt, ẩm độ hạt được sử dụng để khớp số liệu của mô phỏng toán multi-trait models. Người ta khai thác kiểu hình từ dữ liệu MSI, mô hình hàm tuyến tính ngẫu nhiên với hình ảnh linear splines khớp với dữ liệu của năm 2016-2017. Hệ số di truyền biến thiên 0.10 - 0.82, cho thấy số gen biến dị di truyền trong bộ dữ liệu VIs. Hệ số tương quan kiểu gen, kiểu hình và môi trường của bộ dữ liệu VIs, NDVI và NDRE, với năng suất hạt, ẩm độ hạt được quan sát. Mức độ chính xác trong xác suất tin cậy được thảo luận với multi-trait model khi sử dụng cơ sở dữ liệu NDVI và NDRE như một tính trạng bậc hai (secondary trait). Cuối cùng, hàm ngẫu nhiên (random regression) với tuyến tính (linear spline function) biểu thị tiềm năng sử dụng models tích hợp này, khớp với VIs từ thời điểm mùa vụ khác nhau.
3. Phân tích hệ gen trâu nước
Nguồn:Prasun Dutta, Andrea Talenti, Rachel Young, Siddharth Jayaraman, Rebecca Callaby, Santosh Kumar Jadhav, Velu Dhanikachalam, Mayakannan Manikandan, Bhim B. Biswa, Wai Y. Low, John L. Williams, Elizabeth Cook, Phil Toye, Eileen Wall, Appolinaire Djikeng, Karen Marshall, Alan L. Archibald, Suresh Gokhale, Satish Kumar, David A. Hume & James G. D. Prendergast. 2020.Whole genome analysis of water buffalo and global cattle breeds highlights convergent signatures of domestication. Nature Communications volume 11, Article number: 4739.
Con người sống trên thế giới này gắn liền với đời sống của con trâu nước hơn bất cứ loài động vật nào được thuần hóa. Loài trâu bò được tổng kết trong tri thức nhân loại một cách ấn tượng nhất về thuần hóa và tiến hóa hơn bất cứ loài khác. Người ta tiến hành chạy trình tự toàn bộ hệ gen của 79 con trâu nước (water buffalo) thông qua bảy dòng con lai (breeds) rồi so sánh các hợp phần của chuỗi trình tự DNA này, trong những rà soát có chọn lọc di truyền (breed selective sweeps) với những cái quan sát được của 294 hệ gen trâu bò, đại diện cho 13 giống con lai trên toàn cầu (global breeds). Các vùng của hệ gen trong quá trình chọn lọc các cattle breeds như vậy, là những vùng chồng lấp có ý nghĩa thống kê, liên kết với kết quả nghiên cứu di truyền người, với số lượng không cân xứng của những loci khi người ta tiến hành chọn giống trâu bò lai. Nghiên cứu các giá trị biến thể di truyền (variants) rất có tiềm năng trong hệ gen buffalo, người ta xác định được điển hình hiếm gặp trong nội dung thuần hóa có tính chất hội tụ (convergent domestication), đến những đột biến giống nhau, chúng đã diễn ra hoàn toàn độc lập và được sàng lọc tự nhiên của những loài động vật thuần hóa. So sánh giữa các loài với nhau sau khi rà soát di truyền, có thể giúp người ta xác định những loci quan trọng liên kết với nội dung thuần hóa diễn biến ra làm sao.
4. Tương tác kiểu gen và môi trường trong nghiên cứu giống bắp gần như đẳng gen
Nguồn: Zhi Li, Sara B. Tirado, Dnyaneshwar C. Kadam, Lisa Coffey, Nathan D. Miller, Edgar P. Spalding, Aaron J. Lorenz, Natalia de Leon, Shawn M. Kaeppler, Patrick S. Schnable, Nathan M. Springer & Candice N. Hirsch. 2020. Characterizing introgression-by-environment interactions using maize near isogenic lines. Theoretical and Applied Genetics October 2020 (133): 2761–2773
Tương tác giữa giống có gen du nhập với môi trường (introgression-by-environment interactions) được phân tích thông quan nhiều tính trạng nông học quan trọng để phát triển gen đích du nhập vào genome biểu hiện thuận lợi. Người ta du nhập gen đích vào giống cao sản bao gồm các QTL tác động đáng kể với cải tiến kiểu hình mong muốn trong cá thể dòng con lai. Tuy nhiên, ảnh hưởng kiểu hình chịu tác động bởi nhiều môi trường ngoại cảnh khác nhau được phân tích cái gọi là tương tác giữa dòng con lai co gen du nhập với môi trường (introgression-by-environment interactions). Nghiên cứu mô hình này với 15 dòng gần như đẳng gen NILs (near-isogenic lines), biểu thị hơn 90% nền tảng di truyền của giống B73 và multiple Mo17 introgressions khảo nghiệm tại 16 điểm khác nhau. Các địa điểm này phản ánh 5 vùng địa lý điển hình khác nhau, ngày gieo trồng khác nhau, mật độ trồng khác nhau. Tác động của kiểu hình đối với gen du nhập được đánh giá qua 26 tình trạng, từ giai đoạn tăng trưởng đến giai đoạn phát triển ở từng điều kiện môi trường để chạy mô phỏng introgression-by-environment interactions. Một phần nhỏ của genome cây bắp phản ánh có ý nghĩa tương tác GxE đối với tính trạng sinh trưởng và sinh dục, dữ liệu introgression-by-environment interaction thay đổi tùy theo tính trạng. Một vài đoạn phân tử du nhập vào hệ gen chịu tác động bởi tương tác ấy nhiều hơn so với đoạn khác, cho thấy biến thiên kiểu hình tỏ ra rất linh hoạt trong hệ gen. Hiểu biết phổ tương tác giữa GxE của gen du nhập trong quần thể con lai NILs rất hữu ích, để đánh giá làm thế nào một du nhập rất bé của QTL hoặc transgene có tác động đáng kể đến tính trạng mục tiêu, dưới điều kiện vô cùng đa dạng của môi trường canh tác. Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-020-03630-z
5. Transcriptome của họ gen PR của cây sắn khi bị bọ phấn trắng tấn công
Nguồn: Maria L Irigoyen, Danielle C Garceau, Adriana Bohorquez-Chaux, Luis Augusto Becerra Lopez-Lavalle, Laura Perez-Fons, Paul D Fraser, Linda L Walling. 2020. Genome-wide analyses of cassava Pathogenesis-related (PR) gene families reveal core transcriptome responses to whitefly infestation, salicylic acid and jasmonic acid. BMC Genomics 2020 Jan 29;21(1):93.
Bọ phấn trắng là mối đe dọa kinh khủng cho cây sắn (Manihot esculenta). Hiểu biết cơ chế phân tử của phản ứng cây chủ khi bị côn trùng tấn công vô cùng cần thiết để phát triển chiến lược quản lý sâu bệnh hại. Họ protein PR (viết tắt từ chữ pathogenesis-related protein) đóng góp rất lớn trong cơ chế bảo vệ của cây sắn. Khả năng đọc trình tự toàn bộ hệ gen cây sắn hiện nay, đã cho phép người ta chú thích di truyền (annotation) và thực hiện chương trình biểu hiện gen (expression programs) của toàn bộ các gen PR của cây sắn. Người ta hiểu biết rất ít về phản ứng của các gen PR đối với stress sinh học và đối với tín hiệu của những hormone tự vệ như salicylic acid (SA) và jasmonic acid (JA). Người ta tiến hành phân tích phản ứng của các gen PRs của hệ gen cây sắn, khi cây bị bọ phấn trắng tấn công. Người ta phân tích phản ứng của SA, JA, và những đối tượng sinh học tấn công sắn khác (biotic aggressors). Hệ gen cây sắn có 14 họ gen trong 17 họ gen PR, với tổng số là 447 genPR. Một gen PR đã được định danh. Quan hệ di truyền huyết thống của họ protein PR và các đồng dạng (homologs) của chúng với cây poplar, lúa và Arabidopsis đã được định tính và được phân lập trong tư lliệu đồ sộ về họ gen PR đặc hiệu riêng cho cây sắn.
Phân tích biểu hiện của họ gen PR khi cây sắn phản ứng với Aleurotrachelus socialis (bọ phấn trắng) của 4 giống sắn nhiễm: cho thấy rằng 167 gen PRcủa 447 tổng số gen có chức năng điều tiết thể hiện, sau khi bị xâm nhiễm bởi bọ phấn trắng. Thời gian biểu hiện genPR rất thay đổi, hơn 37% gen PR điều tiết thể hiện khi có bọ phấn trắng tấn công, theo kiểu “down” trong 4 giống sắn nói trên. Đáng chú ý là, gen PR có phản ứng với bọ phấn trắng điều tiết một cách cộng hưởng với những hormone SA và JA giúp cây tự vệ. Phân tích sự thể hiện gen PR trong hệ gen cây sắn khi phản ứng với stress sinh học khác; người ta ghi nhận có tương quan thuận rất chặt chẽ giữa bọ phấn trắng và vi khuẩn Xanthomonas axonopodis, giữa bọ phấn trắng và siêu vi gây sọc nâu. Người ta ghi nhận tương quan nghịch giữa bọ phấn trắng và siêu vi gây bệnh khảm. Đây là nghiên cứu đầu tiên về định tính hệ gen trên diện rộng của họ gen PR của cây sắn. Sự phản ứng của các gen PR đối với sáu stress sinh học và đối với SA, JA chứng tỏ có sự khác biệt đối với những đối tượng khác nhau. Người ta đề nghị rằng: cách tiếp cận phương pháp mới này có thể áp dụng cho các loài cây trồng khác, để người ta hiểu đầy đủ hơn sự điều tiết của các gen PR bởi pathogens, côn trùng và những hormones tự vệ truyền thống như SA và JA. (Hình 1: Bản đồ vật lý của 435 gen PR trên các nhiễm sắc thể cây sắn. Họ gen PR được tô màu.)
Xem thêm: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31996126/
